战场时空一致性原理与方法

第1 章 绪 论??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 基本概念??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．1 时间????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．2 空间????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．3 战场时空一致性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3
1．3 战场时空一致性机理分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．4
1．3．1 信息获取??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4
1．3．2 信息传输??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9
1．3．3 时空配准??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14
1．3．4 信息融合??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19
1．3．5 态势估计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24
1．3．6 态势显示与分发??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27
1．4 战场时空一致性现状、难点与科学问题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．29
1．4．1 实例解读??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30
1．4．2 现状和难点分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31
1．4．3 科学问题??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32
1．4．4 主要研究思路??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35
1．5 本书章节安排??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．36
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37
第2 章 时空误差及其演化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
2．1 时空基准误差特点??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
2．1．1 时空基准??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40
2．1．2 时间基准误差特点分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45
2．1．3 空间基准误差特点分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47
2．2 时间同步误差分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
2．2．1 网络时间同步误差分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????49
2．2．2 基于时频信号的时间同步过程分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54
2．3 动平台雷达探测时空误差演化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．57
2．3．1 甲板形变及其影响??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????58
VIII
战场时空一致性原理与方法
2．3．2 机械稳定雷达时空基准误差演化模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59
2．3．3 电子稳定雷达时空基准误差演化模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????97
2．4 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．115
第3 章 同步原理与方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．116
3．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．116
3．1．1 时间同步内涵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????116
3．1．2 常用时间同步方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????117
3．2 有线网络时间同步方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．119
3．2．1 NTP时间同步????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????119
3．2．2 PTP时间同步??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????128
3．3 无线网络时间同步方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????137
3．3．1 典型无线网络时间同步方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????139
3．3．2 无须报文交换的时间同步模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????141
3．3．3 基于报文交换的时间同步模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????148
3．4 公共时间基准体系分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????151
3．4．1 公共时间基准结构??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????152
3．4．2 分层设计与区域时间同步策略????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153
3．4．3 时间同步资源与典型战术平台应用????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154
3．5 海战场时间同步体系设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????157
3．5．1 指标需求分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????157
3．5．2 总体架构设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????159
3．5．3 编队时间同步体系??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????161
3．6 时间同步技术的发展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
3．6．1 纳秒级时间同步技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
3．6．2 皮秒级时间同步技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????168
3．6．3 量子时间同步技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????168
3．6．4 高精度原子钟技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????169
3．7 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．171
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．171
第4 章 配准原理与方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????173
4．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
4．2 空间配准流程??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174
4．2．1 基于合作目标配准??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175
4．2．2 基于非合作目标配准??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175
4．3 空间配准系统误差模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????176
IX
目录
4．3．1 系统误差描述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????177
4．3．2 空间配准系统误差测量方程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????179
4．4 空间配准系统误差估计算法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
4．4．1 动平台定位误差估计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
4．4．2 基于合作目标传感器探测等效系统误差估计方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????191
4．4．3 基于非合作目标传感器探测等效系统误差估计方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????194
4．4．4 多平台多无源传感器配准方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????199
4．4．5 基于多传感器距离测量的空间配准方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????201
4．5 空间配准可观测性分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
4．5．1 可观测性概念??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
4．5．2 低可观测度下的配准方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????208
4．5．3 仿真验证??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????210
4．6 空间配准性能评价??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
4．6．1 系统误差估计收敛性分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
4．6．2 空间配准性能评价??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????213
4．7 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
第5 章 基于相对熵的时空一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????216
5．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．216
5．2 相对熵原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????217
5．3 离散特征空间相对熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
5．3．1 一维离散特征空间目标属性的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
5．3．2 一维离散特征空间中基于相对熵最小的一致性信息融合准则????????????????????????????????????????????????????????????????????????????220
5．3．3 多维离散特征空间中的信息熵与相对熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????221
5．3．4 多维离散特征空间中基于相对熵最小的一致性信息融合准则????????????????????????????????????????????????????????????????????????????223
5．3．5 多维离散空间一致性函数的归一化表示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4 连续空间中的相对熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4．1 二维平面中目标位置信息的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4．2 二维平面中基于目标位置相对熵最小的一致性信息融合准则????????????????????????????????????????????????????????????????????????????227
5．4．3 多维空间中目标信息的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????230
5．4．4 多维空间中基于目标位置时空信息相对熵最小的一致性信息融合准则??????????????????????????????????????????????234
5．4．5 多维连续空间一致性函数的归一化表示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????235
5．5 典型环节基于相对熵的一致性分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????235
5．5．1 传感器探测信息的概率分布与相对熵????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????236
5．5．2 传输时间延迟的影响分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????240
5．5．3 时空配准后传感器探测信息的一致性分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244
5．5．4 多源时空信息融合中基于相对熵的多平台多传感器配置优化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????245
X
战场时空一致性原理与方法
5．6 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．255
第6 章 战场时空一致性优化控制体系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????257
6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．257
6．2 体系及其成熟度模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????258
6．2．1 体系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????258
6．2．2 一体化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????259
6．2．3 体系成熟度生长模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????259
6．3 美军战场时空一致性体系典型系统和措施分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????260
6．3．1 PNT体系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????261
6．3．2 互操作作战图族??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264
6．3．3 提升认知域一致性的基础????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????272
6．3．4 发展与启示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274
6．4 战场时空一致性发展思考??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275
6．4．1 控域空间一致性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275
6．4．2 未来发展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????276
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．277
附录A 常用坐标系及其相互转换??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????280
A．1 坐标????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．280
A．2 坐标转换??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????281
附录B 经典时空理论与狭义相对论??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284
B．1 伽利略变换????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284
B．2 洛伦兹变换与狭义相对论????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285