炮兵指挥系统作战目标融合算法分析.docx

1、 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 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

2、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)03513 AnalysisofOperationalTargetsFusionAlgorithm forArtilleryCommandSystem LIUJun,SHIJing-lan,BA0Guohui,KANGDongliang(Unit63880ofPLA,LuoyangHenan471003,China),.ostract:Inartillerycommandsystem.itisnecessaryforth

3、ecommandertoanalyzeandmergethedifferentshootingtargetsreportedby theabordinatescoutteams,SOastoattacktheenemymoreefficientlyandaccurately.Thepaperdiscussestwomaindifferentdatafusion modes,i.e.RedundanceFusionandAttackMerging.Themathematicmodelsofthemareestablished,andthedatafusioncomputationprincipl

4、e isanalyzed.Onthebasisoftheaboveresearch,thesequencecontrolalgorithmofmultipleoperationaltargetsisfurtherstudied;theactualdata fusionresultsareobtained,whichprovidesreferenceforthecommanderSdecision.Keywords:operationaltarget;redundancefusion;attackmerging;targetmergingdegree 0引言 在炮兵指挥系统作战时,指挥员常需要对

5、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();

6、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

7、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(3 0.6745)(1一(3 0.6745)=(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,

8、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(

9、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+M M.:兰竺:竺:.(7)?=_=_l_一.(7)Mi+Ml=

10、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

11、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 0.5 M?f,.Y 一 0.5?,),(11)Y=maxMY+0.5 M.f,Y+0.5?,(12)b=rainM.一 0.5 Md,f?一 0.5 M?d),(13)t=maxM+0.5 Md,?+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

12、.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 52RadioCommunicationsTechnol

13、ogyvOI.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(Mf Md+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

14、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:=0.3 B+0.4 exp(一 d/D)+0.1 exp(一 h/H)+0.1 Kf+0.1 Kd,(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

15、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

16、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/(m m)Ml8:04支撑点 9Ol0oXl0o2826ooOll0 M28:04观察所 90100 20o283o()oO0 M38:O1支撑点 901o0 l0o2826O4O120 M48:04支撑点 701o0 l0028259701oo M59:15支撑点 70100 o028*M68:02桥梁 7020 2028298000 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