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第32卷第5期2018年10月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning Academy V ol.32No.5Oct.2018收稿日期：2018-08-30
作者简介：杨晓东(1975-)，男，高级工程师，硕士，主要从事雷达信息处理研究．
杨晓东
（南京电子技术研究所，南京210013）
摘要：为了弥补现代复杂战争环境下单平台单雷达探测能力不足的问题，分析了空地一体化雷达探测网络
体系架构具有的能力和具备的突出优势，提出了由空基、陆基、海基各单平台相控阵雷达组成的一体化雷达探测网络体系架构；重点阐述了空地一体化雷达探测网络体系架构中核心层的组成，详细描述了核心层中系统决策中心、控制管理单元、网络管理单元、数据传输单元的任务分工以及每个单元部分的具体功能和逻辑组成． 关键词：空地一体化；决策中心；体系架构；核心层
中图分类号：TN957文献标识码：A 文章编号：2095-5839(2018)05-0349-04
随着世界新军事变革的持续深入，为了快速适应信息化战争发展的需要，空天地一体化网络信息及防御技术越来越受到学术研究机构、工业设计单位和政府部门的关注，是当今世界强军强国国家战略发展的重要内容[1-2]．雷达系统作为战场探测系统的核心装备，面临着更多新的挑
战，先进的电子侦察和电子干扰技术的发展以及雷达截面积极大减小的隐身目标出现，单雷达或
者单平台雷达系统受频段、视角、资源等条件的限制，探测性能受到严重制约，已经很难适应体系作战需求，亟需通过多平台多雷达探测资源整合和重组，弥补单平台单雷达探测能力的不足，实现雷达网络化架构，达到区域整体探测效能最优．通过雷达一体化探测网络体系的建设，构建各类信息探测系统和武器系统等互连互通，构成空地一体化网络信息体系架构，才能体现空地资源的战略性、全球性、隐秘性、广域覆盖性、大容 量与远距实时性等特点，确保充分发挥空地资源
的整体作战效能．因此，建立空地一体化相控阵雷达网络是满足体系作战需求的可预期的一个方向[3]．近年来，在国土区域防空领域，对雷达组网技术和多雷达区域协同探测技术的研究取得了很大的进步[4-5]．在雷达系统协同反隐身、反干扰、反辐射、反低空突防等方面，更多雷达组网系统是基于
单雷达的独立探测，然后进行雷达情报互联和数据融合，从而达到协同反隐身和反干扰的目的[6]．随着相控阵雷达技术的发展，基于空基、陆基、海基相控阵雷达平台，从雷达工作信号参数、频段以及后处理之间探索一种统一决策、协同调度的机制，建立空地一体化网络体系探测的技术研究相对较少，基础理论和方法都比较薄弱．因此，本文侧重于相控阵雷达基于系统决策的一体化协同探测，对如何构建空地一体化探测网络体系架构进行分析研究．
1体系能力分析
空地一体化雷达探测网络体系，以空地海一体化目标探测为基础，以决策指挥控制系统为核心，将空基、陆基、海基各单平台雷达系统有机组合为一个高效联动的整体，以达到体系效能的最大倍增．空地一体化雷达探测网络体系构想示意图如图1所示．
地面雷达
海基雷达地面雷达决策指挥中心机载雷达
飞艇
图1空地一体化雷达探测网络体系构想示意图空地一体化雷达探测网络体系应具备如下能力：①体系架构内资源网络化，易于综合接入与集成，具备空地一体化网络节点管理、资源搜索发现和互操作能
力，决策中心可对接入的各类雷达资源进行统一管控，各类雷达资源的可用状态等信息进行共享，实现协同探测．②各网络节点和决策中心应具备大数据处理与情报智能分析能力，对来自不同空地网络节点的信息进行大DOI:
10.3969/j.issn.2095-5839.2018.05.009
空军预警学院学报2018年350
数据处理；决策中心能够快速地对系统多元情报进行深度融合与智能分析，实现情报产品快速一致性处理，建立共享的预警情报数据链．③决策中心面向任务和场景，进行资源统一指挥和调度．平时根
据使命和威胁，能够优化各类空地资源部署；战时根据特定任务要求，可快速进行任务分解，实现空地资源配准与协同，生成满足任务需求的空地资源统一指挥调度计划；对突发事件能快速响应，动态调整作战预案并形成新的统一应急探测计划，对空地资源进行动态指挥控制．④决策指挥中心依据任务和场景态势的需求，向各网络节点下发作战计划；能够根据目标类型、战场电磁环境等协同控制各空地网络节点的工作参数、频率模式等；能够快速灵活接收、处理空地实时信号，完成统一决策闭环．
空地一体化雷达探测网络体系整合了部分空基平台雷达、陆基平台雷达和海基平台雷达探测资源，该体系架构相对单一平台的单雷达装备，有着如下突出的优势：①在面对探测任务时，能够依托高速数据传输通道，以单一探测系统的模式对不同频段、不同平台雷达集中调度和控制，探测信息实时交互和共享，实现双多基地、多站干扰剔除、目标联合检测等组网探测功能，因而可满足复杂作战环境及新型威胁目标探测需求，特别是在复杂电子干扰环境中具有较大优势．②作为一种有效探测手段，可提高复杂电磁环境下多平台干扰抑制能力、对高速高机动隐身目标探测威力、低空小目标的发现概率、强杂波背景下的目标探测能力、雷达对目标探测的精度、实时性和稳定性．③探测网络体系内的空基、陆基及海基相控阵雷达可以发挥自身具备射频信号收发能力的优势，在完成正常的搜索和跟踪任务之外，利用剩余时间资源进行通信组网，构成一个新的空地一体化雷达探测网络．
2体系架构分层
空地一体化雷达探测网络以相控阵雷达为支撑，通过高速信息传输通道将海陆空雷达设备互联，并对多雷达探测资源进行重组和调度，采用分布式处理架构，实现组网探测的具体应用．空地一体化相控阵雷达网络体系架构应具备开放性，能够随机接入，具有组网能力的相控阵雷达．空地一体化雷达探测网络体系架构如图2所示．空地一体化雷达探测网络包含设备层、核心层、应用层3个层次．设备层能够形成有效的探测，是一体化组网探测的基础和前提．核心层构建信息传输通道并进行探测资源的协同控制和调度，以及对网络节点统一管理，是组网探测的必要手段．应用层以设备层和核心层为基础，实现组网探测模式应用，完成探测任务信息处理和人机交互．
图2空地一体化雷达探测网络体系架构
设备层以雷达为单位进行构建，主要由具备组网功能的空基、陆基和海基雷达设备组成．设备层可包含星载雷达，运输机、无人机、飞艇等机载平台上具备组网能力的相控阵雷达，地面情报雷达以及舰艇平台上具备组网能力的相控阵雷达．
核心层主要由系统决策中心和分布在各空基平台、陆基平台以及海基平台上的数据传输单元、网络管理单元、控制管理单元等组成．核心层主要任务为对作战任务和系统资源进行统一管理和协同调度，对整个网络进行管理和维护以及提供高可靠性和高效率的数据传输．通过核心层，不同平台的同型雷达以及异型雷达可达到互联互通，协同工作．
应用层面主要由分布在各空基平台、陆基平台以及海基平台上的数据中心单元、数据综合处理单元、数据综合显示单元及其他面向用户的应用单元组成．主要在核心层和设备层基础上完成组网探测数据的存储、处理和显示以及根据用户需求开展自定义的组网探测应用．
3核心层组成
核心层不仅承担了对雷达作战任务和系统资源的管理，而且需要对整个网络进行管理和数据传输．为了保证雷达独立探测任务的开展，用于数据传输的雷达波位数量通常要小于雷达自身探测的波位数量．同时，强杂波及强干扰等复杂环境下，雷达探测将带来大量的数据．因此，在较少的通信资源以及较大的传输数据量条件下，保证传输容量和质量对核心层的设计提出了较高的要求．
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系统决策中心是整个探测体系核心层中
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的
第5期杨晓东：空地一体化雷达探测网络体系架构研究351关键层，负责宏观层面的任务决策，并根据作战任务和用户需求，决策采用何种工作模式及参与该模式所需要的雷达节点，同时完成雷达探测资源和通信资源的分配．控制管理单元属于核心层中的每个雷达节点的顶层，负责雷达节点探测资源和通信资源的分配．网络管理单元属于核心层的中间层，负责网络拓扑的建立、维护以及路由的管理和优化．数据传输单元属于核心层的底层，为不同雷达节点、不同子网之间数据传输提供链路．3.1系统
决策中心系统决策中心面向作战任务和用户，需将当前所有作战任务需求和用户需求进行整体考虑，组织各雷达节点及时响应作战任务及用户的人工干预．它是整个探测网络体系的控制中枢，根据作战任务需求、战场环境态势、实时情报分析，结合网络体系中设备的监控状态，快速响应人机交互指令，完成智能决策分析，形成整个探测网络体系的任务分配、资源分配、工作模式分配的指令集，并将该指令集实时传输到各雷达接点的控制管理单元，保证了协同探测的网络体系高效运行．系统决策中心组成如图3所示．
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图3系统决策中心组成3.2控制管理单元控制管理单元直接面向雷达节点，完成系
统内各雷达节点的能量资源分配，并监控各雷达节点的状态信息和资源使用状况，实时反馈给系统决策中心，以便系统决策中心能够根据这些监控信息进行自适应调整．控制管理单元包含任务管理子单元、资源管理子单元以及状态监控子单元．控制管理单元组成如图4所示．图4控制管理单元组成
各雷达节点的状态监控是系统决策处理不可缺少的部分．状态监控必须是实时的，监控的信息主要包含系统内相控阵雷达设备状态、多种
任务资源的使用情况、战场电磁环境状态、传输链路状态等信息，例如搜索、跟踪、制导、通信等
任务的资源使用量和剩余资源量，以及雷达受干扰情况及干扰强度和类型等．同时也需监控网内其他雷达节点信息，包括其他雷达节点的资源使用情况、受干扰情况、其他网内节点在网或者脱网状态．
任务管理是根据系统决策中心下达的作战指令集和应用层用户的人工干预指令，建立本雷达节点相应的任务档案，并依据状态监控获取雷达节点的实时状态信息，对本节点的任务进行合理规划，生成相应的任务预案，报送给本节点的资源管理．需要注意的是，任务管理可根据实时
状态信息，自适应调整系统决策中心的任务预
案．例如，当本节点雷达受到强干扰以致探测性能严重下降时，任务管理可自主发起网内其他雷达节点协同抗干扰的任务预案．
资源管理是最终任务方案的执行者，对于越来越多功能的相控阵雷达，资源管理是确保雷达高效运行的关键．根据任务管理产生的任务预案和网内各雷达节点的资源使用情况，资源管理形成资源分配矩阵，经资源优化，确定最终的资源分配执行方案，即最终的任务执行方案，发送给本系统内设备层雷
释放器
达节点．
3.3网络管理单元
网络管理单元面向控制管理单元和数据传
输单元，需根据控制管理单元的决策信息完成网络的组建和拆除、网络拓扑的维护，业务数据的管理，通信数据包的编排，最终完成业务数据的高效传输．
网络管理单元是空地一体化雷达网络的局
部管理层．空地一体化雷达网络对数据传输的
实时性要求很高，特别是在一个雷达调度间隔内，通常在几十毫秒至几百毫秒的时间内，实现网内雷达数据的共享．要满足实时性要求，仅依靠软件完成数据处理是无法实现的．因此，网络管理单元把业务
数据传输管理任务分解成两个部分，其中软件完成网络拓扑收集和路由规划任务，硬件完成每帧数据的转发、共享．
网络管理单元的软件包含网络通信层、协议
处理层及接口处理层，其组成如图5所示．
图5
网络管理单元软件组成
空军预警学院学报2018年
352网络通信层软件主要实现网络报文的交换功能，在实际应用中，可采用FPGA 接口实现与
数据传输层的报文收发．协议处理层软件主要完成协议报文的处理
和交互；根据协议报文，重新计算网络拓扑，并触发路由表的重新计算和优化．该部分是组网的核心功能．接口处理层软件完成与控制管理单元控制报文以及应用层雷达探测数据报文的交互，获得命令请求、雷达初始状态数据、雷达探测数据．3.4数据传输单元数据传输单元主要由调制器和解调器组成，通过对相控阵雷达设备加装，与雷达信号同一平台工作，具备对前端信号接口、对后端数据接口，从而实现雷达探测通信一体化数据传输．数据传输单元组成如图6所示．
图6数据传输单元组成为了实现高效、高质量的通信传输，数据传输单元需具备以下功能：①适应雷达的不同信号接口形态．调制器均为中频接口，解调器分为数字接口与中频接口两种状态．②具备对流层散射传输功能，具有分集合并功能．③具有实时信道估计和均衡功能，完成信息的对流层散射传输．④具备前向纠错方式可选功能，实现传输效率与传输误码率之间的均衡．⑤具有数字环路和中频环路检测功能．⑥支持雷达前后阵面独
立接入、独立控制．
4结论
1)面对大量隐身武器系统发展和更强的复杂电磁环境，本文在利用相控阵雷达协同探测的基础上，以系统决策为中心，提出了空地一体化
雷达探测网络体系架构．该探测网络是一种新的基于空基、陆基及海基相控阵雷达搭建的雷达探测网络，具有单平台单雷达不可比拟的优势．
2)通过分析该探测网络的特点和优势，给出
了网络体系架构，对架构进行了详细描述，重点描述了体系架构中核心层的组成．
3)本文描述的是一种空地一体化相控阵雷达网络蓝图，构建实战型的空地一体化相控阵雷达网络涉及许多技术难题，如空时同步等，都有
待进一步研究和解决．
参考文献：
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integrated radar
YANG Xiaodong
(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210013,China)
Abstract ：In order to make up for the shortage of single radar detection ability in modern complex war environment,this paper analyzes the ability and advantage of the earth-space integrated radar detection network architecture,and proposes a network architecture of earth-space integrated radar which is composed of many sets of single air-based,land-based and sea-based phased-array radar.And then the paper emphatically expounds the composition of the core layer in the earth-space integrated radar detection network architecture.Finally the paper describes in detail the task division of the system decision-making center,control management unit,network management unit and data transmission unit in the core layer,as well as the specific function and logical composition of each unit.
Key words ：earth-space integration ；decision-making center ；system architecture ；core
layer
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