本文詳細(xì)綜述了機(jī)載射頻綜合一體化技術(shù)的產(chǎn)生、技術(shù)特點(diǎn)、平臺(tái)作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)、國外相關(guān)研究項(xiàng)目，包括美國空軍的綜合傳感器系統(tǒng)( ISS) 計(jì)劃、美國綜合化通信導(dǎo)航識(shí)別架構(gòu)（ICNIA）計(jì)劃、F-35戰(zhàn)斗機(jī)的綜合射頻系統(tǒng)；最后總結(jié)了記載射頻綜合的五大關(guān)鍵性技術(shù)，包括：綜合一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、超寬帶射頻技術(shù)、資源調(diào)度管理技術(shù)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、基于SCA的波形設(shè)計(jì)技術(shù)。
文章僅供參考，觀點(diǎn)不代表本機(jī)構(gòu)立場(chǎng)。
機(jī)載射頻綜合一體化技術(shù)發(fā)展綜述
作者：學(xué)術(shù)plus高級(jí)評(píng)論員 高書亮
隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的快速發(fā)展和信息化對(duì)抗程度的不斷提升，未來戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)大型作戰(zhàn)平臺(tái)如航空武器裝備的信息化程度、綜合作戰(zhàn)性能、隱身性、遠(yuǎn)程打擊能力要求更高。作戰(zhàn)飛機(jī)必須能夠適應(yīng)多功能、多任務(wù)、綜合化這一發(fā)展趨勢(shì)。因此，未來的航空電子系統(tǒng)將更多的體現(xiàn)出綜合化、模塊化的特征，具有資源高度共享、信息高度融合和等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的高生存能力和使用效費(fèi)比。
長期以來，現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)使用的雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)、數(shù)據(jù)鏈等機(jī)載無線電系統(tǒng)一直采用獨(dú)立分離的形式存在，各系統(tǒng)均大量專用射頻傳感器，這使得作戰(zhàn)平臺(tái)的獨(dú)立天線數(shù)量不斷增多，對(duì)平臺(tái)的隱身性能帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外，由于眾多電子設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行 、難以進(jìn)行有效綜合集成，使得各設(shè)備之間的電磁干擾對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)研制和使用帶來了諸多問題，也使得各類電子設(shè)備不能最大程度的發(fā)揮自身效能，同時(shí)，分離的機(jī)載射頻系統(tǒng)使得機(jī)載電子系統(tǒng)的重量、體積、功耗大大增加，極大的推高了系統(tǒng)使用費(fèi)用，對(duì)系統(tǒng)保障維護(hù)也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
為了解決上述問題，近年來多功能綜合射頻一體化技術(shù)開始得到了較快的發(fā)展。該技術(shù)希望在近年來快速發(fā)展的軟件無線電技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制能夠?qū)⒗走_(dá)、通信、電子戰(zhàn)、導(dǎo)航、敵我識(shí)別等多種設(shè)備集中共用射頻資源和信號(hào)數(shù)據(jù)處理資源的綜合化系統(tǒng)，從而從根本上實(shí)現(xiàn)更加全面的系統(tǒng)綜合，并減小機(jī)載電子設(shè)備的整體重量、體積和功耗，使得機(jī)載電子系統(tǒng)能夠更加靈活的適應(yīng)多種不同類型的作戰(zhàn)任務(wù)。
機(jī)載射頻綜合一體化技術(shù)就是用幾個(gè)分布式寬帶多功能孔徑取代目前飛機(jī)上為數(shù)眾多的天線孔徑，采用模塊化、開放式、可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系架構(gòu)，并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法、軟件編程， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)與通信、導(dǎo)航、識(shí)別等多種射頻功能，從而實(shí)現(xiàn)更加完整全面的機(jī)載資源共享。
●2.1 機(jī)載綜合射頻傳感器系統(tǒng)構(gòu)成 ●
從目前情況來看，機(jī)載綜合射頻傳感器系統(tǒng)包括孔徑綜合、射頻綜合和軟件綜合三個(gè)層面：
（1）孔徑綜合是指孔徑針對(duì)目前飛機(jī)上天線數(shù)量太多的問題， 發(fā)展綜合射頻傳感器，研制多個(gè)航空電子系統(tǒng)共用天線的平臺(tái)一體化綜合天線，即一個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多種功能，提高射頻綜合配置管理和機(jī)載天線的電磁兼容性，消除天線數(shù)量過多導(dǎo)致的不利影響。
（2）射頻綜合的目的是降低成本、重量和體積，同時(shí)可用性和可靠性也得到提高。射頻綜合將采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法， 把各個(gè)子系統(tǒng)的各種功能重新劃分、組合，將傳感器前端組件、信號(hào)處理組件和數(shù)據(jù)處理組件等組成具有資源共享、可重構(gòu)和通用化的新型系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件的控制管理下可實(shí)時(shí)完成各種作戰(zhàn)任務(wù)， 實(shí)現(xiàn)高性能的雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信、導(dǎo)航、探測(cè)、跟蹤與識(shí)別功能， 從而全方位的提高機(jī)載傳感器的工作效率，為飛行員提供更加完整、準(zhǔn)確的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力。
（3）軟件綜合主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)載傳感器的聯(lián)合工作過程的管理調(diào)度和在此基礎(chǔ)上的信息融合，由于射頻綜合一體化采用了具有高度靈活性和開放性的軟件無線電技術(shù)（SDR），在盡可能靠近天線的部位實(shí)現(xiàn)了信號(hào)數(shù)字化，因此系統(tǒng)可大量采用軟件定義技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種功能、應(yīng)用和波形的模塊化及可重構(gòu)。
●2.2 采用綜合射頻一體化技術(shù)的機(jī)載平臺(tái)可提升以下作戰(zhàn)能力●
（1）多任務(wù)能力顯著提升：用盡可能少的多功能射頻模塊構(gòu)建出一個(gè)兼具任務(wù)規(guī)劃、導(dǎo)航通信識(shí)別、態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、攻擊能力的多功能一體化綜合射頻航空電子系統(tǒng)；
（2）系統(tǒng)應(yīng)用性能顯著提升：由于實(shí)現(xiàn)了射頻傳感器的高度綜合集成，使得重量、體積、功耗、失效率顯著下降，同時(shí)帶來可靠性、可維護(hù)性、隱身性等性能的明顯改善，同時(shí)有望實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本的大幅度降低；
（3）開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：采用了開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 制定并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，元器件和通用模塊可更換，故改裝和加裝傳感器非常方便; 模塊功能可重構(gòu)，功能模塊一旦出現(xiàn)功能失效，可立即更換，降低了采購和維修的成本。
需要指出的是，開展射頻綜合一體化的研究必須立足和著眼各類機(jī)載傳感器的主要特點(diǎn)，對(duì)其工作模式、波形特點(diǎn)、功能要求、所處頻段等進(jìn)行有效的規(guī)劃才能保證系統(tǒng)的綜合工作效能，實(shí)現(xiàn)真正有效的射頻傳感器綜合化。當(dāng)前主要射頻傳感器所占用的頻段分布如下所示：
表：雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)三類主要機(jī)載電子傳感器的基本工作特點(diǎn)：
目前一般的射頻綜合系統(tǒng)架構(gòu)如下所示：
（一）美國空軍的綜合傳感器系統(tǒng)( ISS) 計(jì)劃
美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室從 1995 年開始進(jìn)行了ISS的概念演示驗(yàn)證計(jì)劃。該項(xiàng)目由洛克希德·馬丁公司和波音公司領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)小組完成， 目標(biāo)是采用相對(duì)較少的開放式射頻模塊類型構(gòu)成綜合的、可重構(gòu)的射頻處理結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目研究成果采用了通用模塊、資源共享及重構(gòu)設(shè)計(jì)，使得演示用的航電系統(tǒng)原型的造價(jià)和重量減少了一半，可靠性提高3倍，功耗降為原有的三分之二左右。
（二）美國的綜合化通信導(dǎo)航識(shí)別架構(gòu)（ICNIA）計(jì)劃
通信、導(dǎo)航及識(shí)別系統(tǒng)（CNI）是機(jī)載航電系統(tǒng)中的重要組成部分，它們幫助飛行員完成地空通信聯(lián)絡(luò)、飛行航路指引規(guī)劃、戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別等多種重要任務(wù)，是保證作戰(zhàn)行動(dòng)的重要傳感器之一。通信導(dǎo)航識(shí)別傳感器的主要工作特點(diǎn)如下所示：
綜合化通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)（ICNI）是希望采用通用的軟件和硬件資源架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多頻段、多模式、可編程的多種無線電功能，覆蓋目前作戰(zhàn)飛機(jī)所使用的主要的通信、導(dǎo)航和識(shí)別系統(tǒng)的工作模式及信號(hào)波形。
該研究針對(duì)傳統(tǒng)的通信電臺(tái)、導(dǎo)航和識(shí)別設(shè)備堆積在一起，通過外部接口實(shí)現(xiàn)簡單的功能互聯(lián)，單一無線電波形占用獨(dú)立的資源的現(xiàn)狀，采用功能分區(qū)的概念將功能相同的模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、綜合化設(shè)計(jì)，克服綜合引入的開關(guān)插損、噪聲等問題，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口進(jìn)行系統(tǒng)互聯(lián)，同時(shí)采用統(tǒng)一的資源管理器對(duì)多種資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理、調(diào)度和配置，從而實(shí)現(xiàn)不同波形和功能之間的動(dòng)態(tài)分配。其基本架構(gòu)如下所示：
此外，該項(xiàng)目中引入了軟件通信架構(gòu)（SCA）的基本理念，給出了對(duì)軟件無線電系統(tǒng)的架構(gòu)，軟件接口， 操作系統(tǒng)，中間件等給出了基本的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
（三）F-35戰(zhàn)斗機(jī)的綜合射頻系統(tǒng)
F-35 聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)( JSF) 是一種多用途并能服務(wù)于空軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的多兵種作戰(zhàn)飛機(jī)。該戰(zhàn)斗機(jī)是目前射頻傳感器綜合化程度最高的一種主戰(zhàn)飛機(jī)，可以說代表了當(dāng)前射頻綜合技術(shù)的最高技術(shù)水平。
將相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、分布式孔徑系統(tǒng)、電子戰(zhàn)設(shè)備和通信導(dǎo)航識(shí)別設(shè)備融于一身， 打破了各功能之間的界線，提供了全方位的目標(biāo)數(shù)據(jù)，為飛行員提供了前所未有的空戰(zhàn)環(huán)境的態(tài)勢(shì)感知能力和電子作戰(zhàn)能力。F-35的多功能綜合射頻系統(tǒng)( MIRFS) 是以APG-81 AESA火控雷達(dá)為基礎(chǔ)，它不僅具備雷達(dá)的各種工作方式，還能提供有源干擾、無源接收、電子支持手段、電子對(duì)抗、電子通信等能力。
此外，F(xiàn)-35的任務(wù)系統(tǒng)軟件是F-35戰(zhàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)各種傳感器的數(shù)據(jù)處理、篩選、融合和向飛行員顯示的關(guān)鍵。任務(wù)系統(tǒng)軟件把所有的傳感器納入到一個(gè)巨大的功能結(jié)構(gòu)中，使它們協(xié)調(diào)工作并相互提示，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合得到更高質(zhì)量的目標(biāo)數(shù)據(jù)。這既提高了飛行員的判斷和決策能力，也極大地延伸了飛行員的視野和對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的感知能力。
【關(guān)鍵技術(shù)1】綜合一體化設(shè)計(jì)技術(shù)
雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信數(shù)據(jù)鏈各種功能能力需求、指標(biāo)要求、工作時(shí)機(jī)、工作對(duì)象等各不相同，需要分析研究各種功能的工作流程、資源需求，對(duì)各種功能進(jìn)行類型的歸并和組合，確定系統(tǒng)工作模式、業(yè)務(wù)先后順序、狀態(tài)切換準(zhǔn)則等，建立系統(tǒng)關(guān)聯(lián)矩陣、動(dòng)態(tài)組合模型、功能切換模型等。從而實(shí)現(xiàn)在相同的硬件平臺(tái)上，通過不同的軟件功能組件實(shí)現(xiàn)不同的功能，通過系統(tǒng)資源管理來消除共址干擾等，既能滿足系統(tǒng)有源探測(cè)要求，又能夠適應(yīng)電子戰(zhàn)功能需求，同時(shí)又具備所需的通信數(shù)據(jù)鏈能力。
【關(guān)鍵技術(shù)2】超寬帶射頻技術(shù)
射頻綜合一體化的主要難點(diǎn)之一是寬頻段天線和相關(guān)射頻器件其中，超寬帶多波束相控陣天線要求覆蓋比較寬的頻段，每個(gè)頻段的特性均勻，以滿足雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信數(shù)據(jù)鏈各種業(yè)務(wù)的要求。為便于實(shí)現(xiàn)，可在全頻段甚至每個(gè)頻段使用幾付天線，并采用智能化天線技術(shù)。同時(shí)多波束可支持雷達(dá)功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)空域探測(cè)和多目標(biāo)同時(shí)跟蹤能力，可支持電子偵察瞬時(shí)波束寬覆蓋、高增益，可支持通信數(shù)據(jù)鏈同一時(shí)刻多節(jié)點(diǎn)同時(shí)通信，另外也可利用多波束相控陣天線波束靈活控制能力，在重點(diǎn)方向?qū)崿F(xiàn)波束零陷，從而提升系統(tǒng)的抗干擾能力。超寬帶通用射頻硬件要求具備高帶寬、線性、高效射頻放大、低噪聲、靈活射頻通道切換、多通道電磁兼容等特點(diǎn)，在發(fā)射時(shí)主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務(wù)，接收時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大、下變頻等功能。靈活射頻通道切換電路提供多個(gè)天線和多個(gè)接收通道、多個(gè)發(fā)射通道之間互聯(lián)和靈活切換功能，支持通信全雙工、半雙工模式射頻通道切換等
【關(guān)鍵技術(shù)3】資源調(diào)度管理技術(shù)
傳統(tǒng)雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信數(shù)據(jù)鏈功能采用不同的獨(dú)立設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因此幾乎沒有系統(tǒng)級(jí)的資源管理，更多的是設(shè)備內(nèi)部級(jí)的模塊管理。多功能綜合射頻系統(tǒng)采用通用的硬件資源， 通過不同軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。資源的通用化和共用帶來資源動(dòng)態(tài)管理的問題。需要對(duì)系統(tǒng)的硬件資源、軟件資源進(jìn)行合理劃分和定義， 資源的管理調(diào)度應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，全盤考慮，協(xié)調(diào)統(tǒng)一。根據(jù)不同工作模式下各功能線程的優(yōu)先級(jí)，設(shè)計(jì)出合理的資源分配算法和重構(gòu)策略，優(yōu)化資源調(diào)度配置。
【關(guān)鍵技術(shù)4】系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)
系統(tǒng)采用開放式軟件架構(gòu)，符合軟件通信體系結(jié)構(gòu)( SCA) 規(guī)范，保證硬件和軟件分離及協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)通用硬件處理平臺(tái)的軟件組件可移植、可互換、可互操作、軟件可重用、體系結(jié)構(gòu)可縮放。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括框架類軟件和軟件組件。軟件組件負(fù)責(zé)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)， 把信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理封裝為一體， 采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，重復(fù)利用性好，構(gòu)造一次，測(cè)試一次，可多次重復(fù)使用。
【關(guān)鍵技術(shù)5】基于SCA的波形設(shè)計(jì)技術(shù)
可根據(jù)不同系統(tǒng)的波形功能特性要求，提煉不同波形的構(gòu)件或組件特征，采用SCA規(guī)范對(duì)不同類型的波形進(jìn)行封裝和硬件抽象，實(shí)現(xiàn)不同波形在異構(gòu)硬件之間的可移植。
（全文完）
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