多源電子信息艦船目標關聯技術探討

朱肅嫻 晁嬌

（中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225101）

在信息化作戰環境下，艦艇目標的信息獲取和傳遞受到越來越多的關注，以多源電子信息為基礎的信息融合技術發展迅速。但是，隨著電子信息技術的不斷發展，艦艇與艦船之間的信息交換日趨復雜和頻繁。在多源電子信息影響下，傳統艦船間目標關聯技術已不能滿足艦船信息融合需求。在提高艦船信息融合技術發展的同時，如何解決艦船間信息融合過程中各系統信息獲取瓶頸問題值得深入研究。艦船之間以及艦船與船之間的目標關聯技術發展迅速，其中艦船目標關聯技術可以提高艦船目標數據傳輸效率，降低信息接收機對信息的依賴性水平[1]。目標關聯技術已經被應用到艦船數據傳輸任務中，包括高速目標監視計劃設計、武器綜合信息處理以及作戰指揮等方面。

1 多源電子信息系統(SDI)的基本特點

1.1 SDI 多終端分布式

從SDI 多終端分布式的角度來看，由于SDI 具有目標、環境、用戶等多源信息集成的特點，故SDI 通過分布式來實現目標、環境的有效關聯。SDI 的終端包括：主機、接收機、顯示設備等多種設備，它們都具有獨立的功能和接口，且具有一定范圍和容量的通信接口。主機使用專用通信協議（如ISP、DTP、FTP等），具有分布式通信、自適應傳輸功能；接收機使用基于IP 地址的IP 協議（例如IP 地址、MAC 地址等）；顯示設備使用基于顯示器和打印機或嵌入式操作系統（Android、Windows、IOS 等）。SDI 終端具有通信模式多樣、接口種類繁多、配置靈活等特點。在SDI 中，主機是最主要的節點；在SDI 環境中，各主機之間具有復雜且獨立、不可管理特征；各主機設備之間具有獨立、動態變化且獨立工作等特點；各個主機設備對網絡的依賴性很強。SDI 的使用對主機設備提出了更高的要求。主機設備通常被安裝在各種大型和超大型武器裝備上，這些設備或武器裝備在運行時都需要一定數量和容量來進行數據記錄和處理，因此，主機設備在可靠性方面都要求極高。

1.2 信息獲取手段多樣化

SDI 可以對目標區域內的所有源信息進行快速、高效地獲取。由于采用不同的手段進行實時的監視和跟蹤，可獲得多種類型的目標，如雷達信息、電子對抗信息、衛星遙感信息等。因此，為滿足作戰任務和戰場環境對各類信息的需要，必須充分利用各種信息手段獲取各類數據。SDI 利用各種手段可以獲取各種類型的數據：雷達、電子對抗系統、衛星圖像處理系統、通信設備、傳感器、態勢分析設備、雷達數據。利用多種手段獲取數據時，由于各來源數據在不同節點之間具有一定獨立性，因此必須通過一定方式來實現數據之間的交互、共享、交換，以獲得更多數據資料。同時，由于各源系統對信息收集有一定選擇性，因此不同類型的源數據可以采用不同方式進行接收統計和分析。

1.3 信息處理手段高效化

軍事領域中信息的處理主要有兩個方面，即處理信息的有效和及時。有效指通過一定的處理手段對信息進行分析，得出更有效的信息，從而為作戰決策提供支持。這主要包括兩方面：一是對有價值的信息進行分析判斷，使之更加符合作戰要求；二是對有意義、不確定信息進行加工和處理，從而形成更加符合戰場需求的信息。及時指根據用戶自身的特點及時地獲取信息和處理信息。因此，SDI 要實現對有價值信息的高效利用，就必須進行多種方式并置處理，而這些方式都可以實現高效化。

1.4 資源配置高效化

多源電子信息系統中，除了能夠完成日常的任務之外，還能夠提供更多的信息。如為各級指揮官提供決策支持，為部隊提供信息服務。作為作戰系統來說，它在進行作戰指揮、武器操作、信息收集與分析、信息處理和指揮控制方面具有強大的能力，是真正意義上的現代化戰爭[2]。因此，在信息化戰爭中要實現多源電子資訊系統優勢互補、資源共享，以提高戰斗力、增強勝算。例如：在作戰體系中作戰系統在不同作戰對象之間進行信息傳遞時是不可能實現完全同步的。而采用SDI 后可以實現這種情況改變，將SDI 網絡有效地連接到作戰環境下作戰系統之間，在各個戰場環境下，實現多種信息的互通和共享。

2 SDI 在多平臺多型號作戰中的應用現狀

2.1 多平臺多型號態勢感知

目前美軍已實現多平臺多型號作戰態勢感知的手段主要有基于雷達測速的態勢感知；基于位置和航向信息的態勢感知；基于飛行和著陸狀態信息的態勢感知等。其中，位置信息是最基礎、最重要的信息。位置信息包括：（1）各平臺飛行和著陸時各船體姿態和位置。（2）不同平臺、不同型號飛機在空中、水面以及水下行為的航向、姿態等，這為態勢感知提供了基本條件。（3）態勢感知是通過對當前位置、姿態等信息進行整合得到目標信息。（4）態勢感知是綜合研判、判斷、推理、預測某一航向姿態等數據以及在此基礎上形成各類狀態信息。隨著技術和性能的發展，態勢感知技術已逐步應用于多平臺多型號甚至不同飛機。其中美國海軍根據作戰需求研制并部署了多種基于定位傳感器、導航模塊、航向傳感器組成的全系統態勢感知網絡。

2.2 空間與時間坐標系

空間與時間坐標系是基于二維平面坐標的空間測量方法，空間與時間坐標系能夠精確地描述當前的空間信息，是多平臺多型號作戰中坐標源信息獲取機制的核心，是其基礎數據。目前，海軍正在開展基于TNT 技術的區域定位系統研制工作，通過 TNT 技術可在全球范圍內建立區域標準差（Radar Avalue）。區域標度系是基于固定基準站的空間地圖標度系統，能在全球范圍內為目標提供統一、規范、可靠、精準、統一的標度值。區域標度系在使用中可以根據需要設置具有較高精度的區域標度值。TNT 標度系主要包括：GNSS、UWB、RTK 等，其中GNSS 是建立在統一標準、規定、規范、統一基礎上完成定位功能，通過將衛星星座、高精度地面監測站、移動監測站和用戶終端等接入坐標設備實現對地面點位基準數據的采集，從而獲得在全球范圍內具有高精度定位能力的坐標系統；UWB 是指根據地理坐標建立在同一基線上通過衛星對地觀測獲取地理信息，并通過計算獲取地理信息質量等級，作為衛星坐標接收系統所需參數之一；RTK 是指利用地球自轉而建立在三維空間上計算出地球與衛星之間相對于地球本身位置關系并在地面上應用衛星導航系統定位其位置關系的標準參數；UWB 指基于時間尺度和區域尺度建立在空間坐標之上形成目標導航定位信息質量等級，并通過該標準對地圖坐標確定方式提出要求。

2.3 空間與時間傳感器

空間與時間傳感器通過對目標軌道、速度、航向以及姿態等參數的探測、計算和處理，為定位或導航系統提供定位或導航數據信息。其主要包括衛星通信時鐘和多普勒測量時鐘（DPSS）。GPS 為當前衛星通信提供基于星載相位差分（PSO）的導航系統；多普勒測量時鐘也為多種衛星導航提供基于星載相位差分（PSO）的導航系統；多普勒測量時鐘由安裝在地面及空中的各種機械設備時鐘組成。其中 DPSS 為地面提供了一個三維坐標系，它能精確定位于任何一個經度、緯度區間、高度、速度、航向速度等參數。DPSS 信號經過處理后可以自動地顯示為距離、速度等多種參數；通過與GPS 衛星保持適當距離后可得到飛行速度、航向角及高度等參數。THLARS 具有精確制導能力和較強抗電磁干擾能力且安裝在船體上使用方便；具有高度靈活快速部署功能；運行穩定可靠以及能提供較好信息準確度；具有抗電磁干擾能力以及可在復雜電磁環境下使用；可進行自動操作（自主尋地）。

2.4 空間與時間數據服務器

空間與時間數據服務器用于將某一目標與時間坐標系建立的關系轉換成空間與時間關系，進而生成空間與時間服務器。在多平臺多型號作戰中，SDI 的應用范圍主要是用于目標搜索、鎖定和跟蹤任務。艦船基于目標的信息通常包含以下方面：距離和方位角，位置信息和方位角數據，坐標信息和坐標系建立后產生的空間位置信息以及歷史數據。艦船基于目標的跟蹤與鎖定過程中產生的空間位置變化將最終確定海上定位導航作戰系統的位置，并且隨著作戰任務的變化其位置信息也會進行相應變換即為艦船目標對應坐標系，艦船獲取到導航作戰系統、空間傳感器提供著支持多平臺多型號的態勢感知能力。

2.5 其他電子信息系統

由于SDI 的各種特性，目前在多平臺多型號作戰中，其他電子信息系統（如衛星和雷達）是主要的戰場信息源，其他電子信息系統包括數據鏈、信息庫和信息處理系統等。其中數據鏈技術是將傳感器、天線、信息設備等裝備或載荷從物理空間發送到虛擬空間，從而建立物理實體為虛擬實體提供數據通信和交互行為的技術；信息庫技術是將計算機、通信控制器、終端等裝備或載荷之間的數據進行比較和匯總，形成一個實時、動態、分布式動態電子信息庫，從而為態勢感知分析處理、戰術決策提供支持。在一些需要利用戰場信息庫實現實時狀態感知及協同作戰平臺中，目前有采用數字技術，基于DDS 平臺實現態勢感知和協同感知能力，如在美國海軍航空母艦上安裝SDI 可以獲取戰機飛行軌跡、機庫分布動態以及機庫內飛機飛行狀態等數據，然后利用飛機飛行數據生成航線。目前已有很多裝備或平臺使用了基于DDS 系統的海上戰場信息庫并取得良好效果。

3 SDI 未來的發展方向探討

3.1 建立數據資源中心

數據資源中心將實現對艦載武器裝備的全生命周期的數據管理，這將極大地提高SDI 在艦載武器裝備管理中的應用價值，并使艦船從“信息孤島”走向“信息共享”（Merge）。數據資源中心將使海軍艦船之間以及所有有關艦船武器裝備的信息實現集成，并對艦載武器裝備在全生命周期中所發生的情況進行實時處理和分析，從而有效地支持海軍作戰方式的變革。數據資源中心將使艦船從原來單一的指揮控制系統向一體化管理信息系統轉變；數據資源中心將會對艦船不同平臺之間、不同型號之間進行數據交換與關聯，對不同平臺之間產生不同程度的價值；數據資源中心還會提供對數據的訪問權限、數據交換渠道包括數據庫管理系統等。目前，由于數據資源中心難以滿足整個系統對于數據存儲、查詢等各種處理需求，所以大多數艦載武器裝備都只擁有一個數據庫作為主數據存儲空間，只有少部分艦載武器裝備擁有自己數據管理系統作為主數據存儲空間（MAS）。因此，為了更好地支持作戰方式以及更好地進行目標關聯以及分析工作，必須提高艦載武器裝備數據存儲和查詢能力。

3.2 提高數據信息融合與分析處理能力

隨著信息化時代的到來，海軍的武器裝備正在向智能化、網絡化、自主化發展，為此，艦上的信息處理系統也必須適應發展的要求，提高數據處理系統能力已經成為迫切的任務[3]。為此，加強對多源電子信息的融合處理是必然需要面對的問題。對多源電子信息進行融合處理，可大大降低系統運行維護成本，提高系統穩定性和可靠性，從而降低系統運行風險。然而，目前艦船各平臺之間仍存在著相互通信不暢等問題，致使艦船在處理此類數據時有明顯不足。為此，可考慮利用云計算、大數據等新技術應用到電子商務系統之中，以達到更好地提高艦艇通信效率之目的，從而有效解決這一問題。此外，數據資源開發不僅是數據處理能力快速發展的重要方向，而且還可以使數據分析處理更加有效。

4 結語

綜上所述，在信息化時代，電子信息系統之間的交互應用是必然趨勢。通過艦船目標關聯技術可以有效地提高相關信息的傳輸效率而降低系統信息依賴水平。在未來幾年內還需要進一步深入研究以提高電子信息系統之間通信性能和信息傳輸效率。未來幾年里主要需要解決以下問題：研究如何提高數據傳輸效率、提高船舶感知性能；如何保證信息傳輸系統和雷達等設備之間的有效連接；如何保證電子信息系統能夠快速高效地獲得目標信息量等。