战斗机电子战系统架构总体设计

贾朝文，冯兵，鄢勃，杨洋，张学帅，刘翔，李燕平

西南电子设备研究所，成都 610036

战斗机电子战系统能够探测、截获、定位、识别、跟踪和对抗多种辐射源信号(如雷达信号、导弹指令信号、导弹主动导引头信号等)，可有效对抗敌雷达和导弹武器系统，提供态势感知、无源攻击引导、电子对抗和主动隐身等能力，可极大提升战斗机的生存力和杀伤力，支持实现攻防兼备的作战能力。可以预见，在未来先进战斗机[1]中，贯穿OODA(Observe-Orient-Decide-Act)[2]信息作战环的电子战仍将起到越来越重要的作用。

战斗机航空电子系统架构已经从第一代的分立式、第二代的联合式、第三代的综合式发展到第四代的先进综合化系统[3-4]，如图1所示，雷达(RADAR)、电子战(EW)、通信导航识别(CNI)等以综合共用资源的方式实现其功能处理。传统电子战系统的综合化和开放性已经远不能满足第四代先进综合航电任务系统[5-9]的能力要求。因此，国内外相关研究领域高度重视先进战斗机电子战系统架构的方案设计、功能开发与能力验证工作。

图1 战斗机航空电子系统发展阶段Fig.1 Development of fighter avionics system

传统战斗机电子战系统架构如图2所示，由4个象限的接收/发射天线、天线前端/发射机、模拟接收机、干扰处理机、电子支援(ESM)接收机、中央处理机、无源干扰和管理控制计算机等组成，内部采用自定义的控制/数据总线实现互联，由管理控制计算机通过航电标准总线与航电系统实现互联。在接收处理能力方面，受晶体视频接收处理[10]和瞬时测频[11]等模拟处理技术原理的限制，对雷达信号的参数测量精度不高、接收灵敏度不高、多信号适应能力不足、处理灵活性不够。在综合化程度方面，各项功能独占天线、射频处理、信号处理等资源，综合化程度不足。在可扩展和开放性方面，由于相关软硬件驻留在各自独立的现场可更换单元(LRU)中，各LRU内部模块没有定义为遵从统一电气和结构标准的现场可更换模块(LRM)，未采用统一的标准控制/数据总线互联解决方案，导致系统开放性不足，难以实现作战能力的快速提升。

图2 传统战斗机电子战系统架构Fig.2 Architecture of traditional fighter EW system

满足战斗机高度信息化和综合化航电任务系统架构的电子战系统具备数十项功能，且在性能要求上较传统电子战系统有非常大的提升，需要多维度权衡选择灵活先进的处理架构以实现高性能，满足战斗机信息化和智能化的作战要求。

如果电子战各项功能全部采用并行的先进处理资源实现，在战斗机严格的体积重量功耗等限制条件下，电子战方案难以实现。因此必须进行作战使用研究，在确保性能不下降的前提下，在时域/空域/频域/极化域/处理域/融合域进行各功能处理资源的高度综合共用化设计，以确保电子战方案的可实现性。

作战对象快速能力提升、电磁环境日益复杂、作战样式不断变化、不同战斗机平台及航电任务系统存在不同要求等诸多因素，均带来电子战系统在能力需求和技术需求上的不断迭代。因此，必须针对电子战系统架构的扩展性和开放性进行精心设计，使电子战系统能够“以快应变、以柔制变”。

本研究基于模型的系统工程(MBSE)[12]方法，按照DODAF2.0版本[13]的作战视图(OV)/能力视图(CV)/系统视图(SV)/技术视图(TV)进行了需求和技术的顶层建模和迭代研究，对电子战系统架构开展了技术需求分析、设计与建模仿真验证，给出了数字化、综合化可扩展开放式的电子战系统总体设计架构和解决方案。本研究初步实现了从以往基于经验设计和实物样机验证的V型开发模式(自顶向下设计、自下向上集成综合)向基于数字模型和实物样机设计验证的双V开发模式转变。基于这样的先进开发模式，对电子战系统的研制从源头上进行了预测设计和先期能力验证，预控了研制风险。

1 战斗机电子战系统架构设计需求

1.1 作战研究

面向典型作战任务，在不同作战使用场景下建立战斗机电子战系统的作战视图描述模型，进行作战使用需求和作战效能研究。以一种典型的攻防场景的作战视图为例进行说明，如图3所示。

在攻防作战过程中，我战斗机电子战系统能够在作战体系支持下，综合利用多种探测手段和对抗手段，支持战斗机实现“先敌发现、先敌发射和先敌命中”的“三先”能力，抑制敌战斗机的“三先”能力，缩短我战斗机OODA信息作战环时间，迟滞敌战斗机OODA信息作战环时间。

图3 一种典型攻防作战视图Fig.3 Typical attack & defense operational view

在态势感知方面，电子战系统能够利用高增益无源探测(HGESM)实现对机载火控雷达的远距离无源探测，利用高灵敏度电子支援措施(ESM)对辐射源进行宽空域高精度测向和快速无源定位。

在防御作战方面，利用宽带宽空域全向雷达告警和导弹发射/逼近告警实现威胁态势感知，支持载机采取正确的防御响应措施，如综合采用多种有源/无源自卫干扰使敌雷达导弹武器系统无法发现载机、即使发现也无法发射导弹、即使发射导弹也无法命中载机，确保载机安全。通过有源自卫干扰使敌雷达始终处于搜索状态，无法发现载机；当载机被敌雷达跟踪时，采用有源自卫干扰使敌雷达迅速丢失跟踪目标，重新转入搜索状态；当敌机发射空空导弹后，通过对敌机载火控雷达进行有源自卫干扰，使其制导精度下降，无法实现中/末制导交班；当敌导弹末制导雷达开机工作时，采取箔条/红外等无源干扰手段，并伴以载机机动，使导弹无法命中载机。

在进攻作战方面，双机或多机编队通过机间数据链进行ESM组网，实现协同无源探测，对编队探测的电磁目标进行高置信度融合，精确测量辐射源距离、角度和速度，引导空空导弹进行超视距攻击。采用ESM实现对地辐射源目标的精确测向和快速无源定位，引导反辐射武器攻击，实现防空压制的战术意图。为掩护编队突防攻击，战斗机可在敌空空导弹射程外，使用高功率电子干扰压制敌机载火控雷达，使其无法检测目标，确保突前编队战斗机安全。

为支持战斗机的边攻击边防御任务，需要实现雷达和电子战同时兼容工作能力。

在网络信息体系的联合作战和全域作战条件下，对手通常具备覆盖C4ISRK(指挥、控制、通信、计算、情报、监视、侦察和杀伤)全链条作战体系。基于体系对体系破击思想，单平台电子战系统必须加入到我方C4ISRK全链条的联合作战和全域作战体系网内，共享电子侦察卫星和空中预警机提供的战场态势和情报数据，与空中专用侦察飞机和电子战飞机实现跨域协同作战和联合作战。

基于多作战视图场景推演，建立战斗机电子战系统的能力视图描述模型。一种典型战斗机电子战系统能力视图如图4所示。

图4 典型的战斗机电子战系统能力视图Fig.4 Typical capacity view of fighter EW system

相应的，自顶向下进行需求分解，给出了电子战系统架构设计的系统视图和技术视图。

1.2 电子战系统架构基本设计需求

电子战系统架构基本设计需求包括功能设计、标准化/模块化/通用化设计和维护性设计等需求。

1.2.1 功能设计需求

电子战系统的灵敏度设计面临很大的挑战。雷达采用低截获波形和功率管理等多种措施，辐射功率大大降低，导致电子战系统告警灵敏度需求较传统告警灵敏度提升百倍以上。若采用传统的电子战模拟接收处理体制，几乎不可能在战斗机条件下实现。数字接收机可以通过快速傅氏变换(FFT)、数字信道化等处理逻辑实现不同的信道处理带宽，通过自适应处理带宽以实现对雷达脉冲信号瞬时带宽的最佳匹配，并能采用多种优良的积累处理算法实现不同功能高灵敏度的需求。

为实现对敌飞机来袭方向的精确告警和敌飞机编队的群分辨能力，电子战系统的告警测向精度需求较传统告警测向精度提升数十倍。传统四象限比幅测向难以满足高精度要求，一种效费比可接受的选择是采用相位干涉仪测向体制。采用模拟干涉仪对信号信噪比(SNR)要求高，相位量化精度受限；采用数字干涉仪测向，通过合理的干涉仪天线阵列长度设计和低SNR高精度数字鉴相算法，可以实现高灵敏度高精度测向。

有源自卫干扰需要采用数字接收机和数字化干扰源，实现对雷达时空频能多维的精准测量与跟踪，产生高线性、高相参、高动态和低杂散的“三高一低”精确干扰信号，使雷达无法检测到载机也感知不到干扰，达到主动隐身的效果；或者在预设距离上产生逼真稳定的虚假目标，诱使敌机发射导弹攻击，达到耗费敌武器弹药的目的。

电子战系统必须能够适应复杂电磁环境。面对敌联合作战和全域作战体系，战斗机电子战系统面临非常复杂密集的电磁信号环境，将遭遇宽频段全向威胁信号、空间多种有意或无意辐射的民用电磁信号、本机和编队飞机各种传感器辐射信号等。由于这些信号在时域上高度交织，如果采用瞬时测频等模拟体制的传统接收机，则难以对同时到达的信号进行检测和处理，基本无法适应复杂密集电磁环境。必须采用全数字化处理技术进行时空频自适应分离处理，才能满足要求。

全数字化处理技术能够实现电子战系统的高性能要求，支持认知电子战[14]能力扩展，实现信息作战向智能作战的能力跃升。

1.2.2 标准化/模块化/通用化设计需求

为最大化重用产品和技术，需要遵循标准化/模块化/通用化设计思路。采用标准结构和电气规范的模块和连接器，采用标准数据和控制总线，统一模块尺寸、互联接口、供电方式、散热方式等，尽最大限度减少现场可更换模块(LRM)的型谱种类。

较少的模块型谱种类可以实现由硬件密集型向软件密集型的研发模式转变。从全寿命周期来看，减少模块型谱种类还可有效提升全寿命周期开发、验证、质量控制、效能保障、快速能力生成和管理的效费比，支持可承受的系统目标价格。

1.2.3 维护性设计需求

电子战系统在使用过程中，需要具备快速便捷的数据加卸载和软件快速升级维护能力，特别是在战斗机没有液冷环控供电条件下的快速卸载能力。

1.3 综合化设计需求

战斗机电子战系统在载机有限的物理空间、重量和供电等条件下实现高性能，需从天线孔径、射频、信号处理和数据处理等多个维度进行高度综合化设计，否则每个功能都采用独立资源实现，电子战系统的重量、体积、功耗、环控、成本等将令用户和相关方无法承受。

在不同作战场景使用过程中，电子战系统需要在性能不下降的情况下尽最大程度综合共用资源实现多功能同时工作。如果不同功能需要微观全时同时工作，各功能需要配置独占的射频及处理资源；如果不同功能需要宏观同时工作，则可以采用高速分时综合共用射频及处理资源实现。电子战系统应最大化综合共用其他传感器的天线孔径实现功能。电子战系统需要融合射频告警和光电告警信息以实现对威胁的综合告警能力。电子战ESM可综合雷达、敌我识别(IFF)、数据链等信息提供综合识别能力，支持进攻和防御作战决策。

电子战系统需要采用宽带射频集成技术、功能芯片化技术等实现射频处理功能高度综合集成，使各功能模块的集成度相比传统功能模块提升数十倍，才能满足战斗机严格的装机要求。

1.4 可扩展开放性设计需求

1.4.1 电子战能力快速提升需求

作战对象能力的提升需要电子战系统架构在工作带宽、灵敏度、空域覆盖等方面具有快速扩展能力。如：机载火控雷达工作带宽可能变得更宽；雷达低截获(LPI)技术发展及未来低零功率作战环境等可能导致电子战系统灵敏度需求更高；由于全域作战需求，载机处在立体威胁中，威胁空域可能变成方位全向和大俯仰覆盖甚至球形空域覆盖，系统应具有空域扩展能力。

由于电磁环境日益复杂密集、作战对象波形特征多变，传统基于先验专家知识的信号识别处理逻辑难以良好适应，必须扩展深度机器学习的人工智能(AI)处理能力，实现对作战对象波形特征的高维空间映射与推理，对作战对象的行为和意图进行高置信度识别。

1.4.2 信号数据流柔性交换需求

电子战系统需要实现射频信号、数字信号和数据信息的任意路由柔性交换处理能力，支持功能重构，实现不同战斗机平台电子战解决方案的通用化。

为适应不同战斗机平台、不同测向体制、不同天线孔径、不同作战过程的功能资源重构需求，需要采用射频全交换路由实现天线接收/发射信号与不同射频处理模块输入/输出之间的选择。

电子战系统需要实现数字处理资源的统一管理分配，实现分布式、长时窗积累的高性能数字信号处理算法，支持功能重构和功能性能增长。

通过航电任务系统总线如光纤通道(FC)交换网络将若干分布的中央处理单元(CPU)资源统一管理起来，实现分布式信号处理和数据处理，支持深度机器学习的人工智能处理并行计算能力扩展。

1.4.3 开放式软件架构需求

软件架构必须具备软硬解耦能力。电子技术高速发展，硬件模块的替代换型周期可能很短。如果软件与硬件在设计上高度耦合，硬件变化将会带来较大的软件设计更改以及代码移植的工作量，给系统技术状态带来一定的不确定性，出现“牵一发而动全局”的现象。因此，必须要采用软硬件解耦的方式实现“硬动软不动”，从而避免硬件升级带来的软件重新设计和开发工作。

软件架构必须具备分层解耦能力。如果软件不分层设计，系统底层支持软件变化所引起的更改设计可能影响上层应用软件，这往往带来不可预料的后果。

1.4.4 融入不同航电任务系统开放接口设计需求

不同战斗机的航电任务系统可能采用不同标准的航电总线与各个传感器系统实现互连通信和数据交换。电子战系统需要兼容不同的航电总线接口，具备快速融入不同战斗机航电任务系统的能力。

2 战斗机电子战系统架构设计要点

IEEE610.12-1990对系统架构给出如下的定义：架构是以元素、元素之间的关系、元素与环境之间的关系为内容的某一系统的基本组织结构，以及指导上述内容设计与演化的原理与准则。

按照系统架构定义，战斗机电子战系统架构的设计要点包括功能全数字化处理、综合化设计、可扩展开放式设计和按照统一标准进行的基础设计。

2.1 功能全数字化处理设计

先进战斗机电子战系统采用全数字化处理架构，数字化处理[15]可以实现各种想定的侦收处理和干扰处理算法，支持功能软件化，满足各功能高灵敏度、高测量精度、多信号处理能力强的处理能力要求，且具有灵活实现任意想定算法的优势，达到算法支持战法的制胜目的。

电子战系统能力在很大程度上由数字接收机和数字化干扰源处理资源、算法能力决定。目前数字化处理技术水平还无法实现对电子战宽带射频信号直接采样处理或直接生成宽带干扰信号，通常还需要采用宽带上下变频技术将宽带射频信号变换到中频信号，由数字接收机和数字化干扰源进行数字接收处理、干扰数字信号处理。

数字接收处理[16]主要由高速高性能的模数转换器(ADC)和高处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)组成，实现高灵敏度和高精度的信号检测和参数测量，并基于多通道数字相位干涉仪技术[17-18]，实现系统的高精度和高分辨率测向。

数字化干扰源主要由高速高性能ADC、数模转换(DAC)和FPGA组成，可实现各种复杂的干扰样式波形调制。

各功能配置空间自由度足够的接收/发射天线阵列、多通道数字处理资源，可以实现宽空域和宽频带覆盖能力。

综上，采用全数字化处理能够满足战斗机电子战系统功能的高性能要求。

2.2 综合化设计

由于雷达告警功能需要全时工作，配置全极化宽带宽空域天线孔径、独立的下变频和数字接收机等处理资源；导弹告警综合共用与雷达告警相同的硬件资源，在数字接收机中实现并行的高灵敏度接收处理。

电子战系统综合共用多功能阵列(MFA)实现高增益电子支援(HGESM)和高功率电子干扰(HPECM)功能。

ESM/HGESM/ECM/HPECM/组网ESM/组网HGESM等多种功能综合共用变频、数字处理和数字干扰资源，大大减少系统重量、功耗、成本等。

在信号处理方面，电子战系统各功能探测的目标基于时域、空域和电磁域等多维度进行目标融合，实现统一电磁态势。

在数据处理方面，电子战目标可与其他传感器探测目标进行时空配准和数据融合，支持形成进攻和防御决策的统一态势。

2.3 可扩展开放式架构设计

2.3.1 信号/数据全交换重构设计

为支持系统功能重构和通用化扩展设计，构建射频信号交换、数字信号交换、数据信息交换共计3层交换重构网络，如图5所示。

1) 射频信号交换网络：采用宽带射频路由实现天线接收/发射信号与不同变频模块输入输出信号之间的选择，支持系统功能配置不同的射频天线和射频处理资源。

2) 数字信号交换网络：采用RapidIO交换网络实现数字接收机和数字化干扰源中的数字逻辑处理域资源的集中管理分配，实现分布式处理，如基于更长时间积累处理实现高灵敏度检测，提升电子战系统探测威力。

3) 数据信息交换网络：通过FC交换网络和软件总线技术，支持多应用程序节点(APP)之间的全互联通信，并支持并行计算提升深度机器学习的人工智能处理能力，以及实现应用程序节点的重部署而无需底层重新进行接口软件的开发，支持系统软件快速升级能力。

2.3.2 可扩展开放式设计

可扩展开放式设计主要从空域、频域、侦收灵敏度、处理能力等方面实现能力扩展。

在空域扩展方面，措施1是提升天线的空域覆盖能力，措施2是在电子战系统中预留空域扩展所需要的数字接收机和数字化干扰源资源的空槽位。

在频域扩展方面，措施1是在系统中预留扩展数字接收机和数字化干扰源的空槽位，措施2是利用微系统芯片技术，在保持现有数字接收机和数字化干扰源的接口和体积不变的前提下，通道处理能力翻番，实现无缝能力升级。

图5 3层交换重构网络Fig.5 Three-level switch reconfigurable network

在侦收灵敏度提升方面，数字信号具有全交换和分布式处理能力，可以通过更长时窗的数字信号积累处理，实现更高的系统侦收灵敏度。

在处理能力扩展方面，为实现电子战的人工智能辐射源识别等能力[19-22]，措施1是在系统的扩展空槽位中增加具备并行计算能力的协处理器资源，措施2是利用微系统芯片技术，在保持现有功能模块的外形接口和体积不变、同时功耗可接受的前提下，并行处理能力成倍增长，可部署AI算法模型(如全连接的深度神经网络)，提升电子战系统的智能认知处理能力。

2.3.3 开放式软件架构设计

开放式软件架构的核心思想是基于架构分层和接口分类的概念，层与层之间采用标准化的接口且相对独立，层内部具备可扩展能力，满足软硬隔离、可移植、易扩展、高可靠和高安全的要求。

电子战系统软件架构设计采用类未来机载能力环境(FACE)[23]的思想，充分吸收和继承“隔离、交换、分层、组件化、互操作、服务”的核心理念，并结合全交换式的射频和数字处理架构，充分考虑电子战系统宽带实时性的特点，采用面向应用的分层分类体系结构、分层隔离、开放式标准接口和面向消息和面向数据的通讯总线，在电子战硬件平台上建立软件通用操作环境，适应未来分布式和认知电子战的需求。电子战系统软件架构与FACE架构各层级之间的映射关系如图6所示。

图6 战斗机电子战系统软件架构与FACE架构的映射关系图Fig.6 Mapping of EW software architecture and FACE

电子战系统软件架构各层级定义与FACE架构之间的对应关系参见表1。

表1 电子战系统软件架构与FACE架构的对应关系Table 1 Mapping of EW software architecture and FACE

电子战系统软件架构各个层级的定义描述如下：

1) 硬件设备层：提供通用电子战硬件处理平台、板级支持包(BSP)和驱动接口，是硬件设备与应用层之间进行数据传递的桥梁；针对每一类物理通讯接口，向上提供统一的抽象接口，输出统一格式化定义的数据帧，向下与不同物理硬件平台进行适配；与FACE架构中的I/O服务段(IOSS)相对应。

2) 操作系统层：与下层的计算处理设备、网络通信设备、文件存储设备等相适应，提供任务管理、内存管理、时间管理、文件管理、消息队列管理和数据库管理等多项操作系统与运行环境服务；与FACE架构中的操作系统段(OSS)相对应。

3) 服务层(框架)：作为电子战系统计算处理平台的统一软件框架，为应用层提供通用软件服务，包括数据分发、消息交换、任务资源调度、操作系统隔离等。其中，数据分发和消息交换服务采用统一规范接口支持应用层各个软件节点之间的数据流和控制流交互，完成节点间的通信，实现节点间的解耦合设计。同时作为电子战设备和资源调度的核心，任务资源调度服务可对电子战系统中的CPU、数字信号处理(DSP)、FPGA等实时处理资源进行配置部署、状态监控、健康管理和资源调度，支持加载、卸载和功能重构；与FACE架构中的传输服务段(TSS)和平台相关服务段(PSSS)相对应。

4) 应用层：包含计算处理平台无关应用和计算处理平台相关应用，主要实现电子战系统的业务处理逻辑，通过服务层(框架)提供的标准数据分发和消息交换服务实现应用层各个节点之间的数据交互。应用层各个节点之间实现良好的解耦，并且与操作系统层之间具有良好的隔离，支持最大程度的复用。与FACE架构中的可移植组件段(PCS)相对应。

由于在硬件设备层接口中封装了若干不同航电任务系统接口的BSP驱动函数，当电子战系统需要选取不同的标准总线如FC、RapidIO[24]或者以太网等与航电任务系统之间进行互联时，通过换装接口模块/组件以及调用不同的BSP驱动函数，可以实现电子战系统与航电任务系统之间通信接口的快速升级。

为实现全系统软件一键升级和图形化部署功能，系统架构的运行部署通过服务层(框架)中的运行部署通讯服务来实现对各个应用功能的加载、部署、运行和卸载等管理，支持图形化软件快速重部署，改善以往软件重新部署接口流程不统一和耗时非常长的状况，如图7所示。

图7 软件图形化运行部署Fig.7 Graphical processing and deploying of software

电子战系统的数据卸载设备通过高速光纤总线连接至战斗机的维护口盖，实现快速加卸载功能。同时，数据卸载设备具备对机上记录模块的自供电能力，无需飞机提供电源和液冷环控条件，大大提高了系统的维护性。

2.4 基础设计

基于通用化、标准化和模块化的设计原则，对射频交换、宽带变频、数字接收机、数字化干扰源等开展模块型谱种类的统型设计，构建通用标准LRM模块。采用先进的三维立体微波集成技术、宽带变频技术、多功能芯片技术等，使电子战系统在性能较以往系统提升数十倍的基础上，体积重量较传统微波集成工艺和处理能力的电子战系统减小了数十倍。

现场可更换单元(LRU)采用高压直流分布式供电，宽带综合射频前端内部的LRM模块采用低压直流分布式供电。

采用RapidIO总线实现模块之间高速数据互联，采用标准FC总线实现与航电任务系统之间的高速数据互联，采用标准以太网总线实现系统内部维护和状态监控。

3 战斗机电子战系统架构方案

战斗机电子战系统由综合天线孔径、宽带综合射频前端和综合核心处理机中的软件配置项组成，系统架构如图8所示。

图8 战斗机电子战系统架构逻辑视图Fig.8 Architecture of fighter EW system-logical view

综合天线孔径由宽带电子战天线阵列[25]、多功能孔径以及天线接口组成。电子战天线阵列和多功能孔径实现空间电磁信号的接收和发射功能，天线接口完成天线接收和发射信号的放大滤波处理。综合天线孔径与宽带综合射频前端之间通过电缆相连接，实现接收和发射信号的传输。

宽带综合射频前端由十余种标准模块组成，包括宽带射频路由、下变频、上下变频、多通道大动态宽带数字接收机、多通道高性能数字化干扰源、预处理与控制、通用接口、频率源和电源等模块，完成无源探测类功能的射频信号选择、射频中频变换、高速ADC、数字信号处理和脉冲描述字(PDW)生成功能；完成有源干扰类功能的射频信号选择、射频中频变换、高速ADC/DAC、干扰信号处理功能；完成PDW实时预处理和系统的实时控制功能。

宽带综合射频前端内部模块的电气和结构规范满足标准航空电子系统结构联合委员会(ASAAC)[26]标准，具有统一结构尺寸、封装形式、接口类型、供电方式、散热方式，连接器采用一体化LRM连接器，模块统一为十余种模块型谱；采用标准以太网作为控制总线，实现对各模块的供电控制、程序加载和状态监控；采用RapidIO总线作为数据总线，实现模块间的高速数据传输和实时控制。

宽带综合射频前端与综合核心处理机之间通过高速FC总线相连接，实现数据流和管理控制命令的可靠传输。

综合核心处理机的通用处理(GPP)模块上配置并行多核PowerPC处理器，支持实时运算处理与接口控制。GPP模块之间采用FC数据交换网络实现高速数据交互。

电子战功能软件驻留在GPP模块上，部署关系如图9所示。

图9 电子战系统软件部署示意Fig.9 Software deployment of EW system

在应用层上运行电子战功能软件的多个节点，实现电子战系统的综合管理、系统控制和多项信号处理和数据处理等功能，主要包括：实现系统软硬件资源的实时调度管理，实现无源探测、无源火控攻击引导和有源干扰等功能控制，实现雷达与电子战同时兼容工作管理，实现系统软硬件资源的自检与故障处理，基于人工智能算法实现辐射源目标识别分析处理，支持生成航电任务系统的航路规划建议等。

全数字化处理是系统架构的核心和灵魂，由多通道数字接收机和多通道数字化干扰源实现，能够对接收信号和干扰信号实现任意想定的算法。全数字化接收处理实现了探测功能的瞬时宽带、全向覆盖、高动态、高精度、高灵敏度、多信号处理能力等要求；全数字化干扰处理实现了干扰功能的大工作带宽、快速实时响应、高相参精准干扰等要求。

在综合化方面：电子战综合共用MFA、宽带数字处理和宽带干扰处理资源实现高功率电子支援和高功率电子干扰功能；导弹告警与雷达告警综合共用相同的接收天线、下变频、数字接收机资源；ESM、ECM与高功率电子支援和高功率电子干扰等功能综合共用宽带综合射频前端中的上下变频、数字接收机和数字化干扰源等资源。正是采用了这样的高度综合化架构，才使性能要求非常高的电子战系统能够在战斗机体积、重量、功耗等要求严酷的条件下得以实现。

在功能性能可扩展方面：承载功能模块的综合宽带射频前端机架中，预留有若干统一标准接口的空槽位，用于电子战对抗带宽提升、对抗空域扩展、灵敏度提升和人工智能处理能力提升。

在功能柔性重构方面：宽带射频路由实现天线收发信号与接收/干扰处理资源之间的重构配置，支持在不同使用要求及不同装机条件下电子战系统方案的通用性，实现不同性能要求的电子战功能的射频处理资源配置。预处理与控制模块中的高速RapidIO交换网络实现了多通道数字接收机、多通道数字化干扰源的处理资源共享。通用接口模块兼容多种接口标准定义，支持电子战系统快速接入不同航电任务系统。综合核心处理机中的FC数据交换网络实现了GPP处理资源和数据的共享，支持软件功能重构和人工智能并行处理能力的扩展。

电子战系统的相关显示控制功能在战斗机航电任务系统座舱中实现。电子战任务规划的数据加载到综合核心处理机中，为电子战识别和响应决策提供数据源。作战数据可通过战斗机的加卸载维护口实现快速卸载，支持效能评估和作战规划。

4 仿真评估

本研究按照MBSE方法，针对典型作战场景对战斗机电子战系统进行作战能力研究和作战效能仿真，对作战能力结合系统架构方案进行指标需求分解分配，采用XSim Studio仿真平台对作战效能进行仿真，采用Rhapsody和MATLAB系统建模软件对系统工作流程和处理算法进行了建模，对作战需求、系统架构、资源配置、逻辑流程、控制时序和处理算法进行分析验证和性能评估，仿真数字模型如图10所示。

图10 战斗机电子战系统数字仿真模型Fig.10 Digital simulation model of fighter EW system

在构建的典型作战场景下，模拟复杂电磁环境脉冲流注入至已建立的系统数字仿真模型中，通过多次迭代仿真试验，验证系统架构方案的功能和关键性能指标以及可扩展能力，包括灵敏度、多信号处理能力、反应时间、测向精度、定位精度、虚警率、截获概率、辐射源识别能力、自卫干扰能力、高功率电子干扰能力等。

仿真结果表明，电子战系统架构对复杂密集电磁环境具有良好的适应能力，具备高灵敏度、高测向精度、高截获概率、低虚警率、高相参干扰等优良性能，同时具备良好的可扩展性，可通过射频信号、数字信号、数据信息等进行柔性交换重构不同功能；可通过扩展槽位实现空域、频域、处理能力等方面的提升。

战斗机电子战系统架构在多型载机平台上开展了实装应用验证。大量的工程化实践表明，电子战系统架构的应用效果良好，能够满足作战使用需求。

5 结 论

战斗机电子战系统架构具备全数字化、综合化、可扩展、开放式等先进特征。基于高性能宽带数字接收和数字干扰处理为核心的全数字化设计，可以满足电子战功能瞬时宽带、全向覆盖、高灵敏度、高动态、高精度、高相参、快速实时响应、多信号处理能力等要求。基于天线孔径、射频、数字信号、数据信息等维度进行全域高度综合化共用设计，使战斗机电子战系统多种功能在载机体积、重量、功耗等要求严酷的条件下得以实现。电子战系统的带宽、空域、灵敏度、AI处理等能力可柔性扩展；电子战系统软件采用开放式设计，支持快速升级；电子战模块具有标准化和通用化的统一型谱。以上这些特征均使得电子战系统架构具有良好的可扩展性，为后续能力快速升级提供了较好的技术基础。

专用电子侦察飞机任务系统、专用电子战飞机任务系统等不同形态的电子战系统架构设计，也可借鉴本研究提出的电子战系统架构设计方法和成果。

随着作战要求不断提高及技术进步，战斗机电子战系统的架构方案也将不断优化。从发展趋势来看[27]，战斗机电子战系统将朝体系化[28]、智能化[29-30]、综合化和一体化等方向发展，在技术架构上将呈现柔性智能特征，物理形态将朝芯片化发展，典型形态之一为机载智能蒙皮[31]，后续还需不断深化使用需求研究，并结合技术发展情况深入研究下一代战斗机电子系统架构和方案。

[21] 周飞燕, 金林鹏, 董军. 卷积神经网络研究综述[J]. 计算机学报, 2017(6): 1229-1251.

ZHOU F Y, JIN L P, DONG J. Review of convolutional neural network[J]. Chinese Journal of Computers, 2017(6): 1229-1251 (in Chinese).