电侦SAR一体化载荷新型任务模式设计

赵 卫，吴 名，吕继宇，陈 曦，徐学华，卢 鑫

（1.中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京21007；2.中国科学院空天信息创新研究院，北京100191）

0 引言

为适应军事作战理论和作战体系的快速变革，以及军事装备综合化、网络化、体系化、智能化、实战化的发展趋势，多源综合化的战场态势感知体系的建设与应用，已成为各军事大国研究和发展的重点。具备“跨域”、“协同”、“快速”、“广域”、“多维”、“精准”的感知能力是未来战场态势感知体系所追求的目标。从目前的技术能力看，电子侦察与SAR成像的一体化协同感知无疑是实现上述能力的一个突破口。

电子侦察载荷可以大范围、长时间获取电磁信号，但存在定位精度低、目标识别能力低以及对电子静默目标无法发现等缺点。SAR是一种成像侦察载荷，具有目标定位精度高、反电磁静默侦察等能力，但存在成像幅宽窄，侦察概率低等缺点[1]。电侦与SAR协同侦察，可在侦察时效性、侦察情报类型、目标识别准确率和侦察效率方面都会有较大的提升[2-3]。

电侦SAR一体化载荷作为一种新型载荷，它不是电子侦察载荷和SAR成像侦察载荷的简单叠加，而是一个可以通过一体化有机集成形成一个超过原有载荷能力之和的、功能更强大的载荷，新的能力需要用新的任务模式来进行表述，为此，本文设计了11种任务模式，以期望能够充分展现它的新质能力，并由此来丰富这类新型载荷的使命任务。

1 电侦SAR协同侦察基本原理

一体化载荷开展大范围的持续电子侦察，结合星上的重点目标数据库，并通过对侦察任务的优先级、目标重要性等级、目标先后过顶时间等诸多因素的综合考虑，形成待协同侦察的重点目标列表，依据SAR的能力和所能达到的识别层次，开展协同侦察模式规划。根据电侦给出的目标位置，一体化载荷根据地理信息可对目标区域作出陆地还是海洋的判断，进而采用不同的“电侦引导SAR策略”，当目标区域为陆地时，可以采用“电侦+SAR聚束”的模式，以便实现对陆地目标的识别或确认；当目标区域为海洋时，可以“采用电侦+SAR条带”的模式，以便实现对大中型舰船的识别。一体化载荷对成像数据进行处理时，将采用多处理器并行的、流水的处理方式，在轨实时生成区域图像和目标图像切片[4]并对目标进行识别，而后，一体化载荷将电子侦察结果和SAR侦察结果进行融合，生成多特征的精确目指信息，可用于用户快响类型业务的目标指示，或用于进一步的情报分析。

图1给出了电侦SAR协同侦察基本原理图。

图1 电侦SAR协同侦察基本原理图

以上电侦SAR协同侦察过程形成的多特征的精确目指信息至少可以包含以下内容：辐射源数据、目标图像切片数据、目标成像定位位置、目标识别结果与特征描述。

2 新型任务模式设计

根据图1所示的基本原理，从侦察监视业务角度出发，本文设想以下11种任务模式，并依据侦察监视业务的重要程度，对它们进行了任务优先级的定义，如表1所示。

表1 11种任务模式和优先级

在实际应用时，若一体化载荷接收多条资源相冲突的任务时，将按照上述的优先级作出冲突消解，安排最高优先级的任务优先执行，在资源富裕的情况下再对其它任务作出相应的调整。

基础功能任务模式是一种数据处理和情报处理的选项，它所需的资源（含处理资源、处理时间、输出带宽等）一般情况下载荷都会具备，不存在冲突消解情况，所以，实际使用时，可由用户根据需要进行选择性使用。

下面对上述任务模式逐一进行介绍。

2.1 重要监视目标的精确目指信息快速生成

用户在使用时，给出需要监视的重要目标的导向信息（如目标信号特征、目标型号特征或SAR图像特征等），一体化载荷根据导向信息进行侦察，发现置信度很高的目标后，便可快速生成多特征的精确目指信息。

2.2 与体系中其它异源感知载荷的协同侦察

用户在使用时，可以结合体系中其它跨平台的异源感知载荷（如光学成像载荷），在体系指控系统（或任务系统）的统一调度下，对同一个目标进行多手段的协同侦察，能够生成置信度更高的电光多特征复合侦察情报。

2.3 对编队中重要目标的识别与确认

该任务模式与2.1所述任务类似，但时效性要求不强，它要探查的是该目标是不是某个编队的一个成员，即除了对该目标进行侦察、识别和确认外，同时还要分析它是不是正处在一个编队中。

2.4 特别目标渐进式确认

在SAR成像功能具备前后视成像能力时，一体化载荷便具备此能力。此时，一体化载荷开展大范围的持续电子侦察，形成辐射源目标列表，通过辐射源参数的特征，如果在目标列表中发现与用户要求的、需要加以SAR成像渐进式确认的目标，则一体化载荷便进入如下所述的“特别目标渐进式确认”运行流程：

1）电侦形成辐射源目标列表，发现存在“特别目标”，根据此“特别目标”与卫星的几何关系，从成像时间是否满足、SAR能否实施高分辨成像等方面，分析开展“渐进式确认”流程的可行性。如果可行，执行下一步；如果不行，则给出反馈结果。

2）一体化载荷利用SAR方位维、距离维2个维度的波控能力，对该“特别目标”所在的区域进行大范围的、粗分辨率的SAR成像（例如，可采用SAR扫描模式或SAR条带模式），以期望发现该“特别目标”，得到它的精确位置。

3）一体化载荷根据自身的处理时延、卫星的位置、“特别目标”的精确位置等信息，重新计算、调整SAR成像的各项参数，对“特别目标”进行小范围的、高分辨率的SAR成像（例如，可采用SAR聚束模式，具体采用哪种模式需根据当时的时间余量、空间几何关系、平台供电能力等多种因素综合考虑），从而可得到此目标的高分辨率的图像切片，进而得到它的平台特征、SAR成像特征参数等一系列的确认结果。

4）一体化载荷对前述过程得到的目标特征数据进行融合处理，生成置信度最高级别的目标多维特征情报并进行分发。

5）“特别目标”的SAR成像结果传输到地面后，可进一步加工处理后形成该目标（或一类目标）的重点目标数据库，并可以上传到卫星上，进一步提升一体化载荷对此目标（或此类目标）的发现、识别、确认能力。

从上面的运行流程描述中可以看出，它可以实现2个目的：一是实现对“特别目标”的确认；二是可以建立此目标（或一类目标）的重点目标数据库。

2.5 目标密集时的编队特征探查

当电子侦察发现某一区域存在较多的目标，且通过对目标位置的聚集度分析认为它们有可能是一个编队时，一体化载荷便可进入如下所述的“编队特征探查”运行流程：

1）对目标聚集度进行分析，分析其为编队的可能性，同时根据地理信息区分是陆地目标还是海洋目标。

2）当目标区域为陆地时，可以采用“电侦+SAR聚束”的模式，以便实现对陆地目标的识别或确认。由于陆地SAR成像的复杂性，此时，编队特征探查仅限在一个较小的区域内进行。

3）当目标区域为海洋时，执行如下流程：

①若目标聚集度超过“编队可能性阈值”，对这些目标位置进行分析，得到“近点”（卫星首先飞入过顶的点）和“远点”（卫星最后飞离过顶的点）2个点。

②对这些目标的重要性优先级进行判别，找到优先级最高的一个目标，并以该目标位置作为SAR成像幅宽的中间点，此时，可得到该目标在卫星过顶时的视角，假定为θ；同时，根据群目标的宽度，视情选择SAR条带的成像幅宽。

③一体化载荷从“近点”开始，波位设置为θ，完成从“近点”到“远点”的连续条带成像，而后，对成像数据进行处理，得到目标的辐射源特征数据、目标图像特征（图像切片）数据、高精度位置等数据，这些数据可作为进一步开展编队分析的基础。

通过以上流程可以看出，对于海洋目标群，此种运行方式能够以重要性优先级最高的目标为成像幅宽中心、以目标的“近点”和“远点”为成像“起”“止”点、以条带成像幅宽为侦察幅宽，尽可能地“框”住这些目标及其它们周边的目标，以尽可能地探查这些目标是否具备编队的特征。

图2给出了此运行流程的一个示意。图中，三角形与圆形代表编队群中的目标对象，其中红色代表被电侦所接收到的并能确定其大致位置的目标（即T2、T3、T5、T7四个目标），白色代表由于静默或者其他原因，电侦手段没有确定位置的目标（即T1、T4、T6、T8），并且红色圆形对象（即T2）是整个编队中重要性等级最高（从电侦角度看）的目标。故一体化载荷以电侦给出的目标群的大致位置，确定成像的“起”、“止”点，以红色圆形目标作为条带成像的中心点，对整个编队群进行条带成像，最终，可形成T2、T3、T5、T7的电侦SAR一体化多维特征数据，以及T4、T6、T8的目标图像特征数据。在这种工作模式下，虽然有些目标对象的信号没有被电子侦察所截获到，但是条带成像还是能够将其发现，从而弥补电子侦察的不足。

图2 目标密集时的编队特征探查的运行流程示意图

2.6 区域内的目标遍历成像

该任务模式可能是一体化载荷最常规的、使用最频繁的一种任务。在该任务模式下，一体化载荷以电侦SAR协同的最小窗口W为单位，将飞行过程划分为N个窗口，对广域电侦形成的辐射源进行多种协同策略下的目标择优，形成协同侦察目标列表，并制定协同流程和协同参数，而后，从第一个窗口开始，根据卫星与目标空间关系、目标之间优先级关系，选择“前斜视条带”、“正侧视条带”、“后斜视条带”等成像模式对目标进行成像，一直到最后一个窗口结束。其流程如图3所示。

图3 区域内的目标遍历成像示意图

通过这种任务模式，一体化载荷可以快速地实现大范围内的目标遍历成像，可以对数万至数十万平方千米区域内的目标完成分钟级别的遍历成像。

2.7 目标群准静默时大面积搜索

该任务模式针对的是海上目标群。首先，依托体系中的综合信息进行任务规划，并将欲侦察的目标舰船编队信息，如舰船数量、型号、辐射源信号特征等，伴随任务指令一起上注。然后，一体化载荷开展大范围的持续电子侦察，结合星上的重点目标数据库，搜索目标舰船编队的辐射源信号。由于目标舰船编队处于准静默状态时，只能发现少量与目标舰船编队辐射源信号特征吻合的电磁信号，因此一体化载荷自动进入区域普查协同侦察模式。根据电子侦察给出的目标位置，一体化载荷利用SAR扫描模式，对目标周边幅宽100～200 km区域进行扫描成像。一体化载荷对成像数据进行处理时，将采用多处理器并行的、流水的处理方式，生成区域图像。根据不同吨位、不同船只类型的SAR信号反射特性，一体化载荷从区域图像中提取相应的图像切片，并利用船舶的电磁信号特征，排除干扰目标、错误目标，提高目标识别准确率。而后，一体化载荷将电子侦察结果和SAR侦察结果进行融合，生成目标的图像特征数据、辐射源特征数据或前2种数据的组合，结合知识数据库，就可以生成至少包括表1所列要素在内的目标分布数据。

表1 目标分布数据要素表

本任务模式所述的“准静默”意指在编队附近或编队中存在某一个（或某些）发出辐射源信号的“哨兵”装备，地面应用系统可根据平时积累的信息和经验作出分析和判断后，让一体化载荷进行具有一定针对性的大范围搜索。针对“反静默”的作战能力要求，该任务模式提供了一种可能的天基侦察手段。

2.8 基于“预判信息”的区域探查

若目标采取完全无线电静默，此时，地面应用系统可根据平时积累的信息和经验，作出分析和判断后，给出可能区域的“预判信息”，让一体化载荷执行独立的SAR成像侦察，对可能区域进行大范围的扫描成像侦察，以期望发现目标。

此任务模式与传统的SAR的任务模式相一致，一体化载荷继承了这一使用方式，但对其使用方式进行了“任务优先级”（优先级较低）的分配。

2.9 对热点区域的普查

本任务模式的使用背景是没有任何可用的信息用于指导一体化载荷的运行，只能对关注的热点区域进行大范围的电子侦察和SAR扫描成像侦察。但实际上，此任务模式将会较少应用，因为，若电子侦察能够发现目标，一体化载荷便进入相应的引导SAR成像的侦察模式；若电子侦察没有发现任何电磁目标（要么电子侦察载荷部分出了故障，要么敌方完全无线电静默），或者也可通过指令设置，有意让电侦载荷与SAR成像载荷各自单独侦察。

此任务模式与传统的电子侦察载荷、SAR载荷的任务模式相一致，一体化载荷继承了这一使用方式，但对其使用方式进行了“任务优先级”的分配，优先级配置为最低。

2.10 重要目标的分布态势详查

掌握关注区域内重要目标的分布态势，对用户来说无疑有着重要的意义。

根据前述2.1的系统任务模式设想，一体化载荷已经生成了侦察区域内的重要目标的精确目指信息、或目标图像特征数据、或目标辐射源特征数据、或包含前述这些数据的组合数据（即目标多维特征数据），根据这些数据，一体化载荷可以对该区域内的目标进行分析和统计，给出至少包括前述表1所列要素在内的关注区域内的目标分布数据。

一体化载荷分析和统计的周期可以按2个维度来考虑，一个是按卫星飞行侦察所覆盖的面积来考虑，当侦察面积与关注区域面积相当时，卫星飞过这个区域所需时间可以作为一个统计周期；二是按侦察时间来考虑，即，按一定的时间周期作为侦察节拍，此时，周期大小需与用户的数据更新率需求或用户的业务流程特性相适应，在实际使用时，周期可以设计为多档，可以由用户选设，以便应用于不同的业务场景。

本任务模式实际是在前述的若干个任务模式的基础上、通过星上实时的数据和情报处理衍生出的一个任务模式，它不存在侦察资源的占用、冲突、优先级排序等情况，因此，无论一体化载荷运行前述的哪种任务，只要用户需要，一体化载荷就能生成此侦察数据，若用户不需要，它就不生成此侦察数据。

2.11 目标群编队情报生成

1）陆地目标群编队情报生成

对于陆地目标，SAR高分辨率聚束模式可实现陆地上的雷达、无线通讯设施等辐射源目标的识别或确认，因此，一体化载荷可采用“电侦+SAR聚束”的协同方式对上述目标进行侦察，获得这些目标的多维特征数据。

在一次载荷开机侦察中，一体化载荷能够形成大范围侦察区域内的众多目标的多维特征数据，由于陆地环境复杂，在对包含雷达或无线通讯设施等辐射源在内的陆地目标群进行检取和分析时，若无辐射源信息引导，目标捡取将会很难，但结合辐射源信息，可推断该辐射源的平台属性和该辐射源所在群的目标分布特性，并据此对成像区域内的所有目标进行匹配和群特征筛查，从而可以对包含该辐射源的目标群进行识别与分析。

结合目标辐射源信息和陆地目标知识数据库，就可以形成包含如表2所列要素的陆地目标群编队情报。

2）海洋目标群编队情报分析

对于海洋目标，SAR条带模式可实现舰船目标的识别，因此，一体化载荷可采用电侦+SAR条带模式的协同方式对海洋上的中型（及以上）舰船目标进行侦察，获得这些目标的多维特征数据、或图像特征数据、或辐射源特征数据。此时，条带幅宽可根据电侦实际结果进行临机选择。

由于海洋环境下背景很“干净”，目标分布的呈现度比较清晰，便于“目标群”的识别，以及群的拓扑分析、构型分析，再结合每个目标的辐射源信息和平台信息，依托舰船目标知识数据库，就可以形成包含如表2所列要素的海洋目标群编队情报。

表2 目标群编队情报要素表

3 一体化载荷在体系中的作用

根据前述的一体化载荷任务模式设想，结合体系中其它感知节点、信息传输与处理系统的设想，一体化载荷在体系中的作用可以体现在以下几个方面：

1）用于用户快响类型业务的精确目指信息的快速生成；

2）目标多维特征精准情报的快速生成；

3）特别目标的精准确认及目标数据库的构建；

4）对重点区域态势的准确感知及快速更新；

5）反电磁静默侦察。

4 结束语

本文从侦察监视业务角度出发，对电侦SAR一体化载荷的新质能力进行了较为充分的分析，并在此基础上设计了11种新型任务模式，这些任务模式不是原来单一载荷的任务模式的简单叠加，而是一种全新的设计，用更加贴近用户业务的语境来驱使一体化载荷开展侦察，十分便于用户的业务任务策划。但这些任务模式在方便用户的同时，对一体化载荷的智能化处理能力也提出了较高的要求，因此，欲充分发挥一体化载荷的新质效能，新型任务模式的设计仅仅是第一步，还需同步开展协同侦察流程、任务策划、目标临机选择、资源调度、多维情报融合处理等技术研究，方能有望在整体上实现电侦SAR一体化载荷的新质效能。