丁春山，何佳洲

(1.東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210096；2.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061)

0 引言

海上編隊(duì)由艦艇、潛艇、艦載直升機(jī)與固定翼飛機(jī)等組成，支持編隊(duì)完成作戰(zhàn)任務(wù)的情報(bào)信息除部分來源于編隊(duì)外節(jié)點(diǎn)，主要依靠編隊(duì)內(nèi)各平臺(tái)裝備的雷達(dá)、聲納、光電、電子偵察(electronic support measures，ESM)、敵我識(shí)別器(identification friend or foe,IFF)等傳感器，合理使用編隊(duì)內(nèi)多平臺(tái)傳感器、發(fā)揮最大協(xié)同效能，是海上編隊(duì)完成多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要編隊(duì)多平臺(tái)多傳感器管理技術(shù)支撐。文獻(xiàn)[1]提出如何利用海上警戒探測(cè)系統(tǒng)使多傳感器形成系統(tǒng)威力,有效對(duì)抗四大威脅,才是警戒探測(cè)系統(tǒng)的精髓。

文獻(xiàn)[2-5]分別研究了傳感器管理的定義，綜合來看傳感器管理的目的是合理調(diào)度使用有限的傳感器資源，在滿足電磁頻譜、通信、海戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境等約束下，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)和作戰(zhàn)空間的最優(yōu)探測(cè)(優(yōu)化檢測(cè)概率、截獲概率、傳感器自身的發(fā)射能力、航跡精度或丟失概率等指標(biāo))，恰當(dāng)?shù)貪M足防空、反潛、對(duì)海對(duì)陸攻擊等多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的信息需求。

傳感器管理技術(shù)日益重要的原因在于，編隊(duì)傳感器向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用發(fā)展，傳感器管理工作量、難度增大，傳統(tǒng)依賴人工操作的模式難以為繼；傳感器管理可以獲得更優(yōu)的傳感器作戰(zhàn)效能，在信息化戰(zhàn)場(chǎng)可拓展新的作戰(zhàn)手段和能力。

針對(duì)海上編隊(duì)傳感器管理，Johnson設(shè)計(jì)了海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)下協(xié)同傳感器管理架構(gòu)[6]。Benaskeur研究了海軍單傳感器、單平臺(tái)、多平臺(tái)3類傳感器管理問題[7]，提出了基于整子體(holonic)的傳感器管理架構(gòu)[8]。文獻(xiàn)[9]以實(shí)現(xiàn)對(duì)海上多平臺(tái)傳感器資源自動(dòng)或半自動(dòng)協(xié)調(diào)管理控制為目標(biāo),設(shè)計(jì)了傳感器管理與控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu),包括傳感器信息管理、傳感器組織管理、收發(fā)通信管理、傳感器控制管理和傳感器綜合效能分析等功能模塊，采用“集中管理,分散控制”的方式管理海上多平臺(tái)傳感器。文獻(xiàn)[10]提出了海軍多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)條件下基于戰(zhàn)術(shù)組件網(wǎng)(TCN)的傳感器資源管理體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[11]研究了基于Holon控制的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)傳感器管理體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[12]提出海上編隊(duì)、平臺(tái)和傳感器3級(jí)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化管理控制體系,編隊(duì)及每個(gè)平臺(tái)都有一個(gè)宏管理器,每個(gè)平臺(tái)上的傳感器都有各自的微管理器。文獻(xiàn)[13]研究了基于策略的海戰(zhàn)場(chǎng)傳感器資源運(yùn)維管理框架，按全局、區(qū)域和本地分層運(yùn)維管理，設(shè)計(jì)了應(yīng)用層、資源管理層和資源層3層結(jié)構(gòu)的海戰(zhàn)場(chǎng)傳感器資源運(yùn)維管理系統(tǒng)框架。另外文獻(xiàn)[14]從編隊(duì)和本艦2個(gè)層次研究了傳感器管理的內(nèi)容及模型。文獻(xiàn)[15]構(gòu)建了單艦多傳感器協(xié)同探測(cè)體系結(jié)構(gòu)，提出了多傳感器協(xié)同探測(cè)資源調(diào)度模型。從以上研究成果看，海上編隊(duì)傳感器管理涉及多管理節(jié)點(diǎn)協(xié)同，多采用分層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同是發(fā)展方向，是信息化海戰(zhàn)中一項(xiàng)困難且需要深入的研究工作。

本文研究海上編隊(duì)傳感器管理架構(gòu)，第1節(jié)首先分析了編隊(duì)傳感器管理需求，第2節(jié)提出了編隊(duì)傳感器管理的總體結(jié)構(gòu)，以及編隊(duì)傳感器方案事前籌劃與實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)。

1 編隊(duì)傳感器管理需求

海上編隊(duì)由艦艇、飛機(jī)等多種兵力組成，部分兵力組成戰(zhàn)術(shù)群，負(fù)責(zé)編隊(duì)內(nèi)某一方向的防空、反潛等任務(wù)。傳感器作為作戰(zhàn)資源之一，遵循軍事指揮的分層架構(gòu)，海上編隊(duì)傳感器資源的組成架構(gòu)如圖1所示。海上編隊(duì)指揮節(jié)點(diǎn)需管理戰(zhàn)術(shù)群和直屬平臺(tái)的傳感器，戰(zhàn)術(shù)群負(fù)責(zé)管理群內(nèi)各平臺(tái)的傳感器資源，平臺(tái)負(fù)責(zé)搭載傳感器的管理使用，傳感器可精細(xì)化地設(shè)置工作模式和參數(shù)。

圖1 層次化的海上編隊(duì)傳感器資源Fig.1 Hierarchy of naval sensing resources

海上編隊(duì)傳感器管理的作用在于統(tǒng)一管理編隊(duì)內(nèi)各平臺(tái)傳感器資源，恰當(dāng)?shù)靥綔y(cè)數(shù)據(jù)，滿足編隊(duì)多樣化作戰(zhàn)活動(dòng)情報(bào)需求。如圖2所示，傳感器管理使情報(bào)保障具有反饋機(jī)制，根據(jù)作戰(zhàn)活動(dòng)情報(bào)需求和信息融合后的情報(bào)性能度量的差異，反饋控制編隊(duì)內(nèi)傳感器資源，使其探測(cè)獲取能夠提升信息融合結(jié)果的原始數(shù)據(jù)；同時(shí)向信息融合模塊反饋傳感器狀態(tài)與能力、傳感器協(xié)同探測(cè)策略，使其掌握傳感器探測(cè)數(shù)據(jù)特性，采用有針對(duì)性的融合算法。

圖2 海上編隊(duì)傳感器管理作用框圖Fig.2 Function block diagram of sensor management for maritime formation

1.1 編隊(duì)多層級(jí)傳感器管理需求

海上編隊(duì)的編隊(duì)指揮節(jié)點(diǎn)、戰(zhàn)術(shù)群指揮節(jié)點(diǎn)、平臺(tái)、傳感器等節(jié)點(diǎn)需協(xié)同工作，但不同節(jié)點(diǎn)有不同的傳感器管理需求。

1.1.1 編隊(duì)、戰(zhàn)術(shù)群傳感器管理需求

戰(zhàn)前籌劃中，依據(jù)總體作戰(zhàn)方案制定編隊(duì)/戰(zhàn)斗群情報(bào)保障計(jì)劃；在作戰(zhàn)過程中，監(jiān)控所屬兵力傳感器狀態(tài)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、態(tài)勢(shì)變化，實(shí)時(shí)調(diào)整傳感器的任務(wù)、開關(guān)、工作頻率等，滿足多樣化作戰(zhàn)的情報(bào)需求。

編隊(duì)、戰(zhàn)術(shù)群傳感器管理需適應(yīng)編隊(duì)的通信能力、信息融合架構(gòu)，傳感器管理的需求包括：

(1) 任務(wù)分配

根據(jù)信息需求建立感知任務(wù)，并分配給所屬兵力群或平臺(tái)。在保證整體探測(cè)能力滿足作戰(zhàn)信息需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)減少傳感器資源的冗余使用和主動(dòng)發(fā)射。

(2) 傳感器部署

從保障傳感器探測(cè)效能出發(fā)，提出編隊(duì)平臺(tái)空間部署建議，確定配屬編隊(duì)、兵力群的直升機(jī)、無人機(jī)等以警戒探測(cè)任務(wù)為主的作戰(zhàn)平臺(tái)航路。

(3) 組織協(xié)同

協(xié)調(diào)解決所屬各平臺(tái)傳感器的使用沖突；使我方傳感器之間的干擾最小化，包括雷達(dá)同頻干擾，主動(dòng)傳感器對(duì)鄰近被動(dòng)傳感器的干擾等；使敵方對(duì)我方的壓制干擾、欺騙干擾影響最小化；為編隊(duì)多平臺(tái)信息融合提供最優(yōu)的探測(cè)數(shù)據(jù)輸入，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)傳感器協(xié)同、主動(dòng)傳感器協(xié)同、被動(dòng)傳感器協(xié)同等。

1.1.2 單平臺(tái)傳感器管理需求

戰(zhàn)前籌劃中，單平臺(tái)主要接收上級(jí)的傳感器管理計(jì)劃，依據(jù)分配的探測(cè)任務(wù)、工作時(shí)間，以及可用頻率、禁用頻率等頻譜管理要求等確定本平臺(tái)的傳感器工作計(jì)劃。

在作戰(zhàn)過程中，監(jiān)控本平臺(tái)傳感器狀態(tài)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、對(duì)抗態(tài)勢(shì)的變化，自動(dòng)/半自動(dòng)地調(diào)整傳感器的開關(guān)、工作模式以及工作頻率等參數(shù)，盡量減少指揮員的工作量。

傳感器管理需求包括：

(1) 傳感器任務(wù)管理。接受上級(jí)的傳感器管理命令，并將其作為自身的感知任務(wù)之一，匯集本平臺(tái)的作戰(zhàn)信息需求生成傳感器任務(wù)清單；分配傳感器任務(wù)，明確各傳感器的責(zé)任區(qū)域、跟蹤目標(biāo)、工作時(shí)間等；

(2) 傳感器調(diào)度，根據(jù)本平臺(tái)面臨威脅及作戰(zhàn)任務(wù)需求確定本平臺(tái)傳感器的開關(guān)、工作模式等；

(3) 傳感器協(xié)同，實(shí)現(xiàn)不同傳感器探測(cè)目標(biāo)的交接，保證目標(biāo)監(jiān)視、跟蹤的連續(xù)性，傳感器工作沖突消解等；

(4) 監(jiān)控本平臺(tái)傳感器工作狀態(tài)，并上報(bào)上級(jí)節(jié)點(diǎn)。

1.1.3 單傳感器管理需求

單傳感器需接收平臺(tái)、編隊(duì)的探測(cè)任務(wù)、調(diào)度命令并響應(yīng)，上報(bào)自身狀態(tài)及效能評(píng)估結(jié)果；制定傳感器工作計(jì)劃，通過模式/參數(shù)控制優(yōu)化自身探測(cè)能力，支撐多傳感器協(xié)同工作。

1.2 編隊(duì)傳感器協(xié)同需求

海上編隊(duì)傳感器管理的目標(biāo)是使編隊(duì)內(nèi)各平臺(tái)傳感器在統(tǒng)一管控下協(xié)同工作，如同一個(gè)有機(jī)整體，能夠形成系統(tǒng)威力。編隊(duì)傳感器之間的協(xié)同包括任務(wù)級(jí)的區(qū)域協(xié)同，以及多種實(shí)時(shí)協(xié)同工作需求。

1.2.1 區(qū)域協(xié)同

海上編隊(duì)傳感器最基本的協(xié)同方式是區(qū)域協(xié)同，根據(jù)對(duì)空、對(duì)潛、對(duì)海等不同方面作戰(zhàn)的需求，分別構(gòu)建遠(yuǎn)中近結(jié)合的協(xié)同防空、反潛和對(duì)海攻擊警戒探測(cè)圈。編隊(duì)指揮節(jié)點(diǎn)根據(jù)各平臺(tái)承擔(dān)的任務(wù)和位置，分配相應(yīng)的警戒探測(cè)責(zé)任區(qū)，使整體探測(cè)能力滿足各方面作戰(zhàn)的信息需求。

1.2.2 傳感器工作協(xié)同

在編隊(duì)傳感器資源按區(qū)域配置的基礎(chǔ)上，傳感器工作過程中需相互協(xié)同，保證探測(cè)目標(biāo)的達(dá)成。

(1) 時(shí)間協(xié)同

時(shí)間協(xié)同包括傳感器的接替工作和按一定時(shí)間要求對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。

雷達(dá)等傳感器一般不能長時(shí)間連續(xù)工作，故針對(duì)某一區(qū)域的警戒探測(cè)任務(wù)由相鄰平臺(tái)或同平臺(tái)傳感器分時(shí)負(fù)責(zé)。

為配合某一作戰(zhàn)行動(dòng)，需要傳感器同時(shí)或按時(shí)序探測(cè)。如為提高目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，多平臺(tái)傳感器同時(shí)覆蓋某一重點(diǎn)方向；在我方對(duì)陸打擊后，立即組織對(duì)陸探測(cè)，以便快速毀傷評(píng)估；在需要對(duì)威脅目標(biāo)判性時(shí)，立即調(diào)度敵我識(shí)別器對(duì)目標(biāo)識(shí)別。

(2) 頻率協(xié)同

1) 避免我方傳感器同頻干擾。編隊(duì)各平臺(tái)常配置同型號(hào)雷達(dá)，如果采用相同的頻率等工作參數(shù)，可能導(dǎo)致我方雷達(dá)同頻干擾。

2) 反對(duì)抗?？刂莆曳絺鞲衅鞴ぷ鞯念l率、空間覆蓋和時(shí)間，優(yōu)化我方傳感器對(duì)敵方干擾、欺騙等對(duì)抗措施的抗干擾能力，避免或減小敵方對(duì)抗措施對(duì)我方傳感器探測(cè)的影響。

3) 發(fā)射控制。由于有源傳感器發(fā)射的能量可被敵方偵測(cè)并被利用，需要控制有源傳感器的發(fā)射功率、脈寬等信號(hào)參數(shù)及空間覆蓋等，使我方傳感器被檢測(cè)或被識(shí)別的可能性降至最低。

(3) 引導(dǎo)協(xié)同

由于傳感器的空間覆蓋和搜索能力有限，當(dāng)目標(biāo)從傳感器A的探測(cè)區(qū)域進(jìn)入另一傳感器B的探測(cè)區(qū)域時(shí)，需要向傳感器B發(fā)送引導(dǎo)信息，使傳感器B搜索并截獲由傳感器A指示的目標(biāo)。如紅外警戒探測(cè)設(shè)備與雷達(dá)協(xié)同,由雷達(dá)提供跟蹤引導(dǎo)數(shù)據(jù),紅外警戒探測(cè)設(shè)備工作于跟蹤狀態(tài),可以克服紅外警戒探測(cè)設(shè)備視野小、搜索時(shí)間長的弱點(diǎn),快速捕獲目標(biāo)、輸出圖像。又如電子偵察設(shè)備獲得目標(biāo)信號(hào),基于基本分選參數(shù)和細(xì)微特征分析,對(duì)輻射源個(gè)體特征進(jìn)行辨認(rèn)和識(shí)別,解算出輻射源大致位置后可引導(dǎo)主動(dòng)雷達(dá)進(jìn)行高精度目標(biāo)定位跟蹤。

(4) 無源協(xié)同

無源傳感器具有良好的隱身效果，是海上編隊(duì)重要的傳感器資源。雷達(dá)在受到敵方有源壓制性干擾時(shí)將無法對(duì)目標(biāo)繼續(xù)探測(cè)，但ESM仍然能夠獲得輻射源的方位和屬性信息，紅外警戒探測(cè)設(shè)備能夠探測(cè)目標(biāo)的方位俯仰，雷達(dá)能夠確定干擾源的方位俯仰，通過艦艇編隊(duì)多平臺(tái)無源傳感器協(xié)同，在一定程度上能夠達(dá)到對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)的有效監(jiān)視。

2 編隊(duì)傳感器管理架構(gòu)

2.1 混合式體系結(jié)構(gòu)

傳感器管理體系結(jié)構(gòu)一般與系統(tǒng)采用的信息融合體系結(jié)構(gòu)相一致，常見的有分布式、分層式、集中式，如圖3所示。

圖3 傳感器管理常用結(jié)構(gòu)Fig.3 Common structures for sensor management

集中式是指所有傳感器的管理由中心節(jié)點(diǎn)集中決策，該方式邏輯簡單，但決策中心計(jì)算復(fù)雜、平臺(tái)間通信需求大，決策中心易成為系統(tǒng)瓶頸，整體的抗毀性、可靠性、擴(kuò)展性差。完全分布式是指?jìng)鞲衅鞴芾砣蝿?wù)由多個(gè)處理節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成，無中心節(jié)點(diǎn)，該方式對(duì)平臺(tái)間通信需求大、分布式算法設(shè)計(jì)困難，最重要的是不符合海上編隊(duì)分層的指揮結(jié)構(gòu)。分層式結(jié)構(gòu)是一種至上而下分解任務(wù)并分工協(xié)作的結(jié)構(gòu)，與層次式指揮結(jié)構(gòu)匹配，但嚴(yán)格的分層結(jié)構(gòu)缺少靈活性，具有很多與集中式相似的缺點(diǎn)。

海上編隊(duì)傳感器管理的目標(biāo)是使編隊(duì)內(nèi)傳感器成為一個(gè)整體，具有任務(wù)級(jí)、參數(shù)級(jí)、信號(hào)級(jí)等多層次管控能力，編隊(duì)、戰(zhàn)術(shù)群、平臺(tái)、傳感器等多類管理節(jié)點(diǎn)分工協(xié)作，是系統(tǒng)之系統(tǒng)，單純的分布式、分層式、集中式體系結(jié)構(gòu)難以勝任。

作為典型的多平臺(tái)多傳感器管理問題，為適應(yīng)艦艇編隊(duì)分層的指揮模式和數(shù)據(jù)融合處理、信息傳遞結(jié)構(gòu)，海上編隊(duì)傳感器管理總體上宜采用分層式結(jié)構(gòu)。即編隊(duì)級(jí)傳感器管理主要負(fù)責(zé)確定戰(zhàn)術(shù)群的傳感器探測(cè)任務(wù)，戰(zhàn)術(shù)群級(jí)傳感器管理主要負(fù)責(zé)確定所屬平臺(tái)的傳感器探測(cè)任務(wù)，平臺(tái)級(jí)傳感器管理主要負(fù)責(zé)本平臺(tái)傳感器應(yīng)用，對(duì)艦載雷達(dá)、聲納、光電、IFF、ESM及配置的無人平臺(tái)進(jìn)行管理。

兼顧不同節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同關(guān)系，在分層式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)兼容部分節(jié)點(diǎn)之間的分布式、集中式關(guān)系，構(gòu)建海上編隊(duì)傳感器管理的混合式結(jié)構(gòu)，如圖4所示。在某一層級(jí)內(nèi)部可采用分布式或集中式結(jié)構(gòu)。在同一層級(jí)，節(jié)點(diǎn)之間可分布式協(xié)同，如無人集群；在某一節(jié)點(diǎn)內(nèi)，如艦艇平臺(tái)可采用集中式的傳感器管理結(jié)構(gòu)，由傳感器管理中心節(jié)點(diǎn)對(duì)本艦所有傳感器集中管控。

圖4 混合式編隊(duì)傳感器管理體系結(jié)構(gòu)Fig.4 Hybrid formation sensor management architecture

海上編隊(duì)傳感器管理的混合式結(jié)構(gòu)是分層、遞歸的，如圖5所示，上級(jí)節(jié)點(diǎn)將下級(jí)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)整體管控，下級(jí)節(jié)點(diǎn)再將次級(jí)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)整體管控，即編隊(duì)級(jí)傳感器管理對(duì)象可以是戰(zhàn)斗群或平臺(tái)，戰(zhàn)斗群傳感器管理可再分解成對(duì)平臺(tái)的管理，平臺(tái)級(jí)傳感器管理再對(duì)單傳感器管理。

圖5 編隊(duì)傳感器管理的分層遞歸性Fig.5 Hierarchical recursion of formation sensor management

2.2 事前規(guī)劃與實(shí)時(shí)調(diào)度

海上編隊(duì)傳感器管理包括作戰(zhàn)前方案規(guī)劃和作戰(zhàn)中實(shí)時(shí)調(diào)度2個(gè)方面，如圖6所示。在戰(zhàn)前，根據(jù)作戰(zhàn)籌劃模塊的作戰(zhàn)計(jì)劃、情報(bào)保障需求等，制定傳感器使用方案并反饋?zhàn)鲬?zhàn)籌劃模塊。在作戰(zhàn)過程中，根據(jù)信息融合模塊提供的目標(biāo)、態(tài)勢(shì)分析結(jié)果、探測(cè)需求，以及指揮控制模塊的傳感器管理命令、情報(bào)保障需求實(shí)時(shí)決策傳感器調(diào)度策略，向傳感器、作戰(zhàn)平臺(tái)等管控對(duì)象下達(dá)傳感器管理指令。

圖6 傳感器管理功能關(guān)系圖Fig.6 Function relationship diagram of sensor management

2.2.1 傳感器使用方案規(guī)劃

傳感器使用方案規(guī)劃功能主要在編隊(duì)、兵力群節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，在作戰(zhàn)準(zhǔn)備階段的作戰(zhàn)方案籌劃過程中，負(fù)責(zé)根據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃和情報(bào)保障需求，籌劃管理對(duì)象(兵力群、平臺(tái)或傳感器)的探測(cè)任務(wù)、計(jì)劃，生成傳感器使用方案。

傳感器使用方案規(guī)劃處理流程如圖7所示。首先根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、計(jì)劃分析探測(cè)任務(wù)，按照兵力群、探測(cè)空間等維度分解總探測(cè)任務(wù)，然后籌劃每個(gè)子探測(cè)任務(wù)方案。

圖7 傳感器使用方案規(guī)劃流程圖Fig.7 Flow chart of sensor use scheme planning

傳感器使用方案規(guī)劃的輸入主要包括以下4個(gè)方面。

(1) 雷達(dá)、ESM、IFF等傳感器的工作性能參數(shù)，如雷達(dá)參數(shù)：

1) 具有的工作模式；

2) 各工作模式下，對(duì)不同雷達(dá)散射截面積(radar cross secrion,RCS)目標(biāo)在規(guī)定的探測(cè)概率條件下的作用距離；

3) 方位、仰角的覆蓋范圍；

4) 各工作模式下，目標(biāo)測(cè)量精度、數(shù)據(jù)率；

5) 抗干擾措施；

6) 設(shè)備開機(jī)時(shí)間；

7) 目標(biāo)處理容量。

(2) 作戰(zhàn)計(jì)劃，包括兵力編成、可用傳感器資源組成及位置、我方作戰(zhàn)意圖(作戰(zhàn)地域、階段劃分、編隊(duì)隊(duì)形、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定路線、威脅方向、打擊目標(biāo)區(qū)域等)、編隊(duì)頻譜管理計(jì)劃等。

(3) 情報(bào)保障需求：可由操作員設(shè)置的重點(diǎn)探測(cè)方位、偵察區(qū)域，重點(diǎn)探測(cè)目標(biāo)類型，信息質(zhì)量要求等。

(4) 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)：地形(高度地圖)、氣象等環(huán)境信息、敵方已被偵察目標(biāo)的可能位置及威脅等級(jí)(我方目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)或受打擊的風(fēng)險(xiǎn))。

傳感器使用方案規(guī)劃的結(jié)果為傳感器使用方案，內(nèi)容包括：

(1) 階段劃分；

(2) 每個(gè)階段內(nèi)的平臺(tái)/傳感器工作計(jì)劃列表，包括平臺(tái)/傳感器名稱、開始/結(jié)束時(shí)間、對(duì)空/對(duì)海傳感器工作模式、可用頻率等；

(3) 每個(gè)階段內(nèi)的探測(cè)預(yù)案，在出現(xiàn)隱身飛機(jī)、低空突防目標(biāo)等情形下，編隊(duì)傳感器的調(diào)整方案；

(4) 專用探測(cè)平臺(tái)(直升機(jī)、無人機(jī))的配置、航路規(guī)劃。

傳感器使用方案規(guī)劃應(yīng)在滿足約束條件，盡量滿足情報(bào)保障需求的基礎(chǔ)上優(yōu)化傳感器效能。典型的約束條件包括：只使用編隊(duì)內(nèi)可用的傳感器資源；以編隊(duì)作戰(zhàn)方案中確定的隊(duì)形、航路為基礎(chǔ)；主動(dòng)傳感器的使用需滿足編隊(duì)頻譜管控要求，在需電子靜默時(shí)，主動(dòng)傳感器關(guān)機(jī)；主動(dòng)傳感器使用規(guī)定的頻率段；避免我方主動(dòng)傳感器之間的干擾，對(duì)于無編隊(duì)使用模式的同型雷達(dá)需在一定的間距外才能使用同一頻率，在一定的間距內(nèi)要錯(cuò)開頻率。規(guī)劃的方案需滿足編隊(duì)作戰(zhàn)情報(bào)保障需求，如對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)覆蓋范圍、質(zhì)量滿足對(duì)空作戰(zhàn)需求；對(duì)水面目標(biāo)的探測(cè)覆蓋范圍、質(zhì)量滿足對(duì)海作戰(zhàn)需求；對(duì)空、海目標(biāo)具備識(shí)別能力；傳感器配置預(yù)留反隱身、反低空目標(biāo)能力。優(yōu)化傳感器效能的目標(biāo)是多樣化的，如雷達(dá)主動(dòng)輻射時(shí)間最短、預(yù)警時(shí)間最長等。

2.2.2 傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度

在作戰(zhàn)過程中，傳感器管理模塊一方面基于審核后的傳感器使用方案組織傳感器工作；另一方面根據(jù)作戰(zhàn)過程中的態(tài)勢(shì)變化，基于事件動(dòng)態(tài)調(diào)度傳感器，事件分成優(yōu)化目標(biāo)感知、信息對(duì)抗2類，包括響應(yīng)信息融合模塊的反饋、滿足協(xié)同探測(cè)要求、反偵察、反輻射攻擊、反低空突防、反隱身目標(biāo)、反電子干擾、傳感器戰(zhàn)損、通信中斷、戰(zhàn)場(chǎng)氣象條件變化等。在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)演變、干擾對(duì)抗過程中，艦艇編隊(duì)傳感器需適時(shí)調(diào)整，一方面保證對(duì)抗中傳感器有效工作，另一方面提高編隊(duì)傳感器的搜索、跟蹤、識(shí)別、作戰(zhàn)支持能力，其處理過程如圖8所示。

圖8 傳感器作戰(zhàn)管理流程圖Fig.8 Flow chart of sensor operation management

傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度的輸入元素與傳感器使用方案規(guī)劃基本相同，不同之處在于傳感器狀態(tài)、環(huán)境信息、目標(biāo)態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)計(jì)劃、電磁干擾等信息是實(shí)時(shí)的。

傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度的輸出為傳感器工作調(diào)整指令，如編隊(duì)內(nèi)傳感器開關(guān)、工作模式切換、分配任務(wù)、探測(cè)平臺(tái)航路更新等。

傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度中，需滿足一系列約束條件，如：

(1) 主動(dòng)傳感器的使用需滿足編隊(duì)頻譜管控要求：在需電子靜默時(shí)，主動(dòng)傳感器關(guān)機(jī)；主動(dòng)傳感器使用規(guī)定的頻率段。

(2) 考慮實(shí)際的地理約束條件、氣象及通信條件。

(3) 考慮敵方實(shí)施的有源、無源干擾。

(4) 考慮我方主動(dòng)傳感器、電子干擾對(duì)我方傳感器的影響。

(5) 工作頻率有重疊的雷達(dá)部署間距不能太小，避免同頻干擾。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)滿足情報(bào)保障需求，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，評(píng)估目標(biāo)的傳感器探測(cè)需求，對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)應(yīng)盡可能連續(xù)可靠探測(cè)及穩(wěn)定跟蹤，識(shí)別目標(biāo)身份；保證對(duì)未知目標(biāo)的預(yù)警能力，使傳感器網(wǎng)的探測(cè)范圍盡可能地大，盡可能早地探測(cè)到隱身飛機(jī)、低空目標(biāo)，增大預(yù)警距離，延長預(yù)警時(shí)間；選取合適的責(zé)任區(qū)域雷達(dá)冗余覆蓋數(shù)量，以提高反隱身能力；重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)盡可能地全部覆蓋。

傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度可選的優(yōu)化目標(biāo)眾多，如在需輻射控制時(shí)，盡量減少雷達(dá)主動(dòng)輻射；優(yōu)化編隊(duì)被動(dòng)協(xié)同探測(cè)能力；優(yōu)化編隊(duì)主被動(dòng)協(xié)同探測(cè)能力；在責(zé)任區(qū)域內(nèi)雷達(dá)對(duì)同一地域的重疊覆蓋數(shù)目不宜過多。

傳感器實(shí)時(shí)調(diào)度的核心在于傳感器狀態(tài)臨機(jī)調(diào)整決策，采用基于事件驅(qū)動(dòng)的傳感器作戰(zhàn)管理技術(shù)，解決傳感器調(diào)整事件檢測(cè)和處理的問題，功能框圖如圖9所示。

圖9 事件驅(qū)動(dòng)的傳感器作戰(zhàn)管理技術(shù)框圖Fig.9 Block diagram of event driven sensor operation management technology

根據(jù)信息融合的反饋以及綜合指揮部位判明戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)確定傳感器管控事件，在分析排序后，分類為傳感器狀態(tài)調(diào)整、傳感器探測(cè)2類事件分別處理。優(yōu)先響應(yīng)傳感器狀態(tài)調(diào)整事件，主要是反干擾、反偵察、反輻射攻擊等對(duì)抗事件，根據(jù)作戰(zhàn)條例、命令等調(diào)整傳感器的開關(guān)、工作頻率等；響應(yīng)傳感器引導(dǎo)、識(shí)別、傳感器協(xié)同等傳感器探測(cè)事件時(shí)，首先根據(jù)當(dāng)前環(huán)境和傳感器模塊預(yù)測(cè)各傳感器的可用性和能力，進(jìn)而評(píng)估編隊(duì)整體傳感器探測(cè)效能，對(duì)照作戰(zhàn)活動(dòng)情報(bào)需求，分析傳感器探測(cè)的薄弱環(huán)節(jié)，輸出傳感器開關(guān)、工作模式切換等調(diào)度指令，以提高傳感器探測(cè)效能。

各處理模塊的功能如下：

探測(cè)任務(wù)管理：接收上級(jí)下達(dá)、指揮員人工指定的探測(cè)任務(wù)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分解傳感器探測(cè)任務(wù)。

目標(biāo)收集管理：接收目標(biāo)綜合態(tài)勢(shì)，分析目標(biāo)信息完整性及威脅，生成需調(diào)用傳感器資源進(jìn)一步探測(cè)識(shí)別的目標(biāo)。

虛擬探測(cè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)排序：根據(jù)探測(cè)任務(wù)及需進(jìn)一步探測(cè)識(shí)別的目標(biāo)生成虛擬探測(cè)任務(wù)，并根據(jù)目標(biāo)威脅等排序。

環(huán)境信息收集管理：收集管理戰(zhàn)場(chǎng)地理、氣象、電磁干擾等信息。

傳感器探測(cè)能力估計(jì)：根據(jù)傳感器的物理特性、目標(biāo)特性、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境估計(jì)傳感器的探測(cè)能力。

傳感器組網(wǎng)能力估計(jì)：根據(jù)傳感器組網(wǎng)應(yīng)用策略，在單傳感器探測(cè)能力估計(jì)基礎(chǔ)上，計(jì)算傳感器組網(wǎng)后的虛擬探測(cè)任務(wù)探測(cè)效能。

傳感器探測(cè)策略優(yōu)化選擇：根據(jù)虛擬探測(cè)任務(wù)的探測(cè)效能及優(yōu)先級(jí)，優(yōu)化選擇最佳傳感器探測(cè)方案。

傳感器狀態(tài)管理：接收傳感器的工作狀態(tài)參數(shù)，匯總傳感器狀態(tài)表。

傳感器控制接口：將確定的傳感器工作要求，轉(zhuǎn)換成符合傳感器接口的規(guī)范管理指令，并下發(fā)執(zhí)行。

3 結(jié)束語

本文分析了海上編隊(duì)傳感器管理需求，研究了海上編隊(duì)傳感器管理總體架構(gòu)，是海上編隊(duì)傳感器管理的頂層設(shè)計(jì)。編隊(duì)傳感器管理由編隊(duì)、戰(zhàn)術(shù)群、平臺(tái)等多層級(jí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，需分布協(xié)同工作共同支撐編隊(duì)傳感器資源高效管理，混合式結(jié)構(gòu)下的協(xié)同工作機(jī)制是編隊(duì)傳感器管理有待深入研究的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器管理包括事前規(guī)劃和實(shí)時(shí)調(diào)度2個(gè)方面，核心是傳感器任務(wù)分配、調(diào)度等算法，國內(nèi)外對(duì)此開展了廣泛研究，但設(shè)計(jì)滿足海上編隊(duì)多異類平臺(tái)，特別是未來無人裝備參與下的傳感器管理算法是有待開展的挑戰(zhàn)性工作。