传感器协同管控功能优化探讨

传感器协同管控的目的是在合适的时间让合适的传感器探测合适的目标，归纳起来，传感器协同管控的主要功能包括传感器协同部署、协同分配和协同控制等，下面分别进行介绍。

1.传感器协同部署

传感器协同部署属于任务规划范畴，一是通过一定的算法、流程、准则，结合战术规则部署传感器的位置；二是优化现有的传感器资源，以期望不同装甲车辆的不同传感器在未来的应用中获得最大利用率或单个任务的最少能量消耗。传感器协同部署是传感器协同探测进行其他工作的第一步，是多传感器协同工作的基础。根据目标环境合理部署多传感器有利于提高多传感器协同探测区域覆盖率，提高对重点目标区域的探测力度，并减少传感器布局中不必要的浪费，有助于提高后续跟踪任务中的目标探测性能。

在实际战场环境中，传感器协同部署主要作用于选定的作战区域，将给定的传感器资源按照类别、用途，根据适当的协同模型进行部署，以最优的探测参数进行观测，以达到整个系统性能的最优化，主要考虑的因素包括：在传感器总数或费用一定的情况下，在主要方向、重点角度和主要高度中传感器对目标覆盖冗余数最多；单个传感器对目标的覆盖系数最多；各种极化方式、工作频段、工作方式的类别尽可能最大；在干扰环境下单个传感器间盲区互补、主要区域间盲区最小等；传感器要在防御区域实现频率域和空间域互相补盲。

对于不同体制的传感器，因为传感器功能的差别，完成任务的程度和侧重点不同，同时再考虑传感器自身工作模式、探测距离等技术参数和部署空间位置、开机时段以及天线波束指向等战术参数的不同，必然导致不同传感器之间最终完成任务的差异性。

由于优化部署的前提是传感器已经被给定，即各传感器的信息是确定的，因此主要考虑如何利用组网传感器的空域优势，在尽可能大的探测范围内提高空间分辨力和目标发现概率，同时降低对方反传感器措施的效果。在权衡利弊的基础上用数字手段对传感器网进行定量分析。不管采用何种原则部署，传感器组网优化的部署都可以看作一种多目标的优化和决策问题。

2.传感器协同分配

传感器协同分配属于动态管控范畴，装甲车辆传感器分配问题是典型的多平台多传感器多目标分配问题，该问题的解空间随着传感器平台和目标总数的增加而呈指数增加，因此该问题是一个典型的多参数、多约束的完全NP 问题，且这类组合优化的资源分配问题带有大量的局部极值点，具有不可微、不连续、有约束条件和高度非线性，该问题的研究是当前指挥辅助决策研究的热点。

目前，大多学者对于传感器分配问题采用单目标规划求解方法，通常将传感器分配的单目标规划目标函数定义为探测效能最大，即以目标探测效能最大为优化的目标函数，然后采用线性规划类方法或智能优化算法进行求解。传统线性规划求解算法主要包括隐枚举法、分支定界法、割平面法、动态优化法等，当目标数增多时，收敛速度慢，难以处理维数较大的火力分配问题。随着现代计算机技术的发展，受自然界生物现象研究的启发，借鉴和利用自然现象或生物智能的启发式随机搜索算法比传统数学方法更具有优越性，高计算速度和大容量内存为多目标优化问题的求解提供了有效的工具，如人工神经网络、混沌算法、遗传算法、模拟退火、粒子群优化、人工免疫算法及其混合优化策略等，这些算法通过模拟或提示某些自然现象或过程而得到发展，为解决复杂问题提供了新的思路和手段。

近年来，随着多目标优化理论的发展和应用，多目标优化方法逐步被应用于传感器分配问题求解。传感器分配多目标优化问题是指除了考虑探测效能外，还考虑传感器使用率等因素，从而形成多目标优化问题。传统的多目标优化问题解决方法是通过人为的先验偏好对多个目标进行加权，从而形成单目标函数进行求解。然而，在实际操作过程中，不同的目标函数往往量纲不同，难以协调，使得决策者难以量化各个目标函数的侧重点或不能提供相应信息，造成先验偏好权值很难获取，从而很难保证优化的各个目标函数同时达到最优值。采用单目标优化分配的结果在实际作战应用中表现为对目标传感器探测数量增大到一定程度后，探测效能改善不明显，从而造成传感器资源的浪费。为了解决这一问题，在探测效能最大的基础上增加约束条件，可以在一定程度上对传感器数量进行限制，然而这不能从根本上解决问题。近年来基于Pareto 集多目标优化策略的求解方法能够避免传统方法的偏好权值选取，且能获得一系列前端解集合，供决策者参考，因此被广泛应用于多目标优化决策。(www.xing528.com)

3.传感器协同控制

传感器协同控制属于任务执行范畴，是指根据传感器协同管控的决策命令对各平台同/异类传感器资源进行控制调度，包括时域控制、频域控制、空域控制、数量控制以及多域综合控制等执行协同探测作业，对传感器资源使用状态和任务执行过程进行监控，从而实现探测系统在合适的时间选择合适的传感器，采用合适的频段对合适的目标进行探测。典型的协同控制方式包括：时域协同控制、频域协同控制和空域协同控制等。

1）时域协同控制技术

通过综合考虑目标优先级、事件预测、传感器预测、传感器控制策略等因素，对每个传感器的开关机时间进行控制，并根据精确目标捕获提示控制多种传感器，实现传感器时间资源的协同控制。

2）频域协同控制技术

为了防止敌方电子侦察或者降低装甲车辆各个传感器之间同频异步干扰和瞄准式干扰，可采用电磁频谱资源控制技术，对电磁频谱资源进行合理筹划、科学调配，实现在作战过程中多平台多传感器在动态的电磁环境下协同工作。

3）空域协同控制技术

根据装甲车辆协同群内各个平台的几何拓扑结构、传感器探测威力和传感器类型，以最大的覆盖范围对目标最小的漏情率等因素，对传感器覆盖进行合理规划，可以提高多传感器协同探测能力。