航空測控信號處理平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2107-5042-0744

摘? 要：航空測控信號處理平臺是基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理傳輸技術(shù)構(gòu)建而成的具備多通道數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、處理、控制、存儲等功能的集成平臺。該平臺自可重組緊湊型外設(shè)部件互連的架構(gòu)產(chǎn)生，近十年來已發(fā)展到綜合化基帶池架構(gòu)以及多波束陣列信號與數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理平臺架構(gòu)。該文主要研究航空測控信號處理平臺目前的發(fā)展?fàn)顩r、存在問題，探究其未來的發(fā)展趨勢，以期對航空事業(yè)的發(fā)展與革新有所助益。

關(guān)鍵詞：信號處理? ?測控技術(shù)? ?平臺應(yīng)用? ?發(fā)展趨勢

中圖分類號：V557? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（b）-0042-03

Present? Situation and Development Trend of Aviation TT&C Signal Processing Platform

WANG Ling

（Aerodynamics Research Institute of Aeronautical Industry， Harbin， Heilongjiang Province， 150001 China）

Abstract： Aviation TT&C signal processing platform is an integrated platform based on modern data processing and transmission technology， which has the functions of multi-channel data acquisition， transmission， analysis， processing， control and storage. The platform comes from the architecture of reconfigurable compact peripheral component interconnection. In recent ten years， it has developed to the architecture of integrated baseband pool and the architecture of multi beam array signal and data unified processing platform. This paper mainly studies the current development status and existing problems of aviation measurement and control signal processing platform， and explores its future development trend， in order to be helpful to the development and innovation of aviation industry.

Key Words： Signal processing; TT&C technology; Platform application; Development trend

自1951年中共中央頒發(fā)《關(guān)于航空工業(yè)建設(shè)的決定》以來，我國的航空事業(yè)便開始不斷發(fā)展前行，無數(shù)仁人志士開啟了追夢藍(lán)天之路。航空測控信號處理平臺的研發(fā)是航空事業(yè)從機(jī)械化到信息化發(fā)展的重要標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)了我國航空現(xiàn)代化、信息化、智能化發(fā)展的跨越。

1? 航空測控信號處理平臺發(fā)展的重要意義

1.1 航空測控信號處理技術(shù)已成為評價(jià)一個(gè)國家航空技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)

中國目前的航空事業(yè)近幾年處于高速發(fā)展期，無論是軍用方面還是民用方面都取得了令世界矚目的成果，尤其是各項(xiàng)高新技術(shù)的成功研發(fā)，我國已經(jīng)加入世界航空強(qiáng)國之列。然而不可否認(rèn)的是，在航空領(lǐng)域，美國與俄羅斯依舊是屬于領(lǐng)軍國家，我國的空氣動力學(xué)以及航空材料學(xué)以及信息化技術(shù)理論雖然已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，但是在實(shí)踐成果上依舊略遜于領(lǐng)軍國家。因此，作為航空工業(yè)發(fā)展的重要部分，航空測控信號處理技術(shù)是我國航空事業(yè)不斷發(fā)展的前進(jìn)突破口。尤其是在目前日漸緊張的國際氛圍中，掌握先進(jìn)的航空測控信號處理技術(shù)能夠快人一步、掌握先機(jī)。對航天信號捕捉速度越快、分析能力越強(qiáng)、控制能力越強(qiáng)，在電子通信偵查、對抗以及對未知航天器的體制的判斷與識別等這類沒有硝煙的戰(zhàn)場上，就越容易獲得領(lǐng)先優(yōu)勢，進(jìn)而提升我國航空工業(yè)在國際市場的競爭能力，以及對領(lǐng)空的保障能力。目前，航空測控信號處理技術(shù)的成熟與否已經(jīng)成為判定一個(gè)國家航空技術(shù)強(qiáng)弱的重要標(biāo)準(zhǔn)，無論是歐美強(qiáng)國還是發(fā)展中國家，都已經(jīng)將航空測控信號處理技術(shù)的研發(fā)作為推進(jìn)航空事業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容^[1]。

1.2 建立航空測控信號處理平臺有助于加速我國航空事業(yè)的發(fā)展

作為航空測控信號技術(shù)的有機(jī)載體，我國的航空測控信號處理平臺的研究仍處于初級階段，隨著電子技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，航空測控信號處理平臺的功能也不斷完善，各國競相研發(fā)推出愈加強(qiáng)大的測控以及數(shù)據(jù)處理功能，來應(yīng)對復(fù)雜國際航空形勢。在軍用方面，航空測控信號處理平臺能夠?qū)娇掌鞯墓ぷ鳡顟B(tài)以及各類數(shù)據(jù)參數(shù)等進(jìn)行綜合分析，能夠幫助我們檢測航空器的飛行問題并進(jìn)行故障排除，給出改善方向。同時(shí)，強(qiáng)大的航空測控信號處理平臺一方面能夠快速捕捉對方信號，先人一步掌握信息，也能夠?qū)ψ陨硇盘栠M(jìn)行更加隱蔽的處理，提升其抗干擾性，并進(jìn)行加密處理;另一方面能夠?qū)ξ粗教炱鞯捏w制進(jìn)行快速識別判定，有助于作戰(zhàn)指揮方略的快速調(diào)整，大幅度提升我國航空防御能力;在民用方面，航空測控信號處理平臺能夠應(yīng)對愈加復(fù)雜的飛行航線，保證將準(zhǔn)確的信號數(shù)據(jù)傳輸給指揮臺以及飛行員，從而保證完成安全有效的飛行。因此，無論從軍用還是民用，航空測控信號處理平臺都對我國航空事業(yè)的發(fā)展有很強(qiáng)的助力作用^[2]。

2? 目前航空測控信號處理平臺存在的不足

近幾年，我國的航空測控信號處理平臺的搭建已經(jīng)日趨成熟，但是距離發(fā)達(dá)國家仍有一定距離，并且部分技術(shù)還需從國外引進(jìn)，無法完成自主研發(fā)應(yīng)用，因此也存在許多不足，需要不斷完善改進(jìn)^[3]。

2.1 我國航空測控信號處理技術(shù)不夠成熟

航空測控信號處理平臺是建立在航空測控信號處理技術(shù)之上的，是其發(fā)揮作用的載體，然而，我國的航空測控信號處理技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)行的測控信號處理技術(shù)基本使用的是統(tǒng)一測控系統(tǒng)，即將各基帶設(shè)備產(chǎn)生的相對獨(dú)立的信號調(diào)到載波上，再通過統(tǒng)一的信道發(fā)送出去，最后在系統(tǒng)或平臺統(tǒng)一接收，再進(jìn)行分析處理。這樣的信號處理過程存在抗干擾能力較弱，測控精度不足，易被截獲等缺點(diǎn)，這都是航空測控信號處理技術(shù)不成熟的結(jié)果，需要技術(shù)人員不斷研發(fā)突破。然而，國內(nèi)的研究步伐較慢，雖然在單一SS信號檢測等技術(shù)方面已經(jīng)逐漸取得一定成果，也得到了國際上的認(rèn)可。但是總體上來說，研究步伐依舊無法與世界上的航空強(qiáng)國相比，加上國外對核心技術(shù)的保密性較高，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等先進(jìn)理論與平臺融合的研究仍然在不斷前行。因此，短時(shí)間內(nèi)這些問題都無法得解決，我國的航空測控信號處理技術(shù)仍需不斷發(fā)展，才能應(yīng)對日益復(fù)雜的航空形勢^[4]。

2.2 我國航空測控信號處理平臺通用性不強(qiáng)

航空測控信號處理平臺呈現(xiàn)單一化，即各自為政，通用性不強(qiáng)，這是一個(gè)存在于世界航空領(lǐng)域的共性問題，只不過是程度多少的區(qū)別而已。因?yàn)楹娇諟y控信號處理平臺，作為一項(xiàng)比較新的信息技術(shù)，國內(nèi)并沒有形成統(tǒng)一的規(guī)劃以及制作標(biāo)準(zhǔn)，不同的基地、研究院、公司、單位等，采用不同的技術(shù)體系、根據(jù)不同的研究理論、以不同的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)來研發(fā)推出航空測控信號處理平臺。從總體上來看，各個(gè)航空測控信號處理平臺的功能看似沒有區(qū)別，都是信號的發(fā)送、接收、測控、處理，對航空器體制的識別與判定等功能，但對測控信號就可以分為統(tǒng)一S波段（USB）、直接=序列擴(kuò)頻（DSSS）、直擴(kuò)跳頻混合（DS/FH）等，信號的識別與捕獲算法更是種類繁多。可以理解為，航空測控信號處理平臺基本上是誰開發(fā)誰使用，與其他通信信息設(shè)備或軟件平臺的兼容性差，且只能應(yīng)對單方面的使用要求，無法實(shí)現(xiàn)通用性，即一個(gè)航空測控信號處理平臺無法應(yīng)對多種航天器的測控、識別、信號調(diào)制以及多通道信號的傳輸與處理等任務(wù)，缺乏一個(gè)綜合的診斷設(shè)計(jì)。這就造成了平臺的利用率不足、技術(shù)的使用率不高、系統(tǒng)平臺設(shè)備的浪費(fèi)，無法實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。

2.3 我國航空測控信號處理平臺設(shè)計(jì)的兼容性與開放性不夠

傳統(tǒng)的航空測控信號平臺的架構(gòu)基本屬于獨(dú)立機(jī)箱處理架構(gòu)，其功能的綜合性、復(fù)雜性不高，雖然近幾年的研發(fā)推進(jìn)使得信號數(shù)據(jù)傳輸與處理能力以及網(wǎng)絡(luò)交換能力有了長足的進(jìn)步，也從傳統(tǒng)聯(lián)結(jié)式平臺向綜合式平臺不斷發(fā)展，但是依舊存在兼容性不高、開放性不足的缺點(diǎn)。其功能平臺一旦構(gòu)建成功，只能通過軟件更新升級以及硬件擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)簡單的功能增加或拓展，無法實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)或設(shè)備的雙向兼容，同時(shí)，如果產(chǎn)生了新的研發(fā)成果如高性能的信號處理器或強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將其加入現(xiàn)有的航空測控信號處理平臺的難度會比較大，程序也比較復(fù)雜，也無法保證擴(kuò)展之后能夠充分發(fā)揮其強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，實(shí)現(xiàn)平臺真正改造升級。同時(shí)，就國內(nèi)而言，研發(fā)測試的成果的開放性不足，就目前國內(nèi)的航空測控信號處理平臺的設(shè)計(jì)與開發(fā)而言，各個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的溝通共享能力不足，研發(fā)成果比較零散，沒有形成一個(gè)可以供大家使用的需求庫或信息庫，只通過簡單的互動交流學(xué)習(xí)，無法從總體上提升航空測控信號處理平臺設(shè)計(jì)與研發(fā)的質(zhì)效。

3? 航空測控信號處理平臺的發(fā)展趨勢

隨著世界航空事業(yè)的不斷發(fā)展前行，航空測控信號處理技術(shù)的不斷突破，作為技術(shù)載體的航空測控信號處理平臺正朝著多功能、大帶寬、高碼率，以及通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、高性能方向不斷發(fā)展^[5]。

3.1 通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢

目前的航空測控信號處理平臺的專業(yè)性與單一性較強(qiáng)，上文已經(jīng)說過，整個(gè)領(lǐng)域沒有一個(gè)統(tǒng)一的、公認(rèn)的、成體系的標(biāo)準(zhǔn)，自然也就無法實(shí)現(xiàn)航空測控信號處理平臺的通用化。因此，提升航空測控信號處理平臺的應(yīng)用效能，就要加速整個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，包括對測控信號的標(biāo)準(zhǔn)化處理、對測控算法的標(biāo)準(zhǔn)化處理、甚至各個(gè)組件、接口的標(biāo)準(zhǔn)化處理。形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之后，各個(gè)航空測控信號處理平臺就要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求開展設(shè)計(jì)及研究工作，以硬件的通用化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)軟件的相互兼容，從而提升航空測控信號處理平臺的使用率與應(yīng)用率，能夠應(yīng)對多種測控信號的處理任務(wù)，而且能夠減少插件的處理，提升平臺的擴(kuò)展性，根據(jù)研發(fā)成果的不斷更新升級，實(shí)現(xiàn)有效航空資源的合理利用^[6]。

3.2 高集成度、高性能的發(fā)展趨勢

為了應(yīng)對復(fù)雜的航空形勢，航空測控信號處理平臺需要能夠應(yīng)對多方面的工作任務(wù)，這就對平臺提出了高集成度、高性能的要求。整個(gè)平臺需要高度集成信號的發(fā)送、接收、測控、處理、傳輸、轉(zhuǎn)換等工作任務(wù)，同時(shí)集成雷達(dá)、導(dǎo)航、視頻傳輸?shù)榷喾N處理方式，將數(shù)據(jù)級和線程級充分融合，并進(jìn)行層次化處理，實(shí)現(xiàn)信號分割、分解數(shù)據(jù)流、監(jiān)管支路算法運(yùn)行、數(shù)據(jù)整合等各部分處理功能。同時(shí)，平臺的硬件與軟件的結(jié)合，不能僅僅是功能的堆砌，而是要進(jìn)行優(yōu)化、升級處理，提升航空測控信號平臺的整體性能。包括建立接口的組件鏈接方式、傳輸機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)都要進(jìn)行高性能的組合設(shè)計(jì)，如此才能夠充分發(fā)揮航空測控信號處理平臺應(yīng)有的效能，能夠有效地提升信號接收、攔截、捕獲、加密能力，提升對航天器的判定與識別的速度與準(zhǔn)確率，在航空領(lǐng)域提升競爭力。

3.3 安全性、自動化的發(fā)展趨勢

航空測控信號處理平臺是我國發(fā)展航空事業(yè)的重要部分，很多航空任務(wù)都需要依托此平臺來開展運(yùn)行，這就對航空測控信號處理平臺的安全性提出嚴(yán)格的要求。首先是要確保信號安全，也就是通過平臺進(jìn)行測控的信號，要能夠先辨別它的真實(shí)性，然后是要提高對其處理的準(zhǔn)確性;其次是要保證通過平臺進(jìn)行信號傳輸通道是安全的，也就是要提高其電子抗干擾能力，以及保密性，使其不易被攔截、轉(zhuǎn)換以及破譯，如此才能保證我國開展航空任務(wù)、發(fā)展航空事業(yè)的平穩(wěn)性與安全性。同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)與平臺的融合，實(shí)現(xiàn)平臺運(yùn)行的智能化、自動化，使原本操作復(fù)雜的平臺簡單化，優(yōu)化信號處理流程，提升工作質(zhì)效。

4? 結(jié)語

總而言之，我國航空測控信號處理平臺的設(shè)計(jì)與構(gòu)建，還處于初級發(fā)展階段，技術(shù)還不夠成熟，要充分認(rèn)識到發(fā)展過程中存在的不足與問題，有針對性、有方向性地進(jìn)行完善與改進(jìn)，多培養(yǎng)航空技術(shù)型人才，大力扶持航空技術(shù)開發(fā)企業(yè)或團(tuán)隊(duì)，不斷優(yōu)化、升級航空測控信號處理平臺的功能與應(yīng)用率，如此才能在愈加復(fù)雜的航空形勢之中，占得一席之地，助力我國航空事業(yè)不斷發(fā)展前行。

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作者簡介：王玲（1982—），女，本科，工程師，研究方向?yàn)闇y控技術(shù)方向。