融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法 |
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| 申请号 | CN201510786594.8 | 申请日 | 2015-11-16 | 公开(公告)号 | CN105445733A | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 中国电子科技集团公司第十研究所; | 发明人 | 路高勇; 陈怀新; 兰鹏; 崔雨勇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出的融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法,不仅能够 支撑 生成清晰可靠的空中监视图，还可提高空中民用和我方目标监视与识别能 力 。本发明通过下述技术方案予以实现：在二次监视雷达SSR航管和敌我识别器一体综合化系统中：首先将SSR航管模式A、C和S全呼模式目标的数据进行点迹合并和航迹起始；其次将S全呼模式航迹进行预测和点名询问，使SSR航管获得S模式的点名航迹；按照目标点迹 角 度计算出所属区域号，对相同区域和相邻区域内的SSR航管目标航迹进行关系判定，生成SSR航管和IFF融合后的目标航迹；然后对IFF不同引导模式下目标数据的属性和 位置 与SSR航管的AC和S模式目标航迹关联和融合，形成SSR航管和IFF融合目标航迹，实现对空中目标连续监视和识别。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法，其特征在于包括如下步骤：在二次监视雷达SSR航管和敌我识别器一体综合化系统中，首先，以二次监视雷达SSR航管的A模式目标位置为中心，根据天线扫描波束宽度和探测误差水平，设置时间门限和位置门限，将落入门限内的SSR航管C模式目标和A模式目标点迹合并，对得到的SSR航管的AC合并目标点迹和S模式的目标点迹，通过目标模式地址码和位置进行点迹与点迹相关判断，使用带有模式码m/n逻辑判断法,对带有相同模式码或不矛盾的属性进行关联判断，然后再利用位置判断，对于目标点迹之间，如果连续n次关联有m次关联成功，进行目标航迹起始；其次，以SSR航管/IFF设备所在位置为中心，探测距离为半径，将360度的空域均分为32个区域，沿着顺时钟方向，从0度角进行区域标号，作为点迹存储逻辑结构；在敌我识别器IFF工作询问应答模式下，利用接收到的最近邻目标位置，按照目标点迹角度计算出所属区域号，对相同区域和相邻区域内的SSR航管目标航迹进行关系判定，将判定为同一个目标关系的IFF目标位置和身份属性与SSR航管航迹信息进行合并和补充，生成SSR航管和IFF融合后的目标航迹； |
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| 说明书全文 | 融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法技术领域背景技术[0002] 现有技术为了持续稳定跟踪和询问到空中客机，改善空中管制环境，提高管制效率，一般可以通过航管二次雷达数据处理功能模块的合理划分，以及采用滤波跟踪技术实现对空中客机的实时监视，并与其保持正常通信。每一个航班都有一个和其对应的飞行计划；民航飞机不应偏离预定航路；我方飞机都是按飞行计划飞行。能够与飞行计划关联的，可以初步判断为我方；否则判断为不明。在我方空域飞出的飞机可以初步判断为我机，敌方空域飞出的飞机可以判断为敌机，其他判断为不明。敌方飞机空袭时，一般会关闭二次应答机，因此有二次代码的可以初步判断为我机，否则判断为不明。敌我识别器(IFF)在民用和军事上都具有广泛的应用。在民用上,称为航空交通管制雷达信标系统(ATCRBS)或二次监视雷达(SSR),它是现代航空交通管制系统中的重要组成部分。在军事上,称为有源敌我识别器系统(IFF),它是战争中攻击敌人的“鹰眼”及判决器。空中客机敌我识别器IFF是对雷达或其它传感器探测、发现目标进行敌我属性识别、通过在雷达终端上对相应的目标标注附加标志,标明“友”、“敌”。自动识别技术一直是个难题，识别结果很难做到100％准确。敌我识别系统由询问器和应答器两部分配合工作，其工作方式有模式1、模式2、模式A、模式4和模式5,其中模式5分为模式5一级和二级，从模式1到模式5一级都需要引导信息进行询问识别，模式5二级是自主广播和接收机制；最简单的敌我识别系统，包括两套询问机、应答机这四个基本单元组成。需要与雷达进行信息交换，还要与待识别目标交换属性信息，在平台数量大、种类多的情况下，询问、应答信号复杂交错，容易产生混乱。协同工作体制还给系统带来诸多不确定性，如协同设备是否开机、工作是否正常、是否被占据等，敌我识别只能识别我方，不能唯一地确认敌方的不足，提出基于IFF和SSR航管模式协作式敌我识别器综合敌我识别方法，能较好地提供全局性的，敌方、我方和中立方信息。二次监视雷达(SSR)是目前普遍使用的飞行动态监视手段.但是,SSR航管具有很多局限性，多径反射、异步干扰和应答信号脉冲的重叠等，导致传统的二次监视雷达的A、C工作模式下，监视的目标出现虚假和丢失现象。在使用S模式工作方式后，可以通过询问锁定监视目标，减少多径反射和异步干扰的影响，增强目标的监视和识别能力。IFF和SSR航管多模式协同融合，是将IFF的1、2、A、4、5模式一级和5模式二级下的目标信息和SSR航管的A、C和S模式下的目标信息，进行目标属性和位置的关联和估计。点迹关联是在雷达刚开机没有系统，航迹删除是指：目标连续几个时刻不出现的情航迹情况下进行的，点航关联是在航迹建立后跟踪况下，就认为是目标消失或者目标跟丢。阶段和存在系统航迹下新目标的加入情况下进行其中航迹更新和外推使用滤波器来完成的。 [0003] 在现有方法监视和识别系统中，SSR航管和IFF是分别独立的传感器，IFF依靠一次雷达工作，通常需要三种传感器才能完成对空中的民用和我方目标识别，通过将SSR航管和IFF一体综合化，带来好处，可以使IFF不依赖一次雷达就可以对我方目标进行识别，得到和平时期对空中民用和我方目标的监视和识别，由于，SSR航管和IFF的体制和工作原理相同，其主要区别，在于询问和应答信息格式上不同，SSR航管常用的工作模式为：A、C和S；IFF工作模式为：1、2、3A、4和5，其中IFF的4和5模式带有加密机制，模式5分为二级：一级是询问模式，二级是自主广播模式。SSR航管和IFF识别器的工作原理是，通过询问机发送平率为1030兆赫固定的询问信号，应答机接收到询问信号后，以平率1090兆赫的相应的应答信号回答，询问机通过信号处理器，解析应答机信号，获得飞机高速、地址码、飞行代号和国别等属性；针对SSR航管和IFF一体综合系统中，需要将这两种传感器的不同模式信息进行融合，那么，就需要SSR航管与IFF多模式协同航迹融合处理功能。在防空系统数据融合中，对于航迹关联通常采取由粗到精、多级关联方法综合使用的原则。首先利用属性分类作为约束条件，初步判定两个测量是否有可能关联；然后使用最近邻方法结合目标航向、航速、属性信息等多因素综合加权进行进一步关联，最后对于存在不确定关联关系的多目标和多航迹采用基于模糊关联的方法进行精关联处理。采用逐步限制决策数目，降低运算量。 [0004] 在SSR航管与IFF多模式协同航迹融合处理中，通过融合可以进一步提高对目标的探测和分类能力，难点是将SSR航管和IFF不同模式询问到的目标进行关联、身份属性合并和跟踪，形成带有身份属性稳定的目标航迹，特别对判别SSR航管和IFF多模式下目标之间的关系和机动目标跟踪是难点，所以在SSR航管与IFF多模式协同航迹融合处理中，对不同模式目标进行关联、属性合并和稳定跟踪是完成目标监视和识别的关键。现有的监视系统上SSR航管和IFF是各自独立系统，SSR航管主要用在航管上，IFF主要用在战场识别上，IFF需要一次雷达配合，对已有SSR航管的航迹录取器，主要处理A、C模式下的目标，对IFF询问模式主要处理模式4，传统的这几种模式容易受到干扰和反射，即使通过航迹处理，也难以消除虚假目标。 发明内容[0005] 本发明的目的是针对SSR航管和IFF一体综合化系统下，提供一种不仅能够支撑生成清晰可靠的空中监视图，还可提高空中民用和我方目标监视与识别能力，并能提高航迹起始正确率，减少点迹与航迹关联中搜索和查找次数，解决SSR航管和IFF多模式协同下的目标监视和识别问题的融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法,以减少SSR航管空中目标较多时的目标监视和识别错误问，扩展敌我识别器IFF能力，使其具备“我”、“民用”和“敌”目标识别功能。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提供的一种融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法，其特征在于包括如下步骤：在二次监视雷达SSR航管和敌我识别器一体综合化系统中，首先，以二次监视雷达SSR航管的A模式目标位置为中心，根据天线扫描波束宽度和探测误差水平，设置时间门限和位置门限，将落入门限内的SSR航管C模式目标和A模式目标点迹合并，对得到的SSR航管的AC合并目标点迹和S模式的目标点迹，通过目标模式地址码和位置进行点迹与点迹相关判断，使用带有模式码m/n逻辑判断法,对带有相同模式码或不矛盾的属性进行关联判断，然后再利用位置判断，对于目标点迹之间，如果连续n次关联有m次关联成功，进行目标航迹起始；其次，以SSR航管/IFF设备所在位置为中心，探测距离为半径，将360度的空域均分为32个区域，沿着顺时钟方向，从0度角进行区域标号，作为点迹存储逻辑结构；在敌我识别器IFF工作询问应答模式下，利用接收到的最近邻目标位置，按照目标点迹角度计算出所属区域号，对相同区域和相邻区域内的SSR航管目标航迹进行关系判定，将判定为同一个目标关系的IFF目标位置和身份属性与SSR航管航迹信息进行合并和补充，生成SSR航管和IFF融合后的目标航迹；在IFF处于自主广播工作模式下，利用模式码唯一性特性，建立IFF目标航迹，将连续三个周期关联成功的IFF与SSR航管航迹判决为同一个目标，补充和合并目标的属性，对目标的位置进行融合；最后通过对监视目标的航迹滤波更新、预测和删除，实现对目标连续监视和识别。 [0007] 本发明相比于现有方法具有如下有益效果： [0008] 本发明通过对SSR航管和敌我识别IFF不同模式航迹融合，实现了对空中目标多模式身份属性合并与保持，合并不同模式的位置信息，使目标具有三维坐标信息和去除目标重复航迹，形成目标空中清晰监视图；对S全呼模式目标航迹，通过对其航迹预测和提前1/4个区域告知SSR航管设备询问机，从而实现S模式点名功能，提高了系统的抗干扰能力。 [0009] 能够提供空中民用和我方目标识别功能。本发明利用位置最近邻最优关联方法，对于敌我识别器IFF目标/航迹和SSR航管航迹之间关系进行判定，对判为同一个目标，进行目标民用和我方目标属性合并，对与判断关联不成功的，进行单独识别，使SSR航管和IFF一体综合化系统，具备民用和我方目标识别能力。 [0010] 本发明中采用带有模式码m/n逻辑判断方法，对带有相同模式码或不矛盾的属性进行关联判断，可减少目标点迹与点迹之间查询次数，然后再利用位置判断，对于目标点迹之间，如果连续n次关联有m次关联成功，进行目标航迹起始，该方法提高航迹起始正确率和减少系统处理时间。 [0012] 本发明不仅能够支撑生成清晰可靠的空中监视图，还可提高空中民用和我方目标监视与识别能力。适用于SSR航管和IFF单独的工作下的多模式的目标监视和识别，同时也适用于SSR航管和IFF协同多模式下的目标监视和识别，实现简单易操作，具有较强的工程实用价值。附图说明 [0013] 为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施方式，同时参照附图，来描述本发明，其中： [0014] 图1是本发明融合处理SSR航管与IFF多模式协同航迹的方法的流程图。 [0015] 图2是本发明SSR航管航迹起始流程图。 [0016] 图3是本发明作为点迹存储结构的关联区域划分示意图。 [0017] 图4是SSR航管航迹滤波更新效果曲线示意图。 具体实施方式[0018] 参阅图1。根据本发明，按以下步骤对SSR航管航迹和IFF航迹进行融合：在SSR航管和敌我识别器一体综合化系统中， [0019] S1：A和C模式点迹合并，以SSR航管的A模式目标位置为中心，根据天线扫描波束宽度和探测误差水平，设置时间门限和位置门限，将落入门限内的SSR航管的C模式目标和A模式目标点迹合并，对所得到的AC合并目标点迹和S模式的目标点迹位置数据，通过目标模式地址码和位置进行点迹与点迹相关判断，使用带有模式码m/n逻辑判断法，对带有相同模式码或不矛盾的属性进行关联判断，对于n拍中有m次关联成功的点迹集合进行AC模式组合目标、S模式目标和ACS模式目标航迹起始；在A和C模式点迹合并中， [0020] (1)设置A模式目标和C模式目标的距离差▽ρ和方位角差▽θ的绝对值上限：其取值根据实际测试得如下： [0021] ▽ρ＝50m [0022] (1) [0023] ▽θ＝0.5° [0024] (2)计算A模式目标与不同C模式目标的距离差和方位差，如果满足下式： [0025] |ρA-ρC|≤▽ρ [0026] (2) [0027] |θA-θC|≤▽θ [0028] 就将A和C模式进行合并，否则不合并；式中，ρA为A模式目标的距离，θA为A模式目标的方位角：ρC为C模式的距离、θC为C模式的方位角； [0029] (3)对A、C模式目标合并后的距离ρAC和方位角θAC的计算公式为： [0030] ρAC＝(ρA+ρC1+ρC2+...+ρCn)/(n+1) [0031] (3) [0032] θAC＝(θA+θC1+θC2+...+θCn)/(n+1) [0033] 其中，n为满足(2)式条件的C模式目标个数，ρC1...ρCn和θC1...θCn分别为：n个C模式目标的距离和方位；对A、C合并目标属性，将C模式的高度和A模式的代码属性合并，并直接赋值到AC组合模式目标属性上，形成AC模式组合目标，至此完成了A、C模式的点迹合并。 [0034] S2：AC组合、S全呼模式和IFF模式5二级航迹起始,AC组合、S全呼模式和IFF模式5二级目标航迹起始方法利用带有模式码的m/n逻辑判决法，参阅图2。 [0035] S3：航管航迹滤波更新，在敌我识别器IFF工作询问应答模式下，利用接收到的最近邻目标位置，进行SSR航管航迹滤波更新，SSR航管航迹滤波更新按照目标点迹角度计算出所属区域号，对相同区域和相邻区域内的SSR航管目标航迹进行关系判定，将判定为同一个目标关系的IFF目标位置和身份属性与SSR航管航迹信息进行合并和补充，生成SSR航管和IFF融合后的目标航迹；目标点迹角度计算采用SSR航管航迹更新滤波算法，定义常增益的滤波参数α、β和γ，常滤波增益的参数定义公式为： [0036] [0037] [0038] [0039] α、β和γ是无量纲的量，其中α为航迹目标的状态位置、β为速度、γ为加速度的分量的常滤波增益的参数，n为航迹目标位置连续更新次数；其中n的设置方法如下：在航迹起始起初设置n＝1,当航迹目标位置连续更新次数n>14时候，设置为n＝14,当该周期内航迹没被目标点迹更新，则令n＝7，其滤波效果参阅图4 [0040] S4：S模式点名询问，不仅需要SSR航管设备询问机，还需要SSR航管目标航迹预测信息，航迹预测信息采用图3所示作为点迹存储结构的关联区域划分，以SSR航管/IFF设备所在位置为中心，探测距离为半径，将360度的空域均分为32个区域，从0度角沿着顺时钟方向进行区域标号，作为点迹存储逻辑结构；预测下一时刻S模式全呼目标航迹的目标位置或预测下一周期目标位置，根据天线实时角度获得要处理的区域号，在天线扫描到预测目标区域号的前1/4个区域号时，将预测目标位置发送到SSR航管设备询问机，完成SSR航管设备询问机点名询问；航迹预测利用位置、速度、加速度和SSR航管扫描周期，例如当天线扫面到N号区域，其处理的区域号为N-1号，如果N＝0时候，要处理的区域号为：31号。这样，当天线扫描到预测目标区域号的前1/4个区域号时，将上述预测目标位置发送到SSR航管设备询问机，就可以使SSR航管询问机实现S模式的点名询问； [0041] 步骤S5：IFF目标航迹与SSR航迹关联。IFF工作模式为自主广播，目标广播信息包含有目标的经、纬和高度位置信息、身份和模式码等信息。当空中目标以自主广播向外广播模式时，敌我识别器IFF接收到目标广播信息，将执行SSR航迹与IFF航迹关联，其步骤如下： [0042] (1)IFF广播目标点迹，由于模式码唯一性特性，直接利用模式码相等，就认为前后两个时刻是同一个目标的信息，建立IFF目标航迹。 [0043] (2)敌我识别器IFF利用SSR航管/IFF设备所在经纬度和高度的地理位置，将目标的位置经纬度和高度，转换为以SSR航管/IFF设备为中心的北东地NED笛卡尔坐标下，将SSR航管目标的位置从雷达观测坐标系转换到北东地NED笛卡尔坐标下，其中，观测坐标系为极坐标系。 [0044] (3)利用位置最近邻最优关联法完成关联，其步骤如下：在NED坐标下，按如下公式求IFF目标与SSR航管目标之间的统计距离 [0045] [0046] 其中，S为第IFF第i目标与SSR航管第j目标协方差矩阵，Yij为IFF第i条航迹与SSR航管第j个航迹之间的矢量差。最后，根据上述的统计距离建立分派矩阵A＝[dij2]，需要从关联分配矩阵中找出最佳的一一对应关系，其算法如下： [0047] a)搜索整个分派矩阵，选择分派矩阵dij2最小处的点迹与该处的航迹配对； [0048] b)从分派矩阵中，除去已配对点迹与航迹，对降秩矩阵重复规则a，直到分配矩阵变为一维情况结束。 [0049] 通过航迹滤波更新、预测和删除，实现SSR航管和敌我识别器一体综合化系统对目标连续监视和识别。 [0051] (1)目标点迹与航迹关联将360度的空域均分为两类32个区域：第一类是从0度开始编号，顺时钟间隔11.25度递增；第二类从5.625度开始编号，同理间隔11.25度递增。SSR航管将接收到目标点迹，按照目标点迹方位角所在的区域，存放到第一类区域逻辑结构，将SSR航迹按照方位角，存放到第二类区域逻辑结构。 [0052] (2)SSR航管根据天线实时角度获得要处理的区域号，只对第一类和第二类中的目标点迹和SSR航迹关联。不需对要所空域中目标点迹与航迹之间求解统计距离，从而提高整个关联处理速度，其具体操作如下：设现在天线角对应的区域号为N，确定要处理的区域号分别为：N-2、N-1和N，其中如果N＝0,那么N-2＝30。取出目标点迹存储结构的区域号为：N-2和N-1内的IFF和SSR目标点迹与航迹存储结构中区域号为N的航迹数据； [0053] (3)先利用目标点迹与航迹模式码比较，如果相同，则继续利用目标位置全局最近邻关联方法进行关联，否则不进行后续位置关联。 [0054] 步骤S7：SSR和IFF位置和身份融合。SSR航管和IFF位置和身份融合处理效果图分为两种处理情况：一种是IFF目标点迹与SSR航管航迹，另一种为IFF航迹与SSR航管航迹。 [0055] (1)第一种情况，由于IFF是目标点迹，可以利用步骤S3中的α-β-γ滤波方法，实现SSR航管目标航迹位置更新；对身份融合方法，采用直接合并和组合方式，其原理如下：由于IFF有模式1、模式2、模式A、模式4和模式之间的组合，SSR航管有模式A、模式C和模式S；那么将IFF模式1、2和4合并到SSR航管航迹中去，将IFF识别身份属性记忆到目标航迹中去，IFF目标点迹识别只有一次，后续目标身份属性的维持，需要靠SSR航管目标航迹，只要SSR航管目标航迹存在更新，IFF识别属性就存在； [0056] (2)第二种情况，由于IFF接收到目标的自主播报信息，其信息精度要高于SSR航管目标航迹，如果两种目标位置同时存在，取IFF目标航迹的位置更新航迹位置，并对SSR航管目标位置求与IFF目标航迹的偏离值，并将偏离值补充到SSR航管目标航迹中去，否则直接更新目标航迹，这样使得目标的航迹数据率提高，并且精度得到提高；自主播报的IFF目标航迹带有身份属性，例如，地址码、代号、国别等，SSR航管有模式A、模式C和模式S，直接将SSR航管目标航迹属性和IFF目标航迹属性合并；获得IFF和SSR航管目标识别信息的全集，最终提高了目标的识别准确性和位置精度的提高。 [0057] 步骤S8：航迹删除，SSR航管根据天线实时角度和目标航迹的角度信息，判断当天线扫描过航迹存储结构区域后，这时航迹没有被目标点迹信息更新，就记录没更新次数K+1次，如被更新K-1次，如果连续没更新的次数K＝(3-15)，对该航迹进行删除，其中K大于等于零。 [0058] 参阅图2。在步骤S2中；SSR航管是利用带有模式码的m/n逻辑判决法，完成SSR航管不同模式组合下的航迹起始的，其具体步骤如下； [0059] (1)步骤S21：SSR航管利用第一个周期内AC组合、S全呼模式和IFF模式5二级的目标一次点迹数据，建立带有唯一区别批号的目标航迹头，并用目标模式码和初始速度建立联合相关门限，其中初始速度设置为：50-1000m/s； [0060] (2)步骤S22：SSR航管对第二个周期内AC组合、S全呼模式和IFF模式5二级的目标点迹数据和已建立的航迹头进行位置、速度和模式码比较，如果目标点迹和航迹头位置差绝对值除以SSR航管扫描周期T的值落入初始速度门限内，且模式码相同，建立可能航迹，否则执行步骤S21； [0061] (3)步骤S23：SSR航管对建立AC组合、S全呼模式和IFF模式5二级可能航迹进行两点直线外推，以外推点为中心，根据SSR航管探测误差水平设置位置相关门限，对连续第m个周期(m≥3)的探测目标点迹与外推中心点进行位置和模式码比较，如果落入设置的位置门限内，且模式码相同，就更新可能航迹，否则执行步骤S21； [0062] (4)步骤S24：设置滑窗长度为连续n个周期(n>m)，如果可能航迹被m次目标点迹更新,就实现其航迹的起始，否则将该可能航迹结束。 |
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