多功能綜合一體化技術發展綜述

朱偉強，王克讓，許華健，劉志凌，方維海

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇南京210007）

0 引言

現代化戰爭對作戰手段多樣化的需求，必將形成陸、海、空、天、網電“五維一體”全方位、跨域協同、信息共享的聯合作戰樣式。全譜信息獲取、快速可靠信息傳輸、實時有效的信息應用是奪取體系化、網絡化作戰優勢的三大重要環節。任何單一電子裝備或多種裝備的功能疊加難以保證有效對抗敵方綜合、智能、一體化的戰場信息化網絡，體系化的綜合一體對抗不可避免，信息化裝備的多功能、多任務、綜合一體化已成為未來軍用信息系統發展的必然趨勢[1-3]。因此，未來的軍用信息系統將更多的體現出模塊化、綜合化、網絡化的特征，具有資源高度共享、信息高度融合、功能高度協同等特點，從而實現在復雜作戰環境下的高生存能力和高效費比。

面對體系對抗下的聯合作戰需求，現有信息化裝備在功能、能力和作戰使用方面暴露出越來越多的問題[4]，綜合一體化技術出現的初衷是希望研制能夠將雷達、通信、電子戰、導航、敵我識別等多種設備集中共用射頻資源和信號數據處理資源的綜合化系統[5]，從而從根本上實現更加全面的系統綜合，適應多種不同類型的作戰任務，從而解決作戰平臺上越來越多“煙囪式”電子信息系統導致的質量/體積/功耗增加、保障維護困難、各系統相互制約、隱身性能不足等問題[6]。

隨著分布式協同、網絡化等概念興起，多功能綜合一體化朝多平臺系統和體系一體化方向發展，即在“多域戰”、“全域戰”等體系對抗作戰的軍事需求下，單平臺多功能綜合一體化是一體化發展的初級階段，多功能綜合一體化還要包括系統和體系（系統之系統）層面的一體化。

根據國內外發展狀況調研情況，結合筆者從事相關研究工作經驗以及對多功能綜合一體化的理解，本文首先界定綜合一體化的概念和內涵，然后系統梳理多功能綜合一體化技術國內外發展現狀、發展趨勢和應用前景，并分析實現綜合一體化的主要關鍵技術，最后為后續的技術發展提供建議。

1 概念內涵

雷達、通信、電子戰、導航、敵我識別等軍用信息系統都是基于電磁波承載信息的物理本質，其構成原理基本相同，基本組成功能模塊也大致相同，為硬件和軟件資源的綜合化和一體化提供天然的基礎。

多功能綜合一體化采用系統工程的方法，以信息理論和先進電子技術為基礎，采用開放式體系架構，通過軟件無線電、通用模塊化設計等技術，在保證雷達、通信、電子戰、導航、敵我識別等功能和性能前提下，以分類綜合為原則，對各種射頻孔徑、射頻前端、信號與信息處理、顯示等功能模塊以及各種數據進行頂層規劃和系統綜合設計，將體系架構由原來以“分系統”、“設備級”為依據的“縱向劃分”變成以“功能區”、“模塊級”甚至“軟件級”為依據的“橫向劃分”，實現硬件最大程度的綜合、集成和系統的功能整合、功能擴展和靈活重構，從而達到信息和資源的高度共享、提高整體可靠性和隱身性、降低成本等目的。

綜合一體化遵循從簡到繁、從易到難、從單平臺到多平臺的發展思路，可分為平臺級、系統級和體系級三個層級。

平臺級一體化是指由一個統一的平臺實現多功能一體化，即通過結構與功能一體化、系統與分系統集成化、軟件硬件相互滲透化等技術途徑，實現電子信息系統從接收到發射通道各部分的最大限度資源共用與共享，具備信號綜合、孔徑綜合、通道綜合、處理綜合及應用綜合等五大綜合特征。

系統級一體化是指由多個平臺模塊組成的系統通過多平臺組網、資源動態接入、跨平臺實時通信、分布式孔徑綜合等技術途徑，利用多平臺模塊的組網和有機協同，實現多平臺資源共享、動態重構，具備智能化、分布式、一體化協同等特征。

體系級一體化是指充分利用電磁空間中的各種已有資源，通過多平臺的不同網絡、不同系統相互協同，有機一體，充分發揮體系作戰效能，實現多功能一體化，具有開放性、大數據、多軍種、跨域協同、不斷演化和進化等特征[7-8]。

2 多功能綜合一體化技術發展現狀

2.1 國外應用概況

多功能綜合一體化系統按照單平臺集成程度大致分為四個階段[7，9]：獨立式結構一體化萌芽階段，雷達、通信、電子戰、導航等設備集中于一個平臺上各自實現獨立功能聯合式結構一體化初級階段，在信息鏈路的控制和顯示終端進行資源共享；綜合式功能一體化階段，系統共享的共用綜合處理機以可更換的模式安裝于綜合機架中，以美國“寶石柱”計劃和F-22先進戰術戰斗機綜合式航電架構為典型代表[3]；先進的多功能一體化階段，以基于“寶石臺”計劃的F-35戰斗機多功能綜合射頻系統為典型代表，被認為是目前一體化程度最高的天線孔徑、數據和信息綜合等多功能綜合一體化系統[6]。

從國外多功能綜合一體化技術的應用領域可以看出，國外多功能綜合一體化技術的發展緊緊圍繞著軍事需求，目前多功能綜合一體化技術主要用于機載、艦載和星載領域，以解決平臺空間有限而電子信息裝備種類、數量和質量需求急劇增多之間的劇烈矛盾。圖1給出國外多功能綜合一體化技術在機載和艦載等平臺的應用概況。另外，多功能綜合一體化技術在星載平臺應用主要體現在多傳感器綜合和數據處理綜合一體化方面。下面將分別概述國外在星載、機載、艦載平臺一體化技術應用情況。

2.1.1 星載平臺一體化

在星載平臺一體化方面，國外在多功能復合偵察技術方面發展獲得廣泛應用，此外，雷達通信一體化技術和通信導航一體化技術也開展了相關驗證工作。多功能復合偵察技術是國外偵察衛星上應用最多的技術之一，主要包括無源電子/光電復合偵察技術和有源/無源復合偵察技術。美國海軍的天基廣域監視系統(SB-WASS-NAVY)、俄羅斯“處女地”衛星以及美軍“地球同步軌道太空態勢感知計劃”(GSSAP)衛星均集成了電子信號情報偵察和紅外等成像偵察設備，具備無源電子/光電復合偵察；美國空軍天基廣域監視系統(SB-WASS-AF)和俄羅斯的“芍藥-NKS”衛星均采用電子偵察和雷達主被動手段偵察海面目標；另外美國“入侵者”電子偵察衛星將以前離散的通信情報和信號情報集成到一個單一偵察收集平臺。在雷達通信一體化技術應用方面，美國NASA研制的“迷你射頻”載荷和印度“迷你合成孔徑雷達”載荷開展了基于相同硬件的新型輕質合成孔徑雷達成像技術和通信技術驗證。“空間通信與導航”試驗平臺是NASA在2008年啟動的天基軟件無線電技術試驗，該平臺通過軟件可定方式實現S/Ka頻段通信和L頻段GPS信號接收能力，用于驗證通信與導航一體化技術。表1給出了國外多功能綜合一體化技術在星載平臺的應用概況。

圖1 國外多功能綜合一體化技術應用概覽

國外在星載電子信息系統和裝備更加重視多手段協同、綜合一體化系統的發展，特別是在軍事需求的牽引及微電子技術發展的驅動下，國外星載電子信息系統經歷了從模擬化向數字化、軟件化、智能化的轉變，系統結構也相應地從多手段分立式、聯合式、初級綜合式發展到真正綜合化、模塊化的新一代綜合一體化感知系統。當前，國外星載平臺一體化技術與應用的總體趨勢是不斷增加功能的數字化以及功能的共享和模塊化，不斷推進傳感器綜合、傳感器信號處理和數據處理綜合。

2.1.2 機載平臺一體化

在軍事需求的強大推動下，機載平臺一體化是國外軍事強國的重點發展領域，尤其以美國空軍的F-22和F-35第四代戰斗機為典型代表，美國空軍對機載平臺一體化發展思路是從后端處理逐步向綜合孔徑、一體化多功能邁進，不斷降低系統的體積、質量、成本，提高系統的可靠性[10]。此外，俄羅斯的第四代戰斗機蘇-57也集成了其研究機載平臺一體化的相關技術成果。

表1 國外星載平臺多功能綜合一體化技術應用概況

1）美國空軍“寶石柱”計劃和F-22戰斗機

“寶石柱”計劃是美國空軍萊特實驗室在20世紀80年代發展起來的一項用于提高作戰飛機航空電子系統一體化水平的計劃，該計劃實質是以超高速集成電路和通用模塊為基礎，采用高速數據總線和網絡系統等技術手段，實現航空電子系統的高度綜合化。美國F-22戰斗機即是采用該計劃的綜合化航空電子系統結構，實現了信號與數據處理的模塊化、開放式設計，大大減小了航電系統的質量、體積和成本，提高了飛機的隱身性能。

2）美國空軍“寶石臺”計劃和F-35聯合攻擊戰斗機

“寶石臺”計劃是“寶石柱”計劃的增強和擴展，其技術和體系結構的改進和提高主要用于改善可靠性、可維修性、可生存性、可承受性、質量和體積。基于“寶石臺”計劃的F-35聯合攻擊戰斗機(JSF)是目前射頻傳感器綜合化程度最高的一種主戰飛機，其航電系統采用開放式系統結構，將相控陣雷達系統、光電瞄準系統、分布式孔徑系統、電子戰設備和通信導航識別設備融于一身，打破了各功能之間的界線，提供了全方位的目標數據，為飛行員提供了前所未有的空戰環境的態勢感知能力和電子作戰能力。F-35戰斗機對綜合一體化技術的應用主要體現在對綜合傳感器系統(ISS)計劃、多功能一體化射頻系統(MIRFS)和綜合化通信導航識別系統(ICNI)等研究成果的集成。

美國空軍研究實驗室從1995年開始進行了ISS的概念演示驗證計劃，目標是采用相對較少的開放式射頻模塊類型構成綜合的、可重構的射頻處理結構。基于聯合攻擊技術(JAST)計劃辦公室于1996年啟動了MIRFS概念研究，其目的是開發一種可供雷達、電子戰和電子通信系統共用的多功能一體化天線。ICNI系統研究以精簡和綜合傳統的通信電臺、導航和識別設備為目標，采用功能分區的概念將功能相同的模塊進行標準化、綜合化設計，克服綜合引入的開關插損、噪聲等問題，并通過標準化的接口進行系統互聯，同時采用統一的資源管理器對多種資源進行統一的管理、調度和配置，從而實現不同波形和多種無線電功能之間的動態分配。

雖然美國空軍F-22和F-35戰斗機的航空電子系統的模塊化水平已經相當高了，但是在射頻系統和光電探測系統的模塊化方面，還有很大潛力，這將是模塊化發展的一個重要方向[11]。

3）俄羅斯空天軍蘇-57戰斗機SH-121無線電電子系統

SH-121無線電電子系統包含N036“松鼠”雷達系統和L 402“喜馬拉雅”電子戰系統。N036“松鼠”雷達系統于2012年開始在第3架T-50原型機上進行地面測試，包括1個安裝于機頭的X波段N 036-1-01有源相控陣主雷達、2個安裝于前機身側面的X波段N036B-1-01有源相控陣小雷達、2個安裝于機翼前緣延伸部位的L波段N 036L-1-01有源相控陣雷達（包含敵我識別和電子戰功能），X和L雙波段工作模式對隱形戰機具備一定探測能力，相關數據通過N036UVS計算機進行綜合處理。L 402“喜馬拉雅”電子戰系統工作頻段覆蓋1～18 GHz，32～40 GHz，在尾椎上有獨立的電子戰寬頻源有源天線，在N036雷達的頻率上可以共用雷達天線進行電子戰任務。相比蘇-35戰斗機的雷達、電子戰系統，蘇-57的SH 121無線電電子系統集成化程度大大增加，且實現了智能蒙皮共形天線技術。此外，蘇-57戰斗機的101KS“環礁”電子光學系統由101KS-V紅外搜索和跟蹤（IRST）裝置、4個紫外導彈接近告警傳感器（MAWS）、2個101KS-O紅外定向干擾傳感器和1個用于低空飛行和降落的101KS-P小型前視紅外傳感器組成，能夠對戰斗機進行全向光電監視還可用激光攔截來襲導彈。

4）緊湊型無人機載多功能射頻系統(MRFS)

英國SELEX(塞萊克斯·伽利略)公司與泰勒斯英國公司聯合開展了無人機超緊湊多功能射頻傳感器計劃(MRFS)，在減少自身質量、體積的同時節省了平臺寶貴資源，使其可以裝備更多偵察或武器系統，等效于增加了平臺作戰能力。該計劃擬采用一部可復位有源相控陣天線(或兩部天線)，覆蓋4.5～18 GHz，實現雷達、電子戰、數據鏈等功能，在孔徑、射頻、數字模塊和處理終端的多功能、通用化方面開展研究，其第二階段的研究重點是超寬帶結構一體化天線的研制。MRFS研究主要用于驗證超寬帶綜合射頻一體化結構概念應用于超緊湊型無人機(7 kg載荷)和戰術型無人機(50 kg載荷)平臺上的可能性。

2.1.3 艦載平臺一體化

國外艦載平臺一體化的經驗是通過綜合射頻技術，利用分布式多功能射頻孔徑取代艦艇上大量分散的射頻傳感器，采用開放式、可重構、模塊化、共形化的射頻系統，結合軟件上的功能控制和資源管理，以實現艦艇上雷達、電子戰、通信和導航的功能綜合。

1）美國海軍先進多功能射頻(AMRFC)概念

在探索艦載平臺一體化方面，美國海軍重點開展天線孔徑綜合（共用孔徑）研究，解決天線孔徑增加帶來的問題。美國海軍從20世紀90年代開始，先后開展了先進共用孔徑(ASAP)項目和先進多功能射頻概念(AMRFC)，其中AMRFC技術著重開發、演示能收發多個同時波束的寬帶、高性能多功能射頻孔徑，同時降低孔徑的信號特征和數量，把敵我識別器(IFF)、雷達、電子戰和通信等多種功能系統整合成為一個綜合的系統，從而解決平臺的電磁兼容和隱身問題，在改善性能的同時降低成本。此外，美海軍研究部門先后開展了先進封閉式桅桿/傳感器系統(AEM/S)、多功能電磁輻射系統(MERS)、多功能隱形桅桿(LMS)、多功能電子戰(MFEW)等一系列研究計劃。

2）美國海軍新型多用途驅逐艦DD(X)計劃

美國DDG-1000驅逐艦是首次提出采用一體化信息管理技術的艦艇，部分使用AMRFC技術，采用開放式體系架構，在計算機硬件、網絡技術、軟件技術等方面進行了統一規劃，開發了AN/UYQ-70顯示系統，規范了計算機硬件和接口，推出了全艦計算環境基礎設施(TSCEI)產品。DDG-1000雙波段雷達（DBR）由2部有源相控陣雷達綜合而成，采用了一體化設計，陣面與上層建筑共形，可代替原來艦上5～10部雷達的功能，提高了艦艇的隱身性能。AEM/S作為DD(X)建造計劃的重要組成部分，依據試驗結果成功地將AEM/S應用于LPD-17型“圣安東尼奧”號兩棲船塢登陸艦。新型DD21驅逐艦上層建筑采用了隱身設計，它采用了多功能一體化的相控陣天線，天線孔徑遍布上層建筑側面和頂部。

3）綜合桅桿(InTop)計劃

2008年，美國海軍推出了綜合桅桿(InTop)計劃，目的是在AMRFC原理演示計劃的基礎上發展支持多級軍艦和平臺的可擴展電子戰、雷達和通信功能，奪取射頻頻譜。該計劃在美海軍水面艦艇和潛艇上應用一部集成式、多功能、多波束的上部結構天線孔徑，具備模塊化的開放式射頻體系架構和軟件定義的功能性，在減少當前艦船上部結構中天線孔徑數量的同時，還將對系統框架內的射頻功能進行同步和優化設計，幫助解決艦上大量天線造成的電磁干擾/電磁兼容問題。該計劃基本組成包括多波束電子戰/信息戰/視距內通信樣機、靈活分布陣列雷達(Flex DAR)、潛艇和水面艦船的聯合衛星通信系統、資源分配管理和基礎設施開發(LLRAM&ID)模塊等部分。

4）歐洲多功能綜合一體化系統

荷蘭于20世紀90年代開始研究綜合桅桿(Integrated Mast，I-MAST)系 統 ，包 含 I-MAST 50、IMAST 100、I-MAST 400和I-MAST 500四種型號。IMAST 100系統是一部中央桅桿結構，可以集成艦船的雷達、光電傳感器、敵我識別、電子戰天線、衛星通信等通信天線以及所有相關的機柜。I-MAST 400系統是綜合桅桿系列中的最大型號于2010年裝備其巡邏船。荷蘭TNO國防研究所還開展了可縮放式多功能射頻系統(SMRF)的研究，使雷達、電子戰和通信等射頻功能得以擴展，滿足各種作戰任務和平臺的需求。

2004年，歐洲的瑞典和意大利聯合開發新型高級多功能綜合一體化系統(M-AESA)，其主要研發目標一是支撐下一代作戰平臺電子作戰系統的技術路線和體系架構選型，包括艦載、機載和陸基平臺，二是驗證單一系統實現多任務、多功能(包括雷達、電子戰、通信)，且體系架構能夠滿足未來戰場環境需求。M-AESA融合了雷達、通信、電子戰等多種功能，能夠自動適應動態條件，可執行多種任務，且采用可縮放的開放式結構，與海軍、陸軍和空軍的指控系統兼容，其中瑞典“維斯比”護衛艦便采用了該一體化桅桿技術。

綜上可知，國外艦載平臺多功能綜合一體化的發展思路首先是將多部雷達的功能結合，有源探測和無源探測相結合，多艘艦艇的雷達相互組網，實現雷達的多功能化、數字化、軟件化；其次是將雷達、電子戰、通信和導航功能相結合，電子設備一體化；最后是在天線系統設計時一應與艦體系統設計相結合，使艦體隱身化[12]。

2.2 國內研究現狀

隨著一體化需求的日益增強，國內也越來越重視電子信息系統的信息化、一體化、智能化的研究，但是國內院校及相關研究機構對多功能綜合一體化系統的研究起步較晚，主要集中在雷達電子戰一體化、雷達通信一體化、電子系統綜合一體化等優勢特點分析、共享波形設計等關鍵技術突破、工程實現以及發展思路研究等方面，整體處于起步階段。

1）雷達電子戰一體化

結合美國F-22戰斗機上一體化電子戰系統和瑞典“鷹獅”戰斗機愛立信一體化射頻航空電子設備(EIRA)的相關技術特征，許中行說明了綜合一體化雷達電子戰系統的發展重要性[13]。孫紹國等人結合我國當時的研究現狀，針對艦載雷達電子戰系統一體化問題，提出了相關的關鍵技術[14]和幾種寬帶共孔徑天線技術[15]。趙俊等人提出了一個雷達與電子戰一體化設計實現的途徑[16]。趙培聰探討了我軍艦載雷達電子戰一體化系統構架，并展望未來技術的發展[8]。程遠從硬件架構設計和使用策略設計兩個方面，給出了一種機載平臺雷達電子戰綜合一體化設計的實現方法[17]。

對于雷達與干擾一體化波形設計的研究，徐崔春以深入討論偽隨機二相編碼信號的共享波形設計，并衍生出其它兩種共享信號波形，為一體化共享波形提供了重要的設計思路[18]。張勇提出了混沌調制或混沌編碼調制形式的雷達與偵察干擾共享信號[19]。周勇敢[20]和鐘璠[21]均對一體化所用到的共享信號進行了探討，鐘璠重點研究了隨機二相碼、隨機脈位、隨機周期及其復合調制信號，分析其探測、干擾和干擾壓制等性能。楊丹丹從能量共享方面分析并驗證一體化系統設計的可行性和有效性，并重點對共享信號波形進行了設計[22]。

在雷達與電子戰一體化工程化研究方面，鄒順等人給出了一種基于相控陣技術的雷達電子戰一體化實現方案[9]。劉重陽提出基于機械旋轉天線的集火控跟蹤雷達、有源干擾及雷達偵察一體化設備的總體思路、原理方案和作戰使用等[23]。俞成龍等人提出以單脈沖跟蹤雷達為平臺，集成無源偵察、有源干擾的一體化思路，實現了軟、硬武器的聯合作戰，充分發揮電子武器裝備的綜合作戰效能[24]。此外，馮浩等人提出了艦艇雷達電子戰一體化射頻資源管理的層次化體系結構[25]。海軍大連艦艇學院王龍濤等人針對無源偵察引導效能的提升問題，從作戰使用角度出發，提出了一體化雷達電子對抗系統無源引導雷達探測效能優化的方法，可作為艦載一體化雷達電子對抗系統射頻資源綜合調度的依據[26]。

2）雷達通信一體化

對于雷達與通信一體化的研究主要開始于2001年[27-28]，而國內的研究重點在于通過設計共享信號波形實現雷達通信一體化。鄒廣超研究了在保持或很少影響雷達系統性能的前提下，通過軟件無線電技術將通信功能集成到雷達系統中，從而實現雷達與通信系統的一體化設計，并通過建模和仿真，驗證了雷達與通信綜合一體化設計的可行性[29]。李佳洋等人提出了讓通信信號經過擴頻處理后加載到雷達信號上去，采取基于對數變換的同態濾波算法與改進的FastICA算法相結合的盲信號分離算法[29]來分離雷達通信。上官瑞春提出了一種基于擴頻技術的一體化chirp信號設計方案，并進行了系統建模和仿真，驗證了實現雷達通信一體化設計方案的可行性[31]。胡朗等人從一體化共用信號波形角度出發，提出直接序列擴頻正交頻分復用(OFDM)進行雷達通信一體化的實現方法[32]。劉澤彬針對雷達系統與通信系統共存兼容條件較高，以及目前雷達通信一體化設計存在的通信速率較低，靈活性較差等問題，基于波形共享的思想，將游程編碼、混沌編碼和OFDM技術相結合，研究了OFDM游程混沌相位編碼(OFDM-RLC-LCC)雷達通信一體化的設計方案[33]。此外，李朝偉等人對單平臺雷達/通信偵察一體化技術進行了研究[34]。

3）電子系統綜合一體化

隨著雷達電子戰一體化和雷達通信一體化研究的深入，一體化綜合電子系統的研究漸漸吸引了國內學者的注意。梁百川[7]、張東坡[35]、徐光華[36]等人先后探討了信息對抗裝備綜合一體化主要特點、發展趨勢、關鍵技術和發展思路。在綜合一體化體系架構和方案設計方面，結合軟件無線電思想，吳遠斌[5]、關中鋒[37]、馬定坤[38]等提出了在同一硬件平臺上實現雷達、電子戰、通信綜合一體化方案。胡元奎等人結合軍事應用和工程實現，對多功能綜合射頻系統的技術體制、工作頻段、陣面形式等進行研究，提出了滿足目前作戰應用且工程可行的系統體系架構[10]。薛慧等人對機載單平臺及多平臺間的雷達、電子戰等系統的協同探測應用開展了調查研究[39]。

在綜合一體化關鍵技術研究方面，畢勝等人重點探討了射頻孔徑綜合和射頻通道綜合這兩種方式，闡述了工程可行的設計案例[6]。周建偉等人提出了一種基于微波光子技術的一體化射頻前端，具有高頻寬帶、靈活可重構的特點，適應不同的射頻體制，并且能夠有效降低系統的體積、重量和功耗[40]。王君等人針對現代復雜電子戰環境，提出了PAM DS UWB和PPM TH UWB兩種共用信號形式[41]。王向暉等人分析了飛行平臺射頻資源管控的設計原則，提出了一種基于模塊化飛行平臺射頻資源閉環管控模型，為飛行平臺更好地遂行偵干探通提供技術支撐[42]。

在綜合一體化工程實現方面，宋增志將不同類型和用途的電子設備進行一體化綜合設計，實現了裝備小型化的同時，保證了裝備的多功能化和通用化[43]。肖秋楓等人提出了一種通用電子干擾吊艙的總體設想[44]。王才華等人設計了一種新型的基于數字陣列雷達體制的S波段多功能射頻系統，對后續多功能射頻系統工程研制具有一定的指導和借鑒意義，具有較為廣泛的應用前景[45]。此外，近年來隨著國內對電磁藍軍建設的重視，研究人員也研究了我軍新型試驗靶場多功能一體化技術的應用需求及未來靶場裝備發展的技術趨勢[4]和基于綜合射頻一體化的復雜電磁環境構建設備體系結構[46]。

從國內的發展現狀來看，國內在艦載平臺一體化方向、共享信號、共用天線孔徑和一體化架構設計方向有一定的研究成果，但是目前研究尚不夠深入，例如共享信號設計還分別偏向于雷達通信信號一體化和雷達干擾信號一體化可用性分析，對共用信號處理以及雷達/通信/電子戰共用信號一體化的研究仍較為缺乏。此外，國內在超寬帶天線、信號綜合處理等方面關鍵技術還有待開展研究。

2.3 技術發展趨勢

多功能綜合一體化技術正在由實孔徑向虛擬孔徑、窄帶并行通道向分布式、大動態寬帶可復用通道、傳統并行處理向協同重構處理轉型，在空、時、頻、能量、極化、調制（碼和渦旋）等多維信號空間獲得更大的系統自由度，有效拓展系統可利用的資源，實現作戰資源高度集約和共享，推動未來先進電子信息系統的創新變革與能力跨越，根據多功能綜合一體化的單平臺、多平臺系統級和體系級三個層面，其發展趨勢主要有以下幾個方面：

1）在單平臺實現層面，多功能綜合一體化技術將繼續向著射頻/光電綜合一體化、有源/無源綜合一體化、軟硬殺傷一體化方向發展。例如單平臺電子戰功能的綜合一體化基本形式就包括了不同偵察手段的綜合，電子偵測與電子干擾的綜合，有源干擾與無源干擾的綜合，軟殺傷與硬殺傷的綜合以及雷達對抗、通信對抗和光電對抗的綜合等[7]。因而，多功能綜合一體化技術的進一步發展則是將平臺上的雷達、通信、電子戰、導航、敵我識別、武器系統等全部綜合設計在一起，構成多功能互補、全頻譜、多手段、自適應的單平臺綜合電子信息系統，達到平臺資源共享和空間的最充分利用。

2）多功能綜合一體化系統不局限于單平臺層面，基于分布式協同平臺的多功能綜合一體化技術是重要的發展方向。分布式平臺多功能綜合一體化系統由多個平臺模塊組成，通過多平臺模塊的組網和有機協同，突破單平臺視距、物理空間、天線孔徑、平臺資源的限制提升系統功能和作戰效能，實現多平臺系統級多功能一體化。例如，國外提出無人戰斗機網絡化戰斗/偵察電子系統概念，通過應用超寬帶相控陣天線于多種無人戰斗機平臺實現系統間和平臺間的協同，天線陣列為幾個分布式的寬帶有源相控陣，配合相關的射頻前端子系統可實現高測向精度全向電子支援偵察功能以及雷達、干擾、衛星通信、數據鏈等其他功能。

3）多功能綜合一體化系統最大限度地綜合體系對抗作戰環境下的各種信息資源將是多功能綜合一體化技術在體系層面的必然發展趨勢。多兵種協同作戰的“多域戰”和“全域戰”使得戰場環境復雜多變，在“網絡中心戰”和“馬賽克戰”等作戰概念牽引下，必須將多種平臺的電子裝備系統和作戰手段有機地結合成一個陸、海、空、天、網電相結合、遠中近程和高中低空相結合、多種探測方法和對抗手段相結合以及軟硬殺傷相結合的一體化系統[7]。充分利用電磁空間中的各種已有資源，通過多平臺的不同網絡、不同系統相互協同，有機一體，充分發揮體系作戰效能，實現多平臺體系級多功能一體化。這種一體化形式可使多平臺電子裝備系統協同工作，聯合作戰，充分發揮電子裝備的整體效能，是多功能綜合一體化的最高目標，也是雷達、通信與電子戰系統發展的必然結果與趨勢。

3 多功能綜合一體化關鍵技術

多功能綜合一體化主要體現在信號綜合、孔徑綜合、通道綜合、處理綜合和應用綜合等五個方面，與其相對應的主要關鍵技術可歸納為共用信號波形設計、超寬帶天線共用孔徑、射頻/數字通道綜合、高速信號綜合處理以及功能軟件化可重構等五類技術。限于篇幅，本文主要討論上述五類關鍵技術，諸如多傳感器數據融合技術、開放式架構設計技術等其他關鍵技術不再討論范圍。

3.1 共用信號波形設計技術

共用信號波形設計技術主要應用于雷達、通信、電子戰等多功能共用射頻孔徑且同時工作體制時的情形。雖然雷達、通信和電子戰在原理上都是通過電磁波的發射和接收過程實現各自不同的功能，然而由于對信號的需求差異明顯，要通過共用信號波形同時實現雷達、通信、電子戰等幾種或多種功能，需要對各功能所需的天線波束寬度、輻射功率、發射器件特性、接收機靈敏度、信號體制、持續工作時間、工作頻段、工作帶寬等進行綜合分析，優化設計出能夠部分或者同時滿足各功能的共用信號波形。因此，共用信號波形設計是實現同時工作體制多功能綜合一體化的核心關鍵技術。例如歐洲電信與雷達國際研究中心率先提出了基于信號共享的雷達通信一體化(Radcom)的概念，即使用一種雷達通信共享信號進行目標的探測和定位，同時進行信息傳輸，接收機通過對接收到的共享信號進行處理與解調，分別獲得目標信息和通信傳輸信息。國內中科院電子所提出合成孔徑雷達與通信一體化可提升合成孔徑雷達的信息交互能力，實現探測數據實時傳輸。另外，考慮到減輕信號波形設計對硬件依賴性，一種可行的綜合波形設計思路是根據不同系統的波形功能特性要求，提煉不同波形的構件或組件特征，采用軟件通信架構（SCA）規范對不同類型的波形進行封裝和硬件抽象，實現不同波形在異構硬件之間可移植。

3.2 超寬帶天線共用孔徑技術

共用孔徑主要是通過研制多個電子信息系統共用天線的平臺一體化綜合天線，即一個天線實現多種功能，提高射頻綜合配置管理和天線的電磁兼容性，消除天線數量過多導致的不利影響。共用孔徑技術是一種新的相控陣天線技術，它利用超寬帶多波束技術將多個天線的功能結合到一個孔徑中，實現電子偵察、干擾、雷達探測和通信的功能，完成目標跟蹤、控制、干擾、欺騙等任務，或滿足其他作戰要求，是多功能綜合一體化系統及其它電磁功能集成到一個硬件設備上的重要技術基礎。

多功能共用孔徑體現在對孔徑資源的靈活分配、波束的自適應形成和靈活控制。將滿足多種功能的多個天線綜合到一個射頻孔徑中，不同的功能任務對波束形狀、掃描特性等有不同的要求，因此在執行不同功能任務時，需要在綜合考慮天線波束掃描、波束寬度、天線增益、天線副瓣、極化、互耦等問題情況下能夠靈活地重構和分配共用孔徑天線，滿足雷達、電子戰、通信、數據鏈等功能需求。對于寬帶陣列，相控陣天線孔徑渡越限制，波導傳輸具有色散性，通道濾波器具有相位非線性，這些微波前端都帶來了失真，而這些失真在波束合成后無法依靠基帶信號處理來解決，因此，超寬帶天線共用孔徑還需要解決寬帶通道的色散問題和不一致性補償問題。此外，輕小型高效率寬帶寬角掃描天線陣可滿足不同平臺對綜合孔徑的需求，也是超寬帶天線共用孔徑的一個重要研究方向。

3.3 射頻/數字通道綜合技術

射頻/數字通道綜合技術除了可以降低成本、質量和體積外，還可以提高系統的可用性和可靠性，是實現系統可擴允、可升級的關鍵之一。射頻部分不同組件之間的集成對系統的性能、成本和質量等指標有不同的影響，需要解決多種功能模式對帶寬、動態范圍、改善因子的綜合要求，解決模擬電路和高速數字電路集成問題，同時減小體積和質量，綜合考慮模塊劃分和集成方式應具備可重構、可擴展能力，同時兼顧考慮冗余度和靈活性之間的矛盾。

射頻/數字通道綜合采用模塊化、標準化的設計方法，把各個子系統的各種功能重新劃分、組合，將傳感器前端組件、信號處理組件和數據處理組件等組成具有資源共享、可重構和通用化的新型系統。這些系統在系統軟件的控制管理下可實時完成各種作戰任務，實現高性能的雷達、通信、電子戰、導航、探測、跟蹤與識別功能。超寬帶通用射頻硬件要求具備高帶寬、線性、高效射頻放大、低噪聲、靈活射頻通道切換、多通道電磁兼容等特點，在發射時主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務，接收時實現濾波、放大、下變頻等功能。靈活射頻通道切換電路提供多個天線和多個接收通道、多個發射通道之間互聯和靈活切換功能，支持通信全雙工、半雙工模式射頻通道切換等。此外，從有效減少系統的模塊種類角度出發，采用基于微波光子學的光通道、光采樣等技術實現統一的通道設計來滿足系統不同功能的需求是一個可能的發展方向。

3.4 高速信號綜合處理技術

信號/數據綜合處理是多功能綜合一體化系統的處理核心，完成從天線、信道送來的雷達、通信及敵我識別信號等的各種處理，包括對已知信號的解調、參數測量和對未知信號調制體制識別等。多功能綜合一體化系統工作模式多樣，信號形式變化復雜，帶寬較大，為了滿足復雜戰場態勢感知的實時性以及大容量的信號處理工作的要求，必須研制高速信號和數據處理機，實現一體化系統對作戰觀察-判斷-決策-行動(OODA)環的秒級響應能力。

目前，數據采集、緩存、預處理及解調、海量存儲器等信號處理模塊的功能實現已基本集成到芯片級硬件上，對這些硬件的統一模塊化設計和調度管理成為一體化信息處理的關鍵。信號處理模塊的統一設計一定要緊密結合任務需求，通過功能分析與分解，科學合理地劃分硬件電路模塊，使其具有特定的功能，并有良好的通用性、互換性和接口界面，能在模塊間建立良好的通信機制，并做到動態分配，使信號處理的效率達到最佳。

3.5 功能軟件化可重構技術

功能軟件化可重構技術是基于信號處理硬件平臺統一設計，在數字化盡量靠近射頻前端/天線的前提下，通過軟件重構方式實現偵察、干擾、探測、通信等功能。由于雷達、電子戰、通信數據鏈等電子信息系統的能力需求、指標要求、工作時機、工作對象等各不相同，需要分析研究各種功能的工作流程、資源需求，因此需要對各種功能進行類型的歸并和組合，確定多功能綜合一體化系統工作模式、業務先后順序、狀態切換準則等，建立系統關聯模型、動態組合模型、功能切換模型等。實現在相同的硬件平臺上，利用軟件完成寬帶天線監控、系統頻帶調整、信道監測與自適應選擇、信號波形在線編程、調制解調方式控制及信源編碼與加密處理等，通過系統資源調度管理來滿足偵察、干擾、探測、通信等功能需求。

多功能綜合一體化系統的功能主要由軟件來定義，軟件方案應支持系統各種功能實現所需的存儲、輸入/輸出、信號處理和數據處理能力，系統在需要完成新任務或需要增加新功能時，只要當前硬件資源足以完成這項工作，那么只需要加裝新的軟件組件即可，在資源升級或增加新資源時，不需要重新設計整個系統或改寫大量軟件。為了保證程序的可靠性，提高軟件的可維護性和可移植性，有必要將應用軟件與基礎軟件間的接口標準化、規范化，使基礎軟件(操作系統)與應用軟件相對隔離，系統設計與功能軟件隔離，實現軟件的模塊化設計。系統應采用開放式軟件架構，采用分層形式，包括模塊支持層(MSL)、操作系統層(OS)、中間件層和應用軟件層，通過系統藍圖進行配置和管理。此外，由于多功能綜合一體化系統軟硬件資源的通用化和共用化，功能軟件化可重構技術還需要解決資源動態管理調度的全盤考慮和協調統一問題，能夠根據不同工作模式下各功能線程的優先級，設計出合理的資源分配算法和重構策略，優化資源調度配置。

4 發展建議

1）針對超寬帶天線共用孔徑技術在單個平臺上面臨承載空間和發射功率限制的問題，建議重點發展寬帶機會陣技術。機會陣被“機會性”地布置于平臺上，是分布式隨機陣和稀疏陣的綜合兼具共形陣特點，能夠在保證平臺隱身能力的前提下最大限度地增大天線孔徑、提升功率的精細化管理能力和平臺適裝性。在實際的戰場環境中，基于智能仿生學，一體化系統能夠根據任務的種類和數目，對機會陣進行“機會”選擇和管理，在多功能一體化狀態下，動態適應不同的工作模式下的天線單元分區域分頻段工作，從而實現對雷達、通信、電子戰等多種功能。

2）高速綜合信號處理是多功能綜合一體化系統核心技術所在，而微波光子解決上述核心技術的重要途徑之一。微波光子技術利用光子學寬帶、高速、低功耗等優點來實現寬帶微波信號的產生、感知、傳輸、處理和控制，充分發揮微波精細靈活和光波寬帶低損的各自優勢，具備對雷達、通信和導航等多種信號的高速一體化綜合處理潛力。以美國為代表的軍事強國已經展開了對微波光子技術的全面布局和深化研究，某些研究領域已經占領制高點，取得了豐碩的研究成果。從國外的文獻資料來看，許多研究成果已經用在五代機、五代艦的綜合射頻孔徑一體化設計中，作為引領多功能綜合一體化系統的核心技術，微波光子技術在軍事裝備的升級換代中起著舉足輕重的作用。

3）在多平臺體系層面的綜合一體化技術發展方面，電磁機動戰電磁頻譜資源管理是發揮一體化系統體系對抗效能不可或缺的關鍵技術。未來信息化體系對抗戰場，敵我雙方在電磁空間的較量異常激烈，戰爭的勝負很大程度上取決于作戰雙方對電磁頻譜資源的利用和管理水平。例如美海軍已經開始著力開展電磁機動戰電磁頻譜資源管理技術研究，如電磁機動與指揮控制(EMC2)項目和電磁機動戰資源分配管理(EMW RAM)項目。EMC2項目旨在支撐射頻多功能和射頻資源管控，實現實時適應各種射頻系統，使美國海軍在快速變化的戰略和戰術環境中獲得快速頻譜分配能力；EMW RAM項目開發電子戰戰場管理和高級電子戰自適應系統管理框架則是分別用于平臺內協調/平臺間協同作戰和自適應地優化電子支援和電子攻擊功能。

5 結束語

多功能綜合一體化已成為未來軍用信息系統發展的必然趨勢。以信號、信道、處理、系統、應用一體為特征的信息系統一體化是軍事電子系統的重大發展趨勢，也將成為軍事電子系統最具潛力、最為徹底的技術變革方向。應立足未來，把握裝備跨代發展重大機遇，抓住軍事電子系統電磁物理本質，謀求物理、信息、作戰域上的革命性體系重構，在軍事電子技術上真正實現突破與超越。基于一體化技術體系，將極大簡化裝備與系統研制，突破我軍軍事電子系統跟隨發展戰略，改變戰場游戲規則，實現作戰應用的統一操作與能力協同增強，催生更多嶄新工作模式與作戰樣式，大幅提升軍事電子信息作戰能力。■