戰斗機電子戰系統架構總體設計

賈朝文，馮兵，鄢勃，楊洋，張學帥，劉翔，李燕平

西南電子設備研究所，成都 610036

戰斗機電子戰系統能夠探測、截獲、定位、識別、跟蹤和對抗多種輻射源信號(如雷達信號、導彈指令信號、導彈主動導引頭信號等)，可有效對抗敵雷達和導彈武器系統，提供態勢感知、無源攻擊引導、電子對抗和主動隱身等能力，可極大提升戰斗機的生存力和殺傷力，支持實現攻防兼備的作戰能力。可以預見，在未來先進戰斗機[1]中，貫穿OODA(Observe-Orient-Decide-Act)[2]信息作戰環的電子戰仍將起到越來越重要的作用。

戰斗機航空電子系統架構已經從第一代的分立式、第二代的聯合式、第三代的綜合式發展到第四代的先進綜合化系統[3-4]，如圖1所示，雷達(RADAR)、電子戰(EW)、通信導航識別(CNI)等以綜合共用資源的方式實現其功能處理。傳統電子戰系統的綜合化和開放性已經遠不能滿足第四代先進綜合航電任務系統[5-9]的能力要求。因此，國內外相關研究領域高度重視先進戰斗機電子戰系統架構的方案設計、功能開發與能力驗證工作。

圖1 戰斗機航空電子系統發展階段Fig.1 Development of fighter avionics system

傳統戰斗機電子戰系統架構如圖2所示，由4個象限的接收/發射天線、天線前端/發射機、模擬接收機、干擾處理機、電子支援(ESM)接收機、中央處理機、無源干擾和管理控制計算機等組成，內部采用自定義的控制/數據總線實現互聯，由管理控制計算機通過航電標準總線與航電系統實現互聯。在接收處理能力方面，受晶體視頻接收處理[10]和瞬時測頻[11]等模擬處理技術原理的限制，對雷達信號的參數測量精度不高、接收靈敏度不高、多信號適應能力不足、處理靈活性不夠。在綜合化程度方面，各項功能獨占天線、射頻處理、信號處理等資源，綜合化程度不足。在可擴展和開放性方面，由于相關軟硬件駐留在各自獨立的現場可更換單元(LRU)中，各LRU內部模塊沒有定義為遵從統一電氣和結構標準的現場可更換模塊(LRM)，未采用統一的標準控制/數據總線互聯解決方案，導致系統開放性不足，難以實現作戰能力的快速提升。

圖2 傳統戰斗機電子戰系統架構Fig.2 Architecture of traditional fighter EW system

滿足戰斗機高度信息化和綜合化航電任務系統架構的電子戰系統具備數十項功能，且在性能要求上較傳統電子戰系統有非常大的提升，需要多維度權衡選擇靈活先進的處理架構以實現高性能，滿足戰斗機信息化和智能化的作戰要求。

如果電子戰各項功能全部采用并行的先進處理資源實現，在戰斗機嚴格的體積重量功耗等限制條件下，電子戰方案難以實現。因此必須進行作戰使用研究，在確保性能不下降的前提下，在時域/空域/頻域/極化域/處理域/融合域進行各功能處理資源的高度綜合共用化設計，以確保電子戰方案的可實現性。

作戰對象快速能力提升、電磁環境日益復雜、作戰樣式不斷變化、不同戰斗機平臺及航電任務系統存在不同要求等諸多因素，均帶來電子戰系統在能力需求和技術需求上的不斷迭代。因此，必須針對電子戰系統架構的擴展性和開放性進行精心設計，使電子戰系統能夠“以快應變、以柔制變”。

本研究基于模型的系統工程(MBSE)[12]方法，按照DODAF2.0版本[13]的作戰視圖(OV)/能力視圖(CV)/系統視圖(SV)/技術視圖(TV)進行了需求和技術的頂層建模和迭代研究，對電子戰系統架構開展了技術需求分析、設計與建模仿真驗證，給出了數字化、綜合化可擴展開放式的電子戰系統總體設計架構和解決方案。本研究初步實現了從以往基于經驗設計和實物樣機驗證的V型開發模式(自頂向下設計、自下向上集成綜合)向基于數字模型和實物樣機設計驗證的雙V開發模式轉變。基于這樣的先進開發模式，對電子戰系統的研制從源頭上進行了預測設計和先期能力驗證，預控了研制風險。

1 戰斗機電子戰系統架構設計需求

1.1 作戰研究

面向典型作戰任務，在不同作戰使用場景下建立戰斗機電子戰系統的作戰視圖描述模型，進行作戰使用需求和作戰效能研究。以一種典型的攻防場景的作戰視圖為例進行說明，如圖3所示。

在攻防作戰過程中，我戰斗機電子戰系統能夠在作戰體系支持下，綜合利用多種探測手段和對抗手段，支持戰斗機實現“先敵發現、先敵發射和先敵命中”的“三先”能力，抑制敵戰斗機的“三先”能力，縮短我戰斗機OODA信息作戰環時間，遲滯敵戰斗機OODA信息作戰環時間。

圖3 一種典型攻防作戰視圖Fig.3 Typical attack & defense operational view

在態勢感知方面，電子戰系統能夠利用高增益無源探測(HGESM)實現對機載火控雷達的遠距離無源探測，利用高靈敏度電子支援措施(ESM)對輻射源進行寬空域高精度測向和快速無源定位。

在防御作戰方面，利用寬帶寬空域全向雷達告警和導彈發射/逼近告警實現威脅態勢感知，支持載機采取正確的防御響應措施，如綜合采用多種有源/無源自衛干擾使敵雷達導彈武器系統無法發現載機、即使發現也無法發射導彈、即使發射導彈也無法命中載機，確保載機安全。通過有源自衛干擾使敵雷達始終處于搜索狀態，無法發現載機；當載機被敵雷達跟蹤時，采用有源自衛干擾使敵雷達迅速丟失跟蹤目標，重新轉入搜索狀態；當敵機發射空空導彈后，通過對敵機載火控雷達進行有源自衛干擾，使其制導精度下降，無法實現中/末制導交班；當敵導彈末制導雷達開機工作時，采取箔條/紅外等無源干擾手段，并伴以載機機動，使導彈無法命中載機。

在進攻作戰方面，雙機或多機編隊通過機間數據鏈進行ESM組網，實現協同無源探測，對編隊探測的電磁目標進行高置信度融合，精確測量輻射源距離、角度和速度，引導空空導彈進行超視距攻擊。采用ESM實現對地輻射源目標的精確測向和快速無源定位，引導反輻射武器攻擊，實現防空壓制的戰術意圖。為掩護編隊突防攻擊，戰斗機可在敵空空導彈射程外，使用高功率電子干擾壓制敵機載火控雷達，使其無法檢測目標，確保突前編隊戰斗機安全。

為支持戰斗機的邊攻擊邊防御任務，需要實現雷達和電子戰同時兼容工作能力。

在網絡信息體系的聯合作戰和全域作戰條件下，對手通常具備覆蓋C4ISRK(指揮、控制、通信、計算、情報、監視、偵察和殺傷)全鏈條作戰體系。基于體系對體系破擊思想，單平臺電子戰系統必須加入到我方C4ISRK全鏈條的聯合作戰和全域作戰體系網內，共享電子偵察衛星和空中預警機提供的戰場態勢和情報數據，與空中專用偵察飛機和電子戰飛機實現跨域協同作戰和聯合作戰。

基于多作戰視圖場景推演，建立戰斗機電子戰系統的能力視圖描述模型。一種典型戰斗機電子戰系統能力視圖如圖4所示。

圖4 典型的戰斗機電子戰系統能力視圖Fig.4 Typical capacity view of fighter EW system

相應的，自頂向下進行需求分解，給出了電子戰系統架構設計的系統視圖和技術視圖。

1.2 電子戰系統架構基本設計需求

電子戰系統架構基本設計需求包括功能設計、標準化/模塊化/通用化設計和維護性設計等需求。

1.2.1 功能設計需求

電子戰系統的靈敏度設計面臨很大的挑戰。雷達采用低截獲波形和功率管理等多種措施，輻射功率大大降低，導致電子戰系統告警靈敏度需求較傳統告警靈敏度提升百倍以上。若采用傳統的電子戰模擬接收處理體制，幾乎不可能在戰斗機條件下實現。數字接收機可以通過快速傅氏變換(FFT)、數字信道化等處理邏輯實現不同的信道處理帶寬，通過自適應處理帶寬以實現對雷達脈沖信號瞬時帶寬的最佳匹配，并能采用多種優良的積累處理算法實現不同功能高靈敏度的需求。

為實現對敵飛機來襲方向的精確告警和敵飛機編隊的群分辨能力，電子戰系統的告警測向精度需求較傳統告警測向精度提升數十倍。傳統四象限比幅測向難以滿足高精度要求，一種效費比可接受的選擇是采用相位干涉儀測向體制。采用模擬干涉儀對信號信噪比(SNR)要求高，相位量化精度受限；采用數字干涉儀測向，通過合理的干涉儀天線陣列長度設計和低SNR高精度數字鑒相算法，可以實現高靈敏度高精度測向。

有源自衛干擾需要采用數字接收機和數字化干擾源，實現對雷達時空頻能多維的精準測量與跟蹤，產生高線性、高相參、高動態和低雜散的“三高一低”精確干擾信號，使雷達無法檢測到載機也感知不到干擾，達到主動隱身的效果；或者在預設距離上產生逼真穩定的虛假目標，誘使敵機發射導彈攻擊，達到耗費敵武器彈藥的目的。

電子戰系統必須能夠適應復雜電磁環境。面對敵聯合作戰和全域作戰體系，戰斗機電子戰系統面臨非常復雜密集的電磁信號環境，將遭遇寬頻段全向威脅信號、空間多種有意或無意輻射的民用電磁信號、本機和編隊飛機各種傳感器輻射信號等。由于這些信號在時域上高度交織，如果采用瞬時測頻等模擬體制的傳統接收機，則難以對同時到達的信號進行檢測和處理，基本無法適應復雜密集電磁環境。必須采用全數字化處理技術進行時空頻自適應分離處理，才能滿足要求。

全數字化處理技術能夠實現電子戰系統的高性能要求，支持認知電子戰[14]能力擴展，實現信息作戰向智能作戰的能力躍升。

1.2.2 標準化/模塊化/通用化設計需求

為最大化重用產品和技術，需要遵循標準化/模塊化/通用化設計思路。采用標準結構和電氣規范的模塊和連接器，采用標準數據和控制總線，統一模塊尺寸、互聯接口、供電方式、散熱方式等，盡最大限度減少現場可更換模塊(LRM)的型譜種類。

較少的模塊型譜種類可以實現由硬件密集型向軟件密集型的研發模式轉變。從全壽命周期來看，減少模塊型譜種類還可有效提升全壽命周期開發、驗證、質量控制、效能保障、快速能力生成和管理的效費比，支持可承受的系統目標價格。

1.2.3 維護性設計需求

電子戰系統在使用過程中，需要具備快速便捷的數據加卸載和軟件快速升級維護能力，特別是在戰斗機沒有液冷環控供電條件下的快速卸載能力。

1.3 綜合化設計需求

戰斗機電子戰系統在載機有限的物理空間、重量和供電等條件下實現高性能，需從天線孔徑、射頻、信號處理和數據處理等多個維度進行高度綜合化設計，否則每個功能都采用獨立資源實現，電子戰系統的重量、體積、功耗、環控、成本等將令用戶和相關方無法承受。

在不同作戰場景使用過程中，電子戰系統需要在性能不下降的情況下盡最大程度綜合共用資源實現多功能同時工作。如果不同功能需要微觀全時同時工作，各功能需要配置獨占的射頻及處理資源；如果不同功能需要宏觀同時工作，則可以采用高速分時綜合共用射頻及處理資源實現。電子戰系統應最大化綜合共用其他傳感器的天線孔徑實現功能。電子戰系統需要融合射頻告警和光電告警信息以實現對威脅的綜合告警能力。電子戰ESM可綜合雷達、敵我識別(IFF)、數據鏈等信息提供綜合識別能力，支持進攻和防御作戰決策。

電子戰系統需要采用寬帶射頻集成技術、功能芯片化技術等實現射頻處理功能高度綜合集成，使各功能模塊的集成度相比傳統功能模塊提升數十倍，才能滿足戰斗機嚴格的裝機要求。

1.4 可擴展開放性設計需求

1.4.1 電子戰能力快速提升需求

作戰對象能力的提升需要電子戰系統架構在工作帶寬、靈敏度、空域覆蓋等方面具有快速擴展能力。如：機載火控雷達工作帶寬可能變得更寬；雷達低截獲(LPI)技術發展及未來低零功率作戰環境等可能導致電子戰系統靈敏度需求更高；由于全域作戰需求，載機處在立體威脅中，威脅空域可能變成方位全向和大俯仰覆蓋甚至球形空域覆蓋，系統應具有空域擴展能力。

由于電磁環境日益復雜密集、作戰對象波形特征多變，傳統基于先驗專家知識的信號識別處理邏輯難以良好適應，必須擴展深度機器學習的人工智能(AI)處理能力，實現對作戰對象波形特征的高維空間映射與推理，對作戰對象的行為和意圖進行高置信度識別。

1.4.2 信號數據流柔性交換需求

電子戰系統需要實現射頻信號、數字信號和數據信息的任意路由柔性交換處理能力，支持功能重構，實現不同戰斗機平臺電子戰解決方案的通用化。

為適應不同戰斗機平臺、不同測向體制、不同天線孔徑、不同作戰過程的功能資源重構需求，需要采用射頻全交換路由實現天線接收/發射信號與不同射頻處理模塊輸入/輸出之間的選擇。

電子戰系統需要實現數字處理資源的統一管理分配，實現分布式、長時窗積累的高性能數字信號處理算法，支持功能重構和功能性能增長。

通過航電任務系統總線如光纖通道(FC)交換網絡將若干分布的中央處理單元(CPU)資源統一管理起來，實現分布式信號處理和數據處理，支持深度機器學習的人工智能處理并行計算能力擴展。

1.4.3 開放式軟件架構需求

軟件架構必須具備軟硬解耦能力。電子技術高速發展，硬件模塊的替代換型周期可能很短。如果軟件與硬件在設計上高度耦合，硬件變化將會帶來較大的軟件設計更改以及代碼移植的工作量，給系統技術狀態帶來一定的不確定性，出現“牽一發而動全局”的現象。因此，必須要采用軟硬件解耦的方式實現“硬動軟不動”，從而避免硬件升級帶來的軟件重新設計和開發工作。

軟件架構必須具備分層解耦能力。如果軟件不分層設計，系統底層支持軟件變化所引起的更改設計可能影響上層應用軟件，這往往帶來不可預料的后果。

1.4.4 融入不同航電任務系統開放接口設計需求

不同戰斗機的航電任務系統可能采用不同標準的航電總線與各個傳感器系統實現互連通信和數據交換。電子戰系統需要兼容不同的航電總線接口，具備快速融入不同戰斗機航電任務系統的能力。

2 戰斗機電子戰系統架構設計要點

IEEE610.12-1990對系統架構給出如下的定義：架構是以元素、元素之間的關系、元素與環境之間的關系為內容的某一系統的基本組織結構，以及指導上述內容設計與演化的原理與準則。

按照系統架構定義，戰斗機電子戰系統架構的設計要點包括功能全數字化處理、綜合化設計、可擴展開放式設計和按照統一標準進行的基礎設計。

2.1 功能全數字化處理設計

先進戰斗機電子戰系統采用全數字化處理架構，數字化處理[15]可以實現各種想定的偵收處理和干擾處理算法，支持功能軟件化，滿足各功能高靈敏度、高測量精度、多信號處理能力強的處理能力要求，且具有靈活實現任意想定算法的優勢，達到算法支持戰法的制勝目的。

電子戰系統能力在很大程度上由數字接收機和數字化干擾源處理資源、算法能力決定。目前數字化處理技術水平還無法實現對電子戰寬帶射頻信號直接采樣處理或直接生成寬帶干擾信號，通常還需要采用寬帶上下變頻技術將寬帶射頻信號變換到中頻信號，由數字接收機和數字化干擾源進行數字接收處理、干擾數字信號處理。

數字接收處理[16]主要由高速高性能的模數轉換器(ADC)和高處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)組成，實現高靈敏度和高精度的信號檢測和參數測量，并基于多通道數字相位干涉儀技術[17-18]，實現系統的高精度和高分辨率測向。

數字化干擾源主要由高速高性能ADC、數模轉換(DAC)和FPGA組成，可實現各種復雜的干擾樣式波形調制。

各功能配置空間自由度足夠的接收/發射天線陣列、多通道數字處理資源，可以實現寬空域和寬頻帶覆蓋能力。

綜上，采用全數字化處理能夠滿足戰斗機電子戰系統功能的高性能要求。

2.2 綜合化設計

由于雷達告警功能需要全時工作，配置全極化寬帶寬空域天線孔徑、獨立的下變頻和數字接收機等處理資源；導彈告警綜合共用與雷達告警相同的硬件資源，在數字接收機中實現并行的高靈敏度接收處理。

電子戰系統綜合共用多功能陣列(MFA)實現高增益電子支援(HGESM)和高功率電子干擾(HPECM)功能。

ESM/HGESM/ECM/HPECM/組網ESM/組網HGESM等多種功能綜合共用變頻、數字處理和數字干擾資源，大大減少系統重量、功耗、成本等。

在信號處理方面，電子戰系統各功能探測的目標基于時域、空域和電磁域等多維度進行目標融合，實現統一電磁態勢。

在數據處理方面，電子戰目標可與其他傳感器探測目標進行時空配準和數據融合，支持形成進攻和防御決策的統一態勢。

2.3 可擴展開放式架構設計

2.3.1 信號/數據全交換重構設計

為支持系統功能重構和通用化擴展設計，構建射頻信號交換、數字信號交換、數據信息交換共計3層交換重構網絡，如圖5所示。

1) 射頻信號交換網絡：采用寬帶射頻路由實現天線接收/發射信號與不同變頻模塊輸入輸出信號之間的選擇，支持系統功能配置不同的射頻天線和射頻處理資源。

2) 數字信號交換網絡：采用RapidIO交換網絡實現數字接收機和數字化干擾源中的數字邏輯處理域資源的集中管理分配，實現分布式處理，如基于更長時間積累處理實現高靈敏度檢測，提升電子戰系統探測威力。

3) 數據信息交換網絡：通過FC交換網絡和軟件總線技術，支持多應用程序節點(APP)之間的全互聯通信，并支持并行計算提升深度機器學習的人工智能處理能力，以及實現應用程序節點的重部署而無需底層重新進行接口軟件的開發，支持系統軟件快速升級能力。

2.3.2 可擴展開放式設計

可擴展開放式設計主要從空域、頻域、偵收靈敏度、處理能力等方面實現能力擴展。

在空域擴展方面，措施1是提升天線的空域覆蓋能力，措施2是在電子戰系統中預留空域擴展所需要的數字接收機和數字化干擾源資源的空槽位。

在頻域擴展方面，措施1是在系統中預留擴展數字接收機和數字化干擾源的空槽位，措施2是利用微系統芯片技術，在保持現有數字接收機和數字化干擾源的接口和體積不變的前提下，通道處理能力翻番，實現無縫能力升級。

圖5 3層交換重構網絡Fig.5 Three-level switch reconfigurable network

在偵收靈敏度提升方面，數字信號具有全交換和分布式處理能力，可以通過更長時窗的數字信號積累處理，實現更高的系統偵收靈敏度。

在處理能力擴展方面，為實現電子戰的人工智能輻射源識別等能力[19-22]，措施1是在系統的擴展空槽位中增加具備并行計算能力的協處理器資源，措施2是利用微系統芯片技術，在保持現有功能模塊的外形接口和體積不變、同時功耗可接受的前提下，并行處理能力成倍增長，可部署AI算法模型(如全連接的深度神經網絡)，提升電子戰系統的智能認知處理能力。

2.3.3 開放式軟件架構設計

開放式軟件架構的核心思想是基于架構分層和接口分類的概念，層與層之間采用標準化的接口且相對獨立，層內部具備可擴展能力，滿足軟硬隔離、可移植、易擴展、高可靠和高安全的要求。

電子戰系統軟件架構設計采用類未來機載能力環境(FACE)[23]的思想，充分吸收和繼承“隔離、交換、分層、組件化、互操作、服務”的核心理念，并結合全交換式的射頻和數字處理架構，充分考慮電子戰系統寬帶實時性的特點，采用面向應用的分層分類體系結構、分層隔離、開放式標準接口和面向消息和面向數據的通訊總線，在電子戰硬件平臺上建立軟件通用操作環境，適應未來分布式和認知電子戰的需求。電子戰系統軟件架構與FACE架構各層級之間的映射關系如圖6所示。

圖6 戰斗機電子戰系統軟件架構與FACE架構的映射關系圖Fig.6 Mapping of EW software architecture and FACE

電子戰系統軟件架構各層級定義與FACE架構之間的對應關系參見表1。

表1 電子戰系統軟件架構與FACE架構的對應關系Table 1 Mapping of EW software architecture and FACE

電子戰系統軟件架構各個層級的定義描述如下：

1) 硬件設備層：提供通用電子戰硬件處理平臺、板級支持包(BSP)和驅動接口，是硬件設備與應用層之間進行數據傳遞的橋梁；針對每一類物理通訊接口，向上提供統一的抽象接口，輸出統一格式化定義的數據幀，向下與不同物理硬件平臺進行適配；與FACE架構中的I/O服務段(IOSS)相對應。

2) 操作系統層：與下層的計算處理設備、網絡通信設備、文件存儲設備等相適應，提供任務管理、內存管理、時間管理、文件管理、消息隊列管理和數據庫管理等多項操作系統與運行環境服務；與FACE架構中的操作系統段(OSS)相對應。

3) 服務層(框架)：作為電子戰系統計算處理平臺的統一軟件框架，為應用層提供通用軟件服務，包括數據分發、消息交換、任務資源調度、操作系統隔離等。其中，數據分發和消息交換服務采用統一規范接口支持應用層各個軟件節點之間的數據流和控制流交互，完成節點間的通信，實現節點間的解耦合設計。同時作為電子戰設備和資源調度的核心，任務資源調度服務可對電子戰系統中的CPU、數字信號處理(DSP)、FPGA等實時處理資源進行配置部署、狀態監控、健康管理和資源調度，支持加載、卸載和功能重構；與FACE架構中的傳輸服務段(TSS)和平臺相關服務段(PSSS)相對應。

4) 應用層：包含計算處理平臺無關應用和計算處理平臺相關應用，主要實現電子戰系統的業務處理邏輯，通過服務層(框架)提供的標準數據分發和消息交換服務實現應用層各個節點之間的數據交互。應用層各個節點之間實現良好的解耦，并且與操作系統層之間具有良好的隔離，支持最大程度的復用。與FACE架構中的可移植組件段(PCS)相對應。

由于在硬件設備層接口中封裝了若干不同航電任務系統接口的BSP驅動函數，當電子戰系統需要選取不同的標準總線如FC、RapidIO[24]或者以太網等與航電任務系統之間進行互聯時，通過換裝接口模塊/組件以及調用不同的BSP驅動函數，可以實現電子戰系統與航電任務系統之間通信接口的快速升級。

為實現全系統軟件一鍵升級和圖形化部署功能，系統架構的運行部署通過服務層(框架)中的運行部署通訊服務來實現對各個應用功能的加載、部署、運行和卸載等管理，支持圖形化軟件快速重部署，改善以往軟件重新部署接口流程不統一和耗時非常長的狀況，如圖7所示。

圖7 軟件圖形化運行部署Fig.7 Graphical processing and deploying of software

電子戰系統的數據卸載設備通過高速光纖總線連接至戰斗機的維護口蓋，實現快速加卸載功能。同時，數據卸載設備具備對機上記錄模塊的自供電能力，無需飛機提供電源和液冷環控條件，大大提高了系統的維護性。

2.4 基礎設計

基于通用化、標準化和模塊化的設計原則，對射頻交換、寬帶變頻、數字接收機、數字化干擾源等開展模塊型譜種類的統型設計，構建通用標準LRM模塊。采用先進的三維立體微波集成技術、寬帶變頻技術、多功能芯片技術等，使電子戰系統在性能較以往系統提升數十倍的基礎上，體積重量較傳統微波集成工藝和處理能力的電子戰系統減小了數十倍。

現場可更換單元(LRU)采用高壓直流分布式供電，寬帶綜合射頻前端內部的LRM模塊采用低壓直流分布式供電。

采用RapidIO總線實現模塊之間高速數據互聯，采用標準FC總線實現與航電任務系統之間的高速數據互聯，采用標準以太網總線實現系統內部維護和狀態監控。

3 戰斗機電子戰系統架構方案

戰斗機電子戰系統由綜合天線孔徑、寬帶綜合射頻前端和綜合核心處理機中的軟件配置項組成，系統架構如圖8所示。

圖8 戰斗機電子戰系統架構邏輯視圖Fig.8 Architecture of fighter EW system-logical view

綜合天線孔徑由寬帶電子戰天線陣列[25]、多功能孔徑以及天線接口組成。電子戰天線陣列和多功能孔徑實現空間電磁信號的接收和發射功能，天線接口完成天線接收和發射信號的放大濾波處理。綜合天線孔徑與寬帶綜合射頻前端之間通過電纜相連接，實現接收和發射信號的傳輸。

寬帶綜合射頻前端由十余種標準模塊組成，包括寬帶射頻路由、下變頻、上下變頻、多通道大動態寬帶數字接收機、多通道高性能數字化干擾源、預處理與控制、通用接口、頻率源和電源等模塊，完成無源探測類功能的射頻信號選擇、射頻中頻變換、高速ADC、數字信號處理和脈沖描述字(PDW)生成功能；完成有源干擾類功能的射頻信號選擇、射頻中頻變換、高速ADC/DAC、干擾信號處理功能；完成PDW實時預處理和系統的實時控制功能。

寬帶綜合射頻前端內部模塊的電氣和結構規范滿足標準航空電子系統結構聯合委員會(ASAAC)[26]標準，具有統一結構尺寸、封裝形式、接口類型、供電方式、散熱方式，連接器采用一體化LRM連接器，模塊統一為十余種模塊型譜；采用標準以太網作為控制總線，實現對各模塊的供電控制、程序加載和狀態監控；采用RapidIO總線作為數據總線，實現模塊間的高速數據傳輸和實時控制。

寬帶綜合射頻前端與綜合核心處理機之間通過高速FC總線相連接，實現數據流和管理控制命令的可靠傳輸。

綜合核心處理機的通用處理(GPP)模塊上配置并行多核PowerPC處理器，支持實時運算處理與接口控制。GPP模塊之間采用FC數據交換網絡實現高速數據交互。

電子戰功能軟件駐留在GPP模塊上，部署關系如圖9所示。

圖9 電子戰系統軟件部署示意Fig.9 Software deployment of EW system

在應用層上運行電子戰功能軟件的多個節點，實現電子戰系統的綜合管理、系統控制和多項信號處理和數據處理等功能，主要包括：實現系統軟硬件資源的實時調度管理，實現無源探測、無源火控攻擊引導和有源干擾等功能控制，實現雷達與電子戰同時兼容工作管理，實現系統軟硬件資源的自檢與故障處理，基于人工智能算法實現輻射源目標識別分析處理，支持生成航電任務系統的航路規劃建議等。

全數字化處理是系統架構的核心和靈魂，由多通道數字接收機和多通道數字化干擾源實現，能夠對接收信號和干擾信號實現任意想定的算法。全數字化接收處理實現了探測功能的瞬時寬帶、全向覆蓋、高動態、高精度、高靈敏度、多信號處理能力等要求；全數字化干擾處理實現了干擾功能的大工作帶寬、快速實時響應、高相參精準干擾等要求。

在綜合化方面：電子戰綜合共用MFA、寬帶數字處理和寬帶干擾處理資源實現高功率電子支援和高功率電子干擾功能；導彈告警與雷達告警綜合共用相同的接收天線、下變頻、數字接收機資源；ESM、ECM與高功率電子支援和高功率電子干擾等功能綜合共用寬帶綜合射頻前端中的上下變頻、數字接收機和數字化干擾源等資源。正是采用了這樣的高度綜合化架構，才使性能要求非常高的電子戰系統能夠在戰斗機體積、重量、功耗等要求嚴酷的條件下得以實現。

在功能性能可擴展方面：承載功能模塊的綜合寬帶射頻前端機架中，預留有若干統一標準接口的空槽位，用于電子戰對抗帶寬提升、對抗空域擴展、靈敏度提升和人工智能處理能力提升。

在功能柔性重構方面：寬帶射頻路由實現天線收發信號與接收/干擾處理資源之間的重構配置，支持在不同使用要求及不同裝機條件下電子戰系統方案的通用性，實現不同性能要求的電子戰功能的射頻處理資源配置。預處理與控制模塊中的高速RapidIO交換網絡實現了多通道數字接收機、多通道數字化干擾源的處理資源共享。通用接口模塊兼容多種接口標準定義，支持電子戰系統快速接入不同航電任務系統。綜合核心處理機中的FC數據交換網絡實現了GPP處理資源和數據的共享，支持軟件功能重構和人工智能并行處理能力的擴展。

電子戰系統的相關顯示控制功能在戰斗機航電任務系統座艙中實現。電子戰任務規劃的數據加載到綜合核心處理機中，為電子戰識別和響應決策提供數據源。作戰數據可通過戰斗機的加卸載維護口實現快速卸載，支持效能評估和作戰規劃。

4 仿真評估

本研究按照MBSE方法，針對典型作戰場景對戰斗機電子戰系統進行作戰能力研究和作戰效能仿真，對作戰能力結合系統架構方案進行指標需求分解分配，采用XSim Studio仿真平臺對作戰效能進行仿真，采用Rhapsody和MATLAB系統建模軟件對系統工作流程和處理算法進行了建模，對作戰需求、系統架構、資源配置、邏輯流程、控制時序和處理算法進行分析驗證和性能評估，仿真數字模型如圖10所示。

圖10 戰斗機電子戰系統數字仿真模型Fig.10 Digital simulation model of fighter EW system

在構建的典型作戰場景下，模擬復雜電磁環境脈沖流注入至已建立的系統數字仿真模型中，通過多次迭代仿真試驗，驗證系統架構方案的功能和關鍵性能指標以及可擴展能力，包括靈敏度、多信號處理能力、反應時間、測向精度、定位精度、虛警率、截獲概率、輻射源識別能力、自衛干擾能力、高功率電子干擾能力等。

仿真結果表明，電子戰系統架構對復雜密集電磁環境具有良好的適應能力，具備高靈敏度、高測向精度、高截獲概率、低虛警率、高相參干擾等優良性能，同時具備良好的可擴展性，可通過射頻信號、數字信號、數據信息等進行柔性交換重構不同功能；可通過擴展槽位實現空域、頻域、處理能力等方面的提升。

戰斗機電子戰系統架構在多型載機平臺上開展了實裝應用驗證。大量的工程化實踐表明，電子戰系統架構的應用效果良好，能夠滿足作戰使用需求。

5 結 論

戰斗機電子戰系統架構具備全數字化、綜合化、可擴展、開放式等先進特征。基于高性能寬帶數字接收和數字干擾處理為核心的全數字化設計，可以滿足電子戰功能瞬時寬帶、全向覆蓋、高靈敏度、高動態、高精度、高相參、快速實時響應、多信號處理能力等要求。基于天線孔徑、射頻、數字信號、數據信息等維度進行全域高度綜合化共用設計，使戰斗機電子戰系統多種功能在載機體積、重量、功耗等要求嚴酷的條件下得以實現。電子戰系統的帶寬、空域、靈敏度、AI處理等能力可柔性擴展；電子戰系統軟件采用開放式設計，支持快速升級；電子戰模塊具有標準化和通用化的統一型譜。以上這些特征均使得電子戰系統架構具有良好的可擴展性，為后續能力快速升級提供了較好的技術基礎。

專用電子偵察飛機任務系統、專用電子戰飛機任務系統等不同形態的電子戰系統架構設計，也可借鑒本研究提出的電子戰系統架構設計方法和成果。

隨著作戰要求不斷提高及技術進步，戰斗機電子戰系統的架構方案也將不斷優化。從發展趨勢來看[27]，戰斗機電子戰系統將朝體系化[28]、智能化[29-30]、綜合化和一體化等方向發展，在技術架構上將呈現柔性智能特征，物理形態將朝芯片化發展，典型形態之一為機載智能蒙皮[31]，后續還需不斷深化使用需求研究，并結合技術發展情況深入研究下一代戰斗機電子系統架構和方案。

[21] 周飛燕, 金林鵬, 董軍. 卷積神經網絡研究綜述[J]. 計算機學報, 2017(6): 1229-1251.

ZHOU F Y, JIN L P, DONG J. Review of convolutional neural network[J]. Chinese Journal of Computers, 2017(6): 1229-1251 (in Chinese).