海上編隊協同偵察與信息融合技術

王首斌，徐 超，范 楷，何躍宏

(中國電子科技集團公司第三十六研究所，浙江嘉興314033)

0 引 言

能協同與信息融合是提升效能的有效技術途徑[7–9]。

海上編隊是世界各國海軍重要力量，圍繞海上編隊開展的電子偵察信息獲取、態勢感知與信息融合技術及其應用逐漸成為研究熱點[1–3]。目前，國外海上編隊內的母艦、驅護艦、預警機、電子戰飛機、無人機、潛艇等多類平臺上均配備了各類電子偵察設備[4–5]。在海戰場條件下，艦艇編隊在整個航渡過程中或實施對陸攻擊、防空反導作戰的先期，需要盡可能保持編隊的隱蔽。在這個電磁靜默階段，無源偵察預警能力需求十分突出。此外，在正式與敵開戰期間，無源偵察作為有源探測識別的有效輔助手段，具有偵察距離遠、時空頻多維感知等特點[6]。在編隊條件下，僅依靠單艦發展能力已經遇到瓶頸，海上編隊的跨平臺功

1 技術途徑

編隊電子偵察功能需求主要為海上方向的重點區域偵察監視、電子支援和遠程輔助預警。編隊協同偵察與信息融合需創建扁平化的多平臺協同機制和編隊信息融合處理中心，統一傳感器數據傳輸的標準規范，發展編隊內各偵察傳感器同層數據交互的時空基準和通信鏈路，實現傳感器的組網工作和聯合協同。通過編隊內不同傳感器對電磁輻射源信號進行協同偵察，并融合天基、岸基等平臺偵察信息，從而實現遠洋熱點區域的常態化偵察監視，以及偵察預警、態勢獲取、威脅告警和電子支援。

1.1 總體架構

典型海上編隊有：航母編隊、兩棲編隊和驅護編隊。編隊協同電子偵察與信息融合技術實現上可分為4個層次功能域：編隊級、平臺級、系統級和設備級，其層次架構如圖1所示，每個功能域劃分如圖2所示。

圖1 編隊協同偵察與信息融合架構Fig.1 The architectureof information perception and fusion

圖2 四個層次功能域Fig.2 Four level function domains

設備級功能域為各個平臺的電子偵察設備，其具備海上電磁信號的無源感知能力，承擔了對于電磁信號的搜索截獲、參數提取和分析、測向定位、目標屬性識別（如輻射源類型、平臺類型、性能、配屬部隊、網臺屬性等）等任務。設備級功能域需重點建設其組網協同功能，使編隊內不同節點間可以靈活組網，彼此分工合作，體現編隊體系化偵察的優勢。

系統級功能域為各平臺的電子偵察系統，其在原先單一偵察設備的基礎上，聯合了系統內的多種偵察手段，還包括岸基和天基傳感器的信息應用接入，通過多源信息的綜合、相關、分析、判斷、統計及融合等處理，生成更為精準、更為豐富的電子目標情報。同時將這類情報信息反饋給系統內的偵察設備，使其可以通過一定的學習修正，改善出情的質量。

平臺級功能域主要依托本平臺的指控系統，完成平臺內電子偵察信息融合，并且結合警戒雷達、敵我識別等有源設備獲取的探測識別信息，融合生成更為準確的電子目標情報，包括目標的數量、航跡、平臺屬性、網臺屬性、威脅等級、對抗優先級等。同樣，這類情報也將反饋給系統級功能域，幫助其修正改進出情過程。

編隊級功能域則依托編隊作戰指揮控制系統，完成各平臺偵察資源的調度、偵察數據的綜合處理和情報分發。在大型水面指揮艦編隊指揮系統中，研究部署編隊電子偵察的綜合調度、數據處理和情報分發中心，用于集中統籌協調編隊內電子偵察資源和處理網絡內所有的數據和信息。通過信號時空匹配、信息融合、情報整編等手段，集中式完成整個編隊的中心處理工作，并將網絡化的電子偵察情報產品、目標特征數據庫更新等推送共享至各個節點，及時有效地為編隊作戰提供電子情報和電子支援服務保障。

1.2 協同機制

在編隊內各節點傳感器層面，在滿足單平臺任務需求的同時，建立電子偵察網絡扁平化的協同工作機制。這個工作機制有時候會存在設備使用上的沖突，需要從作戰任務需求和資源管理上加以合理的統籌和兼顧。比如某艦在對空中目標某頻點進行話音偵聽，而另一艘艦準備對該空中目標進行聯合定位。另外，信息層面也需要進行扁平化協同，如編隊內的情報共享推送和數據庫的同步更新。

編隊協同電子偵察主要包括4方面的內容：

1）傳感器工作任務上的分工協同，比如多艦協同按不同方向或者頻段進行偵察監視，以提高偵察效率，彌補偵察盲區。這類協同由編隊中心節點發起，多為執行編隊對空防御、常態化偵察任務。

2）偵察數據信號層的融合處理，典型如對于輻射源的多艦時差定位，以及對于重點目標的多站信號匹配融合。這類協同適合由某節點單獨發起，得到網絡內相關節點響應后執行。

3）偵察結果信息層的協同融合，比如多艦測向交叉定位、點跡/航跡融合等。這類協同也允許網絡內各節點單獨發起。

4）情報推送和數據庫同步更新，在多節點偵察信息融合后獲得有價值情報，需要對編隊內各節點進行及時推送，并對可以驗證輻射源特征等數據庫進行同步更新。這類信息推送適合由網絡中心節點發起。

1.3 信息融合

在航母、兩棲攻擊艦等指揮艦的編指系統中，部署編隊網絡化電子偵察體系中集調度、計算、存儲和應用服務于一體的信息融合處理中心。通過信號時空匹配、信息融合、情報整編等手段，集中完成整個編隊電子偵察的綜合處理工作，并將網絡化的電子偵察情報產品、目標特征數據庫更新等推送共享至各個節點，及時有效為編隊作戰提供電子情報和電子支援的服務保障。

該信息融合處理中心匯集了編隊及天基、岸基的偵察信息，可利用多源偵察信號實現基于電子偵察大數據的目標聯合定位、屬性綜合識別和威脅評估。通過對已知、未知多源信號的分析、處理或深度學習，形成輻射源特征知識庫，在特征知識庫基礎上，進行多源信息的融合關聯、聚類、分類等智能挖掘處理手段，得到輻射源活動規律、通聯關系、重要程度等深層次信息，再迭代修改和完善信號知識庫。將獲取的實時信號與已有數據庫進行匹配和關聯，從而降低輻射源識別的模糊度，提升復雜環境下目標的綜合識別及聯合定位能力。

信息融合在技術實現上宜采用“公共計算環境”開放式體系架構，公用加固計算機、服務器、標準顯控臺、網絡、操作系統、數據庫、共性軟件等基礎軟硬件，實現軟件和硬件的模塊化、標準化，核心算法、應用層軟件與基礎層軟件相分離，方便后續應用軟件、核心算法等的升級改進。

1.4 時空基準

編隊內多節點協同工作必須要統一時空基準，才能在同樣的坐標尺度下進行精確數據匹配和信息融合。隨著衛星導航技術的發展，時統自定位精度將可達1 m量級，對于高速運動平臺位置更新率要到達10 Hz以上；秒脈沖到達設備使用端精度達到10 ns量級。在高精度的時統接入下，傳感器在信號數模采集時便可標注精確的時間和空間信息，這是進行數據融合，尤其是信號層的協同的必要前提。

1.5 通信網絡

構建可面向編隊多平臺傳感器協同服務的海上柵格網，支持平臺隨遇接入、信息自動路由、業務綜合承載、傳輸安全保密和資源綜合管控，提升海上編隊通信傳輸能力及信息保障水平。在編隊內各節點視距內高速寬帶傳輸的數據鏈，支持艦艦、艦機各節點偵察數據或信息的傳輸共享。該數據鏈需支持網絡內節點中繼功能，以利于編隊內的超視距數據傳輸；另外，寬帶衛通鏈路是實現編隊與岸基、天基協同的有效手段，從而保證編隊內進行偵察協同和數據/信息融合。

2 關鍵技術

2.1 協同定位技術

目前世界各國對無源精確定位與瞄準能力的重視程度不斷提升，因為無源精確定位與瞄準可確保己方偵察平臺的安全，避免因輻射電磁信號而遭受反輻射打擊；無源精確定位與瞄準可引導精確電子攻擊、網絡攻擊等軟殺傷手段，更精確地對作戰對象實施軟殺傷攻擊；無源精確定位與瞄準可引導精確火力打擊，以對敵方形成“電磁威懾”，使敵方不敢隨意使用有源設備，進而降低其效能。分布式、網絡化是實現精確無源定位與瞄準的主要方式。

在利用編隊偵察數據的實時交互鏈路的基礎上，重點研究改造各平臺上的通信偵察設備，使其能夠發揮體系化的偵察效能：多平臺偵察可實現通信目標的無源聯合定位；通過目標軌跡可以計算目標運行速度，并關聯偵察距離信息，可快速的輔助判別目標平臺屬性，即甄別空中/海面目標；編隊中各平臺均能共享同一幅無源偵察態勢圖，實現偵察信息優化和分發。

2.2 屬性識別技術

編隊協同電子偵察與信息融合系統通過對各平臺的信息資源進行優化整合，深度挖掘信息情報價值，對輻射源信號參數和特征進行屬性關聯，從而實現輻射源目標識別。

輻射源目標識別主要包括軍民屬性、敵我屬性、平臺屬性和國別屬性4個方面的內容。AIS，ACARS，ADS-B一般為民用信號，跳頻信號、戰術數據鏈、敵我識別等一般為軍用信號，通過對信號體制和類型分析，可以有效區分目標的軍民屬性。通過對海戰場有效的頻譜監視和管控，結合對敵用頻規律和體制的歷史積累數據，可以有效區分敵我屬性。通過對數據鏈的網絡拓撲結構、節點流量、時隙分配規律等分析，結合目標協同定位和航跡融合結果，可以對平臺屬性進行判別，甄選出威脅等級高的目標。通過對報文類型、話音語種等的監聽分析，結合目標的區域特征和活動規律信息，可以有效區分國別屬性。研究和建立電子目標輻射源數據庫標準和體系，結合大數據和人工智能等先進技術，統計和挖掘目標歷史數據，實現對目標的屬性識別和未來活動預測。

2.3 信息融合技術

根據信息融合通用模型[10]（見圖4）對來自多源的信息和數據進行檢測、關聯、估計和綜合等多級多方面處理，以獲得準確的目標狀態和屬性估計以及完整、及時的態勢和威脅估計。

基于大數據深度學習的電子偵察信息融合技術，重點研究基于信號級融合、作戰目標識別技術、分布式信息融合技術、大數據融合問題和方法以及信息融合的評估方法等。以期將原分散的單獨平臺設備凝聚成體系化、網絡化的綜合作戰能力，有效提升海上編隊態勢感知能力，提高目標識別準確率及其整體作戰響應。

3 效能評估

編隊協同電子偵察效能主要體現在可以提高偵察時空頻覆蓋，獲得更為全面精準實時的態勢情報，保證快速有效更新的電子支援措施，具體有以下方面：

1）有效組織和利用編隊內各個傳感器節點，包括水面艦船、艦載飛機，以及應用接入的岸基、天基偵察平臺，實現電子偵察任務的分工和協作，可以滿足不同作戰任務對于偵察區域、偵察時段和偵察頻段的多維度覆蓋，發現威脅目標時的網絡內相互捕捉提示，以及偵察陣型的靈活構建，形成編隊多平臺網絡化協同的電子偵察體系；

2）實現編隊內多節點跟蹤重點目標的多源信號匹配和融合處理，包括基于信號到達時差估計的艦機或艦艦高精度協同定位，以及基于信號精確時空頻匹配的高質量信號分析處理、細微特征識別等；

3）實現編隊內各節點信息匯集和融合處理，包括對于輻射源目標點跡、航跡的多節點融合，輻射源目標屬性聯合識別、相互印證，目標網臺屬性、通聯關系分析，從而獲得準確實時全面的電子目標態勢和活動規律；

4）實現編隊內電子偵察情報的綜合處理、整編和實時分發共享，使每個節點均能獲得海戰場統一而完整的電子目標態勢，及時有效的服務于作戰指揮應用；

5）在網絡內任意節點生成的電子偵察情報獲得印證確認后，將推送至網絡中心處理節點，并及時迭代更新目標特征數據庫和目標電子參數特征庫，并實時推送至編隊內各節點，從而保證電子偵察和電子支援數據庫的實時性和有效性。

圖5 編隊協同偵察效能示意圖Fig.5 The sketch map formation cooperative detection efficiency

4 結語

為了適應未來海上編隊電子偵察的功能需求，本文開展編隊協同電子偵察與信息融合技術研究，詳細論述了該技術實現總體架構、協同機制、時空基準、信息融合等實現途徑及關鍵技術，以及編隊協同偵察所帶來的效能提升，可為海上編隊電子偵察技術發展提供參考。