网络化防空火控系统中的事件触发机制研究

发布时间：2020-05-12 04:11

【摘要】：网络化防空火控系统是数字化和信息化条件下出现的一种新的防空作战体系,代表了未来我国近程防空武器系统发展的重要方向。根据现行地面防空部队作战“连-营-旅团”分级特点,网络化防空火控系统可分为连级防空火控系统、营级防空火控系统及旅团级防空火控系统。通信系统作为网络化防空火控系统中的重要保障设施,承担着系统中的目标跟踪探测单元、指挥火控单元以及武器发射单元间高效、实时的信息交互任务。在已有通信设备硬件条件下,随着防空火控系统的网络化,各组成单元间所需传输的信息量随之增多,导致通信系统负担不断加重,网络拥塞等问题日益突出。在不改变现有通信系统硬件组成的条件下,原有通信系统通信规则已无法满足实际作战需求。针对此问题,若对已定型项目的通信系统硬件设备进行升级,按国家标准,需重新进行高原试验、电磁兼容性试验等环节,大大增加了时间和经济成本。为此,研究探索一种新的信息通信规则,协调各组成单元间的信息交互过程,满足防空火控系统的性能指标要求,具有重要的理论意义和国防应用价值。事件触发机制作为当前国内外学术界研究的热点之一,已取得了许多有价值的研究成果。本文根据我国各级网络化防空火控系统中通信系统的特点,借鉴事件触发机制的思想设计了不同的信息通信规则,在不显著降低精度指标的前提下,达到减轻通信系统负担的目的。本文的研究成果包括以下几个方面。(1)由于目标状态估计精度提高、探测设备前置、所需探测范围扩大等实际作战需求,已有连级防空火控系统中的目标探测单元数目增加,通信系统传输数据量增大,负担加重。针对此问题,在不改变已有通信硬件设备条件下,本文依据各探测器量测新息方差大小,提出了一种带有波门修正的事件触发机制,协调各目标探测单元与指挥火控单元间的信息交互过程。推导了所提机制下的状态估计算法。最后通过利用实际采集数据进行了仿真分析,结果表明:所提机制及相应算法可在保证指挥火控单元估计精度的同时,减轻通信系统的负担,具有一定的工程应用价值。(2)对于连级防空火控系统中通信系统负担过重的问题,通过对探测单元各量测分量单独设计事件触发条件,提出了一种基于加权量测新息的多通道解耦事件触发机制,相比于现有的传统事件触发机制及上一部分提出的带有波门修正的事件触发机制,可进一步减少通信系统传输数据量。随后,推导了所提出的基于加权量测新息的多通道解耦事件触发机制下的状态估计算法,给出了算法估计误差有界的条件。最后,利用实际系统采集的数据进行仿真分析,结果表明:基于加权量测新息的多通道解耦事件触发机制的应用,可在满足指挥火控单元估计精度的同时,进一步减少通信系统的传输数据量,减轻通信系统的负担。(3)现有营级防空火控系统中各单元连接组网后,通信系统传输数据量增加,在已有通信设备硬件条件下,现有通信机制已不能满足实际作战需求。为此本文根据营级防空火控系统实际作战需求,首先提出了一种事件触发信息扩散机制,并根据来袭运动目标模型(线性运动目标、非线性非高斯运动目标)的不同,分别推导所提机制下的扩散Kalman滤波算法及扩散高斯混合平方根容积信息滤波算法,并对上述两种算法的估计性能进行了分析。最后通过利用实际采集数据进行仿真分析,结果表明了所提机制及相应算法的有效性及工程应用的可行性。(4)对于旅团级防空火控系统,已有研究学者对其中的目标状态估计问题进行了研究。但现有算法要求各节点间通信量较大,加重了通信系统的负担,不利于工程实际应用。此外,目标探测单元由于种种因素的干扰,会出现不完全量测现象。为此本文提出了一种不完全量测下的事件触发信息一致机制,在保证其中各指挥火控单元估计精度及估计一致性的同时,减轻通信系统的负担。推导了所提机制下的状态估计算法,证明了算法估计误差的有界性。最后,通过仿真分析及其在一类旅团级防空火控系统中的应用,表明了所提机制及相应算法的有效性以及工程应用的可行性。
【图文】：

防空火控系统,武器发射,目标探测,单元

１．２．１连级防空火控系统逡逑连级防空火控系统由目标探测单元、武器发射单元及连级指挥火控单元组成。本逡逑文研究的连级防空火控系统按星形拓扑连接，如图１．４所示。逡逑４逡逑

防空火控系统,通信系统,作战任务,信息交互

邋６逡逑图１．４连级防空火控系统组成逡逑图１．４中连级防空火控系统各组成部分均依靠通信系统进行信息交互，实时可靠逡逑的通信系统是连级防空火控系统完成作战任务的重要保障。近年来，有关通信系统构逡逑建及硬件升级等方面的内容得到了研究人员的广泛关注，取得了一系列研宄成果。逡逑孟庆湖等从光纤通信基本原理出发，在分析目前通信系统通信能力有限的前提下，逡逑从各方面对同轴电缆与光纤的优缺点进行了比较分析，论述了光纤通信技术在火力控逡逑制系统中应用的可行性［１３］。郑爱民等介绍了机动式防空通信网的组成、组网技术、工逡逑作原理及关键技术手段，给出并论证了系统进一步改进的方向［１４］。刘俊文等面对如何逡逑有效发现和捕获低空飞行目标这一难题，提出需对己有防空火控系统进行改造，并着逡逑重研究了其中通信系统中的相关问题，分析了影响通信系统数据传输精度的各种因素，逡逑给出了一种数据传输精度测试方法［１５１。面对敌空袭作战时复杂电磁环境对通信系统逡逑带来的种种影响
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;E926.4

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