雷達/通信電子戰系統一體化及效能評估方法

劉建林

（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

綜合一體化電子戰系統是現代戰爭的殺手锏，至今已發展到第4 代：第1 代為分立式系統，是一體化發展的原始階段；第2 代為組合式系統，是一體化發展的初級階段，也是目前仍廣為應用的系統；第3 代為綜合式系統，在單平臺上實現功能的綜合化和一體化，典型產品有美國海軍的AN／SLQ-32（V）電子戰系統等；第4 代為先進一體化系統，以美國“寶石臺”計劃為代表，統一電子網絡，傳感器系統一體化，系統向多平臺綜合發展。

綜合電子戰系統一體化目前還面臨許多技術難題。本文介紹了雷達/通信綜合電子戰系統存在的問題，分析了一體化設計的必要性，指出了其中的關鍵技術，最后應用加權+模糊綜合評判方法對一體化設計系統的綜合作戰效能進行了評估。

1 雷達/通信綜合電子戰系統一體化設計

1.1 一體化設計的必要性

綜合電子戰系統一體化設計的必要性有以下4 個方面：

1）提高作戰性能的需要

對車載、機載等小型作戰平臺上而言，空間狹小，裝備間相互干擾。同時，如果同一作戰平臺上安裝多個分立的系統，使作戰平臺的RCS 增大，被敵發現概率增大。

2）降低成本的需要

電磁環境越來越復雜，平臺安裝的電子戰設備越來越多，如有些作戰飛機航電設備（含電子戰系統）的成本已占載機造價的30%～50%，必須在滿足需求的同時盡可能降低成本。

3）減輕操作員負擔的需要

作戰平臺上的電子對抗裝備數量越來越多，大大加重了電子對抗裝備操作員的負擔。

4）現有一體化模式已不能滿足要求

當前，多數器件、組部件都已小型化，通過優選器件、組部件來減小體積的可能性很小，必須通過集成一體化方式來解決。

1.2 一體化設計的可行性分析

雷達/通信綜合電子戰系統集成一體化設計必要且可行。雷達、通信電子戰系統的不少功能模塊相同，都具有天線單元、發射單元、接收單元、信號處理模塊等。若將相同功能部件合為一體，可降低系統的體積、質量。2 個系統的要求有所相同，對功能相同的部分可采用硬件實現，對各自獨立的功能可采用軟件無線電來完成，這就實現了集成一體化系統的架構。集成一體化真正將雷達、通信電子戰系統的子系統集成到一起，并采用單一孔徑實現接收/發送，可根據任務要求重組系統，比組合一體化更方便、有效。

1）雷達與通信偵察系統一體化可行性分析

①雷達與通信偵察系統的組成結構

典型雷達偵察系統的基本組成如圖1 所示，主要由雷達偵察天線（測向天線陣、測頻天線）、信號預處理、主處理（信號分選、信號識別）、顯示控制器及其他支持組件（數據庫、存儲器）組成。測向天線陣和測頻天線一般共用，測向接收機測量脈沖到達角，測頻接收機完成對雷達脈沖檢測和參數測量，上述測量參數構成脈沖描述字（PDW），送信號預處理。

圖1 典型雷達偵察系統組成原理框圖

典型的通信偵察系統組成如圖2 所示，系統包括通信偵察天線、測頻接收機、測向接收機、通信信號分析和處理單元、通信情報分析單元、通信鏈路控制和指控中心及其他支持組件（數據庫、存儲器）等組成。

圖2 典型通信偵察系統組成原理框圖

通信偵察天線及測頻/測向接收機等與雷達偵察類似。通信信號分析和處理單元完成通信信號頻率、帶寬等參數測量及信號類型識別、信號解調解擴、信息破譯和情報分析，以盡可能得到真實可靠的通信情報。

②雷達與通信偵察系統的對比分析

雷達與通信偵察系統的相同之處在于：功能結構上存在結構重疊，即測頻接收機、測向接收機、顯控、存儲器、數據庫等。由于信號形式不同，測頻接收機和測向接收機的性能指標有所不同，但若動態范圍足夠大，可實現對雷達和通信偵察信號的兼容接收。

雷達與通信干擾系統的不同之處在于：信號頻率、信號體制不一樣，須通過合理的一體化設計、大動態范圍硬件等方式解決；信號處理單元不同，雷達偵察信號處理只要分析雷達信號的調制類型，通信偵察信號處理除了分析通信信號的調制類型外，還要分析信號所攜帶的各類信息，對信號的信噪比要求較高。

2）雷達與通信干擾系統一體化可行性分析

①雷達和通信干擾系統的組成結構

雷達有源干擾系統的基本結構如圖3 所示。雷達有源干擾系統主要由偵察、干擾和控制等3 部分構成，包括發射天線陣列及波束控制系統、干擾引導控制設備、干擾波形產生器、功率控制等，偵察結果送主控計算機用于引導干擾的實施。控制部分根據PDW 和信號識別結果確定目標威脅等級，制定并及時調整干擾決策，保持最佳干擾效果。

通信干擾系統工作原理與圖3 所示典型雷達有源干擾系統組成原理框圖類似。通信偵察引導設備主要完成信號截獲、參數測量和識別，根據偵察結果引導干擾，完成對目標的跟蹤，并根據目標狀態更新及時調整干擾策略。

圖3 典型雷達有源干擾系統組成原理框圖

②雷達干擾和通信干擾系統的對比分析

雷達干擾系統和通信干擾系統的相同之處在于：都有偵察接收機、干擾發射機和系統控制部分，工作流程相似，發射天線可共用，發射的射頻前端、中頻部分可共用。

雷達干擾系統和通信干擾系統的不同之處：偵察的對象不同，系統所攜帶的處理軟件就不同；干擾樣式庫不同。

對比雷達和通信的偵察與干擾信息處理體系結構，測向模塊、測頻模塊、功率估計模塊和干擾樣式輸出模塊完全可以共用；調制方式識別模塊、信息分析分類存儲模塊、作戰目標識別模塊、干擾任務生成與管理模塊和干擾樣式選擇等在細化后可部分共用，進行一定的合并，可以提高雷達、通信的偵察、干擾一體化程度。

1.3 一體化設計的關鍵技術

1）雷達與通信電子戰系統一體化系統組成結構

在現有技術條件下，通過擴大射頻前端頻率覆蓋范圍以及增大瞬時中頻帶寬等方法，降低噪聲系數，并利用軟件無線電技術實時重構統一信號處理硬件平臺等，可實現系統的多功能、集成一體化。本文提出的集成一體化系統結構如圖4 所示。

圖4 綜合電子戰系統硬件結構圖

共用孔徑技術將多個天線的功能結合到一個孔徑中，實現偵察、跟蹤、干擾等，屬于相控陣技術的范疇。本文提出的標準架構射頻前端主要是指具有一定標準化架構、參數因偵察目標不同而異的射頻前端，該射頻前端通過編程可具有較大的動態范圍。實現共用孔徑及波控時，必須避免相控陣天線多波束形成時產生混亂。

共用信息處理平臺主要采取模塊化的結構體系，如基于FPGA 形式等，可以分為雷達/通信偵察處理器模塊、雷達/通信干擾生成模塊、一體化系統控制模塊等。雷達/通信偵察處理器模塊主要對雷達/通信輻射源信號的無源探測、信號特征進行提取并識別、輻射源定位，為雷達/通信干擾樣式的生成提供技術支持和依據，及根據干擾效果及時調整干擾策略；雷達/通信干擾生成模塊根據偵察結果產生相應的干擾信號。

2）雷達與通信電子戰系統一體化系統關鍵技術

①共用孔徑有源相控陣天線技術

寬帶共用孔徑天線技術是一體化實現的核心技術之一，只有將多個天線的功能集成到一個孔徑中，才能把多個功能集成到一個硬件設備上。采用單個孔徑來完成可能存在功能間協調、隔離和控制等問題，但電子對抗性能較好。典型的有美國的共享孔徑計劃。

②集成核心處理器技術

充分利用分布式實時操作系統、并行處理運算和共用處理模塊等，集成核心處理器可集成很多先進技術，使各系統之間真正實現一體化。典型的有F-22 中的CIP。

③功能柔性組合技術

一體化設計所構成的系統框架和各功能模塊應具有一定柔性，使系統具有可擴展性、可重構性。所謂可重構性，即在保持硬件架構不變或微小改動的情況下，通過加載不同的軟件即可實現不同的功能。

④數據融合技術

數據融合技術是實現電子戰系統一體化實現的關鍵技術之一。綜合一體化系統所要處理的信號來自各類傳感器，首先要確定各傳感器數據中來自同一目標的數據，即數據合并和相關處理。數據合并一般采用最小距離法、貝葉斯法或最大似然方法，必須研究新的融合算法，將傳感器數據送至處理中心合并，可根據電磁環境變化自適應改變數據傳輸量，且盡可能減少詳細信息的損失。

⑤其他關鍵技術

其他一些技術同樣是實現一體化的核心，如系統軟件技術、數據傳輸總線技術等。系統軟件的高性能將使各設備和模塊形成高度的協調、統一。數據傳輸總線是一體化系統的信息傳遞樞紐，數據傳輸的速度和質量對信息充分利用和實時有效融合至關重要。

2 雷達/通信綜合一體化電子戰系統作戰效能評估

為了對一體化系統進行深入研究及運用，須對其效能進行有效、合理的評估。雷達/通信綜合一體化電子戰系統作戰效能由系統本身、可靠性和維修保障、一體化兼容性影響綜合決定，取決于偵察能力、干擾能力、保障能力和一體化兼容性影響等。

2.1 雷達/通信偵察主要技術指標

1）雷達偵察主要技術指標

雷達偵察主要技術指標有靈敏度、動態范圍、信號截獲概率、參數測量精度（載頻、脈寬、重頻、方位等）、信號處理能力（脈沖密度、分選和識別、處理時間）、數據庫能力等。

2）通信偵察主要技術指標

通信偵察主要技術指標有靈敏度、動態范圍、頻率范圍、最小頻率間隔、測頻準確度、單頻/多頻選擇性、偵察作用距離、瞬時處理帶寬、測向精度、處理時間等。

2.2 雷達/通信干擾主要技術指標

1）雷達干擾主要技術指標

雷達有源干擾主要技術指標有干擾頻率范圍、接收機靈敏度、發射功率、干擾空域、同時干擾目標數、干擾雷達類型、信號流密度、系統反應時間、測頻精度、測向精度、頻瞄精度、儲頻精度、跟蹤精度、最小干擾距離、有效干擾扇面、最大暴露半徑等。

2）通信干擾主要技術指標

通信干擾主要技術指標有干擾頻率范圍、偵收靈敏度與鎖定靈敏度、通信偵察能力、干擾引導能力、干擾樣式、干擾輸出功率、跳頻干擾有效區域、系統反應時間、數據融合處理能力、數據庫水平等。

2.3 可靠性、維修保障性及兼容性影響指標

一體化設計后，系統的可靠性及維修保障性可能發生較大變化。一方面，裝備的組成大為減少，總的可靠性、備件和維修保障能力將得到較大提高；另一方面，出于一體化考慮，可能會對天線部分、信號形式、硬件結構、控制軟件等進行部分兼容性設計，對某些技術指標有影響，進而影響作戰效能。這是集成一體化設計與原來的主要區別。

3 綜合電子戰系統作戰效能評估模型

本文在分析雷達/通信綜合一體化電子戰系統的基礎上，根據一體化后系統的特點，提出了一種基于加權+模糊綜合評判方法的作戰效能評估模型。

3.1 綜合電子戰系統作戰效能評估因素

本文建立的評價因素系統結構如圖5 所示。

圖5 綜合一體化系統評估因素系統結構圖

系統綜合作戰效能評估方法通常是各子系統的效能評估線性加權迭加，即：

式中，、、、為加權系數，由專家或專家系統確定，+2++=1；為系統總的效能因子，∈[0，1]；為偵察效能因子，∈[0，1]；為干擾效能因子，∈[0，1]；為兼容性影響效能因子，∈[0，1]；為可靠性、維修保障性效能因子，∈[0，1]。、、、這4 個效能因子的值通常由實際裝備決定。

根據影響作戰效能的主要技術指標，對于每一個功能模塊又包含許多子模塊。如偵察能力模塊包含個子模塊，干擾能力模塊包含個子模塊，可靠性、維修保障性模塊包含個子模塊，兼容性影響模塊包含個子模塊，則有：

式 中 ，（∈[1，2]） 、（∈[1，2]） 、（∈[1，2]）、（∈[1，2]）為各子模塊的作戰效能因子，α、β、γ、λ為相應的加權系數。式中，=2、=2，表示只有“雷達偵察和通信偵察”或者“雷達干擾和通信干擾”2 種情形，、的取值由專家根據具體要求確定。

3.2 偵察能力效能評估因子分析

偵察能力效能評估因子的表達式為：

式中，、為權系數，+=1，由專家或專家系統確定；為雷達偵察效能因子，∈[0，1]；為通信偵察效能因子，且∈[0，1]。為了分析方便，這里僅考慮雷達偵察和通信偵察的分析。

根據雷達偵察主要技術指標，包含以下方面：(rf，Δrf)、(pw，Δpw，pri，Δpri)、(aoa，Δaoa)、、、、、、等。其中，(rf，Δrf)與雷達偵察設備的頻率覆蓋范圍及頻率測量精度有關；(pw，Δpw，pri，Δpri)與雷達偵察設備的脈寬、重頻適應及測量能力有關；(aoa，Δaoa)與雷達偵察設備的測向精度有關；、、、、、分別與雷達偵察設備的電磁環境適應能力、截獲概率、動態范圍、信號分選能力、信號識別能力、靈敏度有關。

根據通信偵察主要技術指標，包含以下方面：(rf，Δrf)、(aoa，Δaoa)、、、、、、等。其中，(rf，Δrf)與通信偵察設備的頻率覆蓋范圍及頻率測量精度有關；(aoa，Δaoa)與通信偵察設備的測向精度有關、、、、、分別與通信偵察設備的電磁環境適應能力、截獲概率、動態范圍、信號分選能力、信號識別能力、靈敏度、跳頻信號處理能力有關。

3.3 干擾能力效能評估因子分析

干擾能力效能評估因子的表達式為：

式中，、為加權系數，+=1，可由專家或專家系統確定；為雷達干擾效能因子，且∈[0，1]；為通信干擾效能因子，且∈[0，1]。為了分析方便，這里僅僅考慮了電子有源干擾和通信干擾。

根據前述雷達干擾主要技術指標，包含以下方 面：、、、、、、、(rf，Δrf)、(aoa，Δaoa)、、、、、等，分別與干擾頻率范圍、接收機靈敏度、干擾發射功率、干擾空域、同時干擾目標數、干擾雷達的類型、信號流密度、系統反應時間、系統延遲時間、測頻精度、測向精度、頻率瞄準精度、儲頻精度、跟蹤精度、最小干擾距離、有效干擾扇面、最大暴露半徑等有關。

根據前述通信干擾主要技術指標，包含以下方面：、、、、、、、等，分別與干擾頻率范圍、偵收靈敏度與鎖定靈敏度、通信偵察能力、干擾引導能力、干擾樣式、干擾輸出功率、跳頻干擾有效區域、系統反應時間、數據融合處理能力、數據庫水平等有關。

3.4 可靠性、維修性、兼容性影響效能評估因子分析

對于可靠性、維修性、兼容性影響效能評估，這幾個因素是相互影響的，將首先由專家或專家系統根據裝備組成、結構等，確定評價因素的個數，也即式（2）中的和。由于其中有些指標不能準確地定量評判，因此本文采用模糊評判的方法對影響和的因素進行分析，再根據模糊評判結果確定γ和λ、和。

將各功能模塊的作戰效能評估進行等級劃分，定義評判等級的模糊子集為：

由式（5）可知，各功能模塊的作戰效能分為5 個等級：優（）、良（）、中（）、一般（）和差（），對應的值分別為1～0.80、0.79～0.60、0.59～0.50、0.49～0.40 和0.40～0.00。

本文將評判因素子集歸納為一個二級評判結構，一級評價因素集為：

式中，為可靠性、維修性能力；為兼容性影響。

二級評價因素集為一集族：

式中，={，，…，}，={，，…，}。確定各級評價因素的權重，即可得到評價因素權重模糊隸屬度。確立模糊分布（一般采用正態分布），即可確定模糊關系矩陣，依次進行模型運算，最終得到一級評價結果。

4 結束語

一體化已成為未來電子戰裝備的發展方向。通過解決本文所述的一些關鍵技術，可實現雷達偵察、雷達干擾、通信偵察和通信干擾等功能在電子戰系統架構的集成一體化。分析表明，采用加權+模糊綜合評判法可有效對綜合電子戰系統的作戰效能進行定性定量研究。