民用目标监视系统在机载C2平台上的应用研究

霍 伟，崔继先，王 昶

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引 言

以预警机为代表的机载C2(command and control，指挥控制)平台已成为现代战场中的核心装备。该类平台一般具备情报探测、信息处理、指挥控制、信息传输、电子对抗等多种功能，实现目标监视、目标跟踪识别、指挥作战等多种作战任务，同时在民用领域也发挥着重要作用。其中，全面、快速、准确的获取任务区域内的多维目标信息是机载C2平台完成多种各类任务的基础。目前，以空中、海面目标监视为代表的民用目标监视系统已很成熟，能够有效的实现对系统覆盖范围内的目标的监视与识别。机载C2平台系统需充分接入、应用民用目标监视系统所能提供的目标信息，支持机载C2平台对战场/任务目标的综合探测和识别，增强任务区域内综合态势感知能力。

本文对主要的民用目标监视系统进行分析，结合机载C2平台的特点进行民用目标监视系统信息在机载C2平台上的应用研究，并对民用目标监视系统在机载C2平台上的应用进行进一步探讨。

1 民用目标监视系统分析

机载C2平台探测、识别的实体目标按照空间位置可分为陆地目标、海面目标、空中目标、空间目标、水下目标五类。对这五大类目标中的民用目标监视系统建立情况分析如下。

陆地目标：陆地目标包括固定目标、移动目标两类，陆地目标范围很广，固定目标、移动目标均未建立起成熟、完备的目标监视系统。

海面目标：海面目标主要为各类民用船舶。其中，民用船舶已建立其完备的船舶自动识别系统(AIS-Automatic Identification System)，可对近岸、公海上的民用船舶进行自动监视、识别。

空中目标：空中目标主要为各类民用有人、无人飞机、浮空器等。其中，对于民航飞机已建立了广播式自动相关监视系统(ADS-B)，能够对民航机进行自动监视、识别。

空间目标：包括气象、导航、遥感、侦察等各类卫星，该类目标在轨运行，一般情况下位置固定，目前民用上尚无建立统一监视系统的需求。

水下目标：指水下航行器，主要为潜艇。目前民用上尚无建立统一监视系统的需求。

综上，在民用目标监视系统上，空中目标、海面目标监视系统已建立完毕、成熟运行，陆地、空间、水下目标尚无完备的民用目标监视系统。本文重点对空中目标监视系统(ADS-B)、海面目标监视系统(AIS)在机载C2平台上的应用进行研究，并对其他目标监视系统在机载C2平台上的应用进行有针对性的探讨。

2 应用目的分析

战场内目标包括合作目标和非合作目标两类，合作目标包括军用合作目标和民用合作目标两种，民用目标的掌握是战场态势感知的重要内容之一，对民用目标进行准确监视、识别后，可降低军用目标和其他非合作目标的监视、识别难度。同时，军用空中C2平台也越来越多的承担着各类非军事活动任务，民用目标监视系统的应用将会支持对任务区域内目标情况的透彻掌握，支持各类非军事活动任务的完成。

机载C2平台承担着态势感知、目标识别、指挥协同等任务，空中目标监视系统(ADS-B)、海面目标监视系统(AIS)信息接入后，可支持在机载C2平台上述任务的完成，主要应用包括六大类，如表1所示。

表1 接入空、海目标监视系统支持完成的任务

3 空中目标监视系统在机载C2平台上的应用

3.1 系统定位及原理

民用空中目标监视系统主要实现以民航机为主的空中运动目标的监视。广播式自动相关监视(ADS-B)基于GPS全球卫星定位系统和空-空、地-空数据链通信的航空器运行监视技术建立，经国际航空组织的大力推进，目前已经被各航空公司广泛采用。

ADS-B系统主要实施空对空监视，装备了ADS-B的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其它数据，提供的信息包括速度、高度及飞机的运动状态等。ADS-B接收机与外部空中交通管理系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，支持空地精确、实时的冲突信息的形成[1]。

ADS-B消息数据格式采用脉冲位置调制(PPM)编码，消息传输波形如下：

图1 ADS-B消息传输波形

3.2 在机载C2平台上的集成

ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的信息以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。

信息传输通道是ADS-B技术重要的组成部分，目前支持ADS-B实现的主要数据链包括甚高频数据链模式4(VDLMode4)、万能电台数据链(UAT)、1090 MHz S模式扩展电文数据链(1090 ES)三种，主要参数如表2所示。

表2 三种支持ADS-B实现的主要数据链

机载C2平台上设备众多，以预警机为例，典型系统由机载航电、雷达、敌我识别、二次雷达、红外、电子对抗、通信、指挥控制、综合显示等组成，尽力减轻系统重量为设计的重点内容之一，ADS-B功能在机载C2平台上的实现应尽量与机载C2平台系统设备相结合。基于VDLMode4的ADS-B系统可结合原机载C2平台自身的VHF频段数据链进行设计，基于UAT的ADS-B系统可基于覆盖其工作频段的数据链系统来综合设计实现，基于1090ES数据链的ADS-B系统工作频点与二次雷达相同，可基于机载二次雷达系统进行设计实现。

在具体设计中需对机载C2平台的射频收发、信号处理、数据处理、综合显示相关系统/设备进行综合考虑。射频天线及射频传输设备可与机载平台其他系统同频段、同极化的天线进行共用；信号接收处理设备一般采用单独设备/模块进行集成；ADS-B信息的接收控制由机载C2平台的传输管理系统进行统一控制管理；信息的处理应用与机载C2平台的信息综合处理与显示系统统一设计实现。

图2 ADS-B系统在机载C2平台上的典型实现

ADS-B系统在机载C2平台上的典型实现原理如下，阴影部分表示需要对系统进行综合设计或优化改进。

3.3 信息处理与应用方式

3.3.1 信息选择

飞机装备ADS-B系统后，可向外广播以下几类监视信息[2]：

(1)标识号

(2)状态矢量

(3)状态和趋势信息

(4)分类号

(5)其他种类信息

上述每类信息包含多个组成要素，机载C2平台通过加装ADS-B接收系统可获得目标的运动、识别等信息。为有针对性的支持机载C2平台目标探测、信息识别等任务，需要对接收的ADS-B信息进行有针对性的选择。

机载C2平台对于ADS-B信息的使用，用于空中目标监视时，ADS-B系统提供的状态矢量、状态和趋势信息中包含的民用目标运动信息发挥重要作用；用于目标识别时，ADS-B系统提供的识别号、分类号信息中包含的民航机类型、大小等信息发挥作用。

实际使用中，将可用的ADS-B信息进行关联，形成ADS-B目标航迹，主要包含信息如表3。

表3 ADS-B信息表

3.3.2 信息处理

机载C2平台ADS-B信息处理包括ADS-B信息解析、信息关联、信息存储与检索、信息显示、多信息源相关处理等环节，具体如图3所示。

图3 机载C2平台ADS-B信息处理流程

ADS-B信息接收与解析：以机载相控阵接收为例。由机载天线阵接收的多通道信号首先到达ADS-B波束合成，经过波束形成网络加权，形成多路不同指向的波束数据信息。再进入ADS-B译码单元进行S模式译码处理。ADS-B译码单元执行译码操作，开始进行校验，然后经过译码单元后进入ADS-B处理模块实现ADS-B报文汇总，上报ADS-B信息处理系统。

ADS-B信息关联：对同一目标的ADS-B状态矢量、状态和趋势、识别号、分类号等信息进行关联合并。

ADS-B信息查询检索：对接收的所有ADS-B信息进行列表显示，可设定条件如被监视飞机类型、速度、大小等进行查询检索。

ADS-B信息显示：信息处理系统在态势图上进行ADS-B点显示，多个ADS-B报送点进行关联，形成目标ADS-B航迹。

多信息源综合处理：机载C2平台装备的ADS-B信息接收系统一般与机载一次雷达、二次雷达信息进行综合处理，形成综合航迹。三种信息源信息互补，各信息源特点如表4。

表4 信息源特点分析

3.3.3 信息应用

(1)支持形成综合态势

ADS-B系统报送的航迹信息作为机载C2平台多传感器信息源中的一种，与其他信息源的数据进行综合，形成综合航迹，并结合任务区域环境形成综合态势。单独ADS-B系统掌握的航迹作为单源航迹出现，弥补一次雷达、二次雷达等传感器探测盲区，完备任务区域综合态势图。

(2)支持目标综合识别

机载C2平台获取ADS-B信息后，如该信息与雷达等其他传感器探测航迹相关成功后，将为目标提供详细的识别信息。首先，该目标将被标记为民用目标，这在实际作战目标属性判别上十分有用。其次，将为目标提供详细的识别信息，判断目标的类型(滑翔机、超轻型、无人飞行器等)，确定飞行器的大小(轻型、小型、大型、高漩涡式大型等)。

(3)空中航迹显示过滤

可根据ADS-B信息属性进行系统航迹筛选显示，如不显示与ADS-B航迹相关的目标、不显示小于一定速度的目标等，这对机载C2平台执行各类任务意义重大。

3.4 需考虑的重点问题

(1)资源分配

对在机载C2平台通信系统中实现VDLMode4和UAT的ADS-B系统，需考虑原通信功能与ADS-B功能的复用问题，涉及到收发资源的调度、系统复用时各设备间的协调一致性、射频传输设备的复用问题。对于在机载C2平台二次雷达系统上实现基于1090ES的ADS-B系统，需考虑扫描式二次雷达系统与ADS-B信息接收的波束协同控制问题。

(2)多系统间干扰

机载C2平台上多加装大功率的主动探测传感器、远距离的通信设备，如雷达、塔康、战术数据链等，在这些大功率设备工作时不可避免的会对机载ADS-B系统产生影响，可能会导致无法正常接收，需在机载C2平台全机电磁兼容和系统资源调度分配、信息处理上进行综合设计考虑。

4 海面目标监视系统在机载C2平台上的应用

4.1 系统定位及原理

船舶自动识别系统简称AIS(Automatic Identification System)，其主要功能是将船舶的标识信息、位置信息、运动参数等与船舶航行安全有关的数据，通过VHF数据链路广播给周围的船舶，并可接收与处理来自其他船舶和岸基AIS发出的数据，以实现对本海区船舶的识别和监视。AIS属于数字蜂窝移动通信系统，是一种无线数据网络。

AIS通信属于时分多址系统，它包括两个信道(信道A: CH87和信道B: CH88)。每个信道以1min作为一个超帧,一个超帧包含了2250个时隙,每个时隙内含256BIT(占时约26.67ms)，整个超帧的结构如图1所示。任一通信台站都可以按照一定的时隙选择算法选用一个或者数个时隙发送报文，而接收台站则需要进行时隙同步之后，按照网络时隙进行数据接收。

图4 AIS帧结构

4.2 在机载C2平台上的集成

为实现对AIS信息的接收与处理，机载AIS的基本功能需求包括AIS信息接收、AIS信息处理、AIS信息显示，对应的设备包括接收天线与滤波、信号接收与处理机、控制管理机等。典型的系统实现如下。

图5 机载船舶自动识别系统组成框图

在机载C2平台通信系统中实现AIS信息的接收可基于系统中已有的VHF频段通信数据链，通过共用接收天线，加装AIS信号处理设备、改进控制管理与显示设备来实现。

4.3 信息处理与应用方式

4.3.1 信息选择

AIS发送的信息由静态信息、动态信息、航次相关信息以及安全相关短电文四种。

·静态信息包括：海上移动业务识别码MMSI、呼号和船名、IMO序号、船长和船宽、船舶类型等。

·动态信息包括：船位、世界协调时UTC、对地航向、对地航速、船首向、航行状态(需要时由人工输入，包括主机动力航行、锚泊、失控、操作能力受限、系泊、吃水受限、搁浅等)，回旋速率等。

·航次相关信息包括：船舶吃水、危险货物、目的港和预计到达时间ETA、航线计划、船上人员(扩展文电)等。

·安全相关短消息：与安全有关，采用固定或自动格式的文本电文，应尽可能短。

AIS系统发送的信息众多，机载C2平台利用AIS系统同时监控的船舶数量可能很庞大，总需要处理的信息量就很多。为了减轻机载C2平台后端信息处理的网络传输和数据处理压力，可对接收的AIS信息进行选择。

机载C2平台对于AIS信息的使用，用于海面目标监视时，AIS系统提供的动态信息中包含的船舶运动信息发挥重要作用；用于目标识别时，AIS系统提供的静态信息中包含的船舶类型、大小等信息发挥作用。对安全相关短消息进行解析，可掌握船舶的安全情况，用于搜索救援。

实际使用中，将动、静态信息关联，形成AIS综合航迹，主要包含信息如下：

表5 AIS航迹主要信息内容

4.3.2 信息处理

机载C2平台AIS信息处理包括AIS信息解析、信息关联、信息存储与检索、信息显示、与其他信息源相关等环节，具体如图6所示。

图6 AIS信息处理流程图

AIS信息接收与解析：AIS接收系统对接收的AIS信号进行滤波、解调，按照《船载自动识别系统技术特性》解析船舶发送的报文，上报AIS信息处理系统。

AIS信息校验：AIS装机升空后，大量AIS信息可能导致AIS报文信息解码错误，AIS接收机对接收到的AIS信息进行校验，只上报解码正确信息，保证上报的AIS信息的正确性。

动静态信息关联：对同一目标的AIS动、静态信息通过用户识别码进行关联合并。

AIS信息查询检索：对接收的所有AIS点信息进行列表显示，可设定条件如船舶类型识别码、区域、船舶类型、船舶尺寸等进行查询检索。

AIS信息显示：信息处理系统在态势图上进行AIS点显示，多个AIS报送点进行关联，形成目标AIS航迹。

AIS信息上报控制：AIS信息作为民船信息，数据量大，在报送机载C2平台系统后端的综合处理时，可综合考虑民用船舶运动情况、AIS报文的发送速度进行报送周期控制，避免出现大周期信息频繁上报，增加后端处理压力的情况。AIS各类报文报送频度如表6[3]。

表6 AIS报文频度

4.3.3 信息应用

(1)支持形成综合态势

AIS系统报送的航迹信息作为机载C2平台多传感器信息源中的一种，需要与其他信息源的数据进行综合，形成综合航迹，并结合任务区域环境形成综合态势。典型的为与机载雷达航迹的综合处理。机载雷达未发现的AIS目标单独作为航迹出现，弥补雷达探测盲区，完备任务区域综合态势图。

(2)支持目标综合识别

机载C2平台获取AIS信息后，如该信息与雷达等其他传感器探测航迹相关成功后，将为目标提供详细的识别信息。首先，该目标将被标记为民用目标，这在实际作战目标属性判别上十分有用。其次，将为目标提供详细的识别信息，判断目标船的类型(搜救船、执法船、引航船)等，确定船舶的大小、吨位等。

(3)海面航迹显示过滤

海面目标，尤其是近海目标众多，机载C2平台探测到的目标将充满整个屏幕，操作员无法进行操作及应用。在系统设计时，可根据AIS信息属性进行筛选显示，如不显示与AIS相关的目标、不显示小于一定吨位的目标等，这对机载C2平台执行各类任务意义重大。

4.4 需考虑的重点问题

(1)资源分配

在系统重量、装机资源紧张情况下，AIS信息接收与机载VHF数据链可共用接收天线，此时需考虑AIS信息接收与正常数据通信两者之间的冲突问题。在具体实现上可通过设计信息传输调度管理功能，通过调度机载多条数据链的信息传输资源，实现对AIS信息接收的合理资源分配。

(2)AIS信息冲突

机载AIS接收机在一个时隙内若同时接收到来自海面多个船只的AIS信号时，可能会发生信号间的干扰(冲突)，导致无法正确接收信号。在系统信息获取策略上需予以考虑，在获取时间、资源分配和目标监视能力之间取得平衡。如通过增长观测时间提高目标的发现概率：机载AIS设备的信号覆盖半径300 km情况下，观测10min，对于海面的800艘船,有80%的可能性发现其中至少642艘,有90%的可能性发现至少625艘[4]。在资源允许的条件下，可考虑采用具有方向性的AIS天线，可结合机载具备机械调整方向覆盖范围的传感器系统进行设计，如红外光电探测系统等。

5 深入研究重点

(1)适应新形势与新技术发展，全面挖掘信息源，扩大信息接入范围

上文重点讨论了空中、海面民用目标监视系统在机载C2上的应用。机载C2平台任务定位不断扩展和变化，各领域民用目标监视系统不断发展完备，且物联网技术飞速发展并在各个领域普及应用，未来机载C2平台系统需要更广泛的接入民用目标监视系统系统，考虑与展望如下：

①机载C2平台参与的任务包括反潜、反导作战，机载C2平台系统需要随时关注、考虑接入水下、空间目标监视系统信息。

②对于陆地目标，由于地杂波的影响，机载传感器探测能力下降严重，高速公里、铁路上的目标速度快，与巡航导弹目标运动特性相近，军、民用目标区分困难。可考虑在机载C2平台上接入列车运行信息(时刻表)，支持目标的探测与识别。同时，未来车联网将逐渐普及，陆地车辆目标将得到实时监视，为机载C2平台掌握陆地目标信息成为可能。

③当前，各类应用的无人机发展迅速，各国已出台无人机区域飞行管理制度，成熟的无人机监控系统将很快建成。机载C2平台上应考虑接入此类信息，这对于其执行重点区域、重点活动安保任务意义重大。

④对于区域目标监视系统，如亚马逊监视系统、智慧城市系统，已建立了完备的探测、侦察、通信、处理等系统，机载C2平台在此类区域执行任务，应充分接入此类区域的监视系统，并成为体系的一员贡献信息，合作共赢。

⑤随着赛博战的实战化，机载C2平台需要考虑赛博空间目标监视信息的接入与应用，以支持其作为空中核心节点执行各类任务。

机载C2平台接入潜在的各类目标监视系统可监控、识别的目标如表7所示。

(2)关注民用信息监视系统接入后的信息对抗与反对抗

各类民用目标监视系统为了便于推广使用，系统构成、标准、信息格式等公开，系统伪节点的加入相对容易。接入民用目标监视系统信息的机载C2平台执行军事、安保任务时，要对信息的真实性(目标的类型、位置、运动状态等)进行多种方式的确认核实，避免被信息欺骗。如空中目标监视系统(ADS-B)接入要警惕被伪装的有人、无人飞行器，海面目标监视系统(AIS)接入时要考虑伪装成民船的水面目标等，其他目标监视系统的接入时也要考虑同样的问题。

表7 各类目标监视系统可监控、识别的目标

(3)以任务特征为主要考虑，确定具体的接入方式

各类民用目标监视系统均为成体系建设，能够自成体系独立运行，机载C2平台在接入民用目标时，主要有两种方式，需要根据机载C2平台接入民用目标监视系统的目的和使用方式进行选择。两种接入方式如下：

①作为民用目标监视系统成员，加装相应的信息收发设备，接入相关信息，上文讨论的ADS-B、AIS系统接入机载C2平台均属于这种方式。这种方式的好处是能够相对独立的接入民用目标监视系统信息，便于在不同任务区域执行任务，缺点是由于机载平台上的使用特点，有些目标监视系统的信息接收会产生损失。

②机载C2平台利用已有或加装数传系统，与民用目标监视系统主站进行信息通信，接入相关信息。这种方式的好处是获取的目标信息全面，且对于机载平台的要求低。缺点是在接入系统建设时需要对合作台站提出要求，增加或改造数传链路；同时在使用时会受合作台站的限制，通信范围外的区域无法接入信息，一定程度上使用受限。

6 结 语

随着各个领域军民融合的快速发展，军、民信息

系统正在相互利用，走向深度的融合。在机载C2平台上接入民用目标监视系统后，可有效的丰富探测手段，支持任务区域内目标的完备掌握，支持机载C2平台态势感知、目标识别、管理控制、搜索救援、情报支持等任务的完成。本文对空中目标监视系统(ADS-B)、海面目标监视系统(AIS)在机载C2平台上的应用进行了具体研究，包括目标监视系统定位分析、系统集成方式、信息处理与应用方式、需要考虑的重点问题等，为民用目标监视系统在机载C2平台上的应用提供参考。文章还对新形势与新技术发展下的目标监视系统及其在机载C2平台上的应用进行了展望和分析，对民用信息监视系统接入的方式、接入后的信息对抗与反对抗等进行了探讨。

万物互联时代已经来临，机载C2平台类装备研制应以装备定位与执行任务为主要考虑，有效的接入已成熟的民用目标监视系统，紧密跟踪在建、未来的新型目标监视系统，以胜任其空中核心节点地位。