一体化集成电子信息系统体系发展研究

吴少鹏

(中国船舶集团有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

电子信息系统将面临日趋复杂任务环境和具有更为多样化应用功能的特点，对电子信息系统的复杂环境多维感知能力、多源信息协同认知能力、信息多维应用能力等体系能力提出了更高的要求，因此以极大发挥各种独立电子信息功能的体系化综合使用效能的电子信息系统的集成一体化、功能一体化、应用一体化的集成电子信息系统已成为发展趋势。通过探讨未来一体化集成电子信息系统的体系概念、功能趋势、技术特点及主要关键技术等，本文提出一种一体化集成电子信息系统发展的新形态，以试图为一体化集成电子信息技术发展提供参考。[1-2]

1 一体化集成电子信息系统体系基本概念与特点

1.1 一体化集成电子信息系统基本概念研究

一体化集成电子信息系统是集探测侦察、通信交互、干扰对抗、识别认知、评估预测、辅助决策、控制指挥并可功能拓展的多维度一体化集成和信息一体化关联生成的电子信息系统。

一体化集成电子信息系统可以综合各种电子信息功能的信息，通过集成共享全维度信息和充分关联挖掘和预测，极大发挥体系化综合应用效能。其主要技术内涵是针对各种功能信息产品生成需求，在宽开频谱/光谱/声谱、中频信号、各功能信号等多层面进行基于信息挖掘的同类信息深度融合、异类信息深度关联和多层面的深度印证，同步生成多自由度、体系化的多种功能信息及其辅助决策控制和效能评估等应用信息，以提高全维度信息质量，适应扁平化高效电子信息应用的效能要求。[3-4]

1.2 一体化集成电子信息系统体系能力特点分析

(1) 充分利用当今浩瀚空间丰富的各类人为和非人为方式直接或间接所产生或导致的异类电磁环境特征信息，通过将隐性知识显性化，挖掘生成可直接应用或间接关联以提高应用效能的电子信息产品。

(2) 针对获取的不同功能特定信息，进行多维深度的同类信号融合、异类信号关联印证和挖掘认知，以提升电子信息应用的正确性。

2 一体化集成电子信息系统能力体系发展趋势

一体化集成电子信息系统能力发展总体趋势见图1。

图1 一体化集成电子信息系统能力发展总体趋势

2.1 一体化集成电子信息系统类型发展趋势

基于平台和应用特点一般可分为3类，即射频集成一体化、综合集成一体化和协同集成一体化。

(1) 射频集成一体化 主要用于机动平台，为系统性独立装备。主要以共用射频系统、多功能综合集成、系统资源智能化分配调度与共享、多源信息数字化和软件化综合处理及联合运用为特征，并可解决现平台有限狭小空间各种独立功能系统天线林立导致的电磁兼容难和平台物理隐身性能低等问题。与其他类型一体化集成电子信息系统的典型区别特征是天线共孔径、射频共通道、射频信号共形式。

(2) 综合集成一体化 主要用于具有多独立传感器的集中平台/站，为多传感器前端平台内分布、后端集成一体化处理的系统装备。传感器前端的高度集成会导致内部电磁兼容难度，与其他类型一体化集成电子信息系统的典型区别特征是多传感器天线综合、中视频后进行集成处理。

(3) 协同集成一体化 主要应用于多平台/多站点/多基协同体系化装备。主要以跨域资源智能化分配调度为基础，在共同空间覆盖范围内实现基于多同类和异类和多视角传感器的多功能信息深度综合，以完成各种功能信息生成与联合决策运用等为特征。其典型区别特征是天线前端为跨域跨平台分布和多源信息一体化集成处理。

2.2 一体化集成电子信息系统集成维度发展趋势

一体化集成电子信息系统集成维度发展主要体现在各种功能前端横向维度的一体化集成和信息处理、综合、研判、决策、指挥等的后端纵向维度一体化集成。

(1) 前端横向维度集成一体化

对于射频集成一体化电子信息系统，其前端横向维度集成一体化主要是将由物理层面的各种功能多频段天线和射频通道集成为天线全频段共孔径、射频共通道的一体化前端。主要体现在多频段、多光谱、多极化和适应多功能不同需求的同时收发、空间波束综合等的全频段共孔径天线，及其射频多信号形式的共通道同时传输与接收。

对于综合/协同集成一体化电子信息系统，其前端横向维度集成一体化主要是实现分布式前端的天线综合、空间波束协同应用、虚拟共射频通道等的一体化前端，主要体现在多频段、多光谱、多极化和适应多功能不同需求的同时收发、空间覆盖的功能协同综合。

(2) 后端纵向维度集成一体化

后端横向维度集成一体化是实现多源信息综合挖掘和信息应用的关键。其主要发展趋势是将各类传统传感器功能、传感器综合控制、统一态势、辅助决策、控制指挥、信息应用评估等向集成一体的方向发展，主要体现在基于多功能信息综合的按需归纳信号生成，以及多功能信息化综合应用。

2.3 一体化集成电子信息系统功能集成发展趋势

一体化集成电子信息系统功能将向多领域、多功能、多应用方向发展。除战术功能外，将向环境监测、天气观测、气象预测、空中管制、航行管理、区域管控、异常预报，以及广域互联互通、多种作业支持等功能拓展。

针对电磁波具有全天候、全时空、范围广、距离远，光波具有精度高、功耗低、识别能力强，声波具有不受电磁波影响、隐蔽性好、复杂地形适应性强等的各自特点，一体化集成电子信息系统将向声光电一体的广域感知、认知和应用，即空间信号类型全覆盖的方向发展。

电子信息的战略战术一体化是适应现代应用需求的功能集成方向。一体化集成电子信息系统将向扩展对战略信息的保障，特别是超远程战略监视、早期预测和报警、体系对抗与应用等提供信息支持。

3 一体化集成电子信息系统技术能力发展趋势

一体化集成电子信息系统技术能力发展趋势见图2。

图2 一体化集成电子信息系统技术 能力发展趋势示意图

3.1 技术形态发展趋势

基于电子信息技术的快速发展，一体化集成电子信息系统的技术形态应向着数字化、软件化、虚拟化、计算化的方向发展。

向射频数字化的发展为一体化集成电子信息系统功能重构等能力发展提供基础。系统的软件化将为高度自适应任务适配、多功能算法动态重建等提供关键能力。系统的虚拟化是在物理结构上无法区分探测、侦察、通信等各种功能单元的虚拟多功能一体化系统技术形式，是多源信息综合关联以形成各功能信息产品的关键。而计算化是全维功能智能化按需重构、信息按需智能化认知与预测的核心技术形态。

3.2 技术能力发展趋势

一体化集成电子信息系统的技术能力将向着基于知识的自适应到基于认知的智能化的方向发展。基于知识的自适应技术的典型特征是基于已知环境信息知识，优选工作方式，即通过对一体化集成电子信息系统的工作方式和处理模式的自适应优选，如雷达、通讯、电子对抗等自适应变频方式等，可以实现基于现有环境和系统能力的优化工作和处理模式。基于认知的智能化技术的典型特征是基于对现有和以往知识，通过对信息的挖掘、推理和预测，实现最佳和超前的最优工作和处理模式。

4 一体化集成电子信息系统基于计算的虚拟化技术体系发展架构

一体化集成电子信息系统基于计算的虚拟化技术体系发展架构见图3。

基于电子信息系统软件化技术的发展和对智能化技术研究的不断深入，未来一体化集成电子信息系统技术体系架构主要有传感器前端、公共计算与显控环境、应用软件和数据库系统等组成，系统物理统一架构可虚拟化为不同功能装备形态。

一体化集成电子信息系统基本技术流程是由传感器前端面向电磁空间收发各种人为和非人为方式直接或间接所产生或导致的电磁信号，输出至公共计算与显控环境。在公共计算与显控环境上，在数据库系统的历史知识库、算法资源库、应用模式库等数据的支持下，按需应用资源调度与重构处理、多源信息归一化处理、多源融合与关联处理、多源信息挖掘与预测、多源印证与评估处理、辅助决策与指挥支持、应用效能评估与验证和其他拓展功能和应用等应用软件，最终实现各种功能信息、指控信息、协同信息等信息对外交互，为决策提供信息支持。

5 一体化集成电子信息系统发展的主要关键技术

5.1 基于一体化集成电子信息系统功能需求的自由空间电磁信息再认知研究

浩瀚空间由人为和非人为方式直接或间接所产生或导致的电磁环境更趋复杂，同时也具有更为丰富的信息资源。针对一体化集成电子信息系统功能需求，通过深入分析、挖掘可直接或间接用于一体化集成电子信息系统的信息资源，是实现一体化集成电子信息系统功能与性能跨越提升的必要前提。为此，需要开展自由空间电磁信息再认知研究。

图3 一体化集成电子信息系统基于计算的虚拟化技术体系发展架构

5.2 一体化集成电子信息系统应用策略研究

未来的一体化集成电子信息系统如何在电子信息动态时敏变化的体系对抗攻防条件下，充分发挥其特点和优势，需深入研究一体化集成电子信息系统应用概念和机理，建立适应各类复杂环境的时敏应用策略，充分发挥一体化集成电子信息系统的效能。

5.3 多源信息特征挖掘与综合运用技术

利用多维异类信息进行对各种信息应用功能信息的融合、关联与印证将是实现一体化集成电子信息系统全功能的关键技术。需利用前端获取各种同类和异类信息，特别需关注环境噪声信息、自然干扰信息、空间区域异常信息等环境背景信息，进行多自由度的融合、关联、印证和挖掘等，可有效大幅提高所需生成的功能信息质量。为此需开展基于各类信息的电磁空间信号的机理、特性和特征提取技术研究。

5.4 多功能调度重构规划技术

针对一体化电子信息系统的功能特点，基于软件化、虚拟化和计算化能力的发展，研究系统功能级、方式级、参数级、算法级、部件级等的深度资源调度方法，是实现一体化电子信息的功能的重要措施。针对多种功能需求分析，需研究面向任务功能调度、算法重构和智能化匹配、面向故障的通道重构调度、面向底层软件硬件功能级的深度资源调度等技术，通过合理配置系统射频孔径，重新规划处理链路，实现权系统功能的高速切换和系统资源的高效利用。基于组合任务的调度，规划系统利用策略，分解任务处理步骤到可控制器件，实现系统功能任务的合理调度与资源的合理利用。