孫國(guó)政

(解放軍91404部隊(duì)， 河北 秦皇島 066001)

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·總體工程·

試驗(yàn)靶場(chǎng)多功能一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

孫國(guó)政

(解放軍91404部隊(duì)， 河北 秦皇島 066001)

結(jié)合信息化試驗(yàn)靶場(chǎng)作戰(zhàn)試驗(yàn)一體化的建設(shè)需求，通過(guò)對(duì)比分析國(guó)外多功能一體化技術(shù)的發(fā)展歷程，分析和歸納其核心內(nèi)涵，提出了我軍新型試驗(yàn)靶場(chǎng)多功能一體化技術(shù)的應(yīng)用需求及未來(lái)靶場(chǎng)裝備發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)。

信息化試驗(yàn)靶場(chǎng)；作戰(zhàn)試驗(yàn)一體化；多功能一體化雷達(dá)技術(shù)

0 引 言

隨著新軍事變革進(jìn)程的不斷加快，新的軍事思想和作戰(zhàn)概念不斷涌現(xiàn)，以美軍“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”為代表的陸、海、空、天、電一體化聯(lián)合作戰(zhàn)概念的形成，對(duì)世界軍事發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，積極開展以實(shí)戰(zhàn)要求為背景、以信息為中心的聯(lián)合作戰(zhàn)試驗(yàn)訓(xùn)練，成為部隊(duì)提高一體化聯(lián)合作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)以軍兵種和武器裝備類別為標(biāo)準(zhǔn)而形成的靶場(chǎng)試驗(yàn)、鑒定、訓(xùn)練模式，難以適應(yīng)以信息為中心、以聯(lián)合作戰(zhàn)為特征的現(xiàn)代化武器裝備試驗(yàn)、鑒定及部隊(duì)訓(xùn)練的需要。傳統(tǒng)試驗(yàn)靶場(chǎng)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前及今后一個(gè)時(shí)期國(guó)家試驗(yàn)靶場(chǎng)建設(shè)的重點(diǎn)。

隨著軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)是以信息支持和信息共享為主導(dǎo)的信息化作戰(zhàn)，非接觸式、非線式作戰(zhàn)將成為主要形式，戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗日益呈現(xiàn)體系對(duì)抗的基本特征。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將在陸、海、空、天、電多維空間展開，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)是以信息技術(shù)為核心，是以信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)、體系對(duì)體系的對(duì)抗戰(zhàn)爭(zhēng)[1-2]。

面對(duì)體系對(duì)抗的作戰(zhàn)需求，現(xiàn)有裝備在功能、能力和作戰(zhàn)使用方面暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題：(1)單裝功能單一，集成裝備資源冗余、電磁兼容性差、規(guī)模龐大，導(dǎo)致平臺(tái)空間和資源受限；(2)綜合系統(tǒng)異構(gòu)為主，互操作性差、難融合協(xié)同，嚴(yán)重影響同時(shí)多任務(wù)的作戰(zhàn)效能；(3)作戰(zhàn)使用模式缺乏靈活性，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境感知適應(yīng)能力弱；(4)頻譜資源緊張。

面臨上述技術(shù)短板，以信號(hào)、信道、處理、系統(tǒng)、應(yīng)用一體為特征的多功能一體化將是一個(gè)重要解決途徑。多功能一體化技術(shù)，以“開放式”架構(gòu)為核心，充分利用系統(tǒng)的硬件、軟件資源，實(shí)現(xiàn)單平臺(tái)裝備的多功能、多任務(wù)，提升系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的整體作戰(zhàn)效能[3-4]。本文從國(guó)內(nèi)外多功能一體化技術(shù)的發(fā)展及裝備應(yīng)用情況介紹入手，以“開放式架構(gòu)”和“一體化”為技術(shù)突破口，提煉和總結(jié)了其技術(shù)內(nèi)涵和關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)于未來(lái)體系對(duì)抗條件下試驗(yàn)裝備的研制及作戰(zhàn)效能的提升具有一定的指導(dǎo)意義。

1 國(guó)外技術(shù)及裝備發(fā)展

美國(guó)早在20世紀(jì)90年代中后期就著手開展了一系列研究，美國(guó)海軍設(shè)立了先進(jìn)封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng)(AEM/S)、多功能電磁輻射系統(tǒng)(MERS)、先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)(AMRFC)、集成上部建筑(InTop)等多個(gè)先期技術(shù)演示項(xiàng)目來(lái)完善相關(guān)技術(shù)，新一代艦艇DDX計(jì)劃更是將多部雷達(dá)、電子設(shè)備高度集成為雙波段相控陣?yán)走_(dá)；美國(guó)空軍分別在F22及F35戰(zhàn)斗機(jī)平臺(tái)上開展“寶石柱”和“寶石臺(tái)”計(jì)劃，集成雷達(dá)、通信、導(dǎo)航和射頻電子戰(zhàn)功能為一體，共享天線和處理器硬件；在瑞典和意大利聯(lián)合開發(fā)“多功能有源相控陣系統(tǒng)”(M-AESA)以及荷蘭TNO研究所提出了“可縮放多功能射頻系統(tǒng)”(SMRF)概念[5-6]，如圖1所示。

圖1 國(guó)內(nèi)外多功能一體化的發(fā)展

1.1 美國(guó)DDX艦計(jì)劃

美國(guó)DDG1000是首次提出采用一體化信息管理技術(shù)的艦艇。DDG1000雙波段雷達(dá)由VSR和SPY-3兩部有源相控陣?yán)走_(dá)綜合而成，采用了一體化設(shè)計(jì)，陣面與上層建筑共形，提高了艦艇的隱身性能。雙波段雷達(dá)能夠完成態(tài)勢(shì)感知、空中控制、跟蹤識(shí)別、炮位偵察、水面搜索、氣象探測(cè)和武器控制等任務(wù)，可代替原來(lái)艦上5～10部雷達(dá)的功能。圖2給出了雙波段雷達(dá)功能示意圖。

圖2 雙波段雷達(dá)功能示意圖

DDG1000采用“開放式體系架構(gòu)”，在計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)等方面進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃，開發(fā)了AN/UYQ-70顯示系統(tǒng)，規(guī)范了計(jì)算機(jī)硬件和接口，推出了DDG1000的全艦計(jì)算環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施(TSCEi)產(chǎn)品。

1.2 美國(guó)先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)(AMRFC)

如圖3所示，1996年美國(guó)海軍研究局和海軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合發(fā)起了先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)概念(AMRFC)研究，其目的在于把傳統(tǒng)的傳感器，如敵我識(shí)別器(IFF)、雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信等功能整合成為一個(gè)綜合的系統(tǒng)，從而解決平臺(tái)的電磁兼容和隱身問(wèn)題，在改善性能的同時(shí)達(dá)到降低成本的目的。

先進(jìn)多功能射頻技術(shù)著重開發(fā)、演示能收發(fā)多個(gè)同時(shí)波束的寬帶、高性能多功能射頻孔徑，同時(shí)降低孔徑的信號(hào)特征和數(shù)量。該系統(tǒng)采用收發(fā)分離的體制，分為兩個(gè)波段，低波段頻率覆蓋1 GHz～5 GHz，高波段頻率覆蓋4.5 GHz～18 GHz，可以綜合雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信、敵我識(shí)別等功能。2003年～2004年，AMRFC項(xiàng)目在高波段成功演示了電子戰(zhàn)、通信、雷達(dá)同時(shí)工作，執(zhí)行多功能的射頻任務(wù)。

圖3 AMRFC演示試驗(yàn)系統(tǒng)

1.3 美國(guó)InTop計(jì)劃

如圖4所示，“集成式上部結(jié)構(gòu)”(InTop)計(jì)劃是美國(guó)海軍研究局創(chuàng)立的“創(chuàng)新式海軍原型樣機(jī)”項(xiàng)目的一部分，旨在開發(fā)一部集成式、多功能系統(tǒng)，能夠同時(shí)具備電子戰(zhàn)(EW)、信息戰(zhàn)(IO)、雷達(dá)、通信能力，并適用于多種類型海軍艦船和潛艇。InTop計(jì)劃的核心就是研發(fā)一部能夠適應(yīng)技術(shù)變化和海軍作戰(zhàn)需求變化的模塊化、開放式的體系架構(gòu)(OA)。

圖4 InTop系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.4 歐洲新型高級(jí)多功能綜合一體化系統(tǒng)

2004年，歐洲的瑞典和意大利共同出資11～14億歐元，建立“新型高級(jí)多功能綜合一體化系統(tǒng)”(M-AESA)。其研究目的為：1)支撐下一代作戰(zhàn)平臺(tái)電子作戰(zhàn)系統(tǒng)的技術(shù)路線和體系架構(gòu)選型，包括艦載、機(jī)載和陸基平臺(tái)；2)驗(yàn)證單一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)、多功能(包括雷達(dá)、ESM、ECM、通信)，且體系架構(gòu)能夠滿足未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境需求。如圖5所示，A1模型是項(xiàng)目的終極目標(biāo)，但還存在硬件和頻譜資源沖突等技術(shù)障礙，通過(guò)試驗(yàn)的分析驗(yàn)證表明當(dāng)前A3模型是一種現(xiàn)實(shí)的選擇。

圖5 一體化天線安裝圖

1.5 荷蘭可縮放多功能射頻系統(tǒng)

荷蘭TNO國(guó)防研究所提出了“可縮放多功能射頻系統(tǒng)”(SMRF)的概念，使雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信等射頻功能得以擴(kuò)展，滿足各種作戰(zhàn)任務(wù)和平臺(tái)的需求。圖6給出了一個(gè)基本的SMRF架構(gòu)概念，其中包含多個(gè)可擴(kuò)展的多功能孔徑和處理器，彼此之間通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)互相連接。利用AESA陣列，從搜索、跟蹤、通信帶寬以及成本等角度對(duì)收發(fā)合置與收發(fā)分離兩種形式進(jìn)行了對(duì)比分析；并從多功能需求出發(fā)，分析了寬頻段SMRF架構(gòu)和多頻帶SMRF架構(gòu)。

圖6 荷蘭SMRF架構(gòu)概念

通過(guò)從上述國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究歷程來(lái)看，可以總結(jié)其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：(1)開放式體系架構(gòu)；(2)多頻帶、寬頻帶孔徑綜合；(3)通用的處理設(shè)備架構(gòu)、通用模塊、標(biāo)準(zhǔn)接口；(4)基于波形綜合的多功能集成。

2 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

多功能一體化技術(shù)，以分類綜合為原則，進(jìn)行功能集成和資源共享[7-8]。雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信等系統(tǒng)的構(gòu)成原理基本相同，都是關(guān)于電磁波的發(fā)射、接收的過(guò)程，基本組成功能模塊大致相同，體系架構(gòu)合并具有良好基礎(chǔ)。

采用開放式體系架構(gòu)，通過(guò)對(duì)原先單一功能裝備硬件模塊進(jìn)行功能分解，按照功能統(tǒng)一的原則進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)硬件最大程度的綜合和集成；采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的軟件構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能整合、功能擴(kuò)展和靈活重構(gòu)。

實(shí)孔徑向虛擬孔徑、窄帶并行通道向分布式、大動(dòng)態(tài)寬帶可復(fù)用通道、傳統(tǒng)并行處理向協(xié)同重構(gòu)處理轉(zhuǎn)型，在空、時(shí)、頻多維信號(hào)空間獲得更大的系統(tǒng)自由度，有效拓展系統(tǒng)可利用的資源，實(shí)現(xiàn)軍事電子裝備資源高度集約、作戰(zhàn)應(yīng)用統(tǒng)一操作與偵干探通等信息作戰(zhàn)能力的協(xié)同倍增和躍升，推動(dòng)未來(lái)先進(jìn)軍事電子系統(tǒng)的創(chuàng)新變革與能力跨越。

2.1 開放式體系架構(gòu)

開放式系統(tǒng)架構(gòu)，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，具備通用性、模塊化、集成化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展、可維修、低成本的顯著優(yōu)勢(shì)，在最大程度上滿足探干偵通多功能一體化的硬件集成需求，減少系統(tǒng)硬件設(shè)備量，便于雷達(dá)設(shè)備后續(xù)的升級(jí)換代。

2.1.1 開放式硬件架構(gòu)

開放式硬件系統(tǒng)架構(gòu)，遵循標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)、分層設(shè)計(jì)、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)原則，如圖7所示。

圖7 模塊化標(biāo)準(zhǔn)化硬件架構(gòu)

2.1.2 開放式軟件架構(gòu)

開發(fā)通用性和可移植性的分層軟件架構(gòu)，降低軟件系統(tǒng)對(duì)硬件的依賴性，適應(yīng)系統(tǒng)多功能、多任務(wù)、軟硬件升級(jí)換代、新算法/新技術(shù)驗(yàn)證和移植等需求。開放式軟件架構(gòu)的典型特征：多功能、自適應(yīng)、可重構(gòu)、易升級(jí)、靈活高效，如圖8所示。

2.2 多功能一體化集成

多功能一體化集成技術(shù)，電子裝備的系統(tǒng)綜合從通用向復(fù)用發(fā)展，從綜合處理向綜合射頻、綜合孔徑及多功能信號(hào)綜合方向發(fā)展，如圖9所示。

圖8 開放式軟件架構(gòu)

圖9 多功能一體化集成

綜合處理，包涵綜合信息處理、綜合系統(tǒng)資源調(diào)度、綜合顯示：采用統(tǒng)一的通用硬件處理模塊，統(tǒng)一的處理軟件架構(gòu)，完成多功能、多層次的信息處理、資源調(diào)度和分層顯示。

綜合射頻，綜合雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信對(duì)射頻的不同要求，對(duì)能夠綜合的射頻部分進(jìn)行綜合，共用射頻硬件模塊，通過(guò)軟件進(jìn)行功能加載和集成。

綜合孔徑，多孔徑智能協(xié)同探測(cè)、多孔徑機(jī)會(huì)布陣設(shè)計(jì)、寬頻帶和多頻帶孔徑共享，實(shí)現(xiàn)陣面孔徑的靈活重構(gòu)，滿足不同功能的需求。

1)雷達(dá)/通信一體化，利用雷達(dá)的大功率發(fā)射、高靈敏度接收以及強(qiáng)方向性等特點(diǎn)提高通信的距離和通信的保密性和抗干擾性。

2)雷達(dá)/對(duì)抗一體化，利用雷達(dá)的大功率、高增益、高靈敏度特點(diǎn)可提高偵察的精度和靈敏度、提高干擾的有效輻射功率；利用偵察信息輔助雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下工作。

多功能信號(hào)綜合，挖掘信號(hào)在空間、時(shí)間、頻率和調(diào)制等多個(gè)維度具有的自由度，利用信號(hào)在多維空間特征的差異性，實(shí)現(xiàn)多維信號(hào)共用頻譜、時(shí)間和空間等資源，進(jìn)而獲得最優(yōu)的多功能系統(tǒng)性能，如圖10所示。

3 多功能一體化技術(shù)在試驗(yàn)靶場(chǎng)的應(yīng)用

在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，以構(gòu)建“先進(jìn)、實(shí)用、完備”的試驗(yàn)鑒定體系、科學(xué)的效能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為核心，開展作戰(zhàn)試驗(yàn)一體化試驗(yàn)靶場(chǎng)的建設(shè)成為靶場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)和要求。未來(lái)的靶場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綇奈淦餮b備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能試驗(yàn)鑒定向作戰(zhàn)使用性能試驗(yàn)鑒定與作戰(zhàn)效能評(píng)估轉(zhuǎn)變，從單一武器系統(tǒng)考核鑒定向多系統(tǒng)武器平臺(tái)和多平臺(tái)作戰(zhàn)體系考核鑒定轉(zhuǎn)變，從理想環(huán)境背景下的考核鑒定向復(fù)雜電磁、復(fù)雜氣象水文、復(fù)雜地形以及對(duì)抗環(huán)境下的考核鑒定轉(zhuǎn)變，上述作戰(zhàn)試驗(yàn)?zāi)Ｊ降霓D(zhuǎn)變對(duì)靶場(chǎng)試驗(yàn)裝備的技術(shù)發(fā)展也提出了新的要求。

圖10 多維信號(hào)空間實(shí)現(xiàn)多功能信號(hào)共享

以建設(shè)信息化作戰(zhàn)條件下具備“多功能一體化”的作戰(zhàn)裝備為要旨，開展新型靶場(chǎng)試驗(yàn)裝備的研制。在裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以“開放式系統(tǒng)”規(guī)劃系統(tǒng)頂層構(gòu)架，采用“三開放”、“四綜合”的設(shè)計(jì)原則，即“硬件開放、軟件開放、功能升級(jí)開放”以及“綜合孔徑、綜合射頻、綜合顯示、信號(hào)綜合”，實(shí)現(xiàn)硬件模塊的高度集成和軟件模塊的靈活加載及重構(gòu)，滿足試驗(yàn)靶場(chǎng)任務(wù)多樣性、裝備多樣性的需求，提升裝備的整體作戰(zhàn)效能。

4 結(jié)束語(yǔ)

多功能一體化技術(shù)，以信號(hào)、信道、處理、系統(tǒng)、應(yīng)用一體為研究手段，對(duì)雷達(dá)、電子對(duì)抗、電子偵察、通信等設(shè)備開展一體化分類綜合技術(shù)研究，采用開放式、可重構(gòu)協(xié)同體系架構(gòu)，分別以硬件、軟件、功能、接口等四個(gè)方面為技術(shù)突破口，進(jìn)行綜合一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)軍事電子裝備資源高度集約、作戰(zhàn)應(yīng)用統(tǒng)一操作與信息作戰(zhàn)能力的協(xié)同倍增。

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孫國(guó)政 男，1963年生，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)性能評(píng)估。

Application and Development of Multi-function Integrated Technique in Testing Range

SUN Guozheng

(The Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China)

Based on the construction demand of the integration of campaign and test in the informative testing range, the crucial technique is analyzed in this paper by contrast with the development of foreign multi-function integrated technique. Moreover, the application demand of the integrated technique and developing tendency of military range equipment is proposed in this paper at last.

informative testing range; integration of campaign and test; multi-function integrated technique

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.001

孫國(guó)政 Email：sunguozheng1963@sina.com

2015-06-05

2015-09-14

TN955; TN959

A

1004-7859(2015)10-0001-04