试验靶场多功能一体化技术的应用与发展

孙国政

(解放军91404部队， 河北 秦皇岛 066001)



·总体工程·

试验靶场多功能一体化技术的应用与发展

孙国政

(解放军91404部队， 河北 秦皇岛 066001)

结合信息化试验靶场作战试验一体化的建设需求，通过对比分析国外多功能一体化技术的发展历程，分析和归纳其核心内涵，提出了我军新型试验靶场多功能一体化技术的应用需求及未来靶场装备发展的技术趋势。

信息化试验靶场；作战试验一体化；多功能一体化雷达技术

0 引 言

随着新军事变革进程的不断加快，新的军事思想和作战概念不断涌现，以美军“网络中心战”为代表的陆、海、空、天、电一体化联合作战概念的形成，对世界军事发展产生了重要影响，积极开展以实战要求为背景、以信息为中心的联合作战试验训练，成为部队提高一体化联合作战能力的关键因素。传统以军兵种和武器装备类别为标准而形成的靶场试验、鉴定、训练模式，难以适应以信息为中心、以联合作战为特征的现代化武器装备试验、鉴定及部队训练的需要。传统试验靶场的转型与发展已经成为当前及今后一个时期国家试验靶场建设的重点。

随着军事技术的不断发展，未来高技术战争是以信息支持和信息共享为主导的信息化作战，非接触式、非线式作战将成为主要形式，战场对抗日益呈现体系对抗的基本特征。未来战争将在陆、海、空、天、电多维空间展开，信息化战争是以信息技术为核心，是以信息化网络为基础的系统对系统、体系对体系的对抗战争[1-2]。

面对体系对抗的作战需求，现有装备在功能、能力和作战使用方面暴露出越来越多的问题：(1)单装功能单一，集成装备资源冗余、电磁兼容性差、规模庞大，导致平台空间和资源受限；(2)综合系统异构为主，互操作性差、难融合协同，严重影响同时多任务的作战效能；(3)作战使用模式缺乏灵活性，战场环境感知适应能力弱；(4)频谱资源紧张。

面临上述技术短板，以信号、信道、处理、系统、应用一体为特征的多功能一体化将是一个重要解决途径。多功能一体化技术，以“开放式”架构为核心，充分利用系统的硬件、软件资源，实现单平台装备的多功能、多任务，提升系统在复杂电磁环境下的整体作战效能[3-4]。本文从国内外多功能一体化技术的发展及装备应用情况介绍入手，以“开放式架构”和“一体化”为技术突破口，提炼和总结了其技术内涵和关键点，对于未来体系对抗条件下试验装备的研制及作战效能的提升具有一定的指导意义。

1 国外技术及装备发展

美国早在20世纪90年代中后期就着手开展了一系列研究，美国海军设立了先进封闭式桅杆/传感器系统(AEM/S)、多功能电磁辐射系统(MERS)、先进多功能射频系统(AMRFC)、集成上部建筑(InTop)等多个先期技术演示项目来完善相关技术，新一代舰艇DDX计划更是将多部雷达、电子设备高度集成为双波段相控阵雷达；美国空军分别在F22及F35战斗机平台上开展“宝石柱”和“宝石台”计划，集成雷达、通信、导航和射频电子战功能为一体，共享天线和处理器硬件；在瑞典和意大利联合开发“多功能有源相控阵系统”(M-AESA)以及荷兰TNO研究所提出了“可缩放多功能射频系统”(SMRF)概念[5-6]，如图1所示。

图1 国内外多功能一体化的发展

1.1 美国DDX舰计划

美国DDG1000是首次提出采用一体化信息管理技术的舰艇。DDG1000双波段雷达由VSR和SPY-3两部有源相控阵雷达综合而成，采用了一体化设计，阵面与上层建筑共形，提高了舰艇的隐身性能。双波段雷达能够完成态势感知、空中控制、跟踪识别、炮位侦察、水面搜索、气象探测和武器控制等任务，可代替原来舰上5～10部雷达的功能。图2给出了双波段雷达功能示意图。

图2 双波段雷达功能示意图

DDG1000采用“开放式体系架构”，在计算机硬件、网络技术、软件技术等方面进行了统一规划，开发了AN/UYQ-70显示系统，规范了计算机硬件和接口，推出了DDG1000的全舰计算环境基础设施(TSCEi)产品。

1.2 美国先进多功能射频系统(AMRFC)

如图3所示，1996年美国海军研究局和海军研究实验室联合发起了先进多功能射频系统概念(AMRFC)研究，其目的在于把传统的传感器，如敌我识别器(IFF)、雷达、电子战和通信等功能整合成为一个综合的系统，从而解决平台的电磁兼容和隐身问题，在改善性能的同时达到降低成本的目的。

先进多功能射频技术着重开发、演示能收发多个同时波束的宽带、高性能多功能射频孔径，同时降低孔径的信号特征和数量。该系统采用收发分离的体制，分为两个波段，低波段频率覆盖1 GHz～5 GHz，高波段频率覆盖4.5 GHz～18 GHz，可以综合雷达、电子战、通信、敌我识别等功能。2003年～2004年，AMRFC项目在高波段成功演示了电子战、通信、雷达同时工作，执行多功能的射频任务。

图3 AMRFC演示试验系统

1.3 美国InTop计划

如图4所示，“集成式上部结构”(InTop)计划是美国海军研究局创立的“创新式海军原型样机”项目的一部分，旨在开发一部集成式、多功能系统，能够同时具备电子战(EW)、信息战(IO)、雷达、通信能力，并适用于多种类型海军舰船和潜艇。InTop计划的核心就是研发一部能够适应技术变化和海军作战需求变化的模块化、开放式的体系架构(OA)。

图4 InTop系统结构图

1.4 欧洲新型高级多功能综合一体化系统

2004年，欧洲的瑞典和意大利共同出资11～14亿欧元，建立“新型高级多功能综合一体化系统”(M-AESA)。其研究目的为：1)支撑下一代作战平台电子作战系统的技术路线和体系架构选型，包括舰载、机载和陆基平台；2)验证单一系统实现多任务、多功能(包括雷达、ESM、ECM、通信)，且体系架构能够满足未来战场环境需求。如图5所示，A1模型是项目的终极目标，但还存在硬件和频谱资源冲突等技术障碍，通过试验的分析验证表明当前A3模型是一种现实的选择。

图5 一体化天线安装图

1.5 荷兰可缩放多功能射频系统

荷兰TNO国防研究所提出了“可缩放多功能射频系统”(SMRF)的概念，使雷达、电子战和通信等射频功能得以扩展，满足各种作战任务和平台的需求。图6给出了一个基本的SMRF架构概念，其中包含多个可扩展的多功能孔径和处理器，彼此之间通过光纤网络互相连接。利用AESA阵列，从搜索、跟踪、通信带宽以及成本等角度对收发合置与收发分离两种形式进行了对比分析；并从多功能需求出发，分析了宽频段SMRF架构和多频带SMRF架构。

图6 荷兰SMRF架构概念

通过从上述国外发达国家的研究历程来看，可以总结其技术发展趋势：(1)开放式体系架构；(2)多频带、宽频带孔径综合；(3)通用的处理设备架构、通用模块、标准接口；(4)基于波形综合的多功能集成。

2 关键技术及解决方案

多功能一体化技术，以分类综合为原则，进行功能集成和资源共享[7-8]。雷达、电子对抗、通信等系统的构成原理基本相同，都是关于电磁波的发射、接收的过程，基本组成功能模块大致相同，体系架构合并具有良好基础。

采用开放式体系架构，通过对原先单一功能装备硬件模块进行功能分解，按照功能统一的原则进行分类，实现硬件最大程度的综合和集成；采用标准化、模块化的软件构架，实现系统的功能整合、功能扩展和灵活重构。

实孔径向虚拟孔径、窄带并行通道向分布式、大动态宽带可复用通道、传统并行处理向协同重构处理转型，在空、时、频多维信号空间获得更大的系统自由度，有效拓展系统可利用的资源，实现军事电子装备资源高度集约、作战应用统一操作与侦干探通等信息作战能力的协同倍增和跃升，推动未来先进军事电子系统的创新变革与能力跨越。

2.1 开放式体系架构

开放式系统架构，采用模块化设计理念，具备通用性、模块化、集成化、可重构、可扩展、可维修、低成本的显著优势，在最大程度上满足探干侦通多功能一体化的硬件集成需求，减少系统硬件设备量，便于雷达设备后续的升级换代。

2.1.1 开放式硬件架构

开放式硬件系统架构，遵循标准总线结构、分层设计、模块化、标准化的设计原则，如图7所示。

图7 模块化标准化硬件架构

2.1.2 开放式软件架构

开发通用性和可移植性的分层软件架构，降低软件系统对硬件的依赖性，适应系统多功能、多任务、软硬件升级换代、新算法/新技术验证和移植等需求。开放式软件架构的典型特征：多功能、自适应、可重构、易升级、灵活高效，如图8所示。

2.2 多功能一体化集成

多功能一体化集成技术，电子装备的系统综合从通用向复用发展，从综合处理向综合射频、综合孔径及多功能信号综合方向发展，如图9所示。

图8 开放式软件架构

图9 多功能一体化集成

综合处理，包涵综合信息处理、综合系统资源调度、综合显示：采用统一的通用硬件处理模块，统一的处理软件架构，完成多功能、多层次的信息处理、资源调度和分层显示。

综合射频，综合雷达、电子战、通信对射频的不同要求，对能够综合的射频部分进行综合，共用射频硬件模块，通过软件进行功能加载和集成。

综合孔径，多孔径智能协同探测、多孔径机会布阵设计、宽频带和多频带孔径共享，实现阵面孔径的灵活重构，满足不同功能的需求。

1)雷达/通信一体化，利用雷达的大功率发射、高灵敏度接收以及强方向性等特点提高通信的距离和通信的保密性和抗干扰性。

2)雷达/对抗一体化，利用雷达的大功率、高增益、高灵敏度特点可提高侦察的精度和灵敏度、提高干扰的有效辐射功率；利用侦察信息辅助雷达在复杂电磁环境下工作。

多功能信号综合，挖掘信号在空间、时间、频率和调制等多个维度具有的自由度，利用信号在多维空间特征的差异性，实现多维信号共用频谱、时间和空间等资源，进而获得最优的多功能系统性能，如图10所示。

3 多功能一体化技术在试验靶场的应用

在信息化战争条件下，以构建“先进、实用、完备”的试验鉴定体系、科学的效能评估标准为核心，开展作战试验一体化试验靶场的建设成为靶场发展的必然趋势和要求。未来的靶场试验模式从武器装备的战术技术性能试验鉴定向作战使用性能试验鉴定与作战效能评估转变，从单一武器系统考核鉴定向多系统武器平台和多平台作战体系考核鉴定转变，从理想环境背景下的考核鉴定向复杂电磁、复杂气象水文、复杂地形以及对抗环境下的考核鉴定转变，上述作战试验模式的转变对靶场试验装备的技术发展也提出了新的要求。

图10 多维信号空间实现多功能信号共享

以建设信息化作战条件下具备“多功能一体化”的作战装备为要旨，开展新型靶场试验装备的研制。在装备系统设计中，以“开放式系统”规划系统顶层构架，采用“三开放”、“四综合”的设计原则，即“硬件开放、软件开放、功能升级开放”以及“综合孔径、综合射频、综合显示、信号综合”，实现硬件模块的高度集成和软件模块的灵活加载及重构，满足试验靶场任务多样性、装备多样性的需求，提升装备的整体作战效能。

4 结束语

多功能一体化技术，以信号、信道、处理、系统、应用一体为研究手段，对雷达、电子对抗、电子侦察、通信等设备开展一体化分类综合技术研究，采用开放式、可重构协同体系架构，分别以硬件、软件、功能、接口等四个方面为技术突破口，进行综合一体化系统设计，从而实现军事电子装备资源高度集约、作战应用统一操作与信息作战能力的协同倍增。

[1] 崔 侃, 曹裕华. 美军装备试验靶场建设发展及其启示[J]. 装备学院学报, 2013, 24(4): 110-113. Cui Kan, Cao Yuhua. Development of US military equipment testing range and it's enlightment[J]. Journal of academy of equipment. 2013, 24(4):110-13.

[2] 朱荣昌. 未来军事装备的体系建设及体系对抗[J]. 国际航空, 2005(8): 47-50. Zhu Rongchang. Future integrated armament system[J]. International aviation, 2005(8): 47-50.

[3] 邹 顺, 邵竹生, 靳学明. 机载雷达电子战一体化技术研究[J].航天电子对抗, 2009, 25(3): 25-28. Zou Shun, Shao Zhusheng, Jin Xuemng. Study on integration technique of airborne and electronic warfare[J]. Aerospace electronic warfare, 2009, .25(3): 25-28.

[4] 罗 敏. 多功能相控阵雷达发展现状及趋势[J]. 现代雷达, 2011, 33(9): 14-18. Luo Min. Development status and trend of MPAR[J]. Modern Radar, 2011, 33(9): 14-18.

[5] 孙邵国, 盛景泰. 舰载雷达电子战一体化和宽带共孔径天线技术[J]. 雷达与对抗, 2005(3): 16-20. Sun Shaoguo, Sheng Jingtai. Shipboard radar-EW integration and wideband shared aperture antenna[J]. Radar and ECM, 2005(3): 16-20.

[6] 赵佩红. 多功能综合射频技术综述[J]. 雷达与对抗, 2011,31(3): 9-13. Zhao Peihong. The technologies of multifunction integrated RF system[J]. 2011, 31(3): 9-13.

[7] Gregory C T. The advanced multifunction RF concept[J]. IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 2005, 53(3): 1009-1020.

[8] Stephen B R. Radar open system architecture and application. IEEE 2000 International Radar Conference. Alexandria, VA: IEEE Press, 2000.

孙国政 男，1963年生，高级工程师。研究方向为雷达性能评估。

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

孙国政 Email：sunguozheng1963@sina.com

2015-06-05

2015-09-14

TN955; TN959

A

1004-7859(2015)10-0001-04