关键词: 目标探测; 探测器; 探测方程; 哲学属性; 系统分析

目标探测是人类现实生活中普遍存在且不可或缺的行为过程。从对微观物体的显微探测到对外星的天体探测，在当今信息时代目标探测技术为人类搭建了认识世界（乃至宇宙）和改造世界的桥梁。从称之谓“血管清道夫”的微型医疗机器人到天体卫星均通过探测器实现准确目标探测。社会发展的需求牵引与现代科技的进步推动，使现代目标探测器从早期单一功能的纯信息获取元件发展至集感知、识别、选择、最佳实时控制于一体的综合作用智能单元。为准确识别目标，探测器借助某种或某几种物理场(如碰炸引信的应力场，无线电雷达的电磁场，红外雷达的热辐射场，声呐的声场，磁传感器的磁场等)与目标建立起以识别在该类物理场条件下的特有目标信息为目的的能量流与信息流。探测目标时，由探测器接收该信息流中所携带的某些信息特征量，并由信号处理器处理判别，完成对目标的识别。综观目标探测技术发展史，探测器从早期的应用应力场实现对目标的一维、零距离的探测，已逐步发展至利用电磁辐射场，光场等多种物理场实现对目标的三维、近、远程的不同探测。作为目标探测技术领域的一个重要分支，现代目标探测除遵循一般目标探测的基本规律外，还具有其本身的内在规律和特殊性。探索并掌握这些基本理论和规律，不仅对现役探测器的分析研究和改进设计大有裨益，而且对新体制探测器的设计研制具有重要指导意义。

作为一个行为过程，目标探测具有其基本的哲学属性。主要有以下几方面：

    现代目标探测以微小型系统探测器和现代军用武器系统探测器为应用标志。由于这些探测器作用及使用的特殊性（两重性），使现代目标探测技术与以往一般民用产品中所涉及的目标探测技术有着不同的内涵。它除了包含一般民用产品所涉及的某些基本共性内容外，还要考虑以下几点特殊性。

(1)所探测目标的体效应性

    军用探测器（除卫星、雷达外）探测目标时一般离目标很近（如引信、微小型系统等）, 目标尺寸与其作用距离可相比拟(甚至远远超出)。此时, 同一时刻对应于目标体各点上的距离、相位均不一样, 探测器不可视目标为点目标, 而应视为分布式的体目标。

(2)所探测目标的多样性

    与许多民用产品探测固定(或单一)目标不同，一种军用探测器（如近炸引信）有时需要求能探测多种目标。这是由探测器所配用的不同弹药攻击的目标不同所决定的。引信探测的主要目标有不同类型的地面、水面及其上面的有生力量，飞机、坦克、装甲车、舰船等不同装甲目标等。这些目标不仅几何特征差异甚大，而且其物理、化学特征也各具特色。

(3)探测过程的瞬态性

    由于一般军用探测器（如近炸引信等）与目交会所经历的时间甚微，为满足其目标探测的实时性要求，往往要求探测器从开始感受目标信息至有效识别出目标在数毫秒至数十毫秒量级的时间内完成。

(4)探测器相对目标探测姿态的不确定性

    这主要由探测器承载平台（如导弹等）与目标相对弹道不唯一性所导致的弹目交会姿态角(落角或着角)变化的任意性造成的。

(5)探测器工作条件的严酷性

①高过载、强冲击的弹道工作环境。因为配用于不同发射载体的弹药(如导弹、火箭弹、炮弹等)上的目标探测器应经受上百至数万个g的冲击加速度；②全天候、全地域的自然工作环境及大跨度的工作环境温度。为满足军用探测器对不同季节、不同战场环境的适应能力，一般战技指标要求它不仅能抵御各种自然干扰而且应在-40℃～+60℃间正常工作；③复杂的强电磁干扰环境。这是由现代战争的电子战特征所决定的。

（6）探测器结构空间的局限性

    以上几方面是现代目标探测技术有别于以往一般民用探测技术的几个主要特征，也是我们开展现代目标探测技术研究必须考虑的基本前提。

и.柯甘在谈到有关雷达引信的信息处理时曾指出：“用信息论观点研究信号时，凡涉及到信息容量、多余量、抗干扰能力增强的地方，我们关心的是具有良好信息特征的那些信号。”[ 4 ]在应用广义目标探测方程时，我们同样关心的是那些对实际应用的特定探测器的目标探测起主要影响作用的那些参量因子。为进一步说明本文所建立的广义目标探测方程及目标探测的系统性，下面分别以无线电、激光和电容探测体制为例进行简要分析。м.

多卜勒无线电引信是靠识别目标对电磁波的反射特性来实现目标探测的，其探测器就是它的自差收发机。而自差机是一个系统，该系统的输入信息参量则是DRSm/RS（其中RS为自差机的天线辐射电阻；DRSm为由目标回波信号引起的天线辐射电阻的最大变化量）。对应这个输入，自差机的输出信号参量为（为自差机输出的多卜勒信号的幅值）。而系统的传输系数则是称为自差机探测灵敏度的Sa，即 =。显然，对于具有同一Sa的探测器，DRSm/RS越大，反应目标存在程度的探测器输出也越大，弹目交会时则有下式成立：

其中：    l——引信自差机工作波长

D——自差机天线方向性系数

F(f)—自差机天线方向性函数

f——目标表面法线与弹轴之夹角

Se——目标的雷达截面积

r——自差机天线与目标间距离

h——自差机天线与地面间距离

N——地面反射系数

可以说式（2）恰是广义目标探测方程式（1）在多卜勒无线电引信用自差机这个特定的探测器利用识别目标的电磁反射特性进行目标探测的具体体现。这是因为当自差机的天线辐射阻抗RS确定之后，只有当目标出现在自差机的可探测区域内才会引起自差机天线阻抗的改变产生DRSm。同一探测方向下，目标离自差机越近，探测器接收到的目标对电磁波的反射（二次辐射）越强，引起的天线阻抗的变化DRS也越大，因此式（2）等号左边的DRSm/RS实际上反映的是探测器对目标存在的反应程度（探测准确度）。而等式右边恰好是反映了探测器、目标、探测环境主要参量及探测器与目标间主要相关参量对目标探测的影响规律。

将； [5 ]代入式（2）得：

其中：    c——电磁波在介质中的传播速率

f——自差机工作频率

m——自差机与目标间介质的磁导率

e——自差机与目标间介质的介电常数

从式（3）可见，D，F(f)，f仅与自差机有关，因此它们是反映探测器工作状态的主要性能参量。而Se，N则仅与目标有关，因此它们是反映目标对电磁波反射特性的主要特征参量。又由于m，e仅与探测器与目标间介质有关，因此它们是反映探测环境特征的主要参量。显然，r，f反映的是探测器与目标间的主要相关参量，二者体现的是探测器与目标之间的相对位置关系。尽管该式是一个简易探测方程，但它却反映了探测器、目标及探测环境间主要参量对该探测系统的作用关系，进而揭示了该体制目标探测的系统性。多卜勒无线电引信的对地炸高及对空作用距离公式正是基于该方程推导出来的。

由于该方程仅体现探测器、目标和探测环境的几个最主要参量，故可说它是一个简易方程。如该方程环境参量中未体现电磁环境因素，因而它不能反映目标探测过程中的电子干扰问题。

   与雷达目标探测的远距离，大视场角，小目标特征不同,一般激光引信具有近距离，小视场角，大目标的探测特征。根据这些特征所建立起的激光引信探测器目标探测方程为：[ 6 ]

 

 

其中          Pr——探测器的激光接收功率

Pt——探测器的激光发射功率

——发射光学系统总效率

——接收光学系统总效率      

——目标反射率

Ar ——接收器有效通光面积

——大气透过率

 ——为探测方向与朗伯表面法线夹角

r ——探测距离

显然，该方程体现了探测器、目标、环境主要参量及它们的相关参量对该体制目标探测系统的作用关系。这是因为：

Pr是体现探测器对目标存在的反映程度，而Pt、、  、Ar是探测器的性能参量，仅与探测器有关；是目标的特征参量，仅与目标有关，则是体现大气环境的特征参量；而，r是探测器与目标间的相关参量。二者决定了弹目间的相对位置关系。

   由此可见，式（4）反映了激光引信探测器目标探测的系统性原理。

   笔者基于等效偶极矩不变原理和镜像原理所建立的对导体和非导体目标均适用的通用电容目标探测方程为：[7]

无论对于式（5）还是式（6），由于等号左端的为遇目标时电容探测器所获得的极间电容相对变化量，故它是该探测器感知目标存在的输入信息参量。而等式右端的表达式则恰恰体现探测器、目标、探测环境主要参量及它们间的主要相关参量对该输入信息参量的影响规律。显然：

①──探测器极间固有电容。由于它取决于电极大小、形状、电极间距，极间绝缘材料介电常数等参量，而这些参量均由探测器本身决定，因此它体现了探测器主要参量对目标探测的影响。

②──极间等效间距，由于它主要取决于探测器的电极间距、弹长等参量，因此它也体现了探测器参量对目标探测的影响。

③──目标材料的介电常数，体现了目标本身特征参量对目标探测的影响

④──探测环境介质的介电常数，体现了探测环境参量对目标探测的影响。

⑤令，那么作为目标与环境之间的相关参量，体现了目标材料与环境介质间差异性对目标探测的影响。

⑥──探测器前电极与目标距离,亦即弹目距离。

⑦──探测器两施感电极等效电荷点连线与目标表面的夹角，亦即弹目交会姿态角（如落角），显然二者均是反映探测器与目标存在状态的一个相关参量，故、反映的是探测器与目标相关参量对目标探测的影响。二者决定了弹目间的相对位置关系。

由此可见，式（5）、（6）所示的电容目标探测方程从数理逻辑关系上形象地体现了电容目标探测系统的有机关联性——即该探测体制的系统性原理。

通过对目标探测的系统特性分析可知，探测器与目标及探测环境存在着有机关联性。在目标探测过程中，三者相互依存、相互作用，缺一不可。因此研究目标探测不应孤立地研究三者的某一部分，而应在对三者个性研究的基础上，将着眼点立足于挖掘探测器、目标及探测环境间的相互作用关系上，寻求平衡点，把握目标探测本质性的东西。根据目标探测的系统性内涵，对任一体制的目标探测均可基于广义目标探测方程建立适于该体制探测系统的目标探测方程。该方程不仅应包含探测器的主要性能参量而且还应包含目标、探测环境的主要特征参量以及它们三者间的主要相关参量。参量选取的多寡及取舍视解决其工程问题所要求达到的探测精度而定。目标探测的系统性内涵及广义目标探测方程不仅可为我们建立具体体制的目标探测方程提供指导，而且为评价我们所建立的目标探测方程是否合理提供了基本的判断准则。

参考文献（References）