从侦干探通一体化角度初探飞行平台的射频资源管控

王向晖，李忠亮，张华栋

(北京机电工程研究所，北京 100074)

·工程应用·

从侦干探通一体化角度初探飞行平台的射频资源管控

王向晖，李忠亮，张华栋

(北京机电工程研究所，北京 100074)

射频资源优化管理与实时控制是飞行器平台遂行侦/干/探/通一体化的关键技术之一。分析了飞行平台射频资源管控的设计原则，提出了一种基于模块化飞行平台射频资源闭环管控模型，并分析了实施控制流程，为飞行平台更好地遂行侦/干/探/通提供技术支撑。

侦/干/探/通一体化；资源管控；功能模型；管控流程

0 引言

在信息技术飞快发展的当代，武器装备的信息化是现代军事变革的实质和核心，适应复杂战场电磁环境的需求已成为武器装备信息化发展的原则。战场环境“复杂性”的根源在于战场环境的“全域性”或“多域性”，各种战争要素在空间域、能量域、时间域、频谱域、极化域、速度域、天气域等各种子域的随机组合是战争不确定性的根本原因。具有侦/干/探/通的全部特征的飞行平台已成为应对战场环境“全域性”的根本要求，这带来了飞行器射频资源需求的暴增与飞行器可供射频系统安装空间有限之间的尖锐冲突。如何从飞行器平台射频系统的体系角度出发，针对复杂战场环境和任务使命等变化适时快速优化管控有限的飞行器平台的射频资源，充分发挥与挖掘飞行器平台射频系统的潜能，已成为当前飞行器平台的综合射频系统迫切需要解决的一个关键问题。

本文分析了复杂战场环境中武器装备面临的挑战，给出了国外信息化装备的发展趋势以及信息化装备柔性构造的可行性，建立了复杂电磁信号威胁等级评估模型，在此基础上建立了平台资源分配模型，并对平台资源管控策略进行了研究。[1-5]

1 信息化装备面临的挑战和发展趋势

1.1 复杂战场环境的挑战

随着电子技术和信息技术的飞速发展，战争模式已由陆/海/空的单独作战向陆、海、空、天、电的联合体系作战转变，战场环境向全空间、全过程、全频段、全天候等为主要特征的复杂战场环境转变，如何正确解读战场环境的“复杂性”是武器装备应对复杂战场环境威胁的前提。

全域的复杂战场环境可分解为空间域、能量域、时间域、频率域、极化域、速度域、天气域等，相应地可由空间函数、能量函数、时间函数、频率函数、极化函数、速度函数以及天气候函数等分别表征。

在复杂战场环境中，“全域”战场环境的复杂性并不等价于战场环境在“空间、能量、时间、频谱、极化、速度、天气”等“单域”的投影亦是复杂的，这是“降维/域”解决战场环境“复杂性”的理论基础，也是武器装备的技战术指标须随机而变的理论依据。

1.2 柔性构造的趋势

DARPA于2014年4月的SOSITE(体系综合技术和试验)项目通过体系方法(System-of-System)发展新的、开放式体系架构，根据战场态势，实时对各种武器进行“动态”任务分配，将精确打击链的各环节功能“分布”到多个平台上，可使得作战资源的配置更加优化，提升交战的有效性，提升战术应用的灵活性、提升系统整体性能的鲁棒性。

MBDA公司推出的FLEXIS模块化导弹系统具有可调配、可控制、可复制的特点，包含180mm、350mm和450mm三种弹径，其中180mm弹径的导弹涉及中程打击、反装甲、超近程空空、近程空空和远程空空等五种类型空射导弹。所有子系统的通用无接触接口实现共用导弹电源和通信总线，简化系统架构并实现构型灵活配置。以提供最大的作战灵活性和最低的后勤保障需求。

1.3 柔性构造的准则

信息化装备的柔性构造应至少满足所有射频组件的可任意调配；射频功能、射频性能参数可被编程体现；信息化装备的模块组件的组分结构为柔性化等三个条件中的两个条件。

1)射频组件的可调配准则：可实时动态调配平台装备上的天线、功放、低噪放、变频等各种射频资源，改变射频系统的构成，实现在时间域、空间域、极化域、频谱域、能量域等多维最优复用；

2)射频功能的可编程准则：可对雷达、通信、电子对抗等射频功能实现在线可编程，并可对射频系统的特征(极化、频率、功率等)实现可编程；

3)射频结构的柔性化准则：可实现天线等射频模块组件的柔性化并可与载体实现共形。美国国防部2015年成立柔性混合电子学制造创新机构，以通过集成超薄硅组件的柔性混合技术，创造出更轻、或延展至物体或结构表面的新型传感器。

1.4 柔性构造的系统

传统的信息化装备中的雷达、通信、电子对抗等射频系统与射频功能是一一对应的，射频资源利用率较低，难以适应复杂战场环境的需求。侦/干/探/通一体化已成为信息化装备提升对复杂战场环境适应能力的主要方法，信息化装备的柔性构建是实现侦/干/探/通一体化的最优途径。

射频系统柔性构造研究的基础在于电子侦察、电子干扰、探测、通信等射频系统在信号体制、基础信道与处理模型基本上是具有同构化特性，如图2所示，这一同构化特性决定了组成雷达、通信、电子对抗等不同射频系统的天线、功放、低噪放、变频等各种射频模块组件具有一定的相似性，这是射频模块组件可被动态调配的基础；同构化特性更是基于一套射频系统，通过软件加载，实现雷达、通信、电子对抗等不同的射频功能的基础。

2 柔性射频系统的资源管控模型及算法

2.1 资源管控设计原则

飞行器平台柔性射频系统的射频资源管控应遵循的原则是：

1)管控结构分级化。资源管控涉及到的内容主要包括：射频功能的确定、射频硬件和软件资源的选择、射频硬件和软件资源的分类、威胁等级的评估、射频任务优先级的排序、射频硬件和软件资源的调配、射频功能模式与参数设置、射频任务执行等。可按管控射频功能层次来进行分级管控。

2)任务管理预案化。飞行器面临的战场环境瞬息万变，进行态势分析与飞行器平台射频资源管控调整的时间及其有限，因此应该根据不同射频任务的应用场景，设置进行飞行器平台射频资源管控的多种应用预案。

3)具体实施动态化。飞行器对射频资源进行实时控制与调整主要针对的是射频资源管控预案的应用与调整，即根据任务使命，选择射频任务管控预案，并根据突发情况对射频资源管控预案进行实时性调整。在对射频资源管控预案进行调整的策略中，应优先考虑射频资源管控微调方案，如确有必要才谨慎采用大幅度调整方案。

4)事后完善闭环化。飞行器在遂行完侦/干/探/通的任务使命后，修改完善飞行器射频资源的管理预案，主要是对实际应用经验进行总结分析，分析各类情况下飞行器射频资源管控效能较好的方案，从而不断修改完善飞行器射频资源管控预案库与应用指导方针，提升应对复杂战场环境的鲁棒性。

图3概括了飞行器平台射频资源管控在预案编制、预案实际应用和应用后阶段的分析工作。预案编制分析工作主要是进行计划，预案实际应用分析工作面向数据质量保证，应用后工作是从数据中提取信息。数据分析产品的目的是从试验数据中提取信息，以对这些信息进行评估和理解，最终充实和完善飞行器平台资源管控数据库。

2.2 威胁等级评估模型

威胁等级评估主要针对的是与预设吻合的外部威胁信号和超出预设的外部突发信号，是飞行器进行射频资源分配以遂行雷达、通信、对抗等某一种或几种射频功能的依据之一。威胁等级主要考虑针对飞行器的威胁目标信号类型、威胁目标工作状态、威胁目标与飞行平台的距离这几个因素。如飞行平台面临的复杂环境中的雷达信号数目为N，N个雷达信号的威胁等级为W=[w1,w2,…,wN]，则第i个雷达信号的威胁等级表达式为：

wi=μ1Ri+μ2Pi+μ3Qi

式中，Ri为第i部雷达距离威胁因子，Pi为第i部雷达信号类型威胁因子，Qi为第i部雷达工作状态威胁因子，μi(i=1,2,3)为各因子所占威胁权重值。

在威胁等级表达式中无论是雷达信号类型威胁因子P的确定还是雷达工作状态威胁因子Q的确定，都与雷达距离威胁因子R紧密耦合，具体来讲，飞行平台在进行威胁等级因子确定时，当飞行平台与威胁目标的距离远大于火控雷达的作用距离时，应以预警和目指雷达为主要威胁对象；一旦飞行平台与威胁目标的距离与火控雷达的作用距离相当或小于火控雷达的作用距离时，应以制导雷达和火控雷达为主要威胁对象。

飞行器的威胁对象包括弹载末制导雷达、机载火控雷达、地面制导雷达、炮瞄雷达、机载预警雷达、地面目标指示雷达和远程预警雷达，威胁目标信号类型及用途可以根据外部威胁信号载频、重频、脉宽和方位等参数与威胁源数据库比较得出：

威胁目标的工作状态可以划分为搜索、跟踪和制导等工作状态。通常根据雷达的用途、波束扫描的时空特性、信号形式及其变化特性等进行工作状态的确定，一般跟踪数据率(脉冲数/秒)大于搜索数据率，用于目标搜索和跟踪的雷达波形设计亦有差异。如雷达进入制导状态，其跟踪数据率会明显增大，信号多采用准连续波的形式。

2.3 任务优先级评估模型

飞行器平台要执行的雷达、通信、电子对抗等射频任务可以用以下数学模型表示：

Mi={pi，tai，Li，(αi，βi，γi，ηi)}，i=1,2,3，…，N

式中，pi表示每项任务的优先级，tai表示每个任务请求事件的到达时刻；Li表示每个任务请求事件需要的执行时间长度；(αi，βi，γi，ηi)表示每项具体任务需要占用的射频资源百分比，其中αi、βi、γi、ηi分别表示每项任务占用的孔径、信道、基带硬件资源以及算法资源的百分比。

任务优先级应是在射频任务能力范围内的射频任务优先级的排序，射频任务能力范围表达为：

Ω=[Rmin,Rmax]⊗[fmin,fmax]⊗[θmin,θmax]⊗[tmin,tmax]⊗[Pmin,Pmax]⊗[Emin,Emax]

式中，Ω为射频任务的能力范围，R，f，θ，t，P，E分别表示射频任务的距离维、频率维、角度维、时间维、极化维、能量维条件；⊗表示直积运算。射频任务需求队列M中，如果Mi∈Ω(i=1,2,…,N)，则保留Mi，否则将Mi从M从剔除。

射频任务队列M=[M1,M2,…,MN]，其中：

飞行平台的任务可粗分为预案任务、外界突发任务和内部突发任务。飞行器平台包含天线、功放、低噪放、FPGA、DSP等多种射频硬件资源和雷达、通信、干扰等多种软件资源，由于飞行器平台在任务剖面中遂行的雷达、通信、电子对抗等射频任务属性多样，在不同时刻遂行各种射频任务的射频硬件资源和软件资源的数量、配置、作用范围也不同，决定了射频任务与射频资源不一定是一对一的关系。因为飞行平台射频资源有限，所以在飞行器射频资源不满足所有任务请求的前提下，只能根据任务优先级和时间紧迫级顺序响应相应的任务请求，未被执行的任务等待有剩余资源时再被调度执行。威胁等级评估是进行任务优先级评估的依据之一，在无内部突发任务和内部预设任务前提下，则威胁等级高的应当先占用射频资源，威胁等级低的则放在后面处理。

依据飞行器平台在任务剖面的作战特点，确立飞行器平台硬件和软件资源的分配原则如下：

1) 内部临时紧急任务，最先响应原则。对于内部临时紧急任务，其任务优先级应高于预案任务和外部突发任务。应最先对其任务要求进行响应。

2) 重点任务，优先响应原则。对于预案内的重要任务或者外界突发且威胁程度大的任务要优先进行响应。

3) 资源锁定动态解锁原则。飞行器平台资源的利用是依据任务而来的，而任务的优先级在飞行器平台的飞行剖面中是动态可变的，飞行器平台资源的配置因任务兴而锁定，因任务衰而解锁。

具体的调度算法如下：

假设某时刻t有N个任务请求M=[M1,M2,…,MN]，根据每个任务的优先级和任务到达时间(同等优先级，先到则排前)生成一个任务请求链表，同时初始化任务执行链表和任务删除链表。起始条件下时间指针tp=t，该时刻飞行器平台射频资源ηcur=1-ηo，其中ηo表示系统当前占用的飞行器平台资源。

Step1：针对当前时刻tp，找出任务请求链表中满足tai≤tp且tai+Li≥tp的任务，并将其收入待执行任务集合{Mk}，k=1,2,3，…，K；不满足条件的任务由于超出截至期而被删除送入任务删除列表中。

Step2：将送入待执行列表的K个任务进行任务优先级排序，令k=1。

Step3：如果(αk，βk，γk，ηk)≤(αcur，βcur，γcur，ηcur)，则将此待执行任务转移到任务执行列表中，同时(αcur，βcur，γcur，ηcur)=(αcur，βcur，γcur，ηcur)-(αk，βk，γk，ηk)，否则不作任何处理。

Step4：k=k+1，如果k≤K且(αcur，βcur，γcur，ηcur)>0，则返回Step3，否则进入Step5。

Step6：如果上述K个待处理的射频任务都已调度处理完成，此时从未被安排的任务中找出仍待执行的任务，如果(αcur，βcur，γcur，ηcur)>0，则执行相应任务，否则不作任何处理，算法结束。输出结果为任务执行链表和任务删除链表。

3 结束语

模块化、开放式体系架构是多功能一体化发展的技术基础，而如何提高武器射频系统的应变能力和灵活性、发展动态重构能力、提高系统生存能力和整体效能等是侦/干/探/通一体化技术取得突破的关键。■

[1] 王向晖，袁健全，路军杰. 侦察对抗打击一体化系统研究[J]. 航天电子对抗，2009，25(1):37-39.

[2] 王向晖,李忠亮. 下一代侦察对抗打击一体化系统对对抗技术的需求初探[C]∥航天电子对抗会议文集，2015.

[3] 赵玉，吴华，程嗣怡，宋海方.先进战机射频集成系统干扰资源管控[J]. 电光与控制，2013(6):7-10.

[4] 綦文超，杨瑞娟，李晓柏，等. 多功能一体化雷达任务调度算法研究[J]. 雷达科学与技术，2012(2):150-155.

[5] 叶朝谋，丁建江，金江，等. 雷达组网资源管控模型与流程研究[J]. 军事运筹与系统工程，2012(2):36-44.

TheRFresourcemanagementoftheaviationplatformfromtheperspectiveofintegratedreconnaissance，interference，detectionandcommunications

Wang Xianghui, Li Zhongliang, Zhang Huadong

(Beijing Research Institute of Machanicaland Electrical Engineering, Beijing 100074, China)

The optimization management and real-time control of RF resources are one of the key technologies in the integrated reconnaissance, interference, detection and communications of the aviation platform. To provide technical support for the reconnaissance/interference/detection/communications of the aviation platform，the design principle of RF resource control of aviation platform is analyzed, a model of RF resource closed-loop control based on modularized aviation platform is proposed, and the implementation control flow is analyzed.

integrated reconnaissance, interference, detection and communications; RF resource management; functional model; control process

2017-06-18；2017-09-17修回。

王向晖(1969-)，男，高工，主要研究方向为天线技术。

TN97

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