面向防空反導(dǎo)一體化的緊耦合艦載綜合射頻系統(tǒng)技術(shù)研究

蔣瑩瑩,彭 芃

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第八研究院,南京 211153)

0 引 言

隨著海軍由“近海防御,遠(yuǎn)海防衛(wèi)”向“大洋存在,兩極拓展”的戰(zhàn)略定位延伸,驅(qū)護(hù)艦等大中型水面作戰(zhàn)艦艇不僅承擔(dān)著傳統(tǒng)的區(qū)域防空和平臺(tái)自防御任務(wù),更肩負(fù)著遠(yuǎn)程預(yù)警、國(guó)土防御、海基協(xié)同支援作戰(zhàn)等多元化的作戰(zhàn)使命。依托于無(wú)人系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,未來(lái)海上戰(zhàn)爭(zhēng)勢(shì)必走向無(wú)人化、分布式、智能化和體系化的發(fā)展方向,其相應(yīng)的作戰(zhàn)樣式也將向“有人/無(wú)人混合集群”作戰(zhàn)、“廣域分布式殺傷”、“多軍兵種深度融合”的模式快速演進(jìn)。在此進(jìn)程中,空間、水面、水下、島岸電磁空間“多維一體”制信息權(quán)的奪取將成為未來(lái)海戰(zhàn)的主要特征。集遠(yuǎn)程海/空目標(biāo)/輻射源預(yù)警探測(cè)、遠(yuǎn)/中/近程武器系統(tǒng)制導(dǎo)、近程電磁干擾、敵我識(shí)別及空中交通管制、廣域信息接入與共享等多功能為一體的艦載綜合射頻系統(tǒng)可為水面作戰(zhàn)艦艇提供強(qiáng)大、高效的信息保障與信息對(duì)抗能力,必將成為各國(guó)海軍艦載電子信息系統(tǒng)的主流技術(shù)體制和裝備形態(tài)。

1 防空反導(dǎo)一體化

1.1 ?；惑w化防空反導(dǎo)信息攻防能力需求

?；揽辗磳?dǎo)一體化的本質(zhì)在于以本艦、編隊(duì)、衛(wèi)星及情報(bào)等外部信息源的深度融合為基礎(chǔ),通過(guò)作戰(zhàn)管理和指揮控制的綜合集成,統(tǒng)籌調(diào)配各作戰(zhàn)單元的軟、硬武器系統(tǒng)資源,高效完成平臺(tái)自衛(wèi)、區(qū)域防空和國(guó)土防御作戰(zhàn)任務(wù)。

依據(jù)艦載軟硬件武器系統(tǒng)威力與作戰(zhàn)定位,通常可將?？兆鲬?zhàn)區(qū)域劃分為外圍、中遠(yuǎn)程、中近程、末段等4個(gè)層次[1],如圖1所示。各區(qū)域所面臨的作戰(zhàn)對(duì)象、作戰(zhàn)任務(wù)以及平臺(tái)對(duì)信息保障和信息對(duì)抗能力的需求存在較大差異。在從外圍區(qū)至末端區(qū)的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)全過(guò)程中,水面艦艇平臺(tái)對(duì)于信息保障和信息對(duì)抗能力的需求呈現(xiàn)出寬頻帶覆蓋(通常從米波至毫米波)、大空間跨度(通常從幾公里至上千公里)、信息種類繁雜(涵蓋外源情報(bào)、主被動(dòng)探測(cè)、數(shù)據(jù)鏈等多元異構(gòu)數(shù)據(jù))、多功能任務(wù)高度并行(涵蓋偵-干-探-通-攻-管-評(píng)等多功能任務(wù))等幾個(gè)顯著特點(diǎn)。

圖1 水面艦艇平臺(tái)層次化作戰(zhàn)區(qū)域與信息需求

1.2 緊耦合綜合射頻系統(tǒng)概念內(nèi)涵

緊耦合綜合射頻系統(tǒng)是指以超寬帶射頻孔徑多功能共享,探-偵-干-通多任務(wù)交織并發(fā),全艦信息探測(cè)/對(duì)抗/存儲(chǔ)/處理資源可柔性重構(gòu)為典型技術(shù)特征的下一代高效費(fèi)比艦載綜合電子信息系統(tǒng),其概念內(nèi)涵主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面:

(1)頻譜/功率/孔徑資源及上層建筑空間的高效利用

以“C-X-Ku”三頻段“雷達(dá)-電子戰(zhàn)-協(xié)同通信”集成和“P-L-S”三頻段“IFF-ELINT-RESM-CESM”集成為典型應(yīng)用的射頻孔徑共享,可大幅提升艦船上層建筑空間資源的利用效率,在全面提升水面艦艇平臺(tái)隱身性能的同時(shí),可顯著改善艦載電子設(shè)備的電磁兼容性能。另外,緊耦合綜合射頻系統(tǒng)通過(guò)多粒度的頻譜/功率/孔徑資源敏捷管控,為基于超寬帶有源射頻孔徑共享的探-偵-干-通多任務(wù)并發(fā)提供了有力支撐,可以較為理想地實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃和資源管理的契合。

(2)多源多尺度信息的深度融合應(yīng)用

與傳統(tǒng)的多分立設(shè)備集成式綜合射頻系統(tǒng)相較,緊耦合綜合射頻系統(tǒng)更注重主動(dòng)探測(cè)、被動(dòng)偵察、有源干擾等不同工作模式間的動(dòng)態(tài)交替引導(dǎo),以及歷史觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的認(rèn)知化積累與反饋應(yīng)用。例如,通過(guò)中遠(yuǎn)程主動(dòng)探測(cè)與ELINT功能的互引導(dǎo)可顯著提升?？针[身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力及參數(shù)捷變輻射源的截獲概率;通過(guò)ELINT/RESM/CESM一體化設(shè)計(jì)并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)散落在廣域頻譜、長(zhǎng)時(shí)間序列上電磁信號(hào)碎片的長(zhǎng)時(shí)準(zhǔn)確關(guān)聯(lián),從而顯著提高復(fù)雜輻射源分選識(shí)別準(zhǔn)確率;基于強(qiáng)實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)傳輸鏈路的跨平臺(tái)區(qū)域級(jí)協(xié)同則在完成海上輻射源交叉定位等傳統(tǒng)功能的同時(shí),可進(jìn)一步拓展信號(hào)級(jí)聯(lián)合檢測(cè)、協(xié)同主瓣干擾抑制等新興應(yīng)用。

(3)多視角態(tài)勢(shì)理解與信息呈現(xiàn)

由于接入了更廣泛的外部信息源,再結(jié)合系統(tǒng)自身多種探測(cè)手段的綜合運(yùn)用,緊耦合綜合射頻系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出更為豐富的態(tài)勢(shì)信息,更好地輔助戰(zhàn)斗決策。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確匹配的前提下,通過(guò)不同探測(cè)方式、不同探測(cè)粒度信息的融合、互補(bǔ)和針對(duì)性處理,從全局角度更好地展現(xiàn)水面艦艇平臺(tái)的現(xiàn)狀,包括其威脅狀態(tài)及整體安全環(huán)境;基于對(duì)積累的海量探測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)迭代分析、挖掘、認(rèn)知、反饋,預(yù)測(cè)水面艦艇平臺(tái)乃至編隊(duì)平臺(tái)的未來(lái)狀態(tài),提升海空態(tài)勢(shì)的綜合感知能力。

(4)與指火控及作戰(zhàn)系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接

緊耦合綜合射頻系統(tǒng)更有利于作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用,其對(duì)多功能射頻前端的集成和射頻資源的敏捷管控更符合作戰(zhàn)管理系統(tǒng)一體化發(fā)展的趨勢(shì),便于作戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)化集成設(shè)計(jì),更有利于射頻資源的合理分配以及射頻資源作戰(zhàn)使用流程的合理設(shè)計(jì)。在防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中,緊耦合綜合射頻系統(tǒng)能夠?yàn)橹富鹂叵到y(tǒng)提供針對(duì)高速高機(jī)動(dòng)目標(biāo)(如彈道導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈乃至高超聲速武器)更高精度的目指能力,降低未來(lái)防空反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間,提高反導(dǎo)作戰(zhàn)效率。

因此,相對(duì)于傳統(tǒng)的電子信息系統(tǒng)的松散堆砌,緊耦合艦載綜合射頻系統(tǒng)在防空反導(dǎo)一體化中應(yīng)具有更高精度的信息融合能力、更高效的資源利用率、更快的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間,以及為新式武器系統(tǒng)如電磁炮和激光武器等,提供與之匹配的信息保障的能力。

2 緊耦合綜合射頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

緊耦合艦載綜合射頻系統(tǒng)在為未來(lái)信息保障帶來(lái)眾多利好的同時(shí),也對(duì)綜合射頻系統(tǒng)的高效資源管控、多任務(wù)調(diào)度以及協(xié)同網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。為此,除高精度目標(biāo)識(shí)別等傳統(tǒng)雷達(dá)電子戰(zhàn)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)之外,還須研究射頻孔徑資源和信息處理資源的靈活調(diào)度和動(dòng)態(tài)重構(gòu)、面向全生命周期的多功能任務(wù)調(diào)度以及開(kāi)放式協(xié)同網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等技術(shù)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了通過(guò)充分發(fā)揮綜合射頻系統(tǒng)中集成的射頻孔徑和信息處理資源,實(shí)現(xiàn)探-偵-干-通聯(lián)動(dòng)的高效一體化信息攻防,須要在緊耦合綜合射頻系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、多粒度頻譜/功率/孔徑資源敏捷管控、面向多功能并發(fā)應(yīng)用的多任務(wù)調(diào)度模型與算法、基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)迭代優(yōu)化、區(qū)域級(jí)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)方面開(kāi)展深入研究,如圖2所示。

在體系架構(gòu)方面,采用寬帶有源/無(wú)源數(shù)字陣列射頻前端、信息預(yù)處理與數(shù)據(jù)適配、統(tǒng)合資源調(diào)度、聯(lián)合信息處理和綜合顯示控制五層體系架構(gòu)。

在資源調(diào)度方面,借鑒虛擬化技術(shù),結(jié)合射頻前端的軟硬件工作原理,嘗試實(shí)現(xiàn)孔徑/頻譜/功率等資源的虛擬化表示和細(xì)粒度管控,其核心是實(shí)現(xiàn)各類資源的模塊化及模塊的標(biāo)準(zhǔn)化接口,最終實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦。

圖2 緊耦合綜合射頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

開(kāi)展綜合射頻系統(tǒng)多功能一體化探測(cè)時(shí)多任務(wù)情形下各類資源的按需動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法研究,基于不同任務(wù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)面陣、波束資源的動(dòng)態(tài)配置[2]。在此基礎(chǔ)上,以虛擬資源池為基礎(chǔ)支撐,研究不同作戰(zhàn)場(chǎng)景、不同任務(wù)類型、不同電磁環(huán)境、不同目標(biāo)態(tài)勢(shì)下綜合射頻系統(tǒng)的工作策略、傳感資源使用規(guī)則和探-偵-干-通并發(fā)模式下的多任務(wù)調(diào)度算法,實(shí)現(xiàn)并發(fā)任務(wù)規(guī)劃和資源管理的理想契合。

在信息處理方面,以“高性能全艦公共計(jì)算環(huán)境”為基礎(chǔ)平臺(tái),通過(guò)設(shè)計(jì)與各射頻前端設(shè)備相適配的數(shù)據(jù)接口提供開(kāi)放式的數(shù)據(jù)/協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù),實(shí)現(xiàn)射頻前端的信號(hào)級(jí)匯集融合。分析探、偵、干、通等多功能任務(wù)的處理流程和各級(jí)數(shù)據(jù)特征,歸納出符合公共計(jì)算環(huán)境平臺(tái)架構(gòu)的計(jì)算任務(wù)分解組合策略、數(shù)據(jù)并行算法和數(shù)據(jù)放置算法等。通過(guò)信息處理的高效利用與射頻孔徑資源的敏捷管控相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)綜合射頻系統(tǒng)工作模式柔性重構(gòu)和信息攻防效能提升。

2.2 多粒度頻譜/功率/孔徑資源敏捷管控技術(shù)

通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源的細(xì)粒度管控是提高資源利用率的有效方式。所謂虛擬,是指每個(gè)硬件功能單元的組成并不是固定形式,可以根據(jù)功能需求調(diào)整所包含的資源類型和資源數(shù)目,即每個(gè)虛擬硬件功能單元都能夠按需從各種類型的虛擬資源池中獲取各種相應(yīng)類型的資源并形成整體。這種按需使用資源的方式使得虛擬硬件功能單元具備良好的可擴(kuò)展性,且能極大地提高資源利用率。具體到緊耦合綜合射頻系統(tǒng),通過(guò)虛擬化技術(shù)將面陣資源、射頻資源、信號(hào)處理資源、計(jì)算資源等以統(tǒng)一的表示方式表示,構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)的虛擬化資源池。虛擬資源池的主要類型包括射頻前端資源池、信息處理資源池(FPGA、通用CPU等)等。資源池中資源實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度化、模塊化,提供多種粒度的標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)用接口,并實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦。

資源可重構(gòu)是虛擬資源的重要特性,也是實(shí)現(xiàn)虛擬硬件功能單元的必需。圖3是資源虛擬化重組的邏輯示意圖。實(shí)現(xiàn)資源虛擬化重組必需的3個(gè)主要邏輯功能模塊包括任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)分發(fā)和資源監(jiān)控模塊,其中資源監(jiān)控負(fù)責(zé)監(jiān)控各個(gè)資源的狀態(tài)和屬性(例如資源是否空閑、資源的負(fù)載等),并將所監(jiān)控的信息傳輸給任務(wù)調(diào)度模塊進(jìn)行參考;任務(wù)調(diào)度模塊負(fù)責(zé)結(jié)合資源監(jiān)控信息,將任務(wù)按照一定的調(diào)度策略分配給各個(gè)資源執(zhí)行;當(dāng)任務(wù)調(diào)度模塊確定了完成某個(gè)任務(wù)所需的所有資源后,數(shù)據(jù)分發(fā)模塊負(fù)責(zé)將各個(gè)資源執(zhí)行任務(wù)所需的程序和數(shù)據(jù)分發(fā)給指定的所有資源進(jìn)行加載和預(yù)存儲(chǔ)。在射頻前端資源的動(dòng)態(tài)重構(gòu)方面,重點(diǎn)研究系統(tǒng)工作模式瞬態(tài)切換、陣面孔徑與通道自適應(yīng)重構(gòu)、工作參數(shù)與處理算法快速加載、信息流程重構(gòu)等系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù),滿足執(zhí)行多任務(wù)的實(shí)時(shí)功能轉(zhuǎn)換需求。

圖3 資源虛擬化重組邏輯示意圖

2.3 多功能任務(wù)調(diào)度技術(shù)

探-偵-干-通多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行是緊耦合綜合射頻系統(tǒng)必須具備的核心能力之一,與之適應(yīng)的多功能并發(fā)任務(wù)調(diào)度策略如圖4所示。

圖4 主被動(dòng)探測(cè)多任務(wù)動(dòng)態(tài)管理與資源調(diào)度架構(gòu)

考慮到在容忍一定性能損失的前提下主被動(dòng)探測(cè)、協(xié)同通信和有源干擾任務(wù)所占據(jù)的系統(tǒng)資源能夠在可控范圍內(nèi)調(diào)整,嘗試對(duì)多功能任務(wù)進(jìn)行全周期生命模型建模,充分利用不同任務(wù)發(fā)射、接收間的可變等待間隔去執(zhí)行其他可能的任務(wù),通過(guò)基于可變駐留時(shí)間的全周期多功能任務(wù)調(diào)度技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合射頻系統(tǒng)時(shí)間、孔徑、頻譜資源的高效利用。具體到任務(wù)調(diào)度策略模型上,從抽象層面將探測(cè)、偵察、干擾、協(xié)同通信等任務(wù)皆可分解為信號(hào)發(fā)射、等待、信號(hào)接收等3個(gè)基本行為,且不同功能的任務(wù)均要以各自期望的數(shù)據(jù)率進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新,將任務(wù)調(diào)度轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢s束條件下資源池優(yōu)化問(wèn)題,其目標(biāo)是合理調(diào)度盡可能多的任務(wù),同時(shí)對(duì)于每一個(gè)被調(diào)度的任務(wù),用最大可能的(接近理想)駐留時(shí)間去規(guī)劃其駐留次數(shù)。此外,調(diào)度時(shí)還應(yīng)充分考慮綜合射頻系統(tǒng)有源/無(wú)源數(shù)字陣列設(shè)備多元化互引導(dǎo)的工作模式設(shè)計(jì)以及有源數(shù)字陣列子陣級(jí)并發(fā)工作的自由度,設(shè)計(jì)完善的資源調(diào)度預(yù)案和魯棒的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略。

其次,緊耦合綜合射頻系統(tǒng)要具備較強(qiáng)的自主工作能力,支持自主任務(wù)規(guī)劃,能夠根據(jù)不同的作戰(zhàn)場(chǎng)景,在系統(tǒng)工作預(yù)案的基礎(chǔ)上認(rèn)知化地完成系統(tǒng)工作模式和工作參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。具體而言,射頻傳感器在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)依據(jù)任務(wù)類型、電磁環(huán)境和目標(biāo)態(tài)勢(shì)等多重因素自動(dòng)選擇相應(yīng)的射頻傳感器控制規(guī)則,并基于這些規(guī)則對(duì)工作參數(shù)和模式進(jìn)行控制。這些規(guī)則以專家知識(shí)的形態(tài)預(yù)先存儲(chǔ)在綜合射頻系統(tǒng)先驗(yàn)知識(shí)庫(kù)中,下一節(jié)中闡述的“基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)優(yōu)化”涵蓋了對(duì)該規(guī)則庫(kù)的迭代更新。當(dāng)綜合射頻傳感器在工作過(guò)程中檢測(cè)到滿足預(yù)先設(shè)置的規(guī)則觸發(fā)條件時(shí),即自動(dòng)調(diào)用該規(guī)則,以此實(shí)現(xiàn)傳感器工作模式和工作參數(shù)的自動(dòng)化操控。

2.4 基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)優(yōu)化

基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的系統(tǒng)參數(shù)和工作模式迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于工作于復(fù)雜海洋電磁環(huán)境中的海用電子信息系統(tǒng)性能提升至關(guān)重要。美國(guó)海軍AN/SPY-6雷達(dá)的自主孔徑-頻譜-時(shí)間資源配置策略、法國(guó)Thales公司SeaMaster-400型S波段艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)的All-in-one mode全自動(dòng)工作模式、荷蘭Thales公司VIGILE 400型ESM/Elint一體化電子偵察系統(tǒng)編隊(duì)輻射源目標(biāo)識(shí)別等核心能力的形成,皆是以長(zhǎng)期海量觀測(cè)數(shù)據(jù)的多維度認(rèn)知和多角度挖掘?yàn)榛A(chǔ)。

鑒于艦載綜合射頻系統(tǒng)觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的維度、數(shù)據(jù)量和信息豐富程度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)和電子情報(bào)偵察系統(tǒng),擬從以下4個(gè)角度開(kāi)展基于數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作(如圖5所示):

圖5 基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)探-偵-干-通多功能匹配度優(yōu)化

以水面艦艇平臺(tái)作戰(zhàn)使命和任務(wù)、典型作戰(zhàn)對(duì)象技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)等要素為出發(fā)點(diǎn),同時(shí)結(jié)合不同作戰(zhàn)場(chǎng)景、不同海域海況下工作流程回放和全景實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)空對(duì)海主/被動(dòng)探測(cè)威力/精度、協(xié)同控制區(qū)域、協(xié)同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及數(shù)據(jù)傳輸速率、機(jī)載火控雷達(dá)/反艦導(dǎo)彈最小有源干擾距離等綜合射頻系統(tǒng)的核心能力指標(biāo),提升系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)效能和效費(fèi)比。

(2)工作模式優(yōu)化

艦載綜合射頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作模式包括常態(tài)化區(qū)域?？漳繕?biāo)監(jiān)視、協(xié)同偵測(cè)、集群式協(xié)同偵察定位等基礎(chǔ)工作模式,在此基礎(chǔ)上將嘗試依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后分析結(jié)果對(duì)工作模式進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分或簡(jiǎn)并,優(yōu)化設(shè)計(jì)各種工作模式下任務(wù)優(yōu)先級(jí)及多功能交織優(yōu)先級(jí)等系統(tǒng)級(jí)和設(shè)備級(jí)調(diào)度邏輯。

(3)場(chǎng)景認(rèn)知能力優(yōu)化

基于對(duì)綜合射頻系統(tǒng)中長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的多維度分析和敏感信息挖掘,制訂系統(tǒng)主動(dòng)探測(cè)目標(biāo)信息、被動(dòng)探測(cè)輻射源信息、有源干擾對(duì)抗對(duì)象信息的關(guān)聯(lián)和管理規(guī)范,制訂主被動(dòng)探測(cè)作戰(zhàn)對(duì)象及探測(cè)場(chǎng)景的威脅等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)判定準(zhǔn)則以及不同工作場(chǎng)景下的主被動(dòng)探測(cè)、有源干擾、信息傳輸/處理/存儲(chǔ)資源的部署規(guī)范。

(4)先驗(yàn)知識(shí)庫(kù)優(yōu)化

完備且低冗余的先驗(yàn)知識(shí)庫(kù)是綜合射頻系統(tǒng)具備高效自主工作能力的核心前提。通過(guò)構(gòu)建全維廣域信息感知與對(duì)抗數(shù)據(jù)池,常態(tài)化的對(duì)探偵干通多種功能及多功能交織工作模式下的探測(cè)、偵察、干擾等過(guò)程進(jìn)行全景式數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn),在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)水面艦艇工作區(qū)域的自然/氣象/電磁環(huán)境特征、特定主動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)/跟蹤全過(guò)程、特定輻射源目標(biāo)的截獲/分選/精細(xì)分析全過(guò)程、特定高威脅目標(biāo)的無(wú)源偵察/有源干擾全過(guò)程的綜合分析,建立適用于各類型作戰(zhàn)任務(wù)的艦載綜合射頻系統(tǒng)先驗(yàn)知識(shí)庫(kù),為綜合射頻系統(tǒng)工作模式和技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)支撐。

2.5 區(qū)域級(jí)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)水面艦艇對(duì)強(qiáng)實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)傳輸、靈活可擴(kuò)展區(qū)域級(jí)協(xié)同愈發(fā)強(qiáng)烈的需求,借鑒軟件化雷達(dá)中成熟的層次化設(shè)計(jì)理念,構(gòu)建區(qū)域級(jí)水面協(xié)同探測(cè)系統(tǒng),包含4個(gè)層次:軟件定義的多任務(wù)應(yīng)用層、軟件定義的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層、軟件定義無(wú)線電分發(fā)層、軟件定義的陣列天線層,各層間的邏輯互聯(lián)關(guān)系如圖6所示。

圖6 軟件定義的水面艦艇協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

(1)軟件定義的多任務(wù)應(yīng)用層(SDA)

實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)下的編隊(duì)協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)將存在同構(gòu)或異構(gòu)傳感器之間的多種協(xié)同任務(wù)。SDA層通過(guò)采取面向應(yīng)用任務(wù)的進(jìn)(線)程級(jí)的輪換、制訂統(tǒng)一開(kāi)放的協(xié)議接口等措施,盡量確保各種協(xié)同任務(wù)實(shí)時(shí)高效運(yùn)行。

(2)軟件定義的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層(SDN)

用于將數(shù)據(jù)與控制分離,且控制與數(shù)據(jù)兩個(gè)子層之間采用開(kāi)放的統(tǒng)一接口進(jìn)行交互。實(shí)現(xiàn)的功能包括:掌握整個(gè)編隊(duì)節(jié)點(diǎn)態(tài)勢(shì)、任務(wù)分配和節(jié)點(diǎn)路由路徑管理;管理多個(gè)節(jié)點(diǎn)簇并組織分布式聯(lián)合探測(cè);在線部署和下發(fā)協(xié)同協(xié)議等。

(3)軟件定義的無(wú)線電分發(fā)層(SDR)

通過(guò)軟件配置與功能重構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、糾錯(cuò)編解碼以及網(wǎng)絡(luò)接入與網(wǎng)絡(luò)管理等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能,通過(guò)多協(xié)議、多速率、多帶寬、多調(diào)制解調(diào)方法的兼容,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有多種協(xié)同節(jié)點(diǎn)的接入,并通過(guò)預(yù)留適度冗余的帶寬和處理能力實(shí)現(xiàn)面向未來(lái)裝備發(fā)展需求的通信速率和網(wǎng)絡(luò)接入擴(kuò)展能力。

(4)軟件定義的陣列天線層(SDPA)

充分利用各節(jié)點(diǎn)信號(hào)空間的特征差異,自動(dòng)調(diào)節(jié)各天線陣元的加權(quán)向量,使得天線主波束對(duì)準(zhǔn)期望節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)方向,而旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向,以逼近陣列天線的最佳接收和發(fā)射增益。在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同工作狀態(tài)下,通過(guò)全數(shù)字波束形成的方式進(jìn)行同時(shí)多波束的寬角覆蓋,以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)節(jié)點(diǎn)的快速接入,同時(shí)也可以基于凝視工作狀態(tài)將各波束分別對(duì)準(zhǔn)各編隊(duì)節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)全時(shí)信息高速率分發(fā)。此外,數(shù)字可編程的波束形成方式可根據(jù)傳輸信道質(zhì)量、電磁環(huán)境、目標(biāo)位置等信息,充分利用天線孔徑實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的接收和定向干擾抑制。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了當(dāng)前作戰(zhàn)環(huán)境對(duì)多功能艦載綜合射頻系統(tǒng)的需求和緊耦合綜合射頻系統(tǒng)較傳統(tǒng)電子信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),給出了緊耦合綜合射頻系統(tǒng)的概念內(nèi)涵,重點(diǎn)研究了緊耦合綜合射頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、多粒度頻譜/功率/孔徑資源敏捷管控技術(shù)、多功能任務(wù)調(diào)度技術(shù)、基于歷史探測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)知反饋的綜合射頻系統(tǒng)優(yōu)化、區(qū)域級(jí)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,對(duì)相關(guān)系統(tǒng)和裝備研發(fā)有較大的參考價(jià)值。