金作軍

(西南電子設備研究所， 成都 610036)

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基于數(shù)據(jù)鏈的電子對抗裝備組網(wǎng)應用

金作軍

(西南電子設備研究所， 成都 610036)

基于數(shù)據(jù)鏈的電子對抗裝備組網(wǎng)是依靠戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈將作戰(zhàn)空間內的多個電子對抗裝備交鏈為具有數(shù)據(jù)和信息交互、作戰(zhàn)行動協(xié)同的分布式系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進行了介紹，對基于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的電子對抗裝備雙機協(xié)同測向線融合方法、協(xié)同定位的原理和定位精度進行了分析，并通過實踐證明在一分鐘內可以實現(xiàn)雙機多次交叉定位，并且定位精度與單機長時間累積交叉定位結果一致。

數(shù)據(jù)鏈；電子對抗裝備組網(wǎng)；雙機協(xié)同定位

電子對抗裝備[1-2]通過數(shù)據(jù)鏈組成的電子對抗信息網(wǎng)絡，可以提高現(xiàn)有單一系統(tǒng)的對抗能力和對未來戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境的適應能力。以數(shù)據(jù)鏈為支撐的電子對抗信息經(jīng)融合處理后形成作戰(zhàn)區(qū)域內更完整、準確的電磁態(tài)勢信息。這些信息經(jīng)融合處理后得到的情報品質將全面提升，將有效提升電抗裝備的態(tài)勢感知能力，并且通過數(shù)據(jù)鏈可以近實時地向陸、海、空作戰(zhàn)平臺發(fā)布電子支援情報，通過和作戰(zhàn)平臺協(xié)同實現(xiàn)目標聯(lián)合瞄準、攻擊引導等新的戰(zhàn)術功能。電子對抗裝備通過數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)，有利于簡化組成(部分能力可以通過網(wǎng)絡支持)，通過多站協(xié)同、相互支援、取長補短，從整體上提高系統(tǒng)的工作效能。

基于數(shù)據(jù)鏈的電抗裝備組網(wǎng)是依靠數(shù)據(jù)鏈提供的信道和通信網(wǎng)絡將作戰(zhàn)空間內的多個平臺和裝備交鏈為具有數(shù)據(jù)和信息交互、作戰(zhàn)行動協(xié)同的系統(tǒng)。基于數(shù)據(jù)鏈的裝備組網(wǎng)具有以下特點：

1) 戰(zhàn)術性強

配備數(shù)據(jù)鏈的平臺和裝備具有非常強的戰(zhàn)役、戰(zhàn)術特性，特別是戰(zhàn)術特性，各平臺依靠電子對抗裝備的組網(wǎng)滿足戰(zhàn)術使用要求是基于數(shù)據(jù)鏈的裝備組網(wǎng)的重要應用方向。

2) 實時性強

配備數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)場環(huán)境基本是與空戰(zhàn)相關的環(huán)境，具有態(tài)勢變化非?？?、信息種類和數(shù)量非常多、決策周期非常短等特點，因此，需要非常及時的做出決策，對組網(wǎng)中的數(shù)據(jù)和信息處理、態(tài)勢分發(fā)與共享、協(xié)同與指揮控制都有非常高的實時性要求。

3) 智能性強

在復雜電磁環(huán)境下，需要在有限時間，有限資源的情況下，完成對電子對抗的資源分配、任務調度、行為協(xié)調和沖突消解等協(xié)調合作問題。采用常規(guī)人工輔助手段將不能滿足作戰(zhàn)使用要求，需要對數(shù)據(jù)和信息處理、態(tài)勢分發(fā)與共享、協(xié)同與指揮控制等環(huán)節(jié)應用智能技術，使電子對抗網(wǎng)絡具有一定的智能感知和應對能力。

在信息化網(wǎng)絡作戰(zhàn)中，電子對抗是重要的作戰(zhàn)力量之一，電子對抗應與其他作戰(zhàn)力量在不同的任務分工基礎上協(xié)同配合、相互支援，這樣才能有效完成作戰(zhàn)任務。如無源探測和有源探測相互引導、相互印證，提高對目標感知的準確性，為攻擊武器提供攻擊引導參數(shù)。電子對抗完成和其他作戰(zhàn)力量間協(xié)同配合、相互支援的作戰(zhàn)任務，采用常規(guī)人工輔助手段在短時間內難以完成大量的信息，這就要求電子對抗網(wǎng)絡應用智能技術完成作戰(zhàn)任務。

電子對抗智能技術就是根據(jù)電抗裝備自身的狀態(tài)、從電子對抗網(wǎng)絡內部以及其他作戰(zhàn)力量獲得的信息進行推理、決策，并通過網(wǎng)絡內部以及其和它作戰(zhàn)力量相互間的交互，自動形成電子對抗網(wǎng)絡的智能感知和應對能力。

1 數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈是一種按規(guī)定的消息格式和通信協(xié)議，實時傳輸處理格式化數(shù)字信息的戰(zhàn)術信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈將指控系統(tǒng)、武器平臺和傳感器系統(tǒng)組成一個無縫的網(wǎng)絡，最大限度地實現(xiàn)了信息資源共享,提高了信息優(yōu)勢,加速了指揮控制自動化,促進了作戰(zhàn)平臺的快速反應和協(xié)同作戰(zhàn)能力。數(shù)據(jù)鏈是戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)間戰(zhàn)術信息交換的主要手段，采用無線網(wǎng)絡通信技術和應用協(xié)議，實現(xiàn)陸基、機載和艦載戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)間的信息交換。

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈[3-4]是傳遞戰(zhàn)術數(shù)據(jù)的鏈路，在戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)及武器平臺之間，按照規(guī)定的消息格式和通信協(xié)議，實時傳輸戰(zhàn)場態(tài)勢、目標指示和指揮控制等格式化信息的網(wǎng)絡化戰(zhàn)術信息系統(tǒng)，用以實現(xiàn)指控系統(tǒng)與作戰(zhàn)單元之間的自動化交鏈。它有三個基本特征：一是戰(zhàn)術性，即戰(zhàn)術級用戶之間的通信；二是數(shù)據(jù)性，即數(shù)據(jù)形式的通信；三是鏈路性，即按鏈路協(xié)議進行的通信。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈由兩部分組成：一是數(shù)據(jù)鏈路；二是戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)。從前者看，它是一個通信系統(tǒng)；從后者看，它是一個信息系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的組成和交聯(lián)關系如圖1所示。

電子對抗裝備屬于戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)，基于數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的電子對抗網(wǎng)絡在作戰(zhàn)應用中的主要功能如下：

1) 統(tǒng)一電磁態(tài)勢：依靠數(shù)據(jù)鏈、自適應網(wǎng)絡流量高效組織各電子對抗裝備輸出的電抗信息，基于網(wǎng)絡進行分布式融合，形成統(tǒng)一的電磁態(tài)勢，將統(tǒng)一的電磁態(tài)勢上報到指揮信息系統(tǒng)，和其他態(tài)勢進行綜合，有利于形成統(tǒng)一的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢；

2) 情報支援：依靠數(shù)據(jù)鏈，向需要情報的指揮信息系統(tǒng)及時定制分發(fā)支援情報和知識情報，為作戰(zhàn)指揮決策實時提供最直接的情報來源；

3) 電子目標網(wǎng)絡監(jiān)視：依靠數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡內配置在不同地理位置的傳感器，各傳感器相互配合，匯集網(wǎng)絡偵察資源對敵電子目標連續(xù)監(jiān)視，實施不間斷偵察、干擾；

4) 攻擊引導：依靠數(shù)據(jù)鏈支撐的傳感器網(wǎng)絡，對敵方重要電子目標進行聯(lián)合定位，引導攻擊武器對其進行摧毀；

5) 電子戰(zhàn)協(xié)同：接收和響應信息系統(tǒng)發(fā)送的電子戰(zhàn)控制/協(xié)同消息，實現(xiàn)協(xié)作對抗、頻率保護、指定干擾等電子戰(zhàn)協(xié)同任務。

圖1 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的組成和交聯(lián)

2 基于數(shù)據(jù)鏈的雙機協(xié)同定位

單機交叉定位需要觀測平臺飛行一段較長的航線才能實現(xiàn)定位，快速目標指示能力不足，難以對時敏目標定位。對于大型運輸機，飛行速度通常為150～200m/s，在對距離200 km以上的目標定位時，通常需要飛行十分鐘以上，并且要求能對目標連續(xù)偵收，實踐應用中滿足以上條件是很困難的。電子對抗裝備如果采用雙機同時對目標輻射源進行探測，采用雙機交叉定位方式實現(xiàn)對目標的聯(lián)合定位，能夠在較短時間內獲得較為準確的目標輻射源位置信息。對于時敏目標，受截獲概率的影響，即使不能在短時間內獲得目標位置，也可以經(jīng)過一定時間的積累，實現(xiàn)對目標雙機交叉定位。可見采用雙機交叉定位可以提高對雷達目標特別是時敏目標的定位效果[5]。

2.1 雙機協(xié)同定位測向線融合方法

雙機測向數(shù)據(jù)的關聯(lián)融合，是實現(xiàn)雙機協(xié)同定位的重要前提。本文采用非線性最小二乘估計法進行融合[10]。非線性最小二乘估計是漸近無偏估計，如果量測值的數(shù)量足夠大，它的協(xié)方差能達到克拉美羅界[11-12]。

設有與同一輻射源M(xm,ym)對應的的n個測向線，每個測向線對應的飛機的位置已知。其中，第i部飛機的坐標為(xi,yi)，測向方位角θi(角度都以正北方向為基準方向，下同)的測量噪聲是零均值的高斯白噪聲，則各飛機關于輻射源的觀測參量θi與輻射源實際位置M(xm,ym)的關系，可寫成

θi=hi(xm,ym)+νi,i=1,2,…,n

(1)

其中，

(2)

由上式可估計出M(xm,ym)，因hi(xm,ym)對(xm,ym)來說是一個非線性函數(shù)，它可通過在(xm,ym)的一個初始估計點用泰勒級數(shù)展開而線性化，保留其前兩項可得

(3)

那么，n部飛機的觀測方程為

Z=H·W+V

式中，

(4)

這樣，可以求得最小二乘估計

(5)

用迭代法可得到(xm,ym)最佳估計，即

(6)

非線性最小二乘估計的估值協(xié)方差矩陣為

(7)

把矩陣H的相應元素式代入，得

(8)

2.2 雙機協(xié)同定位原理及精度分析

雙機交叉定位的基本原理為多個觀測站同時測量目標的方位角，然后利用三角定位原理實現(xiàn)對目標的定位，圖2為雙機交叉定位原理圖[7]。

以兩個觀測站之間的連線作為x軸，建立直角坐標系xOy。設觀測站1、2的位置坐標分別為(x1,y1)、(x2,y2)，觀測站測量得到的目標方位分別為θ1、θ2，目標的位置坐標為(xt,yt)。由幾何關系可以得到：

(9)

圖2 雙機交叉定位原理

求解該方程組可以得到目標的位置坐標為：

(10)

可見，若已知觀測站的位置(x1,y1)、(x2,y2)以及方位測量值θ1、θ2有關，即可利用上式計算獲得目標位置(xt,yt)。

從雙機交叉定位原理可以看出，相對于多機間協(xié)同時差定位，雙機交叉定位對系統(tǒng)的要求低，易于實現(xiàn)。

假設機載電子對抗裝備具有360°全向測向能力，可保證定位精度的雙機協(xié)同定位區(qū)域為雙機連線兩側，連線中心點處法線方向±45°以內空域，如圖3所示。

圖3 雙機協(xié)同定位區(qū)域示意圖

根據(jù)實際使用的雙機協(xié)同定位算法，構建定位場景，對雙機交會定位進行仿真。仿真條件設置為：

a) 最大偵收距離：300 km；

b) 定位區(qū)域：雙機連線一側-45°～45°；

c) 雙機距離：B= 150 km 、250 km；

d) 載機自定位誤差：σxy= 100 m；

e) 電子對抗裝備測向誤差：σθ= 1.5°。

圖4、圖5為雙機相距150 km和250 km時，雙機協(xié)同定位的相對定位誤差仿真結果。

圖4 雙機距離150 km時相對定位誤差仿真結果

圖5 雙機距離250 km時相對定位誤差仿真結果

由仿真結果可以看出，定位誤差與目標相對載機的位置有關，增大雙機間距，能夠提高定位精度；而在雙機間距一定的情況下，若目標距離雙機連線的中心較近或較遠時，都將使定位誤差增大[8-9]。

仿真結果表明，典型情況下雙機協(xié)同定位誤差為：當雙機間距150～250 km時，對距離在100～300 km的地面固定目標定位精度能夠優(yōu)于斜距的5%～10%(CEP)。

由于單個裝備的觀測角度和范圍有限，因此，單個裝備較難獲得完整的戰(zhàn)場態(tài)勢信息。將各作戰(zhàn)平臺的電子對抗傳感器組網(wǎng)后，態(tài)勢感知能力能夠得到加強：

a) 信息被匯集綜合后，能夠獲得更大空域和時域范圍的統(tǒng)一、連續(xù)電磁態(tài)勢；

b) 信息被匯聚綜合后，偵察和測量誤差得到綜合，能夠形成更準確的統(tǒng)一電磁態(tài)勢；

c) 統(tǒng)一電磁態(tài)勢被按需分發(fā)和展現(xiàn)后，所有作戰(zhàn)人員能夠更快、更準確、更一致的認知戰(zhàn)場態(tài)勢。

通過傳感器協(xié)同，能在時間、空間、電子目標類別或數(shù)量等方面增加探測范圍或探測強度，加強感知能力[6]。

2.3 雙機協(xié)同定位對數(shù)據(jù)鏈的要求

要實現(xiàn)雙機交叉定位，需依賴數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，對數(shù)據(jù)鏈的要求包括傳輸內容要求和數(shù)據(jù)鏈性能要求，具體要求有：

a) 目標方位及對應的截獲時間和載機位置；

b) 目標參數(shù)及對應的截獲時間和載機位置；

c) 目標傳輸策略和協(xié)同策略；

d) 雙機時統(tǒng)誤差在100 ms之內；

e) 數(shù)據(jù)鏈信息傳輸時延小。

3 雙機協(xié)同定位的應用

對基于數(shù)據(jù)鏈的雙機協(xié)同定位的實際應用情況。

3.1 事前規(guī)劃

為了通過雙機或多機協(xié)同交叉定位的方式快速確定目標位置，各組網(wǎng)平臺與戰(zhàn)場區(qū)域內的目標連線應形成一定的張角，且張角不能過小，一般應大于30°，如圖6所示。

圖6 雙機交叉定位航線示意圖

3.2 數(shù)據(jù)鏈傳輸策略

在雙機交叉定位中，最關鍵的問題是目標關聯(lián)匹配問題，考慮到數(shù)據(jù)鏈傳輸速率的限制，不可能將所有目標的電子戰(zhàn)參數(shù)信息通過數(shù)據(jù)鏈進行傳輸，同時在雙機發(fā)現(xiàn)的眾多目標中，在相關匹配前，不能確定哪些目標是同一個目標?；诖?，在執(zhí)行任務過程中，應當制定傳輸策略，使傳遞目標盡可能是雙機都探測到的目標，提高相關匹配成功的可能性。制定傳輸策略時，應當考慮如下因素：

a) 目標威脅；

b) 傳輸某些頻段方位內的目標；

c) 傳輸某個區(qū)域或扇區(qū)內的目標；

d) 傳輸優(yōu)先級，除了考慮目標威脅外，還要考慮是否能夠構成雙機交叉定位應當滿足的張角等約束條件。

3.3 雙機協(xié)同定位流程

雙機協(xié)同定位應用流程如圖7所示[13]。

主要步驟如下：

a) 雙機協(xié)同定位需明確主機(定位發(fā)起方)與從機(定位協(xié)同方)；

b) 主機操作員根據(jù)當前戰(zhàn)場態(tài)勢對需定位目標發(fā)起協(xié)同定位請求；

c) 通過數(shù)據(jù)鏈將協(xié)同定位請求參數(shù)發(fā)送到從機；

d) 從機偵收信號與主機需協(xié)同定位信號匹配成功，將當前信號參數(shù)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)往主機；

e) 主機接收到從機偵收測向信息后，立即與本機偵收信號進行雙機交叉定位，在態(tài)勢實時展示從機測向信息和定位結果信息。

圖7 雙機交叉定位流程

3.4 雙機定位結果評估

通過一分鐘持續(xù)協(xié)同測向定位，從機一秒鐘傳輸一批測向線到主機，累計雙機定位結果32次，定位精度與長時間累計測向單機交叉定位精度相當?？梢娡ㄟ^數(shù)據(jù)鏈進行雙機協(xié)同交叉定位，可以實現(xiàn)對輻射源目標的快速位置確定，定位效果如圖8所示，滿足前面理論分析結論。

圖8 雙機交叉定位結果

4 結束語

通過對基于數(shù)據(jù)鏈的電子對抗裝備雙機協(xié)同定位的研究和實踐可以看出，雙機協(xié)同定位可以解決傳統(tǒng)單機交叉定位用時較長的問題，降低定位對載機飛行航線的依賴性，并增強電子對抗裝備的戰(zhàn)術支援能力。利用數(shù)據(jù)鏈技術實現(xiàn)電子對抗裝備的組網(wǎng)，可以實現(xiàn)電抗裝備作戰(zhàn)效能最大化。

[1] 趙國慶.雷達對抗原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999.

[2] 孫利民.無線傳感器網(wǎng)絡[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3] 吳德偉，高曉光，陳軍.戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的建設與發(fā)展[J].火力與指揮控制，2004(1):10-13.

[4] 李云茹.戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈及其應用技術[J].中國電子科學研究院學報，2007(2):211-217.

[5] 王小剛，郭繼峰，崔乃剛.基于數(shù)據(jù)鏈的智能導彈協(xié)同定位方法[J].中國慣性技術學報，2009(3)：319-323.

[6] 肖冰松，方洋旺，許蘊山，等.航空武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)樣式及關鍵技術[J]. 火力與指揮控制，2010(4):5-8.

[7] 朱劍輝，方洋旺，張平，等.雙機協(xié)同定位誤差分析的研究[J].電光與控制，2012(6):21-25.

[8] HOK C,XU W.An accurate algebraic solution for moving source location using TDOA and FDOA measurements[C]//IEEE Transaction on Signal Processing,2009,52:2453-4463.

[9] JULIER S J,UHLMANN J K.Unscentend filtering and nonlinear estimation[J].Proceedings of IEEE,2004，92(3):401-422.

[10]夏楠，邱天爽，李景春. 一種卡爾曼濾波與粒子濾波相結合的非線性濾波算法 [J].電子學報，2013(1):148-152.

[11]冉華明，周銳，吳江，等.雙機協(xié)同無源目標跟蹤軌跡優(yōu)化[J].北京航空航天大學學報，2014.

[12]劉仲亞，夏楠.多傳感器聯(lián)合測向定位算法[J].信號處理，2015(4)：490-496.

[13]李洪鈳，張斌，趙雨.采用雙機協(xié)同的指令修正慣性中制導方法[J]. 空軍工程大學學報(自然科學版)，2016(1):13-18.

(責任編輯 周江川)

The Network Application of Electronic Warfare Equipments Based on Data Link

JIN Zuojun

(Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036, China)

Equipment network of electronic warfare based on data link is a distributed system provided with data and information exchange and tactical movement association. This article introduces the details of data link system. The theory of two cooperative direction finding correlation,location and equipment network of electronic warfare based on data link positioning accuracy are all sorted and analyzed. The practice has proved the reasonable and feasible.

data link; equipment network of electronic warfare; two cooperative location

10.11809/scbgxb2017.07.020

2017-03-20；

2017-04-30

金作軍(1981—)，碩士，工程師，主要從事電子對抗應用系統(tǒng)研究。

format:JIN Zuojun.The Network Application of Electronic Warfare Equipments Based on Data Link[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):89-93.

TP39

A

2096-2304(2017)07-0089-05

本文引用格式：金作軍.基于數(shù)據(jù)鏈的電子對抗裝備組網(wǎng)應用[J].兵器裝備工程學報，2017(7):89-93.