多源電子信息艦船目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)探討

朱肅嫻 晁嬌

（中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225101）

在信息化作戰(zhàn)環(huán)境下，艦艇目標(biāo)的信息獲取和傳遞受到越來越多的關(guān)注，以多源電子信息為基礎(chǔ)的信息融合技術(shù)發(fā)展迅速。但是，隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，艦艇與艦船之間的信息交換日趨復(fù)雜和頻繁。在多源電子信息影響下，傳統(tǒng)艦船間目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)已不能滿足艦船信息融合需求。在提高艦船信息融合技術(shù)發(fā)展的同時，如何解決艦船間信息融合過程中各系統(tǒng)信息獲取瓶頸問題值得深入研究。艦船之間以及艦船與船之間的目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)發(fā)展迅速，其中艦船目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)可以提高艦船目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸效率，降低信息接收機對信息的依賴性水平[1]。目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到艦船數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)中，包括高速目標(biāo)監(jiān)視計劃設(shè)計、武器綜合信息處理以及作戰(zhàn)指揮等方面。

1 多源電子信息系統(tǒng)(SDI)的基本特點

1.1 SDI 多終端分布式

從SDI 多終端分布式的角度來看，由于SDI 具有目標(biāo)、環(huán)境、用戶等多源信息集成的特點，故SDI 通過分布式來實現(xiàn)目標(biāo)、環(huán)境的有效關(guān)聯(lián)。SDI 的終端包括：主機、接收機、顯示設(shè)備等多種設(shè)備，它們都具有獨立的功能和接口，且具有一定范圍和容量的通信接口。主機使用專用通信協(xié)議（如ISP、DTP、FTP等），具有分布式通信、自適應(yīng)傳輸功能；接收機使用基于IP 地址的IP 協(xié)議（例如IP 地址、MAC 地址等）；顯示設(shè)備使用基于顯示器和打印機或嵌入式操作系統(tǒng)（Android、Windows、IOS 等）。SDI 終端具有通信模式多樣、接口種類繁多、配置靈活等特點。在SDI 中，主機是最主要的節(jié)點；在SDI 環(huán)境中，各主機之間具有復(fù)雜且獨立、不可管理特征；各主機設(shè)備之間具有獨立、動態(tài)變化且獨立工作等特點；各個主機設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)的依賴性很強。SDI 的使用對主機設(shè)備提出了更高的要求。主機設(shè)備通常被安裝在各種大型和超大型武器裝備上，這些設(shè)備或武器裝備在運行時都需要一定數(shù)量和容量來進行數(shù)據(jù)記錄和處理，因此，主機設(shè)備在可靠性方面都要求極高。

1.2 信息獲取手段多樣化

SDI 可以對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有源信息進行快速、高效地獲取。由于采用不同的手段進行實時的監(jiān)視和跟蹤，可獲得多種類型的目標(biāo)，如雷達信息、電子對抗信息、衛(wèi)星遙感信息等。因此，為滿足作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場環(huán)境對各類信息的需要，必須充分利用各種信息手段獲取各類數(shù)據(jù)。SDI 利用各種手段可以獲取各種類型的數(shù)據(jù)：雷達、電子對抗系統(tǒng)、衛(wèi)星圖像處理系統(tǒng)、通信設(shè)備、傳感器、態(tài)勢分析設(shè)備、雷達數(shù)據(jù)。利用多種手段獲取數(shù)據(jù)時，由于各來源數(shù)據(jù)在不同節(jié)點之間具有一定獨立性，因此必須通過一定方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交互、共享、交換，以獲得更多數(shù)據(jù)資料。同時，由于各源系統(tǒng)對信息收集有一定選擇性，因此不同類型的源數(shù)據(jù)可以采用不同方式進行接收統(tǒng)計和分析。

1.3 信息處理手段高效化

軍事領(lǐng)域中信息的處理主要有兩個方面，即處理信息的有效和及時。有效指通過一定的處理手段對信息進行分析，得出更有效的信息，從而為作戰(zhàn)決策提供支持。這主要包括兩方面：一是對有價值的信息進行分析判斷，使之更加符合作戰(zhàn)要求；二是對有意義、不確定信息進行加工和處理，從而形成更加符合戰(zhàn)場需求的信息。及時指根據(jù)用戶自身的特點及時地獲取信息和處理信息。因此，SDI 要實現(xiàn)對有價值信息的高效利用，就必須進行多種方式并置處理，而這些方式都可以實現(xiàn)高效化。

1.4 資源配置高效化

多源電子信息系統(tǒng)中，除了能夠完成日常的任務(wù)之外，還能夠提供更多的信息。如為各級指揮官提供決策支持，為部隊提供信息服務(wù)。作為作戰(zhàn)系統(tǒng)來說，它在進行作戰(zhàn)指揮、武器操作、信息收集與分析、信息處理和指揮控制方面具有強大的能力，是真正意義上的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭[2]。因此，在信息化戰(zhàn)爭中要實現(xiàn)多源電子資訊系統(tǒng)優(yōu)勢互補、資源共享，以提高戰(zhàn)斗力、增強勝算。例如：在作戰(zhàn)體系中作戰(zhàn)系統(tǒng)在不同作戰(zhàn)對象之間進行信息傳遞時是不可能實現(xiàn)完全同步的。而采用SDI 后可以實現(xiàn)這種情況改變，將SDI 網(wǎng)絡(luò)有效地連接到作戰(zhàn)環(huán)境下作戰(zhàn)系統(tǒng)之間，在各個戰(zhàn)場環(huán)境下，實現(xiàn)多種信息的互通和共享。

2 SDI 在多平臺多型號作戰(zhàn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 多平臺多型號態(tài)勢感知

目前美軍已實現(xiàn)多平臺多型號作戰(zhàn)態(tài)勢感知的手段主要有基于雷達測速的態(tài)勢感知；基于位置和航向信息的態(tài)勢感知；基于飛行和著陸狀態(tài)信息的態(tài)勢感知等。其中，位置信息是最基礎(chǔ)、最重要的信息。位置信息包括：（1）各平臺飛行和著陸時各船體姿態(tài)和位置。（2）不同平臺、不同型號飛機在空中、水面以及水下行為的航向、姿態(tài)等，這為態(tài)勢感知提供了基本條件。（3）態(tài)勢感知是通過對當(dāng)前位置、姿態(tài)等信息進行整合得到目標(biāo)信息。（4）態(tài)勢感知是綜合研判、判斷、推理、預(yù)測某一航向姿態(tài)等數(shù)據(jù)以及在此基礎(chǔ)上形成各類狀態(tài)信息。隨著技術(shù)和性能的發(fā)展，態(tài)勢感知技術(shù)已逐步應(yīng)用于多平臺多型號甚至不同飛機。其中美國海軍根據(jù)作戰(zhàn)需求研制并部署了多種基于定位傳感器、導(dǎo)航模塊、航向傳感器組成的全系統(tǒng)態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)。

2.2 空間與時間坐標(biāo)系

空間與時間坐標(biāo)系是基于二維平面坐標(biāo)的空間測量方法，空間與時間坐標(biāo)系能夠精確地描述當(dāng)前的空間信息，是多平臺多型號作戰(zhàn)中坐標(biāo)源信息獲取機制的核心，是其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，海軍正在開展基于TNT 技術(shù)的區(qū)域定位系統(tǒng)研制工作，通過 TNT 技術(shù)可在全球范圍內(nèi)建立區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)差（Radar Avalue）。區(qū)域標(biāo)度系是基于固定基準(zhǔn)站的空間地圖標(biāo)度系統(tǒng)，能在全球范圍內(nèi)為目標(biāo)提供統(tǒng)一、規(guī)范、可靠、精準(zhǔn)、統(tǒng)一的標(biāo)度值。區(qū)域標(biāo)度系在使用中可以根據(jù)需要設(shè)置具有較高精度的區(qū)域標(biāo)度值。TNT 標(biāo)度系主要包括：GNSS、UWB、RTK 等，其中GNSS 是建立在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、規(guī)范、統(tǒng)一基礎(chǔ)上完成定位功能，通過將衛(wèi)星星座、高精度地面監(jiān)測站、移動監(jiān)測站和用戶終端等接入坐標(biāo)設(shè)備實現(xiàn)對地面點位基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集，從而獲得在全球范圍內(nèi)具有高精度定位能力的坐標(biāo)系統(tǒng)；UWB 是指根據(jù)地理坐標(biāo)建立在同一基線上通過衛(wèi)星對地觀測獲取地理信息，并通過計算獲取地理信息質(zhì)量等級，作為衛(wèi)星坐標(biāo)接收系統(tǒng)所需參數(shù)之一；RTK 是指利用地球自轉(zhuǎn)而建立在三維空間上計算出地球與衛(wèi)星之間相對于地球本身位置關(guān)系并在地面上應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位其位置關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；UWB 指基于時間尺度和區(qū)域尺度建立在空間坐標(biāo)之上形成目標(biāo)導(dǎo)航定位信息質(zhì)量等級，并通過該標(biāo)準(zhǔn)對地圖坐標(biāo)確定方式提出要求。

2.3 空間與時間傳感器

空間與時間傳感器通過對目標(biāo)軌道、速度、航向以及姿態(tài)等參數(shù)的探測、計算和處理，為定位或?qū)Ш较到y(tǒng)提供定位或?qū)Ш綌?shù)據(jù)信息。其主要包括衛(wèi)星通信時鐘和多普勒測量時鐘（DPSS）。GPS 為當(dāng)前衛(wèi)星通信提供基于星載相位差分（PSO）的導(dǎo)航系統(tǒng)；多普勒測量時鐘也為多種衛(wèi)星導(dǎo)航提供基于星載相位差分（PSO）的導(dǎo)航系統(tǒng)；多普勒測量時鐘由安裝在地面及空中的各種機械設(shè)備時鐘組成。其中 DPSS 為地面提供了一個三維坐標(biāo)系，它能精確定位于任何一個經(jīng)度、緯度區(qū)間、高度、速度、航向速度等參數(shù)。DPSS 信號經(jīng)過處理后可以自動地顯示為距離、速度等多種參數(shù)；通過與GPS 衛(wèi)星保持適當(dāng)距離后可得到飛行速度、航向角及高度等參數(shù)。THLARS 具有精確制導(dǎo)能力和較強抗電磁干擾能力且安裝在船體上使用方便；具有高度靈活快速部署功能；運行穩(wěn)定可靠以及能提供較好信息準(zhǔn)確度；具有抗電磁干擾能力以及可在復(fù)雜電磁環(huán)境下使用；可進行自動操作（自主尋地）。

2.4 空間與時間數(shù)據(jù)服務(wù)器

空間與時間數(shù)據(jù)服務(wù)器用于將某一目標(biāo)與時間坐標(biāo)系建立的關(guān)系轉(zhuǎn)換成空間與時間關(guān)系，進而生成空間與時間服務(wù)器。在多平臺多型號作戰(zhàn)中，SDI 的應(yīng)用范圍主要是用于目標(biāo)搜索、鎖定和跟蹤任務(wù)。艦船基于目標(biāo)的信息通常包含以下方面：距離和方位角，位置信息和方位角數(shù)據(jù)，坐標(biāo)信息和坐標(biāo)系建立后產(chǎn)生的空間位置信息以及歷史數(shù)據(jù)。艦船基于目標(biāo)的跟蹤與鎖定過程中產(chǎn)生的空間位置變化將最終確定海上定位導(dǎo)航作戰(zhàn)系統(tǒng)的位置，并且隨著作戰(zhàn)任務(wù)的變化其位置信息也會進行相應(yīng)變換即為艦船目標(biāo)對應(yīng)坐標(biāo)系，艦船獲取到導(dǎo)航作戰(zhàn)系統(tǒng)、空間傳感器提供著支持多平臺多型號的態(tài)勢感知能力。

2.5 其他電子信息系統(tǒng)

由于SDI 的各種特性，目前在多平臺多型號作戰(zhàn)中，其他電子信息系統(tǒng)（如衛(wèi)星和雷達）是主要的戰(zhàn)場信息源，其他電子信息系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)鏈、信息庫和信息處理系統(tǒng)等。其中數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是將傳感器、天線、信息設(shè)備等裝備或載荷從物理空間發(fā)送到虛擬空間，從而建立物理實體為虛擬實體提供數(shù)據(jù)通信和交互行為的技術(shù)；信息庫技術(shù)是將計算機、通信控制器、終端等裝備或載荷之間的數(shù)據(jù)進行比較和匯總，形成一個實時、動態(tài)、分布式動態(tài)電子信息庫，從而為態(tài)勢感知分析處理、戰(zhàn)術(shù)決策提供支持。在一些需要利用戰(zhàn)場信息庫實現(xiàn)實時狀態(tài)感知及協(xié)同作戰(zhàn)平臺中，目前有采用數(shù)字技術(shù)，基于DDS 平臺實現(xiàn)態(tài)勢感知和協(xié)同感知能力，如在美國海軍航空母艦上安裝SDI 可以獲取戰(zhàn)機飛行軌跡、機庫分布動態(tài)以及機庫內(nèi)飛機飛行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，然后利用飛機飛行數(shù)據(jù)生成航線。目前已有很多裝備或平臺使用了基于DDS 系統(tǒng)的海上戰(zhàn)場信息庫并取得良好效果。

3 SDI 未來的發(fā)展方向探討

3.1 建立數(shù)據(jù)資源中心

數(shù)據(jù)資源中心將實現(xiàn)對艦載武器裝備的全生命周期的數(shù)據(jù)管理，這將極大地提高SDI 在艦載武器裝備管理中的應(yīng)用價值，并使艦船從“信息孤島”走向“信息共享”（Merge）。數(shù)據(jù)資源中心將使海軍艦船之間以及所有有關(guān)艦船武器裝備的信息實現(xiàn)集成，并對艦載武器裝備在全生命周期中所發(fā)生的情況進行實時處理和分析，從而有效地支持海軍作戰(zhàn)方式的變革。數(shù)據(jù)資源中心將使艦船從原來單一的指揮控制系統(tǒng)向一體化管理信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；數(shù)據(jù)資源中心將會對艦船不同平臺之間、不同型號之間進行數(shù)據(jù)交換與關(guān)聯(lián)，對不同平臺之間產(chǎn)生不同程度的價值；數(shù)據(jù)資源中心還會提供對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限、數(shù)據(jù)交換渠道包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。目前，由于數(shù)據(jù)資源中心難以滿足整個系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲、查詢等各種處理需求，所以大多數(shù)艦載武器裝備都只擁有一個數(shù)據(jù)庫作為主數(shù)據(jù)存儲空間，只有少部分艦載武器裝備擁有自己數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為主數(shù)據(jù)存儲空間（MAS）。因此，為了更好地支持作戰(zhàn)方式以及更好地進行目標(biāo)關(guān)聯(lián)以及分析工作，必須提高艦載武器裝備數(shù)據(jù)存儲和查詢能力。

3.2 提高數(shù)據(jù)信息融合與分析處理能力

隨著信息化時代的到來，海軍的武器裝備正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化發(fā)展，為此，艦上的信息處理系統(tǒng)也必須適應(yīng)發(fā)展的要求，提高數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能力已經(jīng)成為迫切的任務(wù)[3]。為此，加強對多源電子信息的融合處理是必然需要面對的問題。對多源電子信息進行融合處理，可大大降低系統(tǒng)運行維護成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，從而降低系統(tǒng)運行風(fēng)險。然而，目前艦船各平臺之間仍存在著相互通信不暢等問題，致使艦船在處理此類數(shù)據(jù)時有明顯不足。為此，可考慮利用云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用到電子商務(wù)系統(tǒng)之中，以達到更好地提高艦艇通信效率之目的，從而有效解決這一問題。此外，數(shù)據(jù)資源開發(fā)不僅是數(shù)據(jù)處理能力快速發(fā)展的重要方向，而且還可以使數(shù)據(jù)分析處理更加有效。

4 結(jié)語

綜上所述，在信息化時代，電子信息系統(tǒng)之間的交互應(yīng)用是必然趨勢。通過艦船目標(biāo)關(guān)聯(lián)技術(shù)可以有效地提高相關(guān)信息的傳輸效率而降低系統(tǒng)信息依賴水平。在未來幾年內(nèi)還需要進一步深入研究以提高電子信息系統(tǒng)之間通信性能和信息傳輸效率。未來幾年里主要需要解決以下問題：研究如何提高數(shù)據(jù)傳輸效率、提高船舶感知性能；如何保證信息傳輸系統(tǒng)和雷達等設(shè)備之間的有效連接；如何保證電子信息系統(tǒng)能夠快速高效地獲得目標(biāo)信息量等。