炮兵指挥系统作战目标融合算法分析

炮兵指挥系统作战目标融合算法分析工程实践及应用技术炮兵指挥系统作战目标融合算法分析刘军,石景岚,宝国辉,康东良(中国人民解放军63880部队,河南洛阳471003)摘要:针对炮兵系统在指挥作战过程中,指挥员常需要对下属各侦察分队上报的不同作战目标进行分析融合,从而更有效地对目标实施精确打击的实际问题,分别深入探讨了冗余融合和打击归并两种不同数据融合方式的数学模型构建方法,分析了待融合数据项的合并计算原则.在此基础上,进一步讨论了多批次目标的融合次序控制算法,并通过实例计算得出了实际的目标数据融合结果,为指挥员决策提供了参考依据.关键词:作战目标;冗余融合;打击归并;目标融合度中图分类号:C931.6文献标识码:A文章编号:10033l14(2010)03513AnalysisofOperationalTargetsFusionAlgorithmforArtilleryCommandSystemLIUJun,SHIJing-lan,BA0Guohui,KANGDongliang(Unit63880ofPLA,LuoyangHenan471003,China),.ostract:Inartillerycommandsystem.itisnecessaryforthecommandertoanalyzeandmergethedifferentshootingtargetsreportedbytheabordinatescoutteams,SOastoattacktheenemymoreefficientlyandaccurately.Thepaperdiscussestwomaindifferentdatafusionmodes,i.e.RedundanceFusionandAttackMerging.Themathematicmodelsofthemareestablished,andthedatafusioncomputationprincipleisanalyzed.Onthebasisoftheaboveresearch,thesequencecontrolalgorithmofmultipleoperationaltargetsisfurtherstudied;theactualdatafusionresultsareobtained,whichprovidesreferenceforthecommanderSdecision.Keywords:operationaltarget;redundancefusion;attackmerging;targetmergingdegree0引言在炮兵指挥系统作战时,指挥员常需要对多个不同作战目标进行合并,融合,以精减目标数量.目标融合可分为2种情况:冗余融合:炮兵指挥系统下属的多个侦察分队常存在将同一目标按不同编号各自上报的情况,需要进行目标融合来消除数据冗余;打击归并:某些时候炮兵火力打击面足够宽,能同时覆盖位置接近的多个目标,进行统一打击,可将多个待打击目标通过目标融合来进行归并l.以上2种情况下的目标融合算法,探讨了对一大批目标如何控制融合先后次序的问题.在具体分析前,首先说明如下:假设第i条目标编号为,其包含的数据信息有:目标编号();目标发现时间(t);目标类型一分为主类(C)和同一主类下具体的各细类(s);目标基本价值();目标幅员一包括正面(厂)收稿日期:20100310作者简介:刘军(1974一),男,工程师.主要研究方向:指挥自动化装备电子靶场试验.和纵深(d);目标横坐标(),纵坐标(Y),高程(h);目标性质可信度(k);侦察器材误差值();计数器(表示此目标由多少条原始目标融合而来)(n).1冗余融合数学模型在侦察分队上报的众多作战目标中,要认定2条不同的原始目标,其实表示的是同一目标,它们应同时满足位置接近和类型相同2个条件.首先,应较为接近,即发现位置差不应太大.已知发现和的侦察器材各自的中间误差分别为M?和?cU.按照正态分布理论,目标发现位置落在实际位置3倍中间误差距离以外的概率小于5%,因此,若f和上报的位置距离超过各自侦察器材误差值和的3倍,而它们又来自于同一目标的概率仅为:P=p(/(M一)+(M.Y一,)>3X(MiW+.W)<(1一(30.6745)(1一(30.6745)=(10.9783)(10.9783)0.00047,(1)20lO年第36卷第3期无线电通信技术51工程实践及应用技术可见,当2目标问位置距离差超过3倍侦察误差和时,已基本可以排除其属于同一目标的可能性.照此思路,可以设定一个2目标间位置距离差与侦察器材误差和的比值.来判断是否满足融合的位置要求,即当公式(2)成立时,才认为有可能发生目标冗余融合:(M.?Y一?,)+(M?一?)<a2(M?tO+).(2)由于不同类型的目标其分布密度不同,因此.值可根据目标基本价值来决定.通常价值高的目标,因为数量少及为了安全性考虑,部署较稀疏,如果在较小范围内发现了多个高价值目标,则存在冗余上报的可能性较大.因此,o值应随目标基本价值的增大而增大,可以按照公式(3)决定.的取值:口=e(Mi0000),(3)式中,M?和M?分别为和的基本价值,的取值范围一般在0100问设置.除了平面距离外,待融合目标的高程差也应该作为位置判断的依据,高程不应相差过大.由人工设定融合高程差阀值日,即必须满足公式(4)才有可能发生目标冗余融合:(Mi?h一,?h).(4)根据目标性质的不同,日值常在1050m间设定.其次,的目标类型应相同才能进行融合.在,满足位置接近条件时,认为f和的目标主类相同,才有可能发生冗余融合,即必须满足公式(5):M?c=-c.(5)融合后新形成的目标记录各字段按下列方法取值:目标发现时问取2条目标中发现晚的;目标编号,误差值,基本价值,目标类型,幅员取可信度大,基本价值高的;纵横坐标,高程按2条目标信息的中间误差采用插值法计算得到,如式(6)式(8)所示:.:!:兰:竺:兰.(6)Mi+MM.:兰竺:竺:.(7)?=_=_l_一.(7)Mi+Ml=等业.(8)根据条件概率理论,2条融合后目标新的可信度(k)按照公式(9)计算:=高.(9)南_二一可.(9)目标融合计数器(/2)的值为:M?n=Mn+?n.(10)2打击归并数学模型判定2条原始目标信息,是否能够进行打击归并,可按下述方法进行:首先,打击归并同样只对位置相近的目标进行,但与冗余融合不同的是,判断度量不是侦察器材的中间误差,而是火炮的毁伤半径R,R值与具体的火炮型号有关,也可以进行人工设定得出,位于火炮毁伤半径幅员内的各目标符合融合要求.除平面距离外,也要考虑高程差,高程差阀值日的设定方法与冗余融合相同_3J.其次,在满足距离,高程差因素的前提下,目标的性质,幅员也会对融合结果产生影响,分2种情况进行处理:2个目标性质相同时,可将2个目标合并看作一个幅员较大的同类目标,新产生的目标幅员应涵盖原来的2个目标,新目标的左边界Y,右边界Y,下边界钆,上边界.分别按照式(11)式(14)计算:,l=rainM?Y一0.5M?f,.Y一0.5?,),(11)Y=maxMY+0.5M.f,Y+0.5?,(12)b=rainM.一0.5Md,f?一0.5M?d),(13)t=maxM+0.5Md,?+0.5,?d).(14)新目标的幅员和平面坐标按照式(15)式(18)计算:M?Y=0.5(YIYr),(15)?=0.5(b+),(16)M?,=y一Yl,(17)M?d=一钆.(18)新目标的目标性质属性与融合前的2目标相同.2个目标性质不同时,将其融合后形成新目标的边界值,幅员,坐标等仍与上面几式计算方法相同,但新目标的目标性质属性只能采用其中相对重要的目标的值,而需将另一个舍弃.原则上,应考虑将相对基本价值和幅员较小的目标性质删除掉,假设需删除的目标为,常用的删除准则为:(Ms40)n(Mcf20)n(Md20)n(19)(M?fM?d20o).最后,还需比较一下目标融合与否对所需的炮火打击弹药消耗量有何不同,如果融合后所需的弹52RadioCommunicationsTechnologyvOI.36NO.321)l0药消耗量远大于不融合时,则认为不宜融合.判断标准可设定如下_4J:(MfxMd)>1.5X(MfMd+gj.fxd).(20)即:如果融合后的目标幅员大于非融合情况下二者幅员之和的1.5倍时,认为合并后耗费弹药过多,不宜进行打击归并.融合后新形成的目标记录各字段按下列方法取值:目标发现时间取2条目标中发现晚的;目标编号,误差值,基本价值,目标类型,可信度取基本价值高的;纵横坐标,幅员的计算方法上面已有介绍,高程按2条目标信息的幅员采用公式(21)的插值法计算得到:=尝等杀.(21).(21)目标计数器(n)计算方法与冗余融合相同.3目标融合次序控制算法上面给出了作战目标发生冗余融合和打击归并的判断依据,但在一批目标中,一个目标可能会与其他多个目标都发生融合,如果不对融合次序进行控制,那么同样一批目标数据,可能仅仅因为排列顺序不同而导致融合结果不同.为避免出现这样的问题,需要对各目标的融合次序控制算法进行研究.为此,引入一个新的参数:目标融合度,以表示目标融合的优先程度.当两目标发生融合时,的计算方法如公式(22)所示l5J:=0.3B+0.4exp(一d/D)+0.1exp(一h/H)+0.1Kf+0.1Kd,(22)式中,B为与目标性质相关的变量.当2目标性质完全相同时,取B=1;当2目标主类相同,细类不同时,取B=0.5;若主类也不相同,取B:0;d为2目标的水平距离;D为人工设置的距离阈值,常设为50m左右;h为2目标的高程差;H为人工设置的高差阈值,常设为1050m左右;K为2目标的正面比值;K为2目标的纵深比值.有了融合度的概念及计算公式,就可以对一批目标中所有可能发生融合的目标两两进行融合度计算,按照融合度高低对目标依次进行融合,经过几轮迭代完成所有目标融合,这就保证了融合发生次序的唯一性.假设目标数组为MBm,存放m个待融合目标数据项;另有目标保留标志数组bsm,bsi为1工程实践及应用技术表示第i个目标尚存在,未被融合;bsi为0表示第i个目标已被融合,不再存在.对于某目标项MBi,应与排列在之后的其余各目标项依次进行融合度计算,最终找出应与其优先进行融合的目标项,该算法的详细处理流程如图1所示.图1炮兵作战目标融合次序控制算法流程图4实际应用应用上面所介绍的冗余融合,打击归并数据融合原则与融合次序控制算法,结合炮兵作战实际,在编制的融合程序中进行具体的目标融合计算.设待融合目标数组MB5,共有6条目标项,参数如表1所示.表1待融合目标项发现目标正面纵深编号价值纵坐标高程/m时问类型/(mm)Ml8:04支撑点9Ol0oXl0o2826ooOll0M28:04观察所9010020o283o()oO0M38:O1支撑点901o0l0o2826O4O120M48:04支撑点701o0l0028259701ooM59:15支撑点70100lo02826030120M68:02桥梁70202028298000说明:价值:各侦察分队按照目标的重要程度,按照很重要,重要,一般等几种不同情况上报,依次将这几类目标的基本价值量化为90,70和50分来表示;各目标项的横坐标:采用高斯坐标系表示,均为20480000,表1中未列出;(下转第61页)!()l()年第36卷第期无线电通信技术535结束语GEO卫星轨道倾角增大后,卫星螺旋极电流等参数每天变化区间较大,抖动现象严重,约20min螺流超低报警一次(报警门限2.0mA).天线采用现有的程序跟踪模式后螺流变化区间明显收敛,且没有大幅抖动现象.天线调整次数大幅减少,且一次调整到位,提高了天线使用寿命.特别是在卫星轨道倾角已超过2.5.的情况下,使用该方法仍然能够满足天线正确跟踪卫星的各项设计指标,确保了系统在卫星寿命末期稳定可靠运行.(上接第53页)各目标项的纵坐标:采用高斯坐标系表示;各目标项的可信度均为可靠.制定如下目标融合准则:目标融合距离阈值D50m;目标高程差阈值15m;火炮毁伤半径R500m;目标发现时间间隔3600s.根据上述融合准则,执行数据融合流程.首先,M1号目标开始依次与后面的各号目标进行融合度计算,比较结果:它与M2号目标不发生融合,但可与M3号目标进行冗余融合生成新目标,按融合规则,新目标的目标类型保持不变,横坐标,纵坐标,高程,可信度等根据式(6)式(9)计算求得,而目标编号,发现时间,价值,正面,纵深等遵从相对价值较高,目标发现时间较晚的M1号目标的取值;而后此新目标再与M4号目标比对后,发现仍可进行冗余融合,继续合并为新目标,新目标项各取值的计算方法同上;接着比较,M5号目标由于目标发现时间间隔过长,而不再继续发生冗余融合,M6号目标也不符合融合条件,至此第1轮融合度比较结束.接着,开始第2轮融合度比较,即M2号目标开始依次与后面尚存的各号目标进行融合度计算,比较结果:它只能与M6号目标发生打击归并融合,形成新目标的横坐标,纵坐标,正面,纵深,高程等通过加权计算得出,保证火炮打击范围要同时覆盖原2个目标,而目标编号,发现时间,目标类型等遵从相对基本价值较大,覆盖幅员较大的M2号目标的取值,至此第2工程实践及应用技术参考文献1蔡剑铭,甘仲民,陈九治等.卫星通信系统M.北京:人民邮电出版社,1988.2李天文.GPS原理及应用M.北京:科学出版社,2003.13JGAWRONSKIW.Antennacontrolsystem:fromPItoHooJj.IEEEAntennaandPropagationMagazine,2001,43(1):526o.【4JTSENGHC,TEODW.Satellitetrackingantennawithfuzzylogiccontrol【JJ.IEEETransactiononAeroSpaceandElectronicssystem.1998,34(2):639645.5朱承元,杨涤,耿云海.基于ESO的用户星天线跟踪指向技术J.宇航,2005.26(2):6772.轮融合度比较结束.同理开始第3轮融合度比较,结果发现各尚存目标均不再发生融合.最终剩余3组融合后目标,结果如表2所示.表2目标融合结果发现目标正面纵深编号价值纵坐标高程/m时间类型/(mm)M18:04支撑点90looloo2825995107M28:04观察所9Olo03l02829945OM59:15支撑点70100l0o282603O1205结束语针对炮兵作战指挥中常需要对多个作战目标进行融合的实际情况,深入剖析了冗余融合和打击归并2种不同情况的目标融合算法,研究了如何控制目标的融合先后次序,并在此基础上进行了实例计算.实践表明,相关的目标数据融合算法在炮兵指挥自动化系统的作战应用中是可行的.参考文献1唐克,孙来彬,管继平.基于信息熵的炮兵射击目标优选分析J.指挥控制与仿真,2007,29(5):5253.2肖丁,叶雪清,张辽宁.对抗条件下炮兵指挥自动化系统作战效能分析J.军事运筹与系统工程,2005,19(1):5356.3陈春.炮兵指挥自动化M.北京:解放军出版社,2001.4文玉树.炮兵射击条件的自动探测与处理J.测试技术,2003,17(4):313316.5刘怡昕.炮兵作战指挥研究M.北京:海军出版社,20062010年第36卷第3期无线电通信技术61