面向服务的卫星通信侦察信息处理技术研究

高元锋，李 佳，李少朋

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

0 引言

随着军事技术的发展和战争形态的变化，未来的战争将是陆、海、空、天、电磁一体，多兵种协同，高度信息化的综合性战争[1，2]。电磁空间的控制权将决定战场的控制权，而战争双方所具备的战场通信侦察能力将直接影响和决定对战场电磁空间的有效控制能力，从而成为影响战争进程和胜败的关键因素[3-5]。

卫星通信侦察系统通过连续搜索、检测、监视与跟踪各种活动过程中的指挥控制、信息交互等通信信号，可获取重点地域内的力量部署、行动态势和意图等信息，实现支援决策或各类行动控制有效实施的目的[6-9]。因此，对卫星通信目标及通信体制进行针对性研究，可极大地提高卫星通信侦察的时效性和准确性，具有重大意义。

本文首先在文献[10]提出的模型基础上针对卫星通信的需求和特点进行改进，并首次提出覆盖全要素的卫星通信侦察信息模型；其次，针对卫星通信侦察信息处理中的关键技术多源融合处理和平台目标识别分别进行工作原理的简要介绍；再次，针对不同用户的需求，首次明确提出面向服务的“实时+离线”2种卫星通信侦察信息处理架构以及基于处理周期的卫星通信侦察信息处理工作流程；最后，VSAT仿真实验表明，利用本文所提内容可有效实现网络传输会话关系识别和通信终端定位，并支撑用户行为分析。

1 通信侦察信息模型及工作原理

本节首先给出典型卫星通信侦察信息模型，然后详细介绍基于多个卫星通信侦察系统的侦察数据融合和目标平台估计的工作原理。

1.1 卫星通信侦察信息模型

根据各用户和业务领域对卫星通信侦察信息的需求，卫星通信侦察信息主要关注卫星通信信号、卫星通信终端/卫星通信中心站、卫星通信网络、卫星通信转发器、通信卫星、位置、组织/人员和平台等要素，其典型卫星通信侦察信息模型如图1所示。

图1 卫星通信侦察信息模型

上述模型中各要素表示基本实体，关系说明两要素之间存在的关系。因篇幅所限，本文不再对所有要素类型及其之间的关系进行一一详述，感兴趣读者可参考文献[10]。

1.2 工作原理

卫星通信侦察系统是获取重点地域内力量部署、态势和意图等信息、支援决策或各类行动控制的关键环节。利用多个卫星通信侦察系统进行卫星通信侦察，并对其获取多个侦察数据进行融合处理。多源融合处理原理如图2所示。在上述侦察数据融合过程中起决定性作用的是融合算法的选择，可选算法包括DS证据理论统计方法、卡尔曼滤波估计方法以及神经网络等人工智能算法[11-12]。

在平台目标估计方面，传统方法只对单一来源的通信侦察获取的侦察数据进行处理，难以获取令人满意的结果。为提高平台目标估计准确率，本文提出利用多种卫星通信侦察系统进行通信侦察，并结合平台搭载的卫星终端知识库和获取的侦察数据进行目标平台估计，最终形成平台信息。平台目标估计原理如图3 所示。

图3 平台目标估计原理

2 系统架构设计

虽然卫星通信侦察信息处理对时效性和准确性均具有较高的要求，但是两者形成一个很难同时解决的矛盾。因此，本节提出实时处理架构和离线整编架构，分别满足高时效性和高准确性的要求。

2.1 实时处理架构

实时处理架构主要是基于数据流驱动的处理方式，进行数据驱动式的不间断流水处理，给出处理结论，时效性高；在线分析功能无法实时给出结论，需要积累一段时间的数据或需要进行较长时间的运算，并与实时处理功能相互配合以给出更好的处理效果，通常此类服务是在实时处理过程中被触发的，时效性一般，但需要在线给出处理结果。

根据卫星通信侦察信息处理业务功能快速处理需求，采用面向服务思想，将处理业务功能按照前台、后台进行区分，服务类型分为实时和在线两种，前台主要围绕态势显示及人工交互，后台则重点实现辐射源参数处理与目标处理分析计算服务。实时处理架构如图4所示。

图4 实时处理架构

2.2 离线整编架构

离线整编架构由任务驱动，不需始终处在运行状态。通常是辅助人工采用专门工具对历史数据和成果进行分析、整理，时效性要求不高，准确性要求高。离线整编架构如图5所示。

图5 离线整编架构

根据事后整编的人机交互和整编时效性要求，事后整编主要由整编客户端、整编服务和整编工具包3部分组成，整编客户端主要完成整编任务管理、整编工具的管理、素材管理和整编成果管理等，整编服务完成整编素材的存储、搜索、推送和参数统计计算等功能，整编工具包主要由各业务整编工具组成。

3 工作流程

根据文献[13-14]介绍的处理周期，卫星通信侦察信息处理过程可划分为计划协调、数据收集、处理加工、分析生产、分发整合和评估反馈6个相互支撑的功能域，如图6所示。

图6 信息处理周期

3.1 相互支撑的功能域

计划协调功能域用于确定需求和信息请求，制定搜集计划，并向各传感器发布命令和请求；

数据收集功能域用于从各卫星通信侦察传感器获取通信信号参数信息、内容信息以及其他领域提供的支援数据；

处理加工功能域用于将收集到的信号参数基于知识库以自动方式为主，人工方式为辅进行加工处理，形成态势信息；

分析生产功能域提供分析工具包，用于对全源数据的综合、分析和诠释；

分发整合功能域用于将信息处理产品以适当的形式发送给用户，并将产品适用于各项适当任务中；

评估反馈功能域用于对信息处理周期各阶段的行动进行不间断的评估，以确保满足用户需求，并进行反馈控制。

结合卫星通信侦察数据以及图6所示的处理周期，卫星通信侦察信息处理流程主要分为5个阶段，如图7所示。

图7 工作流程

3.2 卫星通信侦察信息处理流程

卫星通信侦察信息处理流程包括：

① 数据预处理阶段：对卫星终端或卫星转发器通信辐射源信号参数进行一致性检查、去重复处理。

② 信号参数处理阶段：对通信辐射源信号频率特性、调制特性、编码参数、解调信息、解码信息、时间特性、空间特性和通联特性等参数进行格式化处理，形成统一格式的信号参数；

③ 通信目标处理阶段：完成信号参数与目标关联、目标属性评估以及目标身份评估等内容[15]；

④ 电磁态势处理阶段：完成目标相关、事件/活动相关、上下文解译/融合以及多源评估等内容[16]；

⑤ 威胁目标处理阶段：根据电磁态势情况对电子目标进行威胁等级估计、威胁目标告警。

4 仿真实验

以工作在C、Ku波段的由诸多小型地球站构成的智能化卫星通信系统VSAT(Very Samll Aperture Terminal)为例说明本文所提处理构架和工作流程的有效性。

VSAT网络包括星形网、网状网以及混合网(星形网+网状网)3种结构。VSAT信息处理的重心是把网控、终端和终端内IP形成通信目标，并把网控和终端形成组网。

根据本文方法得到的网络传输会话关系分析结果如图8所示，可明显地显示所有用户访问服务器或代理服务器的情况，并可通过大小来区分节点当前时段访问量大小情况。

图8 网络会话关系

除此之外，可通过终端节点树的方式查看访问关系以及终端节点和服务器的位置，如图9所示。

图9 典型网络访问关系查询结果

对关键VSAT节点截获的数据进行还原和分类分析的软件界面示意图如图10所示，可通过完善节点信息进一步分析用户行为。

图10 数据还原分析软件界面

5 结束语

随着卫星通信技术的不断发展，卫星通信侦察系统亦将越来越复杂，针对不同的卫星通信侦查系统获取的信息要素不同、方法不同，其信息处理流程不同，因此需结合卫星通信系统特点，设计专用的信息处理流程。本文针对用户的需求，建立了卫星通信侦察信息模型，构建了面向服务的实时处理架构和离线整编架构，详述了卫星通信侦察信息处理的工作流程，以此来支撑卫星通信侦察技术的继承性发展。

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