戰(zhàn)場時空一致性原理與方法

第1 章 緒 論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 基本概念??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．1 時間????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．2 空間????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2
1．2．3 戰(zhàn)場時空一致性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3
1．3 戰(zhàn)場時空一致性機(jī)理分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．4
1．3．1 信息獲取??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4
1．3．2 信息傳輸??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9
1．3．3 時空配準(zhǔn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14
1．3．4 信息融合??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19
1．3．5 態(tài)勢估計(jì)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24
1．3．6 態(tài)勢顯示與分發(fā)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27
1．4 戰(zhàn)場時空一致性現(xiàn)狀、難點(diǎn)與科學(xué)問題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．29
1．4．1 實(shí)例解讀??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30
1．4．2 現(xiàn)狀和難點(diǎn)分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31
1．4．3 科學(xué)問題??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32
1．4．4 主要研究思路??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35
1．5 本書章節(jié)安排??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．36
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37
第2 章 時空誤差及其演化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
2．1 時空基準(zhǔn)誤差特點(diǎn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
2．1．1 時空基準(zhǔn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40
2．1．2 時間基準(zhǔn)誤差特點(diǎn)分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45
2．1．3 空間基準(zhǔn)誤差特點(diǎn)分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47
2．2 時間同步誤差分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
2．2．1 網(wǎng)絡(luò)時間同步誤差分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????49
2．2．2 基于時頻信號的時間同步過程分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????54
2．3 動平臺雷達(dá)探測時空誤差演化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．57
2．3．1 甲板形變及其影響??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????58
VIII
戰(zhàn)場時空一致性原理與方法
2．3．2 機(jī)械穩(wěn)定雷達(dá)時空基準(zhǔn)誤差演化模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59
2．3．3 電子穩(wěn)定雷達(dá)時空基準(zhǔn)誤差演化模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????97
2．4 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．115
第3 章 同步原理與方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．116
3．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．116
3．1．1 時間同步內(nèi)涵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????116
3．1．2 常用時間同步方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????117
3．2 有線網(wǎng)絡(luò)時間同步方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．119
3．2．1 NTP時間同步????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????119
3．2．2 PTP時間同步??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????128
3．3 無線網(wǎng)絡(luò)時間同步方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????137
3．3．1 典型無線網(wǎng)絡(luò)時間同步方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????139
3．3．2 無須報文交換的時間同步模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????141
3．3．3 基于報文交換的時間同步模型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????148
3．4 公共時間基準(zhǔn)體系分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????151
3．4．1 公共時間基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????152
3．4．2 分層設(shè)計(jì)與區(qū)域時間同步策略????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153
3．4．3 時間同步資源與典型戰(zhàn)術(shù)平臺應(yīng)用????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154
3．5 海戰(zhàn)場時間同步體系設(shè)計(jì)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????157
3．5．1 指標(biāo)需求分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????157
3．5．2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????159
3．5．3 編隊(duì)時間同步體系??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????161
3．6 時間同步技術(shù)的發(fā)展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
3．6．1 納秒級時間同步技術(shù)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
3．6．2 皮秒級時間同步技術(shù)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????168
3．6．3 量子時間同步技術(shù)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????168
3．6．4 高精度原子鐘技術(shù)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????169
3．7 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．171
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．171
第4 章 配準(zhǔn)原理與方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????173
4．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
4．2 空間配準(zhǔn)流程??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174
4．2．1 基于合作目標(biāo)配準(zhǔn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175
4．2．2 基于非合作目標(biāo)配準(zhǔn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175
4．3 空間配準(zhǔn)系統(tǒng)誤差模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????176
IX
目錄
4．3．1 系統(tǒng)誤差描述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????177
4．3．2 空間配準(zhǔn)系統(tǒng)誤差測量方程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????179
4．4 空間配準(zhǔn)系統(tǒng)誤差估計(jì)算法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
4．4．1 動平臺定位誤差估計(jì)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
4．4．2 基于合作目標(biāo)傳感器探測等效系統(tǒng)誤差估計(jì)方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????191
4．4．3 基于非合作目標(biāo)傳感器探測等效系統(tǒng)誤差估計(jì)方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????194
4．4．4 多平臺多無源傳感器配準(zhǔn)方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????199
4．4．5 基于多傳感器距離測量的空間配準(zhǔn)方法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????201
4．5 空間配準(zhǔn)可觀測性分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
4．5．1 可觀測性概念??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
4．5．2 低可觀測度下的配準(zhǔn)方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????208
4．5．3 仿真驗(yàn)證??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????210
4．6 空間配準(zhǔn)性能評價??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
4．6．1 系統(tǒng)誤差估計(jì)收斂性分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
4．6．2 空間配準(zhǔn)性能評價??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????213
4．7 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
第5 章 基于相對熵的時空一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????216
5．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．216
5．2 相對熵原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????217
5．3 離散特征空間相對熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
5．3．1 一維離散特征空間目標(biāo)屬性的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
5．3．2 一維離散特征空間中基于相對熵最小的一致性信息融合準(zhǔn)則????????????????????????????????????????????????????????????????????????????220
5．3．3 多維離散特征空間中的信息熵與相對熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????221
5．3．4 多維離散特征空間中基于相對熵最小的一致性信息融合準(zhǔn)則????????????????????????????????????????????????????????????????????????????223
5．3．5 多維離散空間一致性函數(shù)的歸一化表示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4 連續(xù)空間中的相對熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4．1 二維平面中目標(biāo)位置信息的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
5．4．2 二維平面中基于目標(biāo)位置相對熵最小的一致性信息融合準(zhǔn)則????????????????????????????????????????????????????????????????????????????227
5．4．3 多維空間中目標(biāo)信息的一致性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????230
5．4．4 多維空間中基于目標(biāo)位置時空信息相對熵最小的一致性信息融合準(zhǔn)則??????????????????????????????????????????????234
5．4．5 多維連續(xù)空間一致性函數(shù)的歸一化表示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????235
5．5 典型環(huán)節(jié)基于相對熵的一致性分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????235
5．5．1 傳感器探測信息的概率分布與相對熵????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????236
5．5．2 傳輸時間延遲的影響分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????240
5．5．3 時空配準(zhǔn)后傳感器探測信息的一致性分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244
5．5．4 多源時空信息融合中基于相對熵的多平臺多傳感器配置優(yōu)化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????245
X
戰(zhàn)場時空一致性原理與方法
5．6 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．255
第6 章 戰(zhàn)場時空一致性優(yōu)化控制體系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????257
6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．257
6．2 體系及其成熟度模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????258
6．2．1 體系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????258
6．2．2 一體化????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????259
6．2．3 體系成熟度生長模型??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????259
6．3 美軍戰(zhàn)場時空一致性體系典型系統(tǒng)和措施分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????260
6．3．1 PNT體系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????261
6．3．2 互操作作戰(zhàn)圖族??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264
6．3．3 提升認(rèn)知域一致性的基礎(chǔ)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????272
6．3．4 發(fā)展與啟示??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274
6．4 戰(zhàn)場時空一致性發(fā)展思考??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275
6．4．1 控域空間一致性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275
6．4．2 未來發(fā)展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????276
參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．277
附錄A 常用坐標(biāo)系及其相互轉(zhuǎn)換??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????280
A．1 坐標(biāo)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．280
A．2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????281
附錄B 經(jīng)典時空理論與狹義相對論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284
B．1 伽利略變換????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284
B．2 洛倫茲變換與狹義相對論????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285