面向服務的衛星通信偵察信息處理技術研究

高元鋒，李 佳，李少朋

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

隨著軍事技術的發展和戰爭形態的變化，未來的戰爭將是陸、海、空、天、電磁一體，多兵種協同，高度信息化的綜合性戰爭[1，2]。電磁空間的控制權將決定戰場的控制權，而戰爭雙方所具備的戰場通信偵察能力將直接影響和決定對戰場電磁空間的有效控制能力，從而成為影響戰爭進程和勝敗的關鍵因素[3-5]。

衛星通信偵察系統通過連續搜索、檢測、監視與跟蹤各種活動過程中的指揮控制、信息交互等通信信號，可獲取重點地域內的力量部署、行動態勢和意圖等信息，實現支援決策或各類行動控制有效實施的目的[6-9]。因此，對衛星通信目標及通信體制進行針對性研究，可極大地提高衛星通信偵察的時效性和準確性，具有重大意義。

本文首先在文獻[10]提出的模型基礎上針對衛星通信的需求和特點進行改進，并首次提出覆蓋全要素的衛星通信偵察信息模型；其次，針對衛星通信偵察信息處理中的關鍵技術多源融合處理和平臺目標識別分別進行工作原理的簡要介紹；再次，針對不同用戶的需求，首次明確提出面向服務的“實時+離線”2種衛星通信偵察信息處理架構以及基于處理周期的衛星通信偵察信息處理工作流程；最后，VSAT仿真實驗表明，利用本文所提內容可有效實現網絡傳輸會話關系識別和通信終端定位，并支撐用戶行為分析。

1 通信偵察信息模型及工作原理

本節首先給出典型衛星通信偵察信息模型，然后詳細介紹基于多個衛星通信偵察系統的偵察數據融合和目標平臺估計的工作原理。

1.1 衛星通信偵察信息模型

根據各用戶和業務領域對衛星通信偵察信息的需求，衛星通信偵察信息主要關注衛星通信信號、衛星通信終端/衛星通信中心站、衛星通信網絡、衛星通信轉發器、通信衛星、位置、組織/人員和平臺等要素，其典型衛星通信偵察信息模型如圖1所示。

圖1 衛星通信偵察信息模型

上述模型中各要素表示基本實體，關系說明兩要素之間存在的關系。因篇幅所限，本文不再對所有要素類型及其之間的關系進行一一詳述，感興趣讀者可參考文獻[10]。

1.2 工作原理

衛星通信偵察系統是獲取重點地域內力量部署、態勢和意圖等信息、支援決策或各類行動控制的關鍵環節。利用多個衛星通信偵察系統進行衛星通信偵察，并對其獲取多個偵察數據進行融合處理。多源融合處理原理如圖2所示。在上述偵察數據融合過程中起決定性作用的是融合算法的選擇，可選算法包括DS證據理論統計方法、卡爾曼濾波估計方法以及神經網絡等人工智能算法[11-12]。

在平臺目標估計方面，傳統方法只對單一來源的通信偵察獲取的偵察數據進行處理，難以獲取令人滿意的結果。為提高平臺目標估計準確率，本文提出利用多種衛星通信偵察系統進行通信偵察，并結合平臺搭載的衛星終端知識庫和獲取的偵察數據進行目標平臺估計，最終形成平臺信息。平臺目標估計原理如圖3 所示。

圖3 平臺目標估計原理

2 系統架構設計

雖然衛星通信偵察信息處理對時效性和準確性均具有較高的要求，但是兩者形成一個很難同時解決的矛盾。因此，本節提出實時處理架構和離線整編架構，分別滿足高時效性和高準確性的要求。

2.1 實時處理架構

實時處理架構主要是基于數據流驅動的處理方式，進行數據驅動式的不間斷流水處理，給出處理結論，時效性高；在線分析功能無法實時給出結論，需要積累一段時間的數據或需要進行較長時間的運算，并與實時處理功能相互配合以給出更好的處理效果，通常此類服務是在實時處理過程中被觸發的，時效性一般，但需要在線給出處理結果。

根據衛星通信偵察信息處理業務功能快速處理需求，采用面向服務思想，將處理業務功能按照前臺、后臺進行區分，服務類型分為實時和在線兩種，前臺主要圍繞態勢顯示及人工交互，后臺則重點實現輻射源參數處理與目標處理分析計算服務。實時處理架構如圖4所示。

圖4 實時處理架構

2.2 離線整編架構

離線整編架構由任務驅動，不需始終處在運行狀態。通常是輔助人工采用專門工具對歷史數據和成果進行分析、整理，時效性要求不高，準確性要求高。離線整編架構如圖5所示。

圖5 離線整編架構

根據事后整編的人機交互和整編時效性要求，事后整編主要由整編客戶端、整編服務和整編工具包3部分組成，整編客戶端主要完成整編任務管理、整編工具的管理、素材管理和整編成果管理等，整編服務完成整編素材的存儲、搜索、推送和參數統計計算等功能，整編工具包主要由各業務整編工具組成。

3 工作流程

根據文獻[13-14]介紹的處理周期，衛星通信偵察信息處理過程可劃分為計劃協調、數據收集、處理加工、分析生產、分發整合和評估反饋6個相互支撐的功能域，如圖6所示。

圖6 信息處理周期

3.1 相互支撐的功能域

計劃協調功能域用于確定需求和信息請求，制定搜集計劃，并向各傳感器發布命令和請求；

數據收集功能域用于從各衛星通信偵察傳感器獲取通信信號參數信息、內容信息以及其他領域提供的支援數據；

處理加工功能域用于將收集到的信號參數基于知識庫以自動方式為主，人工方式為輔進行加工處理，形成態勢信息；

分析生產功能域提供分析工具包，用于對全源數據的綜合、分析和詮釋；

分發整合功能域用于將信息處理產品以適當的形式發送給用戶，并將產品適用于各項適當任務中；

評估反饋功能域用于對信息處理周期各階段的行動進行不間斷的評估，以確保滿足用戶需求，并進行反饋控制。

結合衛星通信偵察數據以及圖6所示的處理周期，衛星通信偵察信息處理流程主要分為5個階段，如圖7所示。

圖7 工作流程

3.2 衛星通信偵察信息處理流程

衛星通信偵察信息處理流程包括：

① 數據預處理階段：對衛星終端或衛星轉發器通信輻射源信號參數進行一致性檢查、去重復處理。

② 信號參數處理階段：對通信輻射源信號頻率特性、調制特性、編碼參數、解調信息、解碼信息、時間特性、空間特性和通聯特性等參數進行格式化處理，形成統一格式的信號參數；

③ 通信目標處理階段：完成信號參數與目標關聯、目標屬性評估以及目標身份評估等內容[15]；

④ 電磁態勢處理階段：完成目標相關、事件/活動相關、上下文解譯/融合以及多源評估等內容[16]；

⑤ 威脅目標處理階段：根據電磁態勢情況對電子目標進行威脅等級估計、威脅目標告警。

4 仿真實驗

以工作在C、Ku波段的由諸多小型地球站構成的智能化衛星通信系統VSAT(Very Samll Aperture Terminal)為例說明本文所提處理構架和工作流程的有效性。

VSAT網絡包括星形網、網狀網以及混合網(星形網+網狀網)3種結構。VSAT信息處理的重心是把網控、終端和終端內IP形成通信目標，并把網控和終端形成組網。

根據本文方法得到的網絡傳輸會話關系分析結果如圖8所示，可明顯地顯示所有用戶訪問服務器或代理服務器的情況，并可通過大小來區分節點當前時段訪問量大小情況。

圖8 網絡會話關系

除此之外，可通過終端節點樹的方式查看訪問關系以及終端節點和服務器的位置，如圖9所示。

圖9 典型網絡訪問關系查詢結果

對關鍵VSAT節點截獲的數據進行還原和分類分析的軟件界面示意圖如圖10所示，可通過完善節點信息進一步分析用戶行為。

圖10 數據還原分析軟件界面

5 結束語

隨著衛星通信技術的不斷發展，衛星通信偵察系統亦將越來越復雜，針對不同的衛星通信偵查系統獲取的信息要素不同、方法不同，其信息處理流程不同，因此需結合衛星通信系統特點，設計專用的信息處理流程。本文針對用戶的需求，建立了衛星通信偵察信息模型，構建了面向服務的實時處理架構和離線整編架構，詳述了衛星通信偵察信息處理的工作流程，以此來支撐衛星通信偵察技術的繼承性發展。

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