戰術應用終端體系結構設計與分析?

吳昊

戰術應用終端體系結構設計與分析?

吳昊

（中國西南電子技術研究所，成都610036）

戰術應用終端是戰術應用系統的重要組成部分，其性能的優劣將直接影響整個系統的應用效果。針對高分辨率對地觀測系統終端用戶的戰術應用需求，對戰術應用終端總體技術進行了研究，總結了戰術應用終端的研究現狀與應用狀況，對戰術應用終端體系結構、功能組成和型譜進行了設計，分析了其中的關鍵技術，為構建高效、通用、一體化的戰術應用終端提供了頂層指導。

對地觀測系統；戰術應用；終端；型譜；嵌入式終端

1 引言

終端是最終用戶使用的關鍵基礎設施，不同用戶對于終端的需求具有一定的共性。但是，現有系統中的戰術應用終端通常是由研發部門各自開發的，這樣可能導致各功能模塊重復開發，各模塊不能復用，既沒有充分利用已有的優勢技術，又浪費研制經費和資源。戰術應用系列終端應根據終端信息處理的性質和規模進行組合，要求各功能部件相對獨立地構成模塊，可靈活配置，組合完成不同功能，以適應不同的戰術作戰需求。為此，需要對戰術作戰應用需求、現有及未來應用終端進行深入地研究，借鑒國內外先進的技術和成功的經驗，提取其中具有共性的部分，按通用支撐平臺的思想進行統一設計，搭建完整的戰術應用系列終端體系結構框架，以指導終端的通用化、模塊化、標準化、系列化研究和開發，保證終端開發過程中創建的各類軟硬件構件符合一個明確的體系。

本文在總結戰術應用終端相關研究與應用情況的基礎上，從系統組成、功能組成以及標準規范等方面對戰術應用終端體系結構進行了設計，給出了戰術應用終端系列型譜設計，并分析了其中的關鍵技術。針對高分辨率對地觀測系統終端用戶的戰術應用需求，根據地理空間信息終端服務機制與標準接口，研究了戰術應用終端的軟體系結構，以指導核心、通用的嵌入式終端框架與軟件的研制，構建標準化戰術應用終端模塊，支持軟件的二次開發、硬件接口的功能定制及模塊封裝。

2 戰術應用終端發展與應用狀況

美軍已建立起航天偵察、航空偵察、地面偵察和海上偵察的立體配置、手段齊全、具有較強實戰能力的情報偵察系統，其戰術應用終端的水平處于世界領先水平。典型的應用系統終端有以下5種。

2.121世紀部隊旅及旅以下作戰指揮系統終端

21世紀部隊旅及旅以下作戰指揮（Force XXI Battle Command-brigade and Below，FBCB2）系統是典型的指揮、控制、通信和情報一體化的系統，在阿富汗和伊拉克戰爭中已得到成功的應用。在伊拉克戰爭中，美陸軍的戰術通信系統——FBCB2系統首次投入實戰，為作戰部隊提供了敏銳的戰場態勢感知能力［1］。FBCB2終端（目前集成了藍軍跟蹤能力的終端稱為FBCB2／BFT（Blue Force Tracking）終端［2］）

由單兵、車輛或飛機攜帶使用。FBCB2系統由嵌入式設備以及系統硬件、軟件和數據庫組成，綜合使用萬維網、全球定位系統（GPS）和L頻段衛星通信等技術，使戰區內的部隊，從指揮官到普通士兵都能夠及時分享戰術信息。

從功能上講，FBCB2支持對戰術級部隊的作戰指揮任務，主要提供以下能力：第一，為指揮員、參謀和士兵提供態勢感知；第二，共享戰場空間公共圖像；第三，圖表顯示，同時顯示敵軍和友軍部隊的位置；第四，目標識別；第五，綜合后勤支持；第六，與主平臺的通信／電子接口。

作為集衛星導航、通信、遙感于一體的天、空、地綜合應用系統，FBCB2已成為衛星導航定位、衛星通信等應用領域的一個典型范例。但在實戰中還是暴露出以下問題：

（1）FBCB2需通過高級梯隊的通信系統才能與全球指揮控制系統（Global Command and Control System，GCCS）交換數據，而這些通信系統中有的還有局限性，致使FBCB2與GCCS的連接有一定的難度。

（2）在伊拉克，大部分美陸軍和聯軍裝備的FBCB2使用的是L頻段的衛星鏈路，該鏈路采用的是商用加密技術，而非國家安全局的標準加密技術，這就限制了該系統不能傳輸一些保密度較高的指揮控制信息。

（3）衛星的帶寬有限，其通信信道比原來給FBCB2設計的視距電臺窄，在超載的情況下，傳輸速度慢，會影響數據的及時刷新。

2.2快速戰術影像終端系統

在2003年第二次伊拉克戰爭中，美國在其航母艦隊的艦船上安裝了稱之為快速戰術影像（Fast Tactical Image，FTI）終端的情報保障裝備。在這種裝備的支持下，美國從海上發射了數以千計的巡航導彈，采用衛星精密制導技術，實現了對敵設施目標的準確打擊。同類打擊作戰的準備時間從過去的大約兩天縮短為2 h。另外，美軍在許多飛機上也開始裝載這種FTI地理空間情報保障裝備。它以成像偵察衛星所獲取的高幾何分辨率的戰區影像地圖為主要基礎地理信息資源，作戰武器系統憑借該裝備，可以準確地把握約1 650 000 km2大小的伊拉克戰區的軍事地理狀況。FTI的作戰應用，首次開辟了以地理信息資源形式直接利用影像資源支持作戰部隊和武器系統實施軍事打擊作戰的先河［3］。

影像終端系統以戰場環境影像信息為主體信息。作為裝備到武器平臺上的信息終端，其主要的作戰使命有3個：其一，把握所在戰場環境中自身的狀況；其二，把握軍事作戰所關心的對象目標在戰場環境中的狀況；其三，支持面向打擊對象作戰的輔助分析與決策。其作戰技術職能是：

（1）獲取武器平臺的導航定位信息，注入影像信息終端，借助戰場環境影像信息準確描述武器平臺所處的位置與動態狀況；

（2）通過無線通信網絡系統，獲取或受理打擊作戰引導情報或命令信息，注入影像信息終端；借助戰場環境影像信息，及時把握打擊對象目標所處的位置、動態狀況及作戰意圖；

（3）裝填武器系統打擊作戰模型，利用戰場環境地理影像信息進行作戰決策分析，生成武器打擊作戰裝訂引導數據；

（4）借助于受理的打擊對象目標毀傷情報進行打擊效果評估。

按照上述作戰使命與職能規劃的戰場作戰部隊或武器系統的影像信息終端，其基本組成可由無線通信網絡終端、GPS定位終端、武器裝訂數據接口及主計算機組成。

2.3“鷹視”系統

“鷹視”（Eagle Vision）系統是美空軍的偵察衛星應用系統，用于接收高分辨率的商用衛星圖像。系統有I～V共5個型號，可接收“斯波特”（SPOT）、“陸地衛星”（Landsat）、“雷達衛星”（Radarsat）和“地球觀測”（Orbview）等商用高分辨率成像衛星的圖像。系統都包含兩個單元：1個數據捕獲單元（DAS），由天線和把圖像接收處理為標準格式的方艙組成；1個運輸艙裝載的數據集成單元（DIS），把標準格式圖像處理成為可供作戰指揮官進行任務規劃、預演和情報搜集的有用信息。“鷹視”系統的主集成商是EADS集團公司。

每套“鷹視”系統配有折疊式天線，可通過C-17、C-130等運輸機在短時間內運送到全球任何地方。“鷹視”地面站直接用于戰術層次，接收星上處理信息后，進行衛星圖像融合，將分辨率低、大幅寬的商業遙感衛星圖像與高分辨率、窄視場的軍用偵察衛星圖像融合成一種圖像信息。在“伊拉克自由”行動中，“鷹視”系統被部署到阿聯酋支持美軍作戰。

2.4全源信息分析系統

全源信息分析系統（All Source Analysis System，ASAS）是計算機、視頻顯示終端和保密無線電設備的混合系統，并通過匯集來自信號情報、電子支援情報、人工和圖像情報等多個信息源和傳感器（包括戰術、戰略和作戰情報源）的數據，鑒定和相關這些數據，向指揮決策人員提供近實時的戰場態勢圖，從而實現情報功能的自動化。它屬于一個地面、移動式、自動化的戰術情報處理與分發系統，是軍和師級戰術作戰中心的一部分。ASAS各級單元為戰區級到營級的指揮員提供無縫支持。在軍以上梯隊方面，它經過裁剪各種情報數據以滿足戰區特定需求；在軍和師方面，它的工作始于分析和控制單元（ACE），提供可供下級使用的整理過的情報報告和產品；在機動旅和營，全源分析系統終端可幫助更好地執行地面戰斗。ASAS戰術上具有可部署能力，能接收戰略和戰術情報傳感器和信息源的數據并進行關聯，通過威脅綜合產生地面作戰態勢分析，使指戰員能及時、準確及全面地了解敵軍部署、作戰能力、薄弱環節及可能會采取的各種軍事行動［4］。

2.5公共地面站系統

公共地面站（Common Ground Station，CGS）系統是在小型地面站模塊（LGSM）的基礎上改進增強后得到的系統。LGSM主要功能是完成目標的定位以及速度軌跡的估計和預測。CGS在這個基礎上加入了很多新的功能模塊，變成了一個移動的目標戰場管理、偵察系統，它能接收、應用、存儲、分發E-8“聯合星”、信號情報、無線電廣播情報以及從其他戰術、戰區和國家級情報系統分發來的圖像數據［4］。

從以上典型終端系統可以看出，在美軍情報終端發展中呈現有以下發展趨勢。

（1）符合美軍信息化建設發展特點，對終端進行標準化、模塊化、通用化的頂層設計。美國軍隊尤其重視各兵種協同作戰能力，強調各軍兵種之間信息的交互，目的是最終形成一體化的綜合電子信息系統（C4ISR）。

（2）充分利用商用和民用計算機技術。采用加固型民用工作站和計算機以及民用軟件是軍隊各級系統的發展趨勢。在美軍實戰系統中，結構上按軍用計算機要求制造的仍占主導地位，但民用加固型計算機也開始在局部得到應用。

（3）系統發展重視繼承性和可靠性。在符合大系統總體設計要求的前提下，重視終端設備的模塊化設計和可靠性，以及終端發展的繼承性。

（4）從戰略應用擴展到戰術作戰情報支援。美國冷戰時期情報系統的設計思想主要是滿足國家戰略層次上的軍事需求，其戰術應用能力較弱。美軍在歷次作戰應用過程中取得了許多經驗和教訓，其中最重要的一點就是要向戰術應用擴展［5］。美國經過多年的改進已使終端系統的戰術應用能力得到了一定的改善。

3 戰術應用終端體系結構

3.1戰術應用終端體系結構

戰術應用系列終端是一類標準的、能夠進行按需選配的信息處理設備，設備的組成包括軟硬兩方面，其中軟件又分為支撐軟件、應用軟件。軟件和硬件都按照通用化、模塊化、標準化等原則進行分解和設計，構成硬件構件庫和軟件構件庫，采用構件化的集成方法，統一對硬件構件和軟件構件進行集成，通過柔性組合和靈活的組裝形成終端系列。

戰術應用終端具有以下功能：終端信息訪問、終端數據存儲、終端數據管理、終端信息更新、多源情報接入、情報分析與態勢綜合、戰場空間分析、定位定時導航、指揮控制與任務規劃、態勢標繪以及綜合顯示等。戰術應用終端體系結構如圖1所示。

圖1 戰術應用終端體系結構圖Fig.1 Tactical application terminal architecture

在戰術應用終端的頂層設計中，首先應制定戰術應用終端標準和技術規范，逐步規范和統一各級各類戰術應用終端的信息交換格式、硬件平臺的選型及構件規范、軟件設計和操作界面的風格等，實現各級戰術應用終端的互通、互操作。

終端標準體系結構是終端體系結構的重要組成部分，戰術應用終端標準包括交換類標準、軟件類規范、硬件類規范和數據處理類標準。通過制定、發布和貫徹實施戰術應用終端標準，將對戰術應用終端的研制和使用進行有效管理，保證所構成系統間能夠實現互通和系統內部的無縫集成。

其中，交換類標準將保證數據共享的一致性和完整性，保證終端能夠將數據轉換為標準格式的數據以簡化后續處理，利于實現系統間的互通。

軟件類規范統一指導戰術應用終端共性應用軟件及支撐軟件的開發研制，主要包括戰術應用終端應用軟件技術規范、戰術應用終端支撐軟件技術規范等，保證所開發的終端軟件組件能夠按需組裝，統一終端的軟件界面設計風格，滿足對軟件互操作的要求。

硬件類規范統一硬件平臺及設備的開發設計或選型，主要包括戰術應用終端硬件平臺技術規范等，保證終端硬件滿足標準化、系列化要求，能夠快速集成。

處理類標準對各種信息處理的功能定義、處理方式、處理接口等進行規范，終端應執行由總體統一制定的標準。

3.2戰術應用系列終端型譜設計

通過對高分戰術應用的需求分析，需要研制各級終端設備和嵌入式車載、機載、單兵終端通用模塊，設備形態上具備終端化、小型化，既便于單兵作戰攜帶，又同時遵循系統設計模塊化、易配置、可擴展的原則，可應用于多種類型的武器平臺，兼容多種類型、不同來源的數據。

根據戰術作戰應用需求，可將戰術作戰終端系列分為兩大類、4個系列。兩大類是終端設備類（包括各級終端設備）和終端通用模塊類（包括嵌入式車載、嵌入式機載、單兵終端通用模塊），4個系列是固定型終端、機動型終端、便攜型終端和手持型終端。

在終端的4個系列中，固定型適用于地面固定戰術作戰應用平臺，要求計算機的電磁輻射低；機動型適用于地下、艦載戰術作戰應用平臺，要求抗搬運沖擊性能強，快速組合能力強；便攜型適用于車載、機載及小型移動性要求較高的戰術作戰應用處理平臺，要求抗霉菌、鹽霧和腐蝕能力強，電磁兼容性要求高；手持型適用于單兵用戶，對環境的適應能力要求非常高。

戰術應用終端型譜設計如圖2所示。

圖2 戰術應用終端型譜設計Fig.2 Tactical application terminal type chart design

4 戰術應用終端關鍵技術

4.1嵌入式終端及其小型化技術

分析信息化戰場作戰任務模式，可以發現單兵、車載、機載終端受使用場地、對象的限制，具有便攜式的要求。因此，有必要研制嵌入式小型化終端，并開發一組標準化嵌入式終端硬件模塊，從而支持不同的作戰任務。嵌入式終端及其小型化技術可通過以下三方面來實現。

（1）戰術應用嵌入式終端框架

通過研究信息終端應用的共性需求，對終端功能進行標準化、組件化劃分，提出多層次的終端功能需求，形成層次化的功能定制模式；研究終端功能模塊的總線架構，形成標準化的數據接口規范及支撐軟件，支持終端軟、硬件功能模塊的即插即用；研究應急機動下的終端應用模式，提出機動型、小型化終端的基本功能、數據需求及裝載方式，支持戰術終端的應急機動部署；研究終端功能擴展方法，支持外部數據輸入及二次開發；研制標準化的終端軟、硬件動態裝載規范，支持多層次、多類型的信息應用終端，支持應用示范。

（2）組件式終端軟件模塊設計

包括嵌入式終端資源管理與任務優化；嵌入式終端信息顯示與交互；嵌入式終端信息態勢實時更新與定制；單兵終端通用軟件研制；嵌入式車載、機載終端通用軟件研制。

（3）小型化高分辨率地理空間信息處理標準化嵌入式終端模塊設計

嵌入式終端硬件結構可大致劃分為3個模塊：嵌入式主處理器及附屬電路子系統、可重構圖形圖像協處理子系統和一體化多模收發子系統。

4.2多格式信息數據的規范化

終端設備作為基礎設施之一，需要適應各種應用環境和系統需求，包括面對多種來源的戰場信息，這些戰場信息在內容上多種多樣，在傳輸格式上往往各不相同，要保證終端設備能夠無縫地應用于戰術應用，就需要對戰場信息的傳輸格式進行規范化以便簡化相互間的連接，提高通信效率。要達到此目的，需要對各種戰場信息進行深入研究，制定情報傳輸格式標準，以此為依據對信息數據進行規范化，并指導終端設備的研制。

4.3防信息泄露技術

戰術應用系列終端是各應用部門進行戰場信息收集、管理、交互處理、數據傳遞的工具，同時也是敵方偵察的一個重點對象，需要防止敵對方或第三方的情報機構對我方信息的偵察和防止我方情報的信息泄露，要采用一切可能的各種軟硬件方法，比如硬件上采用降低設備的電磁輻射水平，防止敵方的電磁探測和復原裝置對設備的偵察；在軟件上采用信息隱藏技術或采用信息加密技術進行文字和圖形的傳輸；或者采用假信息隱藏真身的辦法，擾亂敵方的偵察等。

5 結束語

本文在空天信息共享與應用系統頂層框架下，從應用需求、體系結構、終端標準、型譜設計等方面展開了戰術應用終端總體技術研究。下一步可加強戰術應用終端硬件實現方面的研究。戰術應用終端總體技術的研究是建設軍事應用服務平臺的需要，通過構建標準化戰術應用終端框架與軟件，可以在二次開發工具支持下，與各部門業務工作特點相結合，不斷疊加、積累各部門業務專題數據和應用信息，形成各具特色的部門戰術應用終端。

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LIANG Wei.U.S.Military Operation in Iraq to See the Development of Military Satellites［J］.Space International，2003（6）：6-10.（in Chinese）

Architecture Design and Analysis of Tactical Application Terminal

WU Hao
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

Tactical application terminal is an important component part of tactical application system，and its performance will make direct impact on the application of the system.Aiming at the tactical application requirement of earth observation system terminal with high spatial resolution，general technologies of tactical application terminal are studied.Firstly，the research and application status is summarized.Then，the architecture，functional composition and type chart for tactical application terminal are designed.Finally，related key technologies are analysed.Consequently，top instruction is provided for constructing highly effective，general-purpose and integrative tactical application terminal.

earth observation system；tactical application；terminal；type chart；embedded terminal

the Ph.D.degree in 2004.She is now an engineer.Her research concerns hyperspectral image classification，pattern recognition and data mining.

1001-893X（2012）05-0644-05

2012-01-20；

2012-03-27

TN911；TN802

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.05.008

吳昊（1976—），女，湖北省武漢人，2004年獲博士學位，現為工程師，主要研究方向為高光譜圖像地物分類、模式識別與數據挖掘。

Email：wu-h163＠163.com

WU Hao was born in Wuhan，Hubei Province，in 1976.She