从穿透性制空(PCA)看美军《2030年空中优势飞行规划》

美军一直认为获取空中优势是取得作战胜利的重要先决条件。面对未来不断涌现的威胁与不断复杂的作战环境,为保持空中优势,美军出台了一系列的战略规划,其中《2030年空中优势飞行规划》对空军能力需求与装备发展有着较大的影响,穿透性制空(PCA)是该规划的核心。本文分析了规划出台的背景,并对规划涉及的具体内容进行分析,特别是重点解读了穿透性制空概念,梳理了穿透性制空涉及的关键技术要素,以期对我军武器装备的发展提供参考。

基于层次分析法的穿透性制空作战飞机威胁评估

针对美空军穿透性制空作战概念,为满足抗穿透性制空作战目标分析的需求,提出了穿透性制空作战飞机威胁评估方法。根据穿透性制空作战特点,设置穿透性制空作战飞机威胁评估指标,构建穿透性制空作战飞机威胁评估指标体系;基于层次分析法建立穿透性制空作战飞机威胁评估模型,从而得出穿透性制空作战飞机威胁排序。通过实例计算,验证了所提出威胁评估方法的有效性和合理性,能够为抗穿透性制空作战目标分析和策略研究提供依据。

穿透性制空作战概念的进展与研究

美军历来将夺取空中优势视为其在现代军事行动中取胜的先决条件,而作战概念的研发是其主动设计战争、推动作战理论创新的核心环节。穿透性制空作战概念就是美军为应对主要作战对手日益增强的反介入/区域拒止能力的核心空中作战概念。阐述了穿透性制空作战概念的发展背景和核心能力需求,分析了该作战概念的主要特点,梳理了美军在该概念各项作战能力上的最新进展并分析其作战效能,并提出对策建议,进而为我军一体化联合作战提供借鉴。

基于KPCA的探地雷达自适应杂波抑制算法研究

探地雷达是地雷探测的有效技术之一,如何尽可能滤除雷达接收信号中的杂波成分而又不失目标信息是完成目标检测的关键。为增强目标信息,提高信噪比,提出将主成分分析子空间投影和基于RLS自适应滤波技术相结合的方法,通过VUB实测数据进行实验,结果证明了该方法的有效性。

一种新颖的探地雷达快速正演模拟及埋地目标探测机器学习方法

探地雷达正演模拟在真实雷达数据解译及全波形反演中扮演着重要的角色,针对传统探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)正演模拟计算量巨大、耗时、不利于实时探测等问题,提出一种基于机器学习框架的近实时GPR正演模拟方法.以混凝土中的钢筋探测作为GPR应用场景,混凝土的含水量、钢筋半径及埋地深度作为模型参数,利用时域有限差分数值模拟散射回波信号;运用主成分分析对回波数据进行降维处理得到相应的主成分权值系数,并以此作为机器学习网络的输出;设计了一种基于随机森林的多层循环网络架构和学习策略,不仅充分挖掘学习模型参数和主成分权值系数之间的内在因果关系,也共享主成分间的相互联系,并具有对每个预测主成分完善和修正的功能,以此实现基于机器学习的探地雷达快速正演模拟,与传统机器学习相比,有效提高了正演模拟的精度.在此基础上将两个深度神经网络与随机森林相结合,以回波数据主成分系数为输入,建立了基于机器学习的场景参数预测模型,实现了近实时的埋地目标探测,预测的混凝土含水量最大误差为2%,钢筋埋地深度最大误差为6.7%.

主元分析法去除瞬态系统收发耦合波研究

在瞬态信号的测量系统中,收发天线的耦合信号是接收系统的主要干扰之一,对系统的性能有很大影响,尤其对近场遥感系统如表层穿透雷达(SPR)系统的影响更为明显.故耦合波的去除对系统的信号处理性能起着至关重要的作用.该文依据SPR系统对信号处理的特定要求及其工作条件,提出了采用主元分析法去除直达波的方法.通过理论分析和具体试验证明该方法可有效去除回波信号中耦合信号;此外,该处理算法简单高效,易于实现实时处理.

基于Rail-GPSAR实测数据的地雷检测新方法

本文借鉴恒虚警率(CFAR)思想估计图像数据中杂波的统计量,实现图像的预白化处理。在训练图像中选取地雷图像切片的距离向中心切线作为本征向量构造训练数据阵,获取检测器的参数估计,结合主分量分析设计高效的偏差最优线性二次(DOLQ)检测器。验证了DOLQ检测器输出的灰度图像服从Gamma分布,利用其分布参数和实测数据特点确定整体阈值。对得到的二元图像利用形态学操作获取可疑目标块,然后通过整体阈值和局部门限确定的自适应阈值对其进行二次检测,以确保无漏检的情况下尽可能降低虚警。基于图像中目标能量的空间范围,提出了利用能量环对预白化处理后的图像进行目标检测。最后,提出了一种将能量环与DOLQ检测器的检测结果进行决策级融合的新方法,完成对不同土壤环境、埋设深度地雷的检测。对实际图像的检测结果表明,新方法能够显著降低虚警,且具有较好的稳健性。

基于小波变换与主成分分析的探地雷达自适应杂波抑制方法研究

针对传统主成分分析法在探地雷达杂波抑制方面的不足,该文基于2维小波变换的分时分频特点,提出了改进的主成分分析子空间投影法。进一步将改进的子空间投影法与自适应横向滤波方法相结合,保留了自适应滤波方法良好的目标回波信号保真度与学习适应能力等优点,提出了基于小波变换与主成分分析的探地雷达自适应杂波抑制方法,实现了小波变换、主成分分析法以及自适应滤波方法的优势互补。实验结果表明该方法在信杂比与目标图像清晰度方面具有良好的杂波抑制效果。

全极化探地雷达多极化数据融合分析研究

对于相同地下目标体,相比大部分传统单极化探地雷达,全极化探地雷达(FP-GPR)可以测得更全面的极化数据,称为VV,HH,VH。为了对地下目标体进行更全面精细的成像和识别,数据融合技术被应用于FP-GPR将3种不同极化模式的极化信息结合起来。然而,目前全极化探地雷达数据融合常用的加权平均融合方法,它会掩盖全极化的优点,同时也无法同时适应不同的散射机制。因此,该文提出了基于主成分分析(PCA),拉普拉斯金字塔(LP)以及多尺度小波变换(WT)的3种FP-GPR数据融合方法。为了检验几种数据融合方法的可靠性,该文在实验室分别测量了代表3种不同基本散射机制目标体的FP-GPR数据进行分析,引入瞬时振幅为主、梯度为辅的方法将加权平均融合方法与3种方法进行比较。结果表明该研究所应用的3种数据融合方法效果均优于加权平均融合,并且3种方法可以分别适应不同散射机制的目标体,主成分分析融合可以更好的应用于未知散射机制目标体。最后,将主成分分析融合应用于实际冰裂缝数据成像,得到很好的融合效果,且优于加权平均融合方法。

穿透性制空下无人飞行器发射母机作战体系及关键技术

穿透性制空是应对反介入/区域拒止环境的一种重要手段。在该作战需求下,无人飞行器发射母机因载荷数量和种类优势、作战距离和时间优势、研制周期和成本优势受到广泛关注。在梳理无人飞行器发射母机相关概念发展和支撑研究的基础上,设计了无人飞行器发射母机作战体系的组成系统、作战过程、作战事件追踪、信息交互等顶层作战概念。从复杂环境下战场态势智能认知、可信可靠远距离弹性通信、多无人飞行器仿生自主决策与协同、无人飞行器货仓内通用发射控制四个方面展望了体系关键技术,以期推动无人飞行器发射母机作战体系开发研制与技术储备,为体系流程和功能的仿真与评估提供理论基础和建模框架。

主元分析法在浅层实时探测中的应用

超宽带脉冲体制探地雷达探测浅层目标一般以图象的形式给出结果,对探测人员读图能力要求较高,探测者的主观因素对分析结果影响较大;浅层目标体积小,埋设浅,回波比直达波的幅度小且容易与直达波混叠。基于这种雷达提出采用PCA算法计算能量分布变化曲线来检测浅层地下目标的存在,实现声音实时报警。这种方法在纯净和复杂环境下均具有较好的识别能力和报警效果。实验结果表明,PCA算法能够较准确的检测到浅层地下预埋目标的存在并实时报警,对今后浅层地下目标探测有一定指导意义。

穿透性制空作战建模仿真研究

针对穿透性制空作战概念,分析了当前国内外理论研究现状并总结其作战特点,依据穿透性制空作战的关键行动,将其仿真建模问题聚焦为压制敌防空(SEAD)作战和有人/无人协同空战两个领域,结合现有模型和算法,建立了穿透性制空背景下两者的建模框架,并对主要问题进行分析,指出穿透性制空作战建模仿真面临的挑战。

穿透性打击编队作战生存力仿真分析研究

针对穿透性制空作战概念,建立了穿透性打击编队生存力的数学模型,分析了隐身飞机在雷达、红外和射频3种探测手段下的探测概率模型,并基于AnyLogic平台和某型兵棋推演系统数据进行了仿真实验。利用多轮多案的基线仿真实验评估方法评估了红蓝体系对抗下穿透性打击编队的生存力问题,仿真分析了隐身性能、穿透方式、红方空中力量对蓝方穿透性打击编队生存力的影响,可为研究应对穿透性制空作战提供决策支持。

美军穿透型制空概念及相关导弹武器发展

针对2016年5月美国空军在脱密版《2030年空中优势飞行规划》报告中首次提出的穿透型制空概念,介绍了穿透型制空概念提出的背景,结合当前动向深入分析了穿透型制空概念的本质及未来发展趋势;同时,通过梳理穿透型制空相关导弹武器装备的发展,给出了美空军未来空中优势新一代武器装备的发展方向,以期为未来装备发展提供信息支撑。