海上編隊(duì)協(xié)同偵察與信息融合技術(shù)

王首斌，徐 超，范 楷，何躍宏

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所，浙江嘉興314033)

0 引 言

能協(xié)同與信息融合是提升效能的有效技術(shù)途徑[7–9]。

海上編隊(duì)是世界各國海軍重要力量，圍繞海上編隊(duì)開展的電子偵察信息獲取、態(tài)勢感知與信息融合技術(shù)及其應(yīng)用逐漸成為研究熱點(diǎn)[1–3]。目前，國外海上編隊(duì)內(nèi)的母艦、驅(qū)護(hù)艦、預(yù)警機(jī)、電子戰(zhàn)飛機(jī)、無人機(jī)、潛艇等多類平臺上均配備了各類電子偵察設(shè)備[4–5]。在海戰(zhàn)場條件下，艦艇編隊(duì)在整個航渡過程中或?qū)嵤﹃懝?、防空反?dǎo)作戰(zhàn)的先期，需要盡可能保持編隊(duì)的隱蔽。在這個電磁靜默階段，無源偵察預(yù)警能力需求十分突出。此外，在正式與敵開戰(zhàn)期間，無源偵察作為有源探測識別的有效輔助手段，具有偵察距離遠(yuǎn)、時(shí)空頻多維感知等特點(diǎn)[6]。在編隊(duì)條件下，僅依靠單艦發(fā)展能力已經(jīng)遇到瓶頸，海上編隊(duì)的跨平臺功

1 技術(shù)途徑

編隊(duì)電子偵察功能需求主要為海上方向的重點(diǎn)區(qū)域偵察監(jiān)視、電子支援和遠(yuǎn)程輔助預(yù)警。編隊(duì)協(xié)同偵察與信息融合需創(chuàng)建扁平化的多平臺協(xié)同機(jī)制和編隊(duì)信息融合處理中心，統(tǒng)一傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范，發(fā)展編隊(duì)內(nèi)各偵察傳感器同層數(shù)據(jù)交互的時(shí)空基準(zhǔn)和通信鏈路，實(shí)現(xiàn)傳感器的組網(wǎng)工作和聯(lián)合協(xié)同。通過編隊(duì)內(nèi)不同傳感器對電磁輻射源信號進(jìn)行協(xié)同偵察，并融合天基、岸基等平臺偵察信息，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋熱點(diǎn)區(qū)域的常態(tài)化偵察監(jiān)視，以及偵察預(yù)警、態(tài)勢獲取、威脅告警和電子支援。

1.1 總體架構(gòu)

典型海上編隊(duì)有：航母編隊(duì)、兩棲編隊(duì)和驅(qū)護(hù)編隊(duì)。編隊(duì)協(xié)同電子偵察與信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可分為4個層次功能域：編隊(duì)級、平臺級、系統(tǒng)級和設(shè)備級，其層次架構(gòu)如圖1所示，每個功能域劃分如圖2所示。

圖1 編隊(duì)協(xié)同偵察與信息融合架構(gòu)Fig.1 The architectureof information perception and fusion

圖2 四個層次功能域Fig.2 Four level function domains

設(shè)備級功能域?yàn)楦鱾€平臺的電子偵察設(shè)備，其具備海上電磁信號的無源感知能力，承擔(dān)了對于電磁信號的搜索截獲、參數(shù)提取和分析、測向定位、目標(biāo)屬性識別（如輻射源類型、平臺類型、性能、配屬部隊(duì)、網(wǎng)臺屬性等）等任務(wù)。設(shè)備級功能域需重點(diǎn)建設(shè)其組網(wǎng)協(xié)同功能，使編隊(duì)內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)間可以靈活組網(wǎng)，彼此分工合作，體現(xiàn)編隊(duì)體系化偵察的優(yōu)勢。

系統(tǒng)級功能域?yàn)楦髌脚_的電子偵察系統(tǒng)，其在原先單一偵察設(shè)備的基礎(chǔ)上，聯(lián)合了系統(tǒng)內(nèi)的多種偵察手段，還包括岸基和天基傳感器的信息應(yīng)用接入，通過多源信息的綜合、相關(guān)、分析、判斷、統(tǒng)計(jì)及融合等處理，生成更為精準(zhǔn)、更為豐富的電子目標(biāo)情報(bào)。同時(shí)將這類情報(bào)信息反饋給系統(tǒng)內(nèi)的偵察設(shè)備，使其可以通過一定的學(xué)習(xí)修正，改善出情的質(zhì)量。

平臺級功能域主要依托本平臺的指控系統(tǒng)，完成平臺內(nèi)電子偵察信息融合，并且結(jié)合警戒雷達(dá)、敵我識別等有源設(shè)備獲取的探測識別信息，融合生成更為準(zhǔn)確的電子目標(biāo)情報(bào)，包括目標(biāo)的數(shù)量、航跡、平臺屬性、網(wǎng)臺屬性、威脅等級、對抗優(yōu)先級等。同樣，這類情報(bào)也將反饋給系統(tǒng)級功能域，幫助其修正改進(jìn)出情過程。

編隊(duì)級功能域則依托編隊(duì)作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)，完成各平臺偵察資源的調(diào)度、偵察數(shù)據(jù)的綜合處理和情報(bào)分發(fā)。在大型水面指揮艦編隊(duì)指揮系統(tǒng)中，研究部署編隊(duì)電子偵察的綜合調(diào)度、數(shù)據(jù)處理和情報(bào)分發(fā)中心，用于集中統(tǒng)籌協(xié)調(diào)編隊(duì)內(nèi)電子偵察資源和處理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的數(shù)據(jù)和信息。通過信號時(shí)空匹配、信息融合、情報(bào)整編等手段，集中式完成整個編隊(duì)的中心處理工作，并將網(wǎng)絡(luò)化的電子偵察情報(bào)產(chǎn)品、目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫更新等推送共享至各個節(jié)點(diǎn)，及時(shí)有效地為編隊(duì)作戰(zhàn)提供電子情報(bào)和電子支援服務(wù)保障。

1.2 協(xié)同機(jī)制

在編隊(duì)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)傳感器層面，在滿足單平臺任務(wù)需求的同時(shí)，建立電子偵察網(wǎng)絡(luò)扁平化的協(xié)同工作機(jī)制。這個工作機(jī)制有時(shí)候會存在設(shè)備使用上的沖突，需要從作戰(zhàn)任務(wù)需求和資源管理上加以合理的統(tǒng)籌和兼顧。比如某艦在對空中目標(biāo)某頻點(diǎn)進(jìn)行話音偵聽，而另一艘艦準(zhǔn)備對該空中目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合定位。另外，信息層面也需要進(jìn)行扁平化協(xié)同，如編隊(duì)內(nèi)的情報(bào)共享推送和數(shù)據(jù)庫的同步更新。

編隊(duì)協(xié)同電子偵察主要包括4方面的內(nèi)容：

1）傳感器工作任務(wù)上的分工協(xié)同，比如多艦協(xié)同按不同方向或者頻段進(jìn)行偵察監(jiān)視，以提高偵察效率，彌補(bǔ)偵察盲區(qū)。這類協(xié)同由編隊(duì)中心節(jié)點(diǎn)發(fā)起，多為執(zhí)行編隊(duì)對空防御、常態(tài)化偵察任務(wù)。

2）偵察數(shù)據(jù)信號層的融合處理，典型如對于輻射源的多艦時(shí)差定位，以及對于重點(diǎn)目標(biāo)的多站信號匹配融合。這類協(xié)同適合由某節(jié)點(diǎn)單獨(dú)發(fā)起，得到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)相關(guān)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)后執(zhí)行。

3）偵察結(jié)果信息層的協(xié)同融合，比如多艦測向交叉定位、點(diǎn)跡/航跡融合等。這類協(xié)同也允許網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)單獨(dú)發(fā)起。

4）情報(bào)推送和數(shù)據(jù)庫同步更新，在多節(jié)點(diǎn)偵察信息融合后獲得有價(jià)值情報(bào)，需要對編隊(duì)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)推送，并對可以驗(yàn)證輻射源特征等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步更新。這類信息推送適合由網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)發(fā)起。

1.3 信息融合

在航母、兩棲攻擊艦等指揮艦的編指系統(tǒng)中，部署編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)化電子偵察體系中集調(diào)度、計(jì)算、存儲和應(yīng)用服務(wù)于一體的信息融合處理中心。通過信號時(shí)空匹配、信息融合、情報(bào)整編等手段，集中完成整個編隊(duì)電子偵察的綜合處理工作，并將網(wǎng)絡(luò)化的電子偵察情報(bào)產(chǎn)品、目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫更新等推送共享至各個節(jié)點(diǎn)，及時(shí)有效為編隊(duì)作戰(zhàn)提供電子情報(bào)和電子支援的服務(wù)保障。

該信息融合處理中心匯集了編隊(duì)及天基、岸基的偵察信息，可利用多源偵察信號實(shí)現(xiàn)基于電子偵察大數(shù)據(jù)的目標(biāo)聯(lián)合定位、屬性綜合識別和威脅評估。通過對已知、未知多源信號的分析、處理或深度學(xué)習(xí)，形成輻射源特征知識庫，在特征知識庫基礎(chǔ)上，進(jìn)行多源信息的融合關(guān)聯(lián)、聚類、分類等智能挖掘處理手段，得到輻射源活動規(guī)律、通聯(lián)關(guān)系、重要程度等深層次信息，再迭代修改和完善信號知識庫。將獲取的實(shí)時(shí)信號與已有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配和關(guān)聯(lián)，從而降低輻射源識別的模糊度，提升復(fù)雜環(huán)境下目標(biāo)的綜合識別及聯(lián)合定位能力。

信息融合在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上宜采用“公共計(jì)算環(huán)境”開放式體系架構(gòu)，公用加固計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、標(biāo)準(zhǔn)顯控臺、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、共性軟件等基礎(chǔ)軟硬件，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，核心算法、應(yīng)用層軟件與基礎(chǔ)層軟件相分離，方便后續(xù)應(yīng)用軟件、核心算法等的升級改進(jìn)。

1.4 時(shí)空基準(zhǔn)

編隊(duì)內(nèi)多節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作必須要統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)，才能在同樣的坐標(biāo)尺度下進(jìn)行精確數(shù)據(jù)匹配和信息融合。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，時(shí)統(tǒng)自定位精度將可達(dá)1 m量級，對于高速運(yùn)動平臺位置更新率要到達(dá)10 Hz以上；秒脈沖到達(dá)設(shè)備使用端精度達(dá)到10 ns量級。在高精度的時(shí)統(tǒng)接入下，傳感器在信號數(shù)模采集時(shí)便可標(biāo)注精確的時(shí)間和空間信息，這是進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，尤其是信號層的協(xié)同的必要前提。

1.5 通信網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建可面向編隊(duì)多平臺傳感器協(xié)同服務(wù)的海上柵格網(wǎng)，支持平臺隨遇接入、信息自動路由、業(yè)務(wù)綜合承載、傳輸安全保密和資源綜合管控，提升海上編隊(duì)通信傳輸能力及信息保障水平。在編隊(duì)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)視距內(nèi)高速寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈，支持艦艦、艦機(jī)各節(jié)點(diǎn)偵察數(shù)據(jù)或信息的傳輸共享。該數(shù)據(jù)鏈需支持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)中繼功能，以利于編隊(duì)內(nèi)的超視距數(shù)據(jù)傳輸；另外，寬帶衛(wèi)通鏈路是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)與岸基、天基協(xié)同的有效手段，從而保證編隊(duì)內(nèi)進(jìn)行偵察協(xié)同和數(shù)據(jù)/信息融合。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 協(xié)同定位技術(shù)

目前世界各國對無源精確定位與瞄準(zhǔn)能力的重視程度不斷提升，因?yàn)闊o源精確定位與瞄準(zhǔn)可確保己方偵察平臺的安全，避免因輻射電磁信號而遭受反輻射打擊；無源精確定位與瞄準(zhǔn)可引導(dǎo)精確電子攻擊、網(wǎng)絡(luò)攻擊等軟殺傷手段，更精確地對作戰(zhàn)對象實(shí)施軟殺傷攻擊；無源精確定位與瞄準(zhǔn)可引導(dǎo)精確火力打擊，以對敵方形成“電磁威懾”，使敵方不敢隨意使用有源設(shè)備，進(jìn)而降低其效能。分布式、網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)精確無源定位與瞄準(zhǔn)的主要方式。

在利用編隊(duì)偵察數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互鏈路的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究改造各平臺上的通信偵察設(shè)備，使其能夠發(fā)揮體系化的偵察效能：多平臺偵察可實(shí)現(xiàn)通信目標(biāo)的無源聯(lián)合定位；通過目標(biāo)軌跡可以計(jì)算目標(biāo)運(yùn)行速度，并關(guān)聯(lián)偵察距離信息，可快速的輔助判別目標(biāo)平臺屬性，即甄別空中/海面目標(biāo)；編隊(duì)中各平臺均能共享同一幅無源偵察態(tài)勢圖，實(shí)現(xiàn)偵察信息優(yōu)化和分發(fā)。

2.2 屬性識別技術(shù)

編隊(duì)協(xié)同電子偵察與信息融合系統(tǒng)通過對各平臺的信息資源進(jìn)行優(yōu)化整合，深度挖掘信息情報(bào)價(jià)值，對輻射源信號參數(shù)和特征進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)輻射源目標(biāo)識別。

輻射源目標(biāo)識別主要包括軍民屬性、敵我屬性、平臺屬性和國別屬性4個方面的內(nèi)容。AIS，ACARS，ADS-B一般為民用信號，跳頻信號、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈、敵我識別等一般為軍用信號，通過對信號體制和類型分析，可以有效區(qū)分目標(biāo)的軍民屬性。通過對海戰(zhàn)場有效的頻譜監(jiān)視和管控，結(jié)合對敵用頻規(guī)律和體制的歷史積累數(shù)據(jù)，可以有效區(qū)分?jǐn)澄覍傩?。通過對數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)流量、時(shí)隙分配規(guī)律等分析，結(jié)合目標(biāo)協(xié)同定位和航跡融合結(jié)果，可以對平臺屬性進(jìn)行判別，甄選出威脅等級高的目標(biāo)。通過對報(bào)文類型、話音語種等的監(jiān)聽分析，結(jié)合目標(biāo)的區(qū)域特征和活動規(guī)律信息，可以有效區(qū)分國別屬性。研究和建立電子目標(biāo)輻射源數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)和體系，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，統(tǒng)計(jì)和挖掘目標(biāo)歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的屬性識別和未來活動預(yù)測。

2.3 信息融合技術(shù)

根據(jù)信息融合通用模型[10]（見圖4）對來自多源的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、關(guān)聯(lián)、估計(jì)和綜合等多級多方面處理，以獲得準(zhǔn)確的目標(biāo)狀態(tài)和屬性估計(jì)以及完整、及時(shí)的態(tài)勢和威脅估計(jì)。

基于大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的電子偵察信息融合技術(shù)，重點(diǎn)研究基于信號級融合、作戰(zhàn)目標(biāo)識別技術(shù)、分布式信息融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)融合問題和方法以及信息融合的評估方法等。以期將原分散的單獨(dú)平臺設(shè)備凝聚成體系化、網(wǎng)絡(luò)化的綜合作戰(zhàn)能力，有效提升海上編隊(duì)?wèi)B(tài)勢感知能力，提高目標(biāo)識別準(zhǔn)確率及其整體作戰(zhàn)響應(yīng)。

3 效能評估

編隊(duì)協(xié)同電子偵察效能主要體現(xiàn)在可以提高偵察時(shí)空頻覆蓋，獲得更為全面精準(zhǔn)實(shí)時(shí)的態(tài)勢情報(bào)，保證快速有效更新的電子支援措施，具體有以下方面：

1）有效組織和利用編隊(duì)內(nèi)各個傳感器節(jié)點(diǎn)，包括水面艦船、艦載飛機(jī)，以及應(yīng)用接入的岸基、天基偵察平臺，實(shí)現(xiàn)電子偵察任務(wù)的分工和協(xié)作，可以滿足不同作戰(zhàn)任務(wù)對于偵察區(qū)域、偵察時(shí)段和偵察頻段的多維度覆蓋，發(fā)現(xiàn)威脅目標(biāo)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)相互捕捉提示，以及偵察陣型的靈活構(gòu)建，形成編隊(duì)多平臺網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的電子偵察體系；

2）實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)多節(jié)點(diǎn)跟蹤重點(diǎn)目標(biāo)的多源信號匹配和融合處理，包括基于信號到達(dá)時(shí)差估計(jì)的艦機(jī)或艦艦高精度協(xié)同定位，以及基于信號精確時(shí)空頻匹配的高質(zhì)量信號分析處理、細(xì)微特征識別等；

3）實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)信息匯集和融合處理，包括對于輻射源目標(biāo)點(diǎn)跡、航跡的多節(jié)點(diǎn)融合，輻射源目標(biāo)屬性聯(lián)合識別、相互印證，目標(biāo)網(wǎng)臺屬性、通聯(lián)關(guān)系分析，從而獲得準(zhǔn)確實(shí)時(shí)全面的電子目標(biāo)態(tài)勢和活動規(guī)律；

4）實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)電子偵察情報(bào)的綜合處理、整編和實(shí)時(shí)分發(fā)共享，使每個節(jié)點(diǎn)均能獲得海戰(zhàn)場統(tǒng)一而完整的電子目標(biāo)態(tài)勢，及時(shí)有效的服務(wù)于作戰(zhàn)指揮應(yīng)用；

5）在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)生成的電子偵察情報(bào)獲得印證確認(rèn)后，將推送至網(wǎng)絡(luò)中心處理節(jié)點(diǎn)，并及時(shí)迭代更新目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫和目標(biāo)電子參數(shù)特征庫，并實(shí)時(shí)推送至編隊(duì)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)，從而保證電子偵察和電子支援?dāng)?shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)性和有效性。

圖5 編隊(duì)協(xié)同偵察效能示意圖Fig.5 The sketch map formation cooperative detection efficiency

4 結(jié)語

為了適應(yīng)未來海上編隊(duì)電子偵察的功能需求，本文開展編隊(duì)協(xié)同電子偵察與信息融合技術(shù)研究，詳細(xì)論述了該技術(shù)實(shí)現(xiàn)總體架構(gòu)、協(xié)同機(jī)制、時(shí)空基準(zhǔn)、信息融合等實(shí)現(xiàn)途徑及關(guān)鍵技術(shù)，以及編隊(duì)協(xié)同偵察所帶來的效能提升，可為海上編隊(duì)電子偵察技術(shù)發(fā)展提供參考。