大型机载SIGINT系统的任务、设计原则及技术体制探析

方加云，蒋盘林

(中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江 嘉兴 314033)



大型机载SIGINT系统的任务、设计原则及技术体制探析

方加云，蒋盘林

(中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江 嘉兴 314033)

简要叙述了大型机载SIGINT飞机在现代战争中的主要任务，归纳给出了机载SIGINT系统的设计原则，并在分析外军现役机载SIGINT系统技术特点的基础上，提出了大型机载SIGINT系统的功能结构和技术体制，为深入研究提供参考。

信号情报侦察；机载SIGINT系统；功能结构；技术体制

0 引言

大型机载SIGINT系统是未来战争中的关键情报资源，担负着为战略、战役(战区)各级指挥决策、军事和非军事行动提供及时而又准确的情报支援任务，是未来数字化战场上夺取全谱战斗空间信息优势的核心组成之一。近年来经过网络使能能力的升级改进以及模块化开放式系统结构的采用，并不断地根据作战需求的发展变化插入现代化技术，这些大型机载SIGINT系统已能够直接用于支援各类战术作战行动，极大地缩短了杀伤链的响应时间，提高了对数字化战场上机动目标、时敏目标和高威胁目标的精确打击作战效能。

本文简要叙述了大型机载SIGINT飞机在现代战争中的主要任务，归纳给出了机载SIGINT系统的设计原则，并在分析外军现役机载SIGINT系统技术特点的基础上，提出了大型机载SIGINT系统的功能结构和技术体制，以为深入研究提供一定的参考。

1 大型机载SIGINT系统的主要任务

大型机载SIGINT系统一般都用于执行下列三大主要任务：

1)战略情报收集任务

大型机载SIGINT系统必须充分利用其平台的长航时和持久特性，将战略情报收集任务的覆盖范围向战略纵深乃至全球范围拓展，形成以远为主，远、中、近兼顾的战略预警与情报、监视、侦察(ISR)体系格局。大型机载SIGINT系统的情报收集重点是与国外人员、位置、事件和活动有关的源情报信息、症候情报信息、站点位置信息、新威胁情报信息和个体特征信息等，用以为国家战略、政策和规划计划的制定提供相对广度和深度的情报支援，通过提供精确、及时和预兆性的情报信息，使得高层决策者能够在危机发生之前或者在危机发生之时作出正确的决策并采取恰当的行动。

2)实时战区全谱态势感知任务

大型机载SIGINT系统的另外一个重要任务就是要实时地提供战区范围内统一的全谱战斗空间电磁态势和战场作战态势，通过掌握敌方所依赖的关键作战要素的部署使用情况及其薄弱环节的支援作战任务，为作战指挥中心、作战指挥官的指挥决策、作战计划制定和作战部队有效实施各类作战行动提供所必需的情报信息和统一作战图像，以最终达成“先知、先觉、先行和制胜”的作战目标。

自从海湾战争以来，战场上各类作战行动对战术情报的要求愈来愈迫切，对情报信息质量的要求也越来越高。因此，对威胁目标精确跟踪与标定的战术战场监视任务已经成为大型机载SIGINT系统又一个核心任务。当它们被用于直接支援战术战场作战行动时，大型机载SIGINT系统必须能够为战术作战指挥员、作战部队乃至作战人员提供战术作战任务计划制定或更新、战术威胁告警、目标跟踪与标定(特别是对时敏目标、运动目标和高威胁目标的发现、跟踪和标定)、精确火力引导等提供实时情报支援，以及实时的威胁评估或作战效果评估等情报信息。这是下一代SIGINT飞机的主要作战使命任务，也是开发和研制下一代SIGINT飞机的最根本目标。

2 大型机载SIGINT系统的主要设计原则

在现代化作战环境、威胁环境和电磁环境条件下，大型机载SIGINT系统的设计首先应该考虑满足各种各样的作战需求，适应各种各样的环境，以面向多样化作战任务、面向动态变化和新兴威胁以及面向作战效果和能力为最根本的设计目标，研究并开展机载SIGINT系统的设计，使得所设计的机载SIGINT系统具有先进的技术水平、功能性能和生存力。根据以上对大型机载SIGINT系统作战任务的简要描述，其设计必须遵循以下设计原则：1)互操作性达最大化的原则；2)重复开发达最小化的原则；3)采用软件重构结构以适应新作战需求的原则；4)采用模块化开放式系统体系结构来提高和扩展系统能力的原则；5)面向服务的多传感器异构数据与关联情报融合处理的原则；6)能够充分利用民用、货架化先进技术和标准的原则；7)按照具体的任务和平台类型优化功能配置的原则；8)能够向上兼容以及与传统系统相互接口工作的原则；9)采用合适的交叉域传感器插入提示机理，最大化提高系统整体能力的原则；10)多平台组网、协同与同步工作的原则。

3 外军现役机载SIGINT系统的技术特点

外军现役空间、机载、地面和海上(包括水下)SIGINT资源已经形成了一个功能完善且全球覆盖的网络，多平台、多系统、多网络立体交叉、有源、无源多种侦察手段复合的远距离、大纵深、全天候的综合SIGINT系统已经成为现代化战场上夺取信息优势的核心保障。在这个体系中，空基已经成为构建网络中心作战能力的重点平台(包括有人与无人)和重要节点。其中最为典型的代表就是美军现役RC-135系列信号情报飞机(如RC-135 S/U/V/W/X型)、RC-12“护栏”通用传感器信号情报飞机、EP-3E“白羊座”II电子侦察飞机、ES-3A“影子”电子侦察飞机、RQ-4“全球鹰”一体化ISR无人机、HAV304长航时多情报侦察飞艇(LEMV)等。下面将以美军RC-12、RC-135和EP-X三型信号情报侦察飞机为例来说明大型机载SIGINT系统的技术特点。

美军新型RS-12S信号情报飞机，它是在原有RC-12“护栏”飞机任务载荷系统的基础上通过执行一项现代化系统集成计划(GMSI)而产生的。其中最主要的新增设备和能力包括小型化通信高精度定位子系统(CHALS-C)、包含新型通信情报传感器子系统的增强型态势感知设备(ESA)、旨在提高低截获概率信号等特殊信号侦察能力的改进型特种信号接收设备、新型短波通信情报设备、X-MIDAS信号处理应用软件、新型空对地数据链、电子飞行仪表系统座舱(EFIS)等。经过这样彻底的升级改造之后，该型飞机执行信号情报侦察任务的整体性能得到了极大提升，能够更好地发挥信号截获与情报分析设备、辅助决策工具的作用，并可经由卫星数据链路，为地面站和战场用户实时地传输分发各种情报产品或原始数据信息。

RC-135属于特种战略侦察机，主要装备第14空军师第55战略侦察机联队、阿拉斯加空军司令部第6战略侦察机联队和驻日本、冲绳的第82战略侦察机中队。所有RC-135飞机机尾都有0F字样。RC-135有多种改进型，包括A、S、U、V、W、X等型，最新型号为RC-135X，作用各不相同。目前主要使用的是S、U、V、W、X五种型号，RC-135A为照相侦察型，RC-135S为弹道情报搜集型，RC-135U为电子通信情报收集型，RC-135V为电子情报收集型，RC-135W为电子通信情报收集型，RC-135X为弹道导弹再入大气层监视型。

从20世纪60年代末至今，在太平洋地区，RC-135的主要侦察目标是中国大陆和俄罗斯(前苏联)的太平洋海岸。由于性能方面的原因，RC-135通常不深入它国领空腹地，只在沿海周边区域进行监视活动，在外围搜集雷达性能、制导系统和通信数据，以及辐射情报，包括探测和分析来自电力线和运输汽车的射频辐射等。最近几年，为了适应信息战争的要求，RC-135的侦察能力和情报传递速度都有了较大提高，而且正在从战略侦察向战术侦察转型，已能够向全球范围内的战区指挥官提供实时战略战术侦察数据。它还可同空军的E-3、E-8及海军的指挥舰建立数据传输网络，实现了侦察机、预警机与空间卫星的一体化组网侦察，被美国空军视为与新一代军事侦察卫星和远程无人驾驶飞机并驾齐驱的美军21世纪最重要的信息战工具。RC-135X是在RC-135S的基础上改良而成的最新机种。它除拥有RC-135S类似的任务和侦察设备外，还加装了电子光学系统，包括更精密更先进的远距离红外侦察内冷式传感器、远距离激光距离测量系统和任务检验软件，并且具有在敌方导弹发射后15s内迅速引导己方导弹进行拦截的能力，为美国实施战区导弹防御计划提供必要的情报服务。

另外一个典型例子就是美国海军正在开展的EP-X项目，其全称为“岸基多任务、多情报/监视/侦察和目标指示有人驾驶飞机”，这种新一代大型信号情报飞机既能够用于战略情报的收集，也能够用于战场实时监视与时敏目标的跟踪和标定。虽然在该型飞机的发展过程中遇到重重技术难题和风险而推迟了进度，但是其计划发展目标仍然没有发生变化。原计划要用B737或A320飞机来替代现役EP-3E“白羊座-II”涡桨飞机，并增加“多情报”能力、增加光电探测设备和辅助雷达(远期规划将增加合成孔径雷达或有源电扫阵列(AESA))，使之具备精确的辐射源和威胁目标截获、定位和目标标定能力，增强实时机上信号情报融合、综合处理与战术分发能力，以期更好地为航母战斗群和舰队指挥官提供情报侦察、战场监视和目标指示等战场情报支援。

概括起来说，上述这些大型机载SIGINT系统的最主要技术特点就是：已经或正在采用多传感器综合、多功能射频一体化和模块化开放式体系结构设计，基本上实现了软硬件综合集成、任务功能可重构、异构数据可融合及数据信息与情报服务可共享的目标，具备了在战斗空间中实时或准实时全频谱连续覆盖以及快速响应新威胁目标的先进功能性能，确保了为各级(战略、战役和战术)作战指挥和作战行动及时地、准确地提供所需情报产品的情报支援能力，从而极大地提升了作战部队遂行计划作战行动和应急任务的作战能力，换句话说，就是增强了机载SIGINT在现代化战争中的核心地位，使得机载SIGINT系统成为了未来战争真正不可或缺的作战力量倍增器。

项目片区选择要充分考虑对生态环境的影响，严禁在水资源开发接近限值的地区规划灌溉面积，水资源条件难以满足或取水对生态环境有明显影响的项目区要在论证阶段及时调整。水资源论证要重点分析项目实施对湿地、湖泊和河流等生态环境敏感的地区和生态环境脆弱区的影响，科学评价同一水文地质单元内长期取水后的累积影响和连续枯水年份地下水的保证程度和风险分析，按照水功能区纳污能力控制管理要求，合理分析项目退水可能引发的地表水体和地下水体污染以及面源污染威胁等，防止出现生态环境问题和生态灾难。

4 大型机载SIGINT系统的功能结构和技术体制

4.1 大型机载SIGINT系统的现状

机载SIGINT系统最主要也是最大量使用的传感器就是射频传感器，另外还有针对各种特定目标的专用传感器，如SAR雷达、运动目标指示器(MTI)雷达等。射频传感器主要用来收集信号情报(包括通信情报和非通信电子情报)，而专用传感器指的是在作战环境中能够探测、分类、识别并定位军用监视系统、武器系统和通信链路中射频辐射源所发射信号或通道中传输数据流以及辐射源地理位置的系统。

现代化机载SIGINT系统实际上是由传统的、功能独立的多种功能子系统有机地组合在一起形成的一个综合系统，其中主要包括通信情报、雷达情报、光电/红外情报和近年来新出现的赛博情报等功能子系统。应特别指出的是，在实际应用时，赛博情报侦察子系统的大部分功能都与通信情报侦察子系统的差不多，只是在重点提取的数据、采用的处理方法、获得的情报结果等方面存在明显不同。例如，通信情报的重点就是要检测和获取目标信号的频率、波形以及通信辐射源的地理位置数据等技术参数，以便为后续实施的电子信息作战行动提供支援，或者通过解译这些信号中所包含的实际信息而获取真实情报，为指挥决策提供支持；除了上述获取威胁目标信号的技术参数和特征参数等功能之外，赛博情报还有一个不同的重点功能就是通过采用新型的目标模型和算法对所截获和检测到的威胁目标信号进行关联处理，以获取和识别与这些威胁目标信号相关联的网络的关键节点、网络拓扑、数据传输协议、业务数据流、网络运行与管理等技术参数或情报信息，从而为后续实施的电子攻击、信息攻击、网络攻击或精确火力打击提供支援。但是，这些功能基本上与通信情报的功能相同。正是基于这一理由，本文将机载赛博情报侦察子系统归入通信信号情报侦察子系统的主要功能中一并描述。

4.2 大型机载SIGINT系统的功能结构与技术体制

由于机载SIGINT系统的主要作战对象——雷达辐射源和通信辐射源在所发射的信号波形特征方面还存在本质区别，所以，机载SIGINT系统使用的射频传感器和接收机无论是在技术体制还是在使用的接收技术、采用的操作方式等方面都存在很大的不同。比如，传统的雷达侦察接收机有雷达告警接收机(RWR)、雷达电子支援措施(ESM)接收机和电子情报(ELINT)接收机，这些接收机可以采用超外差(SH)、瞬时测频(IFR)、晶体视频(CVR)、信道化等技术体制；而传统的通信侦察接收机则包括通信电子支援测量(CESM)或通信情报(COMINT)接收机，同样也可以采用不同的技术体制，如超外差、信道化等技术体制。但是，一系列新兴技术成果的日益广泛应用，如射频数字化、高速信号处理、软件无线电等新技术成果，使得机载SIGINT平台同时截获、接收通信辐射源和非通信辐射源(如雷达、敌我识别)所发射、辐射、反射的各种电磁信号，精确地检测其特征技术参数，进而形成一种基于模块化和开放式系统体系结构的新型综合一体化射频频谱传感器和阵列接收与处理技术体制成为可能。

图1 美军和北约的新一代ISR飞机的情报收集传感器一体化体系结构系统视图

图2 现代化机载SIGINT系统的技术体制和功能结构框图

长期以来，空中信号情报侦察平台搭载的SIGINT系统一般都是独立功能的专用电子侦察设备，如通信信号、雷达信号、非通信信号等侦察设备及辐射源测向定位设备。随着数字化技术的飞速发展和宽带、高速信号处理器件的广泛应用，如高精度ADC/DAC、FPGA、DSP等，上述信号情报侦察功能能够有机地综合在一个平台上或一个多功能系统中，形成一个完全能够适应现代化战场电磁信号环境的综合一体化信号情报侦察系统。这种新型的综合信号情报侦察系统通过产品的升级换代，或者通过新一代产品的全新设计，已经成为当今航空电子侦察的主要装备。图1所示即为美军和北约的新一代ISR飞机的情报收集传感器一体化体系结构系统视图[1]，图2所示即为当今世界上最先进的机载SIGINT系统的技术体制和功能结构框图[2-3]。

研究结果表明，采用图1所示的多传感器一体化体系结构，可以比使用单一传感器的信噪比性能提高4～8dB，其数据汇聚和识别所需的时间降低到原来的1/10，而其地理位置定位精度则可以提高100多倍。当然，这还要依赖于安全保密的宽带通信系统并采用美国国防部的网络中心数据策略，将数据、应用、事务处理加以区分，并对所有单元的元数据加以标识，以确保这些数据在需要时都是可以看到、可以使用和正好有用。除此之外，还要考虑快速地处理海量传感器数据的能力。

从图2可以看出，机载SIGINT系统一般分为三大部分，即天线与射频前端、超宽带接收、预处理与数字化以及核心处理与情报生成，根据需要，可能还会有一些其它辅助设备，如系统外的存储设备、操作员工作站、时标、导航与辅助数据发生器(在技术成熟时，也可以采用嵌入式组件)等。下面将简要介绍这三大组成部分的主要功能。

4.2.1 天线与射频前端

众所周知，不同类型的电子设备所使用的电磁频谱各不相同。例如，战术或战略短波通信频段为1.5～30 MHz，陆军战术通信频段为30～88 MHz，地空、空空战术通信频段为225～400 MHz，JTIDS系统工作于UHF频段，卫星通信的主要工作频段为UHF、C、X、Ku、Ka等波段，战场侦察雷达和合成孔径雷达大多工作在L、X、Ku、Ka等波段，敌我识别器的工作频段是L波段低端，“罗兰”-C陆基无线电导航系统的工作频率为100kHz，卫星导航系统的工作频段为L波段高端，飞行器测控系统工作在S、C、Ku、Ka等波段，遥控制导系统工作在S、Ku等波段，主动式无线电寻的制导系统工作在X、Ku、Ka等波段。因此，航空电子侦察所使用的天线与射频前端必须宽开工作，采用有源相控阵或有源电扫阵列天线及相应的宽带射频前端覆盖所有这些射频频谱，而且在必要时，还应设计有一些专用接收天线专门接收敌我识别、无线电导航、测控链路等射频信号。所有这些天线或天线阵列可以是全向或定向工作方式，也可以采用波束校准、干涉仪和旋转式校准工作方式；射频前端则主要包括射频分配转换电路、高、低波段调谐器等。图3所示即为机载高、中波段有源相控阵天线，图4所示为英国QinetiQ公司的机载COMINT/DF任务载荷系统[4]。

图3 机载高、中波段有源相控阵天线

图4 英国QinetiQ公司的机载COMINT/DF侦察载荷系统

4.2.2 超宽带接收、预处理与数字化

现代化机载信号情报侦察载荷系统中的超宽带接收、预处理与数字化部分主要包括可调式本振频率合成器、主振荡器、1-N路下变频器、中频分配转换电路、数字化窄带/宽带接收机/处理器、数字化中带宽接收机/处理器以及时标、导航与辅助数据产生器等，也可以使用1-N路超宽带接收机构建一条直通路径。这里的接收机一般由子频段调谐器、信道化器和中频数字化电路所组成，用以完成射频信号的检测、解调和技术参数的测定，最终输出表征目标信号的结果数据流，作为执行后续多源数据综合、融合与关联处理运算任务的核心处理器的输入。还应该特别指出的是，在这种新型超宽带接收、预处理与数字化电路中，同时采用了数字化窄带、中带宽和宽带接收机/处理器，其目的就是要适应动态变化的威胁信号环境和不同的信号情报侦察任务，提高频谱覆盖率和提取信号特征技术参数的精确性。ELbit系统公司的TSR 2300全数字化宽带COMINT接收机[5]，可搭载在陆(车载)、海(舰载)、空(有人机和无人机载)平台上使用，工作频率范围20～6000MHz，16个侦听信道同时工作，瞬时带宽为40MHz，可选用34个中频带宽。图5所示为利用D -TA公司标准模块构建的超宽带SIGINT接收系统。

图5 利用D -TA公司标准模块构建的超宽带SIGINT接收系统

4.2.3 核心处理与情报生成

信号情报侦察载荷系统中的核心处理与情报生成部分主要包括数据分配转换电路、核心处理器、系统控制器、数据存储器、图形存储器、情报产品库、服务器和高速数据流网络。核心处理器主要承担多源、多传感器数据的融合与关联处理，其中包括雷达情报、通信情报、图形情报和目标情报的专业处理部件，它们所生成的情报产品再经融合与关联处理，可以生成目标区域的综合电磁态势图像和统一作战图像。这些情报产品可以存储在情报产品库中，也可以通过服务器及其配备的信息分发网络(高速数据流网络)向相关用户分发，或者直接输送给武器系统，插入提示并引导武器精确打击。

5 结束语

大型机载SIGINT系统必须具备如下能力：一是覆盖整个战区范围(有时甚至会扩展至更广域范围)，提供从技术情报到战术情报、从支援情报到决策情报的情报信息支援；二是利用机载多传感器获取的信号情报、图像情报和其他情报源，通过融合与综合处理，建立整个战区战斗空间态势感知优势，并提供威胁目标识别、跟踪与目标标定信息支援；三是提供增强的作战效果评估能力。大型机载SIGINT系统只有采用多传感器一体化体系结构，才能应对日益复杂的战场电磁环境及对情报信息越来越高的作战需求，从战略、战区和战术各个层面为作战指挥和作战行动提供及时而又准确的情报支援。■

[1] Schneider W. Integrating sensor-collected intelligence[R].the Joint Defense Science Board and Intelligence Science Board Task Force, 2008.

[2] 蒋盘林.共享孔径且可用于赛博战的下一代干扰机体系结构[J].通信电子战，2015(1):13-17.

[3] Northrop Grumman Systems Corporation.Common SIGINT system 4000[EB/OL].2016-06-07.http:∥www.northropgrumman.com.

[4] QinetiQ Ltd.. AS5——ASX airborne SIGINT strategic collection system[EB/OL].2016-06-05.http:∥ www.QinetiQ.com.

[5] Elbit Systems Ltd..TSR 2300——fully digitized wide band COMINT receiver[EB/OL].2016-06-07.http:∥www.elbitsystems.com/elisra.

The missions，design principles and technical architecture of the large airborne signal intelligence reconnaissance system

Fang Jiayun, Jiang Panlin

(No.36 Research Institute of CETC, Jiaxing 314033, Zhejiang, China)

The missions of the airborne signal intelligence (SIGINT) reconnaissance aircrafts in the modern warfare are described first. And then its design principles are summarized. Based on the analysis of the technical features for the foreign airborne SIGINT systems, the functional configuration and technical architectures of the large airborne signal intelligence system are provided. It is a useful reference for the in-depth study.

signal intelligence (SIGINT)；airborne SIGINT system；functional configuration；technical architecture

2016-06-08；2016-09-12修回。

方加云(1966-)，男，研究员，主要研究方向为通信对抗系统总体技术。

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