舰艇协同防空时间同步误差对目标定位的影响论文

舰艇协同防空时间同步误差对目标定位的影响*

金 虎¹王玉松²

（1.91404部队 秦皇岛 066200）（2.海军装备部装备审价中心 北京 100071）

摘要 多平台协同防空可以获得比单平台防空更高的效率，但是其定位精度也受到各平台时间同步误差的影响。文中基于水面舰艇多平台协同防空模式下，时间同步误差对整个防空系统效率的影响，分析了协同防空系统对时间同步系统的需求，讨论了现阶段时间同步系统的建立技术，最后针对多平台协同防空时的辅助跟踪和交叉定位两种模式，分别建立了目标定位精度和时间同步误差之间的数学模型。

关键词 协同防空；时间同步系统；时间同步误差；目标定位；目标探测

1 引言

不同水面舰艇的多个平台协同防空作战，通过统一指挥和信息共享，可以根据不同水面舰艇空间分布位置的不同和探测装备性能的差异，充分发挥不同平台在空间位置和装备性能上的相对优势，实现更高的作战效能，大大提高舰艇编队的防空效率。为了能够使不同水面舰艇的多个平台能够在统一的控制信息下协同运作，并及时有效地分享探测数据，就必须通过时间同步系统实现各平台的时间同步。

时间的同步可以分为粗略时间同步和精确的时间同步。其中精确的时间同步属于微计时学的领域，广泛的用于科学实验。多个作战平台和武器装备系统在时间同步系统提供的控制信息、标准时间信息和标准频率信息的协调下，也可以在进行信号数据处理时保持高精度的同步运行，达到多个平台可以协同运作和共享探测信息的目的^［1]。

2 多平台协同防空系统对时间同步的要求

多平台协同防空系统通常由分布的多个探测警戒雷达系统、舰空导弹系统、各级指挥和自动化系统等多个平台系统组成。各个平台系统协同工作，完成高数据率信息的实时采集、处理、分发、共享和协同动作，实现协同探测的作战模式，使多平台协同防空相对于各平台分别防空具有更高的运作效率和作战使用效能。在这种作战模式下，需要有粗略的时间同步，保证协同防空系统各平台之间指令和控制信息的准确识别，也需要有精确的时间同步，保证各平台之间共享的数据信息具有精确的时间标志^［2～3]。

另一方面，每个平台的系统也往往包含多个独立或不独立的子系统和设备，也需要进行相应的时间同步。以探测警戒雷达系统为例，探测警戒雷达系统一般就是由多个同型号或不同型号的警戒雷达和目标指示雷达组网构成的，一个雷达把目标的坐标信息和运动参数经过误差校准、转换之后共享分发给其他组网雷达，可以实现对其他雷达的引导和辅助探测。由于组网雷达在空间上是分布配置的，工作方式、工作频段和数据率也不尽相同。通过雷达组网，实现探测信息的实时共享、高效共享和可靠共享^［4]。在协同防空工作方式下，雷达与雷达之间进行数据传递的过程中，由于数据处理、网络传递等时延环节的存在，必须对雷达数据添加时间标识，从而使接收到共享数据信息的雷达根据当前时间来计算共享数据信息的延时量。接收共享数据信息的雷达系统对数据的延时量进行补偿，从而保证共享数据信息的准确性^［5]。

综上，无论是协同防空系统的各个平台之间，还是各个平台内部系统之间，都需要满足相应精度需求的时间基准和时间同步信号，用于协同不同系统之间的动作、标识数据的时间信息和补偿共享数据信息的延时量。多平台协同运作时必须有时间同步系统提供满足相应精度要求的同步信号。

双向比对技术：在多个平台站点中指定一个基准站，其他各个平台站点分别与基准站双向传递同步信号，通过对比同步信号，各个站点计算出自己与基准站的同步误差并对时钟进行修正，从而实现系统的同步。双向比对技术通常可以借助卫星通信、光纤通信、微波通信等手段实现。

3 多平台时间同步技术分析

现阶段，已经发展出多种技术来构建时间同步系统，用于解决多平台之间时间同步需求。

网络时间同步技术：在对时间同步的精度要求不高的情况下，可以利用数据通信链路实现时间同步。网络时间同步方式的精度往往相对较低，不适合用于数据信息传递网络，但是对于指挥控制系统网络的应用却可以满足使用需求，而且很容易实现大范围的时间同步^［6～8]。

自主基准共视比对技术：设置一个可以产生稳定的时间同步信号的时间基准，该时间基准具有机动性，能够在一定区域范围内以超短波或微波进行广播，各个平台的时统设备分别接收同步信号，实现时间同步。该技术通过设置机动的自主时间基准，可以实现体系内多个平台的自主同步，实现远距离相对时间同步的常用技术。共视比对的时间同步方法，在民用上常借助于卫星信号，或者电视、通信等有固定时间标志的信号实现。

膜孔径的大小会影响膜的性能，但是膜蒸馏中所处理的溶液的性质会影响膜的孔径[7]。从图 1和图 4可见，膜4的通量大于膜 3的通量。另一方面因为膜 3是PTFE膜，它的强度比膜 4小，所以增加支撑层来提高膜强度，与此同时，膜的传质阻力也增加，导致膜 3 的膜通量减小。膜 4是偏聚氟乙烯，具有极强的疏水性，它的耐冲性能和耐磨性能优良，此外它的化学稳定性良好，在室温下不被酸、碱等强氧化性试剂腐蚀[8-11]，所以选择膜 4为膜蒸馏实验用膜。

多时间源兼容技术：采用多个独立的时间源并行工作，通过算法和技术解决各个时间源的工作状态检测评估、有效时间源的自动选择和多个同步信号的兼容融合。多个时间源并行工作，可以极大地提高时间同步的可靠性和抗干扰性，提高设备在复杂电磁环境下稳定工作的能力。

不同的时间同步技术在可靠性、授时精度、授时范围、实现方式等方面具有各自的特点和应用范围。多平台协同系统中既有低速率、低授时精度的控制指令等的信息传递和分发，也有高速率、高精度的目标信息和处理数据的共享和传递，往往会根据实际需求使用两种或多种技术手段来构建时间同步系统^［9]。

4 时间同步误差对目标定位测量精度的影响

防空作战中，对目标的定位主要是由雷达系统来完成的。由于各个雷达平台在空间分布配置、工作方式、探测威力、探测精度、工作频段等的不同，采用多平台组网协同防空的作战模式可以增加探测威力，提高对目标的发现概率，但是在数据传递和数据共享过程中所产生的数据信息时间同步误差直接影响了所传递和共享的数据的时效性和准确度。分析时间同步误差对目标定位测量精度的影响，对提升目标定位精度和作战效能评估都具有十分重要的意义^［10～12]。

4.1 辅助跟踪条件下的时间同步误差影响

如图1所示，在辅助跟踪条件下，一个雷达平台（O点）接收到其他平台共享的目标数据信息，经过坐标转换之后目标相对于本平台的位置为A点（斜距r，方位角α，俯仰角β），假设两个平台之间存在时间同步误差，那么目标的真实位置可能会在另外一个位置B点。AB之间的距离就是两者之间的空间相对距离s，且s等于目标的飞行速度v和时间同步误差Δt的乘积。如果平台之间的时间同步误差越大，目标的飞行速度越快，那么共享目标数据信息的误差越大，数据信息的有效性也越低。

大体积混凝土由于相对散热面积较小，在施工过程中很容易因内外温差而出现温度裂缝[2]。为有效控制承台施工的混凝土温度，针对重庆笋溪河特大桥工程，从以下几个方面采取了温度控制措施，以保证桥梁承台的安全：

图1 辅助跟踪条件下时间同步误差对目标定位精度影响示意图

4.2 交叉定位条件下的时间同步误差影响

其中L是O₁平台与O₂平台的距离。

如图2所示，在交叉定位工作模式下，O₁（x₁，y₁，z₁）平台和O₂（x₂，y₂，z₂）平台分别被动接收目标A（x，y，z）发出的辐射信号，测量得到目标的参数信息为：方位角α，俯仰角β。由于O₁平台通过被动跟踪的方式测得了目标参数（α₁，β₁），根据几何原理，只需要结合 O₂平台测得的目标参数（α₂，β₂）中的一个值，就可以通过交叉定位的方式确定测量目标的位置^［10]。反之O₂平台也可以通过测得的目标参数（α₂，β₂），结合O₁平台测得的α₁或者β₁，也可以确定测量目标的位置。下面以O₁平台为例，结合O₂平台的方位角α₂参数解算测量目标的斜距信息R。

假设O₁和O₂两个平台之间存在时间同步误差Δt，存在时间同步误差情况下两平台通过交叉定位确定的目标位置为B点。如图2所示，A、B在x-y平面的投影分别为A′、B′，A、B在x轴的投影分别为C、D，作B′在A′C上的垂线，垂线与A′B′的夹角为θ，在那么解算得出的目标斜距信息R₁为

图2 交叉定位条件下时间同步误差对目标定位精度影响示意图

(1)模型要求利用CFGJ与PD-HFLTS刻画并处理不确定决策信息，该方式表达更为便捷，传递信息更为丰富，计算更为精准。

其中：

“纲要”课程的内容主要是概括近代以来中国志士仁人和人民群众为实现民族独立、人民解放、国家富强、人民富裕的历史任务而艰苦探索的历史，重点反映近代以来久经磨难的中华民族在中国共产党领导下英勇奋斗，实现了从站起来、富起来到强起来的历史性飞跃过程。“纲要”课程的这些内容与爱国主义教育基地包含的内容和承担的使命是非常契合的。

O₂平台对目标方位角测量结果的均方差为

那么考虑时间同步误差后，O₁平台对目标斜距R '1的均方差为

其中，L是O₁平台与O₂平台的距离，σ_L 是L的均方根误差，σ_{α 1}，σ_{α 2}，σ_{β 1}分别是目标方位角α₁，α₂和俯仰角β₁的均方根误差。

由式中可以看出，交叉定位条件下，两平台之间的时间同步误差越大，目标定位的距离精度就越差（由于目标位置信息中的方位角、俯仰角信息本平台可以直接测量得到，所以目标定位的方位角、俯仰角精度只和本平台的测量精度有关）。同时，如果多平台协同防空系统具有明确的精度指标要求时，可以由上式反过来确定协同防空系统对整个系统时间同步精度的最低要求。

5 结语

水面舰艇多平台协同防空时，能够通过统一控制和数据信息共享来有效地提高作战效能，但是不同平台之间的时间同步误差对整个防空系统目标定位的精度有负面影响。时间同步误差越大，目标定位的精度越低，多平台协同防空的效率也越低。文中分析了水面舰艇多平台协同防空对时间同步系统的需求，讨论了时间同步系统的构建技术，分析并建立了时间同步误差对定位精度影响的数学模型。

在某公路工程勘查实例中，对原始地震记录进行了面波提纯、相速度频散曲线提取和半波长解释，依据半波长解释结果对工区进行了分层，且分层结果与钻孔地质资料吻合，取得了良好的应用效果。

通过分析时间同步误差对目标定位测量精度的影响，可以明确在满足作战需求的条件下，时间同步系统所需要满足的精度，也可以分析出在现有时间同步精度条件下，目标定位测量误差的范围。

④Rai，A．，＆ Tang，X．，“Leveraging it capabilities and competitive process capabilities for the management of interorganizational relationship portfolios”，Information Systems Research，2010，21(3)，pp．516 ～542．

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Analysis on the Influence of Time Synchronization Error on Target Location Under Multi-platform Synergistic Air Defense Mode of Surface Ship

JIN Hu¹WANG Yusong²
（1.No.91404 Troops of PLA，Qinhuangdao 066200）（2.Equipment Price Evaluation Center of Naval Equipment Department，Beijing 100071）

Abstract Multi-platform cooperative air defense can achieve higher efficiency than single platform，but its positioning accuracy is also affected by the time synchronization error.In this paper，based on the surface ship multi-platform cooperative air defense mode，the effect of time synchronization error on the efficiency of the whole air defense system is presented，the demand of the cooperative air defense system for time-synchronization system is analyzed，the establishment of time-synchronization system at present stage is discussed.Finally，aiming at two modes of assistant tracking and cross location in multiplatform copperative air defense，the mathematic models between target positioning accuracy and time synchronization error are established.

Key Words collaborative air defense，time synchronization system，time synchronization error，target location，target detection

中图分类号 E273.1

DOI： 10.3969/j.issn.1672-9730.2019.09.011

*收稿日期： 2019年3月11日，

修回日期： 2019年4月20日

作者简介： 金虎，男，硕士研究生，工程师，研究方向：船舶工程和雷达工程。

Class Number E273.1

标签：协同防空论文;  时间同步系统论文;  时间同步误差论文;  目标定位论文;  目标探测论文;  91404部队论文;  海军装备部装备审价中心论文;