大型機載SIGINT系統的任務、設計原則及技術體制探析

方加云，蔣盤林

(中國電子科技集團公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033)

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大型機載SIGINT系統的任務、設計原則及技術體制探析

方加云，蔣盤林

(中國電子科技集團公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033)

簡要敘述了大型機載SIGINT飛機在現代戰爭中的主要任務，歸納給出了機載SIGINT系統的設計原則，并在分析外軍現役機載SIGINT系統技術特點的基礎上，提出了大型機載SIGINT系統的功能結構和技術體制，為深入研究提供參考。

信號情報偵察；機載SIGINT系統；功能結構；技術體制

0 引言

大型機載SIGINT系統是未來戰爭中的關鍵情報資源，擔負著為戰略、戰役(戰區)各級指揮決策、軍事和非軍事行動提供及時而又準確的情報支援任務，是未來數字化戰場上奪取全譜戰斗空間信息優勢的核心組成之一。近年來經過網絡使能能力的升級改進以及模塊化開放式系統結構的采用，并不斷地根據作戰需求的發展變化插入現代化技術，這些大型機載SIGINT系統已能夠直接用于支援各類戰術作戰行動，極大地縮短了殺傷鏈的響應時間，提高了對數字化戰場上機動目標、時敏目標和高威脅目標的精確打擊作戰效能。

本文簡要敘述了大型機載SIGINT飛機在現代戰爭中的主要任務，歸納給出了機載SIGINT系統的設計原則，并在分析外軍現役機載SIGINT系統技術特點的基礎上，提出了大型機載SIGINT系統的功能結構和技術體制，以為深入研究提供一定的參考。

1 大型機載SIGINT系統的主要任務

大型機載SIGINT系統一般都用于執行下列三大主要任務：

1)戰略情報收集任務

大型機載SIGINT系統必須充分利用其平臺的長航時和持久特性，將戰略情報收集任務的覆蓋范圍向戰略縱深乃至全球范圍拓展，形成以遠為主，遠、中、近兼顧的戰略預警與情報、監視、偵察(ISR)體系格局。大型機載SIGINT系統的情報收集重點是與國外人員、位置、事件和活動有關的源情報信息、癥候情報信息、站點位置信息、新威脅情報信息和個體特征信息等，用以為國家戰略、政策和規劃計劃的制定提供相對廣度和深度的情報支援，通過提供精確、及時和預兆性的情報信息，使得高層決策者能夠在危機發生之前或者在危機發生之時作出正確的決策并采取恰當的行動。

2)實時戰區全譜態勢感知任務

大型機載SIGINT系統的另外一個重要任務就是要實時地提供戰區范圍內統一的全譜戰斗空間電磁態勢和戰場作戰態勢，通過掌握敵方所依賴的關鍵作戰要素的部署使用情況及其薄弱環節的支援作戰任務，為作戰指揮中心、作戰指揮官的指揮決策、作戰計劃制定和作戰部隊有效實施各類作戰行動提供所必需的情報信息和統一作戰圖像，以最終達成“先知、先覺、先行和制勝”的作戰目標。

自從海灣戰爭以來，戰場上各類作戰行動對戰術情報的要求愈來愈迫切，對情報信息質量的要求也越來越高。因此，對威脅目標精確跟蹤與標定的戰術戰場監視任務已經成為大型機載SIGINT系統又一個核心任務。當它們被用于直接支援戰術戰場作戰行動時，大型機載SIGINT系統必須能夠為戰術作戰指揮員、作戰部隊乃至作戰人員提供戰術作戰任務計劃制定或更新、戰術威脅告警、目標跟蹤與標定(特別是對時敏目標、運動目標和高威脅目標的發現、跟蹤和標定)、精確火力引導等提供實時情報支援，以及實時的威脅評估或作戰效果評估等情報信息。這是下一代SIGINT飛機的主要作戰使命任務，也是開發和研制下一代SIGINT飛機的最根本目標。

2 大型機載SIGINT系統的主要設計原則

在現代化作戰環境、威脅環境和電磁環境條件下，大型機載SIGINT系統的設計首先應該考慮滿足各種各樣的作戰需求，適應各種各樣的環境，以面向多樣化作戰任務、面向動態變化和新興威脅以及面向作戰效果和能力為最根本的設計目標，研究并開展機載SIGINT系統的設計，使得所設計的機載SIGINT系統具有先進的技術水平、功能性能和生存力。根據以上對大型機載SIGINT系統作戰任務的簡要描述，其設計必須遵循以下設計原則：1)互操作性達最大化的原則；2)重復開發達最小化的原則；3)采用軟件重構結構以適應新作戰需求的原則；4)采用模塊化開放式系統體系結構來提高和擴展系統能力的原則；5)面向服務的多傳感器異構數據與關聯情報融合處理的原則；6)能夠充分利用民用、貨架化先進技術和標準的原則；7)按照具體的任務和平臺類型優化功能配置的原則；8)能夠向上兼容以及與傳統系統相互接口工作的原則；9)采用合適的交叉域傳感器插入提示機理，最大化提高系統整體能力的原則；10)多平臺組網、協同與同步工作的原則。

3 外軍現役機載SIGINT系統的技術特點

外軍現役空間、機載、地面和海上(包括水下)SIGINT資源已經形成了一個功能完善且全球覆蓋的網絡，多平臺、多系統、多網絡立體交叉、有源、無源多種偵察手段復合的遠距離、大縱深、全天候的綜合SIGINT系統已經成為現代化戰場上奪取信息優勢的核心保障。在這個體系中，空基已經成為構建網絡中心作戰能力的重點平臺(包括有人與無人)和重要節點。其中最為典型的代表就是美軍現役RC-135系列信號情報飛機(如RC-135 S/U/V/W/X型)、RC-12“護欄”通用傳感器信號情報飛機、EP-3E“白羊座”II電子偵察飛機、ES-3A“影子”電子偵察飛機、RQ-4“全球鷹”一體化ISR無人機、HAV304長航時多情報偵察飛艇(LEMV)等。下面將以美軍RC-12、RC-135和EP-X三型信號情報偵察飛機為例來說明大型機載SIGINT系統的技術特點。

美軍新型RS-12S信號情報飛機，它是在原有RC-12“護欄”飛機任務載荷系統的基礎上通過執行一項現代化系統集成計劃(GMSI)而產生的。其中最主要的新增設備和能力包括小型化通信高精度定位子系統(CHALS-C)、包含新型通信情報傳感器子系統的增強型態勢感知設備(ESA)、旨在提高低截獲概率信號等特殊信號偵察能力的改進型特種信號接收設備、新型短波通信情報設備、X-MIDAS信號處理應用軟件、新型空對地數據鏈、電子飛行儀表系統座艙(EFIS)等。經過這樣徹底的升級改造之后，該型飛機執行信號情報偵察任務的整體性能得到了極大提升，能夠更好地發揮信號截獲與情報分析設備、輔助決策工具的作用，并可經由衛星數據鏈路，為地面站和戰場用戶實時地傳輸分發各種情報產品或原始數據信息。

RC-135屬于特種戰略偵察機，主要裝備第14空軍師第55戰略偵察機聯隊、阿拉斯加空軍司令部第6戰略偵察機聯隊和駐日本、沖繩的第82戰略偵察機中隊。所有RC-135飛機機尾都有0F字樣。RC-135有多種改進型，包括A、S、U、V、W、X等型，最新型號為RC-135X，作用各不相同。目前主要使用的是S、U、V、W、X五種型號，RC-135A為照相偵察型，RC-135S為彈道情報搜集型，RC-135U為電子通信情報收集型，RC-135V為電子情報收集型，RC-135W為電子通信情報收集型，RC-135X為彈道導彈再入大氣層監視型。

從20世紀60年代末至今，在太平洋地區，RC-135的主要偵察目標是中國大陸和俄羅斯(前蘇聯)的太平洋海岸。由于性能方面的原因，RC-135通常不深入它國領空腹地，只在沿海周邊區域進行監視活動，在外圍搜集雷達性能、制導系統和通信數據，以及輻射情報，包括探測和分析來自電力線和運輸汽車的射頻輻射等。最近幾年，為了適應信息戰爭的要求，RC-135的偵察能力和情報傳遞速度都有了較大提高，而且正在從戰略偵察向戰術偵察轉型，已能夠向全球范圍內的戰區指揮官提供實時戰略戰術偵察數據。它還可同空軍的E-3、E-8及海軍的指揮艦建立數據傳輸網絡，實現了偵察機、預警機與空間衛星的一體化組網偵察，被美國空軍視為與新一代軍事偵察衛星和遠程無人駕駛飛機并駕齊驅的美軍21世紀最重要的信息戰工具。RC-135X是在RC-135S的基礎上改良而成的最新機種。它除擁有RC-135S類似的任務和偵察設備外，還加裝了電子光學系統，包括更精密更先進的遠距離紅外偵察內冷式傳感器、遠距離激光距離測量系統和任務檢驗軟件，并且具有在敵方導彈發射后15s內迅速引導己方導彈進行攔截的能力，為美國實施戰區導彈防御計劃提供必要的情報服務。

另外一個典型例子就是美國海軍正在開展的EP-X項目，其全稱為“岸基多任務、多情報/監視/偵察和目標指示有人駕駛飛機”，這種新一代大型信號情報飛機既能夠用于戰略情報的收集，也能夠用于戰場實時監視與時敏目標的跟蹤和標定。雖然在該型飛機的發展過程中遇到重重技術難題和風險而推遲了進度，但是其計劃發展目標仍然沒有發生變化。原計劃要用B737或A320飛機來替代現役EP-3E“白羊座-II”渦槳飛機，并增加“多情報”能力、增加光電探測設備和輔助雷達(遠期規劃將增加合成孔徑雷達或有源電掃陣列(AESA))，使之具備精確的輻射源和威脅目標截獲、定位和目標標定能力，增強實時機上信號情報融合、綜合處理與戰術分發能力，以期更好地為航母戰斗群和艦隊指揮官提供情報偵察、戰場監視和目標指示等戰場情報支援。

概括起來說，上述這些大型機載SIGINT系統的最主要技術特點就是：已經或正在采用多傳感器綜合、多功能射頻一體化和模塊化開放式體系結構設計，基本上實現了軟硬件綜合集成、任務功能可重構、異構數據可融合及數據信息與情報服務可共享的目標，具備了在戰斗空間中實時或準實時全頻譜連續覆蓋以及快速響應新威脅目標的先進功能性能，確保了為各級(戰略、戰役和戰術)作戰指揮和作戰行動及時地、準確地提供所需情報產品的情報支援能力，從而極大地提升了作戰部隊遂行計劃作戰行動和應急任務的作戰能力，換句話說，就是增強了機載SIGINT在現代化戰爭中的核心地位，使得機載SIGINT系統成為了未來戰爭真正不可或缺的作戰力量倍增器。

項目片區選擇要充分考慮對生態環境的影響，嚴禁在水資源開發接近限值的地區規劃灌溉面積，水資源條件難以滿足或取水對生態環境有明顯影響的項目區要在論證階段及時調整。水資源論證要重點分析項目實施對濕地、湖泊和河流等生態環境敏感的地區和生態環境脆弱區的影響，科學評價同一水文地質單元內長期取水后的累積影響和連續枯水年份地下水的保證程度和風險分析，按照水功能區納污能力控制管理要求，合理分析項目退水可能引發的地表水體和地下水體污染以及面源污染威脅等，防止出現生態環境問題和生態災難。

4 大型機載SIGINT系統的功能結構和技術體制

4.1 大型機載SIGINT系統的現狀

機載SIGINT系統最主要也是最大量使用的傳感器就是射頻傳感器，另外還有針對各種特定目標的專用傳感器，如SAR雷達、運動目標指示器(MTI)雷達等。射頻傳感器主要用來收集信號情報(包括通信情報和非通信電子情報)，而專用傳感器指的是在作戰環境中能夠探測、分類、識別并定位軍用監視系統、武器系統和通信鏈路中射頻輻射源所發射信號或通道中傳輸數據流以及輻射源地理位置的系統。

現代化機載SIGINT系統實際上是由傳統的、功能獨立的多種功能子系統有機地組合在一起形成的一個綜合系統，其中主要包括通信情報、雷達情報、光電/紅外情報和近年來新出現的賽博情報等功能子系統。應特別指出的是，在實際應用時，賽博情報偵察子系統的大部分功能都與通信情報偵察子系統的差不多，只是在重點提取的數據、采用的處理方法、獲得的情報結果等方面存在明顯不同。例如，通信情報的重點就是要檢測和獲取目標信號的頻率、波形以及通信輻射源的地理位置數據等技術參數，以便為后續實施的電子信息作戰行動提供支援，或者通過解譯這些信號中所包含的實際信息而獲取真實情報，為指揮決策提供支持；除了上述獲取威脅目標信號的技術參數和特征參數等功能之外，賽博情報還有一個不同的重點功能就是通過采用新型的目標模型和算法對所截獲和檢測到的威脅目標信號進行關聯處理，以獲取和識別與這些威脅目標信號相關聯的網絡的關鍵節點、網絡拓撲、數據傳輸協議、業務數據流、網絡運行與管理等技術參數或情報信息，從而為后續實施的電子攻擊、信息攻擊、網絡攻擊或精確火力打擊提供支援。但是，這些功能基本上與通信情報的功能相同。正是基于這一理由，本文將機載賽博情報偵察子系統歸入通信信號情報偵察子系統的主要功能中一并描述。

4.2 大型機載SIGINT系統的功能結構與技術體制

由于機載SIGINT系統的主要作戰對象——雷達輻射源和通信輻射源在所發射的信號波形特征方面還存在本質區別，所以，機載SIGINT系統使用的射頻傳感器和接收機無論是在技術體制還是在使用的接收技術、采用的操作方式等方面都存在很大的不同。比如，傳統的雷達偵察接收機有雷達告警接收機(RWR)、雷達電子支援措施(ESM)接收機和電子情報(ELINT)接收機，這些接收機可以采用超外差(SH)、瞬時測頻(IFR)、晶體視頻(CVR)、信道化等技術體制；而傳統的通信偵察接收機則包括通信電子支援測量(CESM)或通信情報(COMINT)接收機，同樣也可以采用不同的技術體制，如超外差、信道化等技術體制。但是，一系列新興技術成果的日益廣泛應用，如射頻數字化、高速信號處理、軟件無線電等新技術成果，使得機載SIGINT平臺同時截獲、接收通信輻射源和非通信輻射源(如雷達、敵我識別)所發射、輻射、反射的各種電磁信號，精確地檢測其特征技術參數，進而形成一種基于模塊化和開放式系統體系結構的新型綜合一體化射頻頻譜傳感器和陣列接收與處理技術體制成為可能。

圖1 美軍和北約的新一代ISR飛機的情報收集傳感器一體化體系結構系統視圖

圖2 現代化機載SIGINT系統的技術體制和功能結構框圖

長期以來，空中信號情報偵察平臺搭載的SIGINT系統一般都是獨立功能的專用電子偵察設備，如通信信號、雷達信號、非通信信號等偵察設備及輻射源測向定位設備。隨著數字化技術的飛速發展和寬帶、高速信號處理器件的廣泛應用，如高精度ADC/DAC、FPGA、DSP等，上述信號情報偵察功能能夠有機地綜合在一個平臺上或一個多功能系統中，形成一個完全能夠適應現代化戰場電磁信號環境的綜合一體化信號情報偵察系統。這種新型的綜合信號情報偵察系統通過產品的升級換代，或者通過新一代產品的全新設計，已經成為當今航空電子偵察的主要裝備。圖1所示即為美軍和北約的新一代ISR飛機的情報收集傳感器一體化體系結構系統視圖[1]，圖2所示即為當今世界上最先進的機載SIGINT系統的技術體制和功能結構框圖[2-3]。

研究結果表明，采用圖1所示的多傳感器一體化體系結構，可以比使用單一傳感器的信噪比性能提高4～8dB，其數據匯聚和識別所需的時間降低到原來的1/10，而其地理位置定位精度則可以提高100多倍。當然，這還要依賴于安全保密的寬帶通信系統并采用美國國防部的網絡中心數據策略，將數據、應用、事務處理加以區分，并對所有單元的元數據加以標識，以確保這些數據在需要時都是可以看到、可以使用和正好有用。除此之外，還要考慮快速地處理海量傳感器數據的能力。

從圖2可以看出，機載SIGINT系統一般分為三大部分，即天線與射頻前端、超寬帶接收、預處理與數字化以及核心處理與情報生成，根據需要，可能還會有一些其它輔助設備，如系統外的存儲設備、操作員工作站、時標、導航與輔助數據發生器(在技術成熟時，也可以采用嵌入式組件)等。下面將簡要介紹這三大組成部分的主要功能。

4.2.1 天線與射頻前端

眾所周知，不同類型的電子設備所使用的電磁頻譜各不相同。例如，戰術或戰略短波通信頻段為1.5～30 MHz，陸軍戰術通信頻段為30～88 MHz，地空、空空戰術通信頻段為225～400 MHz，JTIDS系統工作于UHF頻段，衛星通信的主要工作頻段為UHF、C、X、Ku、Ka等波段，戰場偵察雷達和合成孔徑雷達大多工作在L、X、Ku、Ka等波段，敵我識別器的工作頻段是L波段低端，“羅蘭”-C陸基無線電導航系統的工作頻率為100kHz，衛星導航系統的工作頻段為L波段高端，飛行器測控系統工作在S、C、Ku、Ka等波段，遙控制導系統工作在S、Ku等波段，主動式無線電尋的制導系統工作在X、Ku、Ka等波段。因此，航空電子偵察所使用的天線與射頻前端必須寬開工作，采用有源相控陣或有源電掃陣列天線及相應的寬帶射頻前端覆蓋所有這些射頻頻譜，而且在必要時，還應設計有一些專用接收天線專門接收敵我識別、無線電導航、測控鏈路等射頻信號。所有這些天線或天線陣列可以是全向或定向工作方式，也可以采用波束校準、干涉儀和旋轉式校準工作方式；射頻前端則主要包括射頻分配轉換電路、高、低波段調諧器等。圖3所示即為機載高、中波段有源相控陣天線，圖4所示為英國QinetiQ公司的機載COMINT/DF任務載荷系統[4]。

圖3 機載高、中波段有源相控陣天線

圖4 英國QinetiQ公司的機載COMINT/DF偵察載荷系統

4.2.2 超寬帶接收、預處理與數字化

現代化機載信號情報偵察載荷系統中的超寬帶接收、預處理與數字化部分主要包括可調式本振頻率合成器、主振蕩器、1-N路下變頻器、中頻分配轉換電路、數字化窄帶/寬帶接收機/處理器、數字化中帶寬接收機/處理器以及時標、導航與輔助數據產生器等，也可以使用1-N路超寬帶接收機構建一條直通路徑。這里的接收機一般由子頻段調諧器、信道化器和中頻數字化電路所組成，用以完成射頻信號的檢測、解調和技術參數的測定，最終輸出表征目標信號的結果數據流，作為執行后續多源數據綜合、融合與關聯處理運算任務的核心處理器的輸入。還應該特別指出的是，在這種新型超寬帶接收、預處理與數字化電路中，同時采用了數字化窄帶、中帶寬和寬帶接收機/處理器，其目的就是要適應動態變化的威脅信號環境和不同的信號情報偵察任務，提高頻譜覆蓋率和提取信號特征技術參數的精確性。ELbit系統公司的TSR 2300全數字化寬帶COMINT接收機[5]，可搭載在陸(車載)、海(艦載)、空(有人機和無人機載)平臺上使用，工作頻率范圍20～6000MHz，16個偵聽信道同時工作，瞬時帶寬為40MHz，可選用34個中頻帶寬。圖5所示為利用D -TA公司標準模塊構建的超寬帶SIGINT接收系統。

圖5 利用D -TA公司標準模塊構建的超寬帶SIGINT接收系統

4.2.3 核心處理與情報生成

信號情報偵察載荷系統中的核心處理與情報生成部分主要包括數據分配轉換電路、核心處理器、系統控制器、數據存儲器、圖形存儲器、情報產品庫、服務器和高速數據流網絡。核心處理器主要承擔多源、多傳感器數據的融合與關聯處理，其中包括雷達情報、通信情報、圖形情報和目標情報的專業處理部件，它們所生成的情報產品再經融合與關聯處理，可以生成目標區域的綜合電磁態勢圖像和統一作戰圖像。這些情報產品可以存儲在情報產品庫中，也可以通過服務器及其配備的信息分發網絡(高速數據流網絡)向相關用戶分發，或者直接輸送給武器系統，插入提示并引導武器精確打擊。

5 結束語

大型機載SIGINT系統必須具備如下能力：一是覆蓋整個戰區范圍(有時甚至會擴展至更廣域范圍)，提供從技術情報到戰術情報、從支援情報到決策情報的情報信息支援；二是利用機載多傳感器獲取的信號情報、圖像情報和其他情報源，通過融合與綜合處理，建立整個戰區戰斗空間態勢感知優勢，并提供威脅目標識別、跟蹤與目標標定信息支援；三是提供增強的作戰效果評估能力。大型機載SIGINT系統只有采用多傳感器一體化體系結構，才能應對日益復雜的戰場電磁環境及對情報信息越來越高的作戰需求，從戰略、戰區和戰術各個層面為作戰指揮和作戰行動提供及時而又準確的情報支援?！?/p>

[1] Schneider W. Integrating sensor-collected intelligence[R].the Joint Defense Science Board and Intelligence Science Board Task Force, 2008.

[2] 蔣盤林.共享孔徑且可用于賽博戰的下一代干擾機體系結構[J].通信電子戰，2015(1):13-17.

[3] Northrop Grumman Systems Corporation.Common SIGINT system 4000[EB/OL].2016-06-07.http:∥www.northropgrumman.com.

[4] QinetiQ Ltd.. AS5——ASX airborne SIGINT strategic collection system[EB/OL].2016-06-05.http:∥ www.QinetiQ.com.

[5] Elbit Systems Ltd..TSR 2300——fully digitized wide band COMINT receiver[EB/OL].2016-06-07.http:∥www.elbitsystems.com/elisra.

The missions，design principles and technical architecture of the large airborne signal intelligence reconnaissance system

Fang Jiayun, Jiang Panlin

(No.36 Research Institute of CETC, Jiaxing 314033, Zhejiang, China)

The missions of the airborne signal intelligence (SIGINT) reconnaissance aircrafts in the modern warfare are described first. And then its design principles are summarized. Based on the analysis of the technical features for the foreign airborne SIGINT systems, the functional configuration and technical architectures of the large airborne signal intelligence system are provided. It is a useful reference for the in-depth study.

signal intelligence (SIGINT)；airborne SIGINT system；functional configuration；technical architecture

2016-06-08；2016-09-12修回。

方加云(1966-)，男，研究員，主要研究方向為通信對抗系統總體技術。

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