軍用特種飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展研究

李超強(qiáng),劉曉敏

(中國電子科學(xué)研究院,北京 100041)

0 引 言

任務(wù)電子系統(tǒng)是特種飛機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。技術(shù)的不斷發(fā)展和需求的不斷調(diào)整為特種飛機(jī)的任務(wù)電子系統(tǒng)帶來了如下的增長需求：性能，傳感器類型，功能，成本，綜合化，復(fù)雜性，可重用性，軟件程序，內(nèi)存需求，吞吐量，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)鏈；而減少了如下的約束：系統(tǒng)的體積，重量，功耗和技術(shù)限制[1]。以技術(shù)發(fā)展與戰(zhàn)略需求為牽引，開展軍用特種飛機(jī)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究是當(dāng)前迫切的任務(wù)，同時(shí)，對特種飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，可以為特種飛機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)的研制儲(chǔ)備與應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 任務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)特征及其演變

1.1 航電系統(tǒng)和任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展歷程

1.1.1 航電系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展

以預(yù)警機(jī)、偵察機(jī)、干擾機(jī)等為代表的特種飛機(jī)從上個(gè)世紀(jì)出現(xiàn)以來，已經(jīng)經(jīng)歷了八十余年的歷史。在特種飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的概念提出之前，航空電子的概念是20世紀(jì)30年代所提出，航空電子指飛機(jī)上所有電子系統(tǒng)的總和，航空電子的范疇包括支持飛機(jī)完成其任務(wù)使命的所有與電子學(xué)相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備。航空電子系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)共經(jīng)歷了4代的發(fā)展[2-4]，分別是分立式架構(gòu)，聯(lián)合式架構(gòu)，綜合式架構(gòu)和先進(jìn)綜合式架構(gòu)技術(shù)。分立式航電系統(tǒng)架構(gòu)是完成各個(gè)功能的航空電子子系統(tǒng)都具有從傳感器、信號(hào)采集、處理直到顯示和控制一套完整和獨(dú)立的系統(tǒng)功能設(shè)備。系統(tǒng)是高度分散化，各個(gè)子系統(tǒng)的之間資源不能共享，系統(tǒng)資源利用是獨(dú)立的。聯(lián)合式系統(tǒng)架構(gòu)相比于分立式系統(tǒng)架構(gòu)，最大的特征是系統(tǒng)對總線技術(shù)的應(yīng)用，分系統(tǒng)通過集成到總線實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)之間的通信，分系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)其功能，總線的使用減少了系統(tǒng)互連的線纜，簡化了系統(tǒng)之間的連接。綜合化航空電子系統(tǒng)提出了分區(qū)的概念，將系統(tǒng)分為傳感器區(qū)、信號(hào)處理區(qū)、任務(wù)管理區(qū)和飛行管理區(qū)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高度綜合化、通用化和模塊化特點(diǎn)。先進(jìn)綜合式系統(tǒng)的架構(gòu)的主要技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在：開放的系統(tǒng)架構(gòu)、射頻與光電孔徑綜合以及傳感器預(yù)處理綜合、統(tǒng)一航電網(wǎng)絡(luò)、商用貨架(Commercial Off The Shelf，COTS)產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用[2]。

1.1.2 任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展

預(yù)警機(jī)作為軍用特種飛機(jī)中一類重要機(jī)型，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中起著先鋒與統(tǒng)籌規(guī)劃的作用，擔(dān)負(fù)著全方位監(jiān)控防區(qū)范圍，增加預(yù)警時(shí)間，對對方構(gòu)成威脅，對己方作戰(zhàn)飛機(jī)及時(shí)引導(dǎo)、指揮，增加作戰(zhàn)范圍。論文以預(yù)警機(jī)作為特種飛機(jī)的研究對象。

預(yù)警機(jī)最初的定位是指裝有機(jī)載監(jiān)視雷達(dá)、用于探測低空飛行目標(biāo)的特種軍用飛機(jī)。預(yù)警機(jī)主要由任務(wù)電子系統(tǒng)和載機(jī)平臺(tái)兩大部分組成。其中，任務(wù)電子系統(tǒng)是為了完成作戰(zhàn)功能的各種軟硬件的集合，包括獲取特定信息的傳感器、用于支持信息傳輸?shù)母鞣N通信鏈路和用于信息處理的各種電子設(shè)備[5-6]。預(yù)警機(jī)自19世紀(jì)40年代出現(xiàn)以來，其任務(wù)系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三代發(fā)展，其三代發(fā)展的技術(shù)特征如表1所示[7]。

表1 三代預(yù)警機(jī)技術(shù)特征比較

(1)第一代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展

20世紀(jì)40年代是第一代預(yù)警機(jī)起始的節(jié)點(diǎn)，第一代預(yù)警機(jī)為了解決低空預(yù)警問題，采用雷達(dá)升空的手段。此時(shí)雷達(dá)是預(yù)警機(jī)唯一的傳感器，系統(tǒng)的探測手段較為單一。第一代以配置雷達(dá)為傳感器的電子系統(tǒng)還不能被稱為嚴(yán)格意義上的任務(wù)系統(tǒng)，由于這一時(shí)期的載機(jī)航電系統(tǒng)多是分立式的系統(tǒng)架構(gòu)，分系統(tǒng)都具有從采集、處理到顯示的設(shè)備，在載機(jī)上加裝的任務(wù)系統(tǒng)雷達(dá)也按照這一思路發(fā)展。因此，第一代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)也屬于分立式系統(tǒng)的架構(gòu)模式。E-1B和E-2A/B預(yù)警機(jī)屬于典型的第一代預(yù)警機(jī)。

由于技術(shù)手段的限制，第一代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)傳感器類型單一，更多的是單裝備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，缺乏資源功能的能力，缺乏多種探測能力，采用語音通話技術(shù)也缺少與編隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

(2)第二代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展

圖1 PHALCON預(yù)警機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

第二代預(yù)警機(jī)從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，第二代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)配備了多種類型的傳感器，探測手段更加豐富，預(yù)警機(jī)的探測距離也隨之增加。這一代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)采用了專用計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得任務(wù)系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)部分資源共享能力，屬于聯(lián)合式系統(tǒng)架構(gòu)。分系統(tǒng)通過集成到總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)之間的通信，分系統(tǒng)采用專用計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，而總線網(wǎng)絡(luò)的使用減少了原系統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)互連所有使用線纜的數(shù)目，并簡化了系統(tǒng)設(shè)備之間的連接關(guān)系。E-2A、E-3和PHALCON預(yù)警機(jī)是典型的第二代預(yù)警機(jī)。圖1是PHALCON預(yù)警機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。PHALCON預(yù)警機(jī)第一次采用了商用以太網(wǎng)技術(shù)作為任務(wù)系統(tǒng)的集成方法，構(gòu)建了任務(wù)系統(tǒng)開放式體系架構(gòu)的雛形?；谝蕴W(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)系統(tǒng)的可擴(kuò)展和可升級(jí)能力，并且便于系統(tǒng)的維護(hù)。同時(shí)，任務(wù)系統(tǒng)采用主任務(wù)計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)管控任務(wù)執(zhí)行的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)資源的綜合應(yīng)用，提高了系統(tǒng)運(yùn)算能力。E-3預(yù)警機(jī)在后續(xù)的升級(jí)改造中最重要的需求是采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)。

第二代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)使得預(yù)警機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的能力由單裝備向平臺(tái)中心發(fā)展，使得預(yù)警機(jī)在單一的預(yù)警探測能力基礎(chǔ)上增加了指揮控制能力。通過系統(tǒng)的通信設(shè)備和軍用數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)與戰(zhàn)斗機(jī)以及其它特種飛機(jī)的互連互通能力，奠定了預(yù)警機(jī)作為通信和指揮平臺(tái)的基礎(chǔ)，也證實(shí)了預(yù)警機(jī)作為空基體系組成的核心節(jié)點(diǎn)的重要作用。

(3)第三代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展

第三代預(yù)警機(jī)從21世紀(jì)作為發(fā)展起點(diǎn)，E-2D是第三代預(yù)警機(jī)的典型代表。隨著信息系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步提升，E-2D預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全遵從開放式系統(tǒng)架構(gòu)的要求，采用了COTS產(chǎn)品技術(shù)，配備了商用機(jī)載計(jì)算機(jī)和光纖網(wǎng)絡(luò)，具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力和數(shù)據(jù)傳輸能力。同時(shí)，E-2D任務(wù)系統(tǒng)配置了更多元化的傳感器，對雷達(dá)、天線、通信系統(tǒng)以及戰(zhàn)術(shù)座艙和顯示系統(tǒng)進(jìn)行了重大改進(jìn)[16]。E-2D裝備的協(xié)同交戰(zhàn)能力(Cooperative Engagement Capability, CEC)系統(tǒng)與航母指揮中心以及“宙斯盾”驅(qū)逐艦?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)互通性能力，并能夠共享航母編隊(duì)所有配備CEC設(shè)備的平臺(tái)所發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，通過對目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、綜合處理，形成統(tǒng)一的態(tài)勢圖，提高系統(tǒng)的對目標(biāo)定位的準(zhǔn)確性，提高戰(zhàn)場環(huán)境的空情感知能力，并有效的提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，使得預(yù)警機(jī)具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)能力和指揮控制能力。

第三代預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)使得預(yù)警機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的能力由平臺(tái)中心向網(wǎng)絡(luò)中心發(fā)展，重點(diǎn)升級(jí)改進(jìn)了任務(wù)系統(tǒng)的通信和網(wǎng)絡(luò)能力。預(yù)警機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中承擔(dān)著預(yù)警指揮、戰(zhàn)場管理、防空反導(dǎo)以及通信中繼的作用，是名副其實(shí)的空中指揮所。

1.2 預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)與載機(jī)航電系統(tǒng)比較分析

由于作戰(zhàn)環(huán)境的嚴(yán)酷性以及作戰(zhàn)任務(wù)的多樣性，軍用飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，對系統(tǒng)的性能和指標(biāo)要求更為嚴(yán)苛。軍用飛機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)常分為航電系統(tǒng)，任務(wù)系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)[1]，以預(yù)警機(jī)為例，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 典型預(yù)警機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

由于預(yù)警機(jī)出現(xiàn)于1945年，晚于戰(zhàn)斗機(jī)的出現(xiàn)時(shí)間，其架構(gòu)技術(shù)整體上少發(fā)展一代。預(yù)警機(jī)最初是由已有型號(hào)運(yùn)輸機(jī)改裝而成，預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展是基于航電系統(tǒng)而來的。因此，預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)與載機(jī)航電系統(tǒng)的架構(gòu)技術(shù)發(fā)展相似又不同，兩個(gè)系統(tǒng)的比較如下：

架構(gòu)發(fā)展脈絡(luò)相同：航電系統(tǒng)和任務(wù)系統(tǒng)本質(zhì)上來說都是機(jī)載電子系統(tǒng)，本質(zhì)上都是通過電子設(shè)備完成信息采集、處理、傳輸和顯示的功能。隨著微電子和計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，機(jī)載電子系統(tǒng)也在不斷升級(jí)。航電系統(tǒng)架構(gòu)的四代發(fā)展對任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展具有借鑒與指導(dǎo)意義。

功能目標(biāo)不同：預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)是為了完成“預(yù)警探測、指揮引導(dǎo)”這一特種功能而集成的電子系統(tǒng)。載機(jī)航電系統(tǒng)是為了保障飛機(jī)飛行安全而集成的電子系統(tǒng)。任務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)警機(jī)的核心功能，載機(jī)航電系統(tǒng)為預(yù)警機(jī)任務(wù)系統(tǒng)提供了搭載傳感器的平臺(tái)。

傳感器數(shù)目不同：預(yù)警機(jī)擔(dān)負(fù)著任務(wù)的多樣性，使得任務(wù)系統(tǒng)需要配置更多元化的傳感器與通信手段，通過以多數(shù)據(jù)鏈綜合應(yīng)用為手段實(shí)現(xiàn)預(yù)警機(jī)作為空中骨干網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而滿足預(yù)警機(jī)在體系化作戰(zhàn)的信息需求。

計(jì)算能力不同：功能目標(biāo)的不同使得任務(wù)系統(tǒng)配置的傳感器類型多，任務(wù)種類多，因此任務(wù)系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)量要遠(yuǎn)高于航電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，使得任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要保障處理平臺(tái)具有高速處理與存儲(chǔ)能力。因此，系統(tǒng)需要采用以云計(jì)算、分布式計(jì)算等高性能計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的計(jì)算能力，使得信息存儲(chǔ)無損性、處理無阻性、顯示實(shí)時(shí)性。

網(wǎng)絡(luò)選型不同：任務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是從交換式的以太網(wǎng)起始的，網(wǎng)絡(luò)性能要優(yōu)于早期低帶寬的航電總線網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要能夠支撐大數(shù)據(jù)量的高速信息傳輸。因此，在網(wǎng)絡(luò)選型的論證過程時(shí)，任務(wù)系統(tǒng)需要高帶寬、高處理能力、高容錯(cuò)能力和高擴(kuò)展能力的網(wǎng)絡(luò)，航電系統(tǒng)需要強(qiáng)實(shí)時(shí)和高可靠的網(wǎng)絡(luò)[11]。

2 新一代架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)及其未來發(fā)展

2.1 任務(wù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1.1 開放式系統(tǒng)架構(gòu)

M1L-STD-499B中定義：開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過對接口、服務(wù)和支持形式等采用充分定義的、廣泛使用的、公眾支持的非專利規(guī)范，以完成系統(tǒng)功能的物理和邏輯實(shí)現(xiàn)，這樣能以最小的更改就可以在很廣的系統(tǒng)范圍內(nèi)合理地使用工程組件。在軍用特種飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)中要使用采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最直接的理由是為了降低系統(tǒng)的開發(fā)成本并提高經(jīng)濟(jì)可承受性。開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)是以提高系統(tǒng)壽命期內(nèi)各個(gè)階段的經(jīng)濟(jì)可承受性為基礎(chǔ)的。開放式的機(jī)載電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)包括：軟件標(biāo)準(zhǔn)、公共功能模塊標(biāo)準(zhǔn)、通信與網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、封裝與接口標(biāo)準(zhǔn)、綜合傳感器標(biāo)準(zhǔn)以及系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]。實(shí)現(xiàn)開放式系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵是COTS技術(shù)的應(yīng)用，COTS實(shí)現(xiàn)是指COTS標(biāo)準(zhǔn)及其產(chǎn)品應(yīng)用于政府系統(tǒng)或軍用產(chǎn)品所需采取的技術(shù)措施和管理措施[9]。應(yīng)用COTS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品的維護(hù)和保障較為方便，并且能夠大幅的降低系統(tǒng)的成本。

2.1.2 綜合化與模塊化

隨著任務(wù)系統(tǒng)需求的演化發(fā)展，系統(tǒng)功能集成的能力也在不斷的提升。任務(wù)系統(tǒng)發(fā)展的初期，完成不同功能的子系統(tǒng)之間是離散的，盡管子系統(tǒng)之間有消息交互，但各個(gè)子系統(tǒng)相對獨(dú)立，每一個(gè)子系統(tǒng)的工作并不影響其他子系統(tǒng)的功能。隨著技術(shù)的進(jìn)步，子系統(tǒng)需要完成的功能不斷增加，使得組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)的邊界劃分沒有嚴(yán)格的界限。由于更多復(fù)雜的任務(wù)需求的出現(xiàn)，子系統(tǒng)的數(shù)量也在不斷增加。更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢是向綜合化方向演進(jìn)。任務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展是進(jìn)一步集成化，模糊傳感器功能邊界，能夠共享更多的數(shù)據(jù)資源。任務(wù)系統(tǒng)綜合化的概念體現(xiàn)在射頻綜合化、處理綜合化和顯示綜合化，而模塊化是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合化技術(shù)的基礎(chǔ)，模塊化的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)與研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)綜合化能力通過標(biāo)準(zhǔn)模塊之間的組件動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力實(shí)現(xiàn)。綜合化和模塊化技術(shù)能夠使得任務(wù)系統(tǒng)的資源進(jìn)一步優(yōu)化，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的重量、空間和功耗，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮綜合化與模塊化技術(shù)。

2.1.3 機(jī)載高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

考慮到組成特種飛機(jī)的各個(gè)功能子系統(tǒng)內(nèi)部和功能子系統(tǒng)之間都存在著各種類型信息的傳輸需求，系統(tǒng)信息傳輸不僅對網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸時(shí)延的要求不同，對網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和可靠性的要求也不盡相同，會(huì)造成系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的復(fù)雜性、開發(fā)周期和費(fèi)用的上升。

任務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目的是盡量減少機(jī)上網(wǎng)絡(luò)的布線數(shù)目以減輕系統(tǒng)重量，降低節(jié)點(diǎn)互連的復(fù)雜程度以便于系統(tǒng)的故障排查，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則是以盡量少的網(wǎng)絡(luò)類型完成任務(wù)系統(tǒng)所有信息的傳輸。由于任務(wù)系統(tǒng)前端傳感器采集的信號(hào)數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)量，所以任務(wù)系統(tǒng)采用兩種主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的互連，包括前端傳感網(wǎng)以及后端的數(shù)據(jù)核心網(wǎng)。傳感網(wǎng)用于傳感器內(nèi)部以及傳感器與信號(hào)處理器之間的網(wǎng)絡(luò)互連，可考慮InfiniBand，RapidIO網(wǎng)絡(luò)等。核心數(shù)據(jù)網(wǎng)用于數(shù)據(jù)處理器之間與數(shù)據(jù)處理器與顯控設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)互連，可考慮萬兆以太網(wǎng)，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)等。任務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)趨勢之一是傳感網(wǎng)與數(shù)據(jù)核心網(wǎng)的統(tǒng)一融合，實(shí)現(xiàn)高速的統(tǒng)一機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，以一種網(wǎng)絡(luò)滿足機(jī)上所有信息的互連需求[10]，具有可擴(kuò)展性以及高速、可靠的傳輸能力。

2.1.4 軟件可重用能力

為減少配置子系統(tǒng)個(gè)數(shù)，節(jié)省軍用特種飛機(jī)的重量、空間和功耗，提高系統(tǒng)的資源利用率，并為未來系統(tǒng)的升級(jí)預(yù)留資源，特種飛機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)越來越多地利用軟件取代硬件實(shí)現(xiàn)任務(wù)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)“軟件定義一切(Software Define Everything)”的發(fā)展趨勢。但實(shí)現(xiàn)特種飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件的工程量越來越大，對軟件的開發(fā)、測試、維護(hù)需要耗費(fèi)巨大的人力物力，因此，開展可重用軟件的研究非常有必要。硬件模塊化的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)硬件的標(biāo)準(zhǔn)化能力，為軟件的升級(jí)迭代提供更好的基礎(chǔ)平臺(tái)，不同的軟件設(shè)計(jì)開發(fā)者能夠通過標(biāo)準(zhǔn)化的底層驅(qū)動(dòng)接口和通信協(xié)議共享軟件代碼。不同的任務(wù)規(guī)劃程序、傳感器處理程序、情報(bào)融合程序、目標(biāo)識(shí)別程序，態(tài)勢生成程序等等能夠?qū)崿F(xiàn)成為成熟的產(chǎn)品化能力，同時(shí)減低功能開發(fā)的難度，開發(fā)成本集中在任務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)層。

2.2 任務(wù)系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢

新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)對軍用特種飛機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。當(dāng)前軍用特種飛機(jī)的架構(gòu)技術(shù)發(fā)展歷程是由定制化的專用技術(shù)向通用技術(shù)的演化。未來新技術(shù)的應(yīng)用，使得特種飛機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)會(huì)再向?qū)Ｓ眉夹g(shù)演進(jìn)。面向服務(wù)架構(gòu)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展方向，使得任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)向智能化與協(xié)同化演進(jìn)。

2.2.1 面向服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中所有的平臺(tái)資源是分布和異構(gòu)的軍事資源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中所有作戰(zhàn)單元和系統(tǒng)之間的高效通信和資源共享能力是未來系統(tǒng)的發(fā)展方向。要獲取戰(zhàn)爭的主動(dòng)權(quán)，要求所有平臺(tái)裝備的各功能系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)綜合集成能力，從而將多有作戰(zhàn)單元及系統(tǒng)連成一個(gè)統(tǒng)一有機(jī)的整體，從而提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，保證在作戰(zhàn)中獲取信息優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)信息戰(zhàn)的能力。為了解決作戰(zhàn)單元平臺(tái)之間的信息互連問題以及信息孤島問題，系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)(Service Oriented Architecture, SOA)完成作戰(zhàn)單元系統(tǒng)內(nèi)部、跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的任務(wù)功能的整合。SOA提供“以業(yè)務(wù)為中心”的服務(wù)，即將應(yīng)用程序不同的功能單元封裝為服務(wù)，通過對服務(wù)的接口定義實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能之間的松耦合，即服務(wù)可以獨(dú)立于硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)[17]。通過采用SOA技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⒏黝愖鲬?zhàn)單元的資源以服務(wù)的形式封裝，調(diào)整和調(diào)用服務(wù)間交互過程保證系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，快速靈活地適應(yīng)作戰(zhàn)過程和作戰(zhàn)環(huán)境的變化。

2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

由于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，M2M(Machine to Machine)技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的日漸成熟，特種飛機(jī)系統(tǒng)將會(huì)向智能模塊化的方向發(fā)展，為了滿足未來作戰(zhàn)的需要，特種飛機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)性能需求是大量采集飛機(jī)內(nèi)部和飛機(jī)外部的各種數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行融合處理，形成對戰(zhàn)場環(huán)境的正確評估，以及實(shí)現(xiàn)對其他特種飛機(jī)和武器系統(tǒng)的進(jìn)行智能化控制。

M2M技術(shù)中包括基于802.11b/g、UWB、Zigbee、RFID和Bluetooth的近距離連接技術(shù)；基于GSM/GPRS/UMTS的遠(yuǎn)距離連接技術(shù)；基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)技術(shù)[12,13]。

首先，功能模塊之間可以采用近程無線通信，完成信息傳輸與交換或模塊互連的備份，近程無線通信能夠減少設(shè)備間的連接鏈路，從而減輕特種飛機(jī)系統(tǒng)的重量，減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)的功耗。

其次，利用RFID技術(shù)，在軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)模塊制造、物流運(yùn)輸、設(shè)備管理過程中能夠得到應(yīng)用前景，實(shí)現(xiàn)特種飛機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)的智能化管理。

再次，遠(yuǎn)距離連接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)場的手段，通過遠(yuǎn)距離收集信息、設(shè)置參數(shù)和發(fā)送指令，充分實(shí)現(xiàn)軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)在戰(zhàn)爭網(wǎng)絡(luò)中的核心樞紐作用。

最后，基于GPS、ADS-B、衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)特種飛機(jī)系統(tǒng)的定位，地面指揮所能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測到軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)編隊(duì)的位置，提高飛機(jī)飛行的安全性。

2.2.3 戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

現(xiàn)代作戰(zhàn)模式在以平臺(tái)中心站向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變。平臺(tái)是指裝載武器、傳感器及其它電子設(shè)備的衛(wèi)星、特種飛機(jī)、艦船和戰(zhàn)車等平臺(tái)[14]。在傳統(tǒng)的平臺(tái)戰(zhàn)概念中各平臺(tái)主要依靠自身的傳感器和武器進(jìn)行作戰(zhàn)，平臺(tái)之間一直存在著有限的信息共享。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是美國海軍根據(jù)未來戰(zhàn)爭的特點(diǎn)，借用商業(yè)上成功的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)于1997提出的。美國海軍認(rèn)為在未來戰(zhàn)爭中海軍要遂行打擊從岸邊直至內(nèi)陸縱深數(shù)千千米范圍內(nèi)的目標(biāo)，為海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和陸軍提供火力支援，奪取制空權(quán)以及進(jìn)行對戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈的防御等多種作戰(zhàn)任務(wù)。傳統(tǒng)的以平臺(tái)為中心的作戰(zhàn)方式難以致勝，所有的單平臺(tái)裝備必須采用先進(jìn)的信息技術(shù)互連，實(shí)現(xiàn)所有平臺(tái)設(shè)備的信息共享，最大效能的共同作用，贏得戰(zhàn)場的先機(jī)。特種飛機(jī)平臺(tái)、在軌衛(wèi)星、地面作戰(zhàn)以及其他所有裝備協(xié)同作戰(zhàn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的所有參與者組成了一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)示意圖如圖3所示[15]。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)使得大系統(tǒng)的信息與資源高度共享，不同的平臺(tái)之間通信具有高速、大容量、實(shí)時(shí)并且可靠的傳輸能力。特種飛機(jī)系統(tǒng)能夠充分又全面的了解整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢，有助于先敵采取行動(dòng)，實(shí)施精確打擊和聯(lián)合作戰(zhàn)。

圖3 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)示意圖

3 結(jié) 語

為了滿足未來戰(zhàn)場環(huán)境的需要，軍用特種飛機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)需要采用更有效的設(shè)計(jì)方法開展工程研制。軍用特種飛機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是依據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)所完成的。論文總結(jié)了當(dāng)前軍用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)與任務(wù)電子系統(tǒng)體系架構(gòu)的發(fā)展歷程，提煉了系統(tǒng)體系架構(gòu)演進(jìn)過程的關(guān)鍵技術(shù)。其中，系統(tǒng)要遵循開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要，采用COTS產(chǎn)品與技術(shù)；系統(tǒng)要向綜合化的方向集成，子系統(tǒng)功能模塊化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用能力；系統(tǒng)功能模塊之間的互連盡量采用機(jī)載高速統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，降低系統(tǒng)互連的復(fù)雜性，減小系統(tǒng)的重量與空間；系統(tǒng)功能的完成主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，越來越龐大的代碼量需要可重用的軟件設(shè)計(jì)方法。依據(jù)當(dāng)前的戰(zhàn)略發(fā)展要求和信息技術(shù)的發(fā)展方向，論文研究了軍用特種飛機(jī)未來的三個(gè)發(fā)展趨勢。一是面向服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用，解決作戰(zhàn)單元之間的信息壁壘問題。二是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，使得軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)向智能化方向推進(jìn)。三是全球信息柵格項(xiàng)目的推動(dòng)，使得軍用特種飛機(jī)系統(tǒng)成為空天一體化體系架構(gòu)的支撐，因此，建立軍用特種飛機(jī)戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)也是其發(fā)展趨勢之一。預(yù)測未來軍用特種飛機(jī)電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢能夠?yàn)楫?dāng)前特種飛機(jī)裝備的發(fā)展方向提供指導(dǎo)依據(jù)。

[1] Moir, I., Seabridge, A.G. and Jukes, M., 2006, Military Avionics Systems. Wiley Online Library, pp. 1-50.

[2] 熊華鋼, 王中華. 先進(jìn)航空電子綜合技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2009: 1-7.

[3] 霍曼. 飛速發(fā)展的航空電子[M]. 北京:航空工業(yè)出版社， 2007.

[4] 吳志軍, 楊勝學(xué). 航空電子系統(tǒng)發(fā)展及展望[J].科技資訊，2014,3:33-34.

[5] 陸軍, 酈能敬, 曹晨,等. 預(yù)警機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論(第二版)[M].北京.國防工業(yè)出版社,2011.

[6] 曹晨. 預(yù)警機(jī)發(fā)展七十年[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2015,2(10).

[7] 甄軍義. 第三代預(yù)警機(jī)及其電子偵察系統(tǒng)的技術(shù)特征[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013,15(36)：20-26.

[8] 黃永葵，薛秋暉，李衛(wèi)民. 開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)研究[J].航空計(jì)算技術(shù)，2005，1(36)：72-76.

[9] 趙杰，熊華鋼，朱曉飛. 國外通用開放式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用情況[J].航空計(jì)算技術(shù)，2011，2(41)：34-41.

[10] Liu Xiaomin, Xiong Huagang, Wu Qing．Optical network for integrated modular avionics [C]. IEEE 31st Digital Avionics Systems Conference: Projecting 100 Years of Aerospace History into the Future of Avionics, DASC 2012, Williamsburg, VA, United states, 2012: 10B41-10B48.

[11] 葉海軍,劉曉敏.預(yù)警機(jī)載機(jī)航電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與任務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)差異性分析研究.中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2016,11(4)：437-443.

[12] 彭力.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論[M].北京航空航天大學(xué)出版社，北京，2011.

[13] 何明，陳國華，梁文軍,等.軍用物聯(lián)網(wǎng)研究綜述[J].指揮控制與仿真，2012,34(1)：6-10.

[14] 鄭瀾.基于分布式機(jī)載通信系統(tǒng)軟件架構(gòu)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué)，2007.

[15] 聶菊根,李德識(shí),韓彥琰.基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)實(shí)施環(huán)境[J].火力與指揮控制，2012,37(8)：14-17.

[16] 張鵬. E-2D預(yù)警機(jī)航空電子系統(tǒng)及其在未來網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，2014,5(54)：689-694.

[17] 陳強(qiáng)，孫超山. 基于SOA技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)通信服務(wù)控制技術(shù)研究[J].通信技術(shù)，2014,6(47)：642-646.