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多传感器管理系统论文

1网络化随着信息战

协同作战等概念的提出和发展,武器平台趋于网络化,促使传感器管理架构从单平台向多平台和网络化方向发展。传感器获得的信息能共享给所有作战单元,从而更加充分有效的发挥传感器资源作用。文献[15]中提出一种基于多平台的传感器管理系统架构,随着军事装备的研发及作战系统的设计不断朝网络化发展,传感器管理架构也必将趋于网络化。因此对制信息权提出紧迫需求,需解决网络节点激增时的通信负载问题,以确保各类信息能够实时、准确地传输到各作战单元,最大限度的发挥传感器资源的作用2架构设计依据科学合理的传感器管理系统架构,既能增强管理系统性能,如增加资源利用率、提高协同探测能力和增强智能化水平等,又能不过度增加其他系统的负担,如数据融合系统的工作量和通信的负载。因此,传感器管理系统架构设计必须既考虑内部的关键技术,又兼顾与外部系统的关系。

2关键技术

2.1传感器状态监测

传感器状态监测模块可实时监测传感器状态,对各传感器任务完成情况和负载进行评估并预测性能。任务分配与指示交接均需考虑传感器自身实时状态,且任务完成情况可对下一步管理内容做出指导,形成传感器与传感器管理之间的闭环回路,更加迅速有效的调整传感器管理策略。多传感器多任务分配传感器管理的本质是对传感器进行动态选择,即在每个管理周期内,在一定的约束条件下,解决多传感器多任务的分配问题。当用多个传感器完成多个任务时,需要优化基于任务优先级和传感器——目标配对值建立的目标函数,使某一项或几项性能指标达到最优。同时考虑约束条件:传感器自身最大探测能力、目标覆盖率以及传感器状态等。因此,建立约束条件下的目标函数,即多传感器多任务分配模型,是实现传感器管理的核心问题之一。

2.2多传感器协同探测目标指示与交接

为实现异类传感器协同工作,快速获取目标准确信息,确保目标成功交接,必须解决异类传感器对目标的指示交接问题。主要包括无源传感器牵引有源传感器以及雷达传感器牵引敌我识别/二次雷达传感器两类。首先依据协同工作模式数据包确定可能进行目标指示和交接的传感器组/对,然后建立目标指示成功率、目标误交接概率与交/接传感器对目标量测参数、精度之间的关系。由指示传感器向被指示传感器提供目标的充分信息,然后被指示的传感器在指定的范围内搜索指定的目标,并反馈是否成功截获该目标。

2.3协同工作模式预测

协同工作模式预测可以作为管理周期的起始条件,结合获取的战场态势、宏观任务、当前任务完成情况、当前传感器状态,对下一周期内多传感器协同工作模式进行预测。随着战场态势的变化,传感器协同工作模式应当及时作出相应改变,通过合理设置协同工作模式转换的触发条件,可实时自动切换,也可支持人工干预。

2.4传感器系统

预警平台上存在大量异类传感器,这些传感器探测到的原始目标信息以及其自身的工作状态作为传感器管理系统的输入,经过分析和处理形成管理策略,指导传感器的下一步工作。各类传感器通过搜索和跟踪目标,为管理系统提供输入信息,后者通过分析处理对前者的探测范围和工作模式等下达指令。数据融合系统数据融合是对多源信息进行检测、关联、相关、估计和综合处理,以得到更加精确的状态估计、目标识别以及完整、及时的态势和威胁评估,为传感器管理提供输入。传感器管理子系统作为整个融合系统的反馈环节,与传感器、多传感器信息融合、决策支持与态势估计等子系统共同构成了融合闭环控制系统。通过对系统中传感器行为的统一管理调度,实现了融合系统中多种复杂传感器的协同工作,最大程度的发挥了融合系统的能力。同的传感器组合,并从数据包获取指示交接成功概率。传感器工作模式数据包:存储各个传感器的详细性能信息及其各种工作模式的适用条件、参数配置和能达到的探测指标。进行模式管理及预测时,数据包中存储的适用条件可作为模式转换的触发条件。信息支援多平台全方位部署的侦测设备,通过数据链传递探测信息,可实时获取大量情报。众多侦查方式协同工作,可初步获取战场态势信息、减少侦察盲区、提高情报的可信度。为充分利用其他平台获取的信息,传感器管理系统架构中应设置相应接口。

2.5人工干预

人工操作是传感器管理闭环的必要模块,但操作者不应被低级别的非战术性决策负担分散了完成主要目标的注意力。传感器管理系统适当分担了操作者的负担,完成低级别的非战术性的决策,对高级别的决策给出恰当的建议。对于总体任务指标、战略战术性的决策、突发任务、任务优先级的升降,仍需由操作员完成。当操作员认为传感器管理系统的决策不够合理时,应当有权对其修改。

3建立架构

现有架构多侧重于信息融合和资源分配方面,本文结合预警机执行作战任务的基本过程,充分考虑任务分配、指示交接、模式管理之间关系,并采用宏观/微观管理降低通信负载减少计算量,构建传感器管理将传感器的探测数据和信息支援平台获取的信息,送入数据融合系统进行处理,对战场态势评估并形成目标优先级。人工干预模块读取态势评估结果并对优先级做出相应调整。宏观任务生成模块接收态势评估结果以及操作员的输入,依据期望性能和战术数据需求情况生成宏观任务。结合战术数据需求及数据库中传感器性能特性构成目标-传感器配对函数。宏观任务分配模块根据现有宏观任务、目标优先级、配对函数、数据库信息以及实时监测的传感器信息,确定多传感器多任务的分配结果,并指导指示交接模块确定需要指示哪个传感器继续探测以及如何有效交接目标,指导模式管理模块调整工作模式实现多传感器协同工作。微观指令生成模块将宏观管理具体化,结合各传感器试试运行状态,控制自身参数,形成传感器时间序列。传感器监测模块将传感器状态、负载及任务完成情况反馈回管理系统。

4结束语

本文在分析了传感器管理架构现状的基础上,从关键技术和外部关系两个层面对架构的设计进行研究。结合预警机面临的典型场景、作战任务要求以及战场感知需求,梳理管理系统与传感器、数据融合、数据库、信息支援、人工干预等外部系统之间的关系。在对单平台传感器管理系统架构深入研究的基础上,重点关注宏观/微观管理架构,借鉴国内外传感器管理系统内部架构的设计,优化多传感器多任务分配、目标指示与交接、工作模式选择等关键技术之间的关系,提出一种项目管理论文适用于预警机的传感器管理系统架构,为实现预警机传感器系统的智能化统一调度奠定基础。

作者:赵建恒 许蕴山 邓有为 罗文涛 杨涛 单位:空军工程大学航空航天工程学院


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