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文档序号:36399602发布日期:2023-12-16 01:46阅读:18来源:国知局
一种雷光结合的激光毁伤无人机效果评估方法与流程

1.本发明属于无人机目标毁伤效果评估技术领域



背景技术:

2.当前,激光武器功率重量比稳步提升,
100kw
以上的大功率激光器已研制成功,激光毁伤无人机将成为未来反制无人机的一种重要手段

一般激光毁伤目标流程为,雷达警戒探测,一旦探测到威胁目标,进入精跟模式,引导光电确认

闭环锁定目标,开启高功率激光武器毁伤目标

激光武器面对单一来袭目标时,在有效毁伤范围内,可以轻松拦截并毁伤目标;而在遭遇多目标或蜂群目标时,需要连续毁伤多个目标,在成功毁伤一个目标后,需要快速锁定并毁伤另外的目标

由于激光武器毁伤距离较近,一般为
6km
以内,实际可用于拦截的时间短,态势非常紧迫,对指控系统辅助决策的快捷性和决策结果的准确性均提出较高的要求,高效

准确的毁伤效果评估方法已经成为影响作战运用

决策和运筹必不可少的内容

3.传统激光毁伤效果评估,以人为判断为主,容易受到人为因素影响

激光毁伤目标的基本原理是:飞行目标被高能激光束持续照射后,被照射区域会迅速升温,核心区域温度可达几千摄氏度,目标会立即熔化

起火,一旦核心控制部分被击穿,或平衡部分被破坏,目标会燃烧

摇晃

降速,然后降落,坠毁,整个过程一般持续8~
10
秒,当前一个激光器连续出光时间在
120
秒左右,理论毁伤目标数是
12
架~
15
架,实际毁伤数量是4架~
10
架,差异较大的一个重要原因是人为判定目标毁伤时间不同,经验丰富的操作手,切换及时,能够充分利用有效出光时间;否则,若不及时切换目标,在同一目标上过度毁伤会造成激光有效时间的浪费,降低整个系统拦截效率;若打击时切换目标太快,能量积累不足,目标未被有效击毁,影响拦截效果

综上所述,当前激光系统毁伤无人机,主要依靠人为判断,存在缺少高效的自动毁伤评估方法,未形成标准化

自动化毁伤评估打击流程,导致系统拦截无人机效率低的问题



技术实现要素:

4.为了解决上述技术问题,本发明提出一种雷光结合的激光毁伤无人机效果评估方法,通过以下技术方案实现:
5.在系统锁定无人机,并对无人机开展激光打击时,雷达和光电自动同步开展毁伤效果评估,在融合毁伤评估模块内将激光

雷达和光电多个异构传感器信息融合处理,产生系统级辅助决策,确定系统是继续打击当前目标,还是停止打击并切换目标,形成标准化

自动化的毁伤评估打击流程

6.进一步的,雷达采集可用于毁伤判定的探测目标一次信息,通过一次信息推算速度变化率
α
和幅度离散度系数
β

无人机目标的核心控制部分

动力部分或飞行组件一旦被激光击毁,目标必然失能,失速,速度快速变化,用速度变化率考量目标的失速情况,无人机的速度变化率为:
[0007][0008]
其中:v1
当前航迹速度;v1-k
前k个航迹速度

[0009]
进一步的,无人机正常匀速飞行时,速度变化率
α
接近为0,被击中失能后,动力缺失,在空气阻力作用下,短时间会出现明显减速,即
α
由小变大,设置一个速度变化率门限
α0用于判定目标是否正常飞行,同时设置一个保护速度门限v0
,当v1-k
<v0
时,速度变化率不作为判定依据,若满足
α

α0&v
1-k
≥v0条件,作为判定目标被毁伤的一个标志,否则判定目标未被毁伤

[0010]
进一步的,无人机被毁伤时,姿态会出现明显波动,导致目标的回波幅度am
剧烈变化,采用滑窗统计法,统计目标的幅度离散度系数
β
,幅度离散度系数的定义为:取一段长度为n的连续样本,每个样本的幅度值为ami
,先后求出这一段样本的幅度平均值m和幅度离散度系数
β
,计算方法如公式2和公式3所示

[0011][0012][0013]
雷达跟踪模式下,探测目标数据率高,数据的实时性非常高,设置幅度离散度系数判定门限为
β0,当
β

β0时认为目标姿态波动超出正常波动范围,作为目标被毁伤的一个标志,否则判定目标未被毁伤

[0014]
进一步的,当目标的速度变化率
α
和幅度离散度系数
β
均满足毁伤判定准则或连续三点未探测到目标,则雷达输出目标被毁伤标志为1,否则输出被毁伤标志为
0。
[0015]
进一步的,雷达毁伤标志

光电毁伤标志

激光打击标志,以及目标的一次距离信息共同进入融合毁伤评估模块,在此模块中融合激光

雷达和光电三种异构传感器的信息,结合实际先验采集数据,考虑雷达的探测威力和光电锁定目标距离的差异,提出最终的融合统筹计算方法如表1所示

[0016]
表1融合统筹计算方法
[0017][0018][0019]
得到最终毁伤置信度z,当毁伤置信度
z≥z0,则判定目标已被成功毁伤,停止打击,转入下一目标或等待,否则,继续打击当前目标

[0020]
本发明应用于激光打击毁伤评估领域,通过激光

雷达和光电三种异构信息融合,计算出目标是否被毁伤的最终结果,用于指导下一步激光打击策略

该方法全过程以实时数据为基础,将每一个参数和判断准则数字化,形成标准化和自动化的毁伤评估流程,可以在
1s
内自动形成毁伤判定结果,辅助系统打击决策,显著提升激光系统有限出光时间内对无人机目标的打击效率,为后续打击无人机全过程自动化或无人化打下基础

附图说明
[0021]
图1激光系统联动打击评估流程框图

[0022]
图2激光打击过程中雷达探测目标的速度变化率

[0023]
图3激光打击过程中雷达探测目标的幅度离散度系数变化情况

具体实施方式
[0024]
本发明提出的雷光结合的激光毁伤无人机效果评估方法,主要包括雷达目标数据毁伤评估

光电图像毁伤评估和雷光结合激光毁伤效果评估三个部分,下面结合附图对本发明的优选实现过程进行详细介绍

[0025]
本发明流程如图1所示

雷达警戒搜索探测目标,发现目标后,对目标进行分类识别和威胁等级判断,雷达自动对威胁等级最高的两个目标转入跟踪模式,形成高达
10hz
数据率的目标航迹信息

雷达将该信息作为目指信息发送给光电设备,若光电设备未发现或未锁定目标,会持续接收雷达的目指信息,一旦光电锁定并闭环跟踪目标,则系统立即对该目标开展激光打击

在激光开始打击的同时,将正在打击的状态信息回传给雷达

光电和融合毁伤评估模块

雷达信息处理根据目标速度v计算目标速度变化率,由于数据率为
10hz
,相邻数据时间间隔较小,计算结果对速度v的变化会过于敏感,所以数据间隔k=5,将当前目标速度与之前第五个航迹速度带入公式1,求出目标速度变化率
α

依据目标幅度
am
滑窗计算幅度离散度系数
β
,可取窗长度n=
10
,每相邻
10
个点求得一个幅度离散度系数
β

根据前期大量采集真实目标回波数据统计结果,取速度变化率门限
α0=
35
%;幅度离散度系数门限
β0=
125
%,当速度变化率和幅度离散度系数这两个条件据满足或连续三点未探测到目标
(
目标已消失,不具备继续进行参数判定条件
)
,雷达判定目标已被毁伤成功,向融合毁伤评估模块上传雷达毁伤标志为1,否则判定毁伤未成功,上传雷达毁伤标志为
0。
[0026]
融合毁伤评估模块在收到激光打击标志

雷达毁伤标志和光电毁伤标志后,将这三个传感器的信息融合处理,进行最终的毁伤效果评估,具体评估准则如表1所示,首先判定打击标志,若打击标志为0,激光未开展打击,毁伤置信度直接置0;若打击标志为1,开展雷达和光电的毁伤标志判断,总共四种组合,当雷达和光电均给出未毁伤结果时,毁伤置信度为0,其它三种情况,会结合雷达探测距离,光电的锁定目标距离不同,产生最终的毁伤置信度计算公式:z=
(8-r)/8*
雷达标志
(6-r)/6*
光电标志

σ
,当光电标志有效时,
σ

0.3
,否则
σ

0.1
,若最终计算的毁伤置信度z>1,则取1,小于0则取
0。
[0027]
系统会根据毁伤置信度z的值确定下一步激光打击策略,当z>
0.5
时,判定目标已被成功击毁,停止激光打击,转入下一目标或进入等待状态;否则继续打击

[0028]
下面以一个优选的实施例对本发明进行说明:
[0029]
无人机在
7km
外,以
50m/s
的速度靠近系统,雷达探测

识别到目标,并稳定自动起批,光电确认闭环锁定目标,开始打击距离在
6.3km
,打击过程中目标继续匀速向站飞行,在
5.7km
左右被完全击落,飞行过程中速度变化率如图2所示,幅度离散度系数变化如图3所示,速度变化率
α
和幅度离散度系数
β
均有不同程度的变化,但均未满足雷达毁伤评估判断条件,直到第
82
个点后,
α

62.27

》35
%且v1-k

49.35》3

β

133.8

》125
%,多个条件均满足,雷达判定目标已被毁伤

当前距离r=
5.897km
,将r和雷达毁伤标识带入表1,假设光电毁伤标志为0,求得z=
0.608》0.5
;若光电毁伤标志为1,求得z=
0.825》0.5,
经过统筹计
算,均可稳定得出目标已被成功毁伤,提前约4秒钟准确判断出目标已被击毁,为系统节约4秒钟的有效打击时间,节省时间比率接近
50
%,且整个联动

打击

评估过程,全程自动化判断,无人为因素影响,可以解决前期多目标来袭时,缺少标准化

自动化毁伤评估打击流程,出现激光有效出光时间浪费,导致有效拦截目标效率低的问题

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