超视距目标指示系统及其战术数据链体系结构研究

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在现代战争中,高度灵活和可靠的战术通信是保障有效指挥和控制的关键,本文以战术数据链系统为应用背景,研究适合超视距目标指示系统的战术数据链的网络体系结构。  超视距目标(OverTheHorizonTarget简称OTHT)是指相对于雷达视距以外的目标。目标指示方法是超视距目标指示系统的主要技术指标之一。本文首先对超视距目标指示系统及其指示方法进行了研究,主要介绍了基于雷达的超视距目标指示方法,基于时差信息的超视距目标指示方法和空中超视距目标的三维无源指示方法。分析了基于雷达的超视距目标指示方法的误差来源及解决方法,对基于时差信息和空中超视距目标的三维无源指示方法进行了研究和仿真分析。  战术数据链系统是超视距目标指示系统正常工作的前提和保障,它要完成超视距目标战术数据的实时准确传输。战术数据链的结构形式对整个系统的性能起到至关重要的作用。传统的战术数据链采用集中式体系结构,本文首先对传统的集中式体系结构进行了详细的分析,这种集中式的战术数据链在网络的抗毁性、抗干扰性等方面都难以适应现代战争的要求。采用分布式体系结构已经成为建设战术数据链的主要发展方向,重点介绍了分级分布式体系结构及其特点,该结构具有扩充性好、抗毁性强、组网灵活等特点,考虑了节点单元的不同的处理能力,更加适合于用于指挥控制系统的战术数据链。  然后,介绍了具体的分级分布式体系结构的组网方法。在对现有的三种分簇法进行研究的基础上,分析了各自的优缺点,并提出一种基于可信度的分簇算法。该算法综合考虑节点的可信度、安全性及网络结构的稳定性等多方面因素,使得网络稳定性增加,避免网络的瓶颈效应。仿真结果表明,基于可信度的分簇算法的性能优于其他三种分簇算法。在此基础上提出一种网关节点的选举算法,能够大大降低簇间信息的转发率,提高网络的通信链路利用效率,在各级网络上,应用该分簇算法,形成分级分布式的指挥控制系统体系结构。  其次,本文介绍了形成分级分布式体系结构的具体方法。对于典型的最小ID分簇算法和最高节点度分簇算法进行了介绍,分析了它们的优缺点,并指出了它们应用于指挥控制系统的不足之处。提出了一种新型的按需加权分簇算法,综合考虑节点的处理能力、节点度和节点的移动性等多方面因素来计算节点的权值,并且为了提高网络体系结构的稳定性,减少计算和通信开销,采用按需策略来完成簇结构的维护。利用仿真实验对三种分簇算法进行了比较,仿真结果表明,按需加权分簇算法的性能优于另外两种分簇算法。通过在网络的各级上应用分簇算法,形成分级分布式体系结构。  最后,对网络的抗毁性能进行分析,得到一种网络抗毁性能的度量,并提出相应的网络拓扑结构的优化控制算法。仿真结果表明,采用了优化控制算法之后,网络的动态拓扑结构更加均匀,可靠性、抗毁性都有一定程度的提高,进而改善了整个指挥控制系统网络的性能。采用基于节点的网络抗毁性评价方法对于网络的抗毁性进行了分析,提出了一种网络拓扑结构的优化控制算法,并对于这种算法进行了仿真。仿真结果表明,从网络抗毁性的角度考虑,采用这种优化控制算法后,网络的拓扑结构得到了优化,并且还可以降低各节点的发送功率,减少能量消耗,进而降低节点被敌方发现而受到攻击的可能性。
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