面向服務(wù)的衛(wèi)星通信偵察信息處理技術(shù)研究

高元鋒，李 佳，李少朋

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的變化，未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)將是陸、海、空、天、電磁一體，多兵種協(xié)同，高度信息化的綜合性戰(zhàn)爭(zhēng)[1，2]。電磁空間的控制權(quán)將決定戰(zhàn)場(chǎng)的控制權(quán)，而戰(zhàn)爭(zhēng)雙方所具備的戰(zhàn)場(chǎng)通信偵察能力將直接影響和決定對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁空間的有效控制能力，從而成為影響戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程和勝敗的關(guān)鍵因素[3-5]。

衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)通過連續(xù)搜索、檢測(cè)、監(jiān)視與跟蹤各種活動(dòng)過程中的指揮控制、信息交互等通信信號(hào)，可獲取重點(diǎn)地域內(nèi)的力量部署、行動(dòng)態(tài)勢(shì)和意圖等信息，實(shí)現(xiàn)支援決策或各類行動(dòng)控制有效實(shí)施的目的[6-9]。因此，對(duì)衛(wèi)星通信目標(biāo)及通信體制進(jìn)行針對(duì)性研究，可極大地提高衛(wèi)星通信偵察的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，具有重大意義。

本文首先在文獻(xiàn)[10]提出的模型基礎(chǔ)上針對(duì)衛(wèi)星通信的需求和特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，并首次提出覆蓋全要素的衛(wèi)星通信偵察信息模型；其次，針對(duì)衛(wèi)星通信偵察信息處理中的關(guān)鍵技術(shù)多源融合處理和平臺(tái)目標(biāo)識(shí)別分別進(jìn)行工作原理的簡(jiǎn)要介紹；再次，針對(duì)不同用戶的需求，首次明確提出面向服務(wù)的“實(shí)時(shí)+離線”2種衛(wèi)星通信偵察信息處理架構(gòu)以及基于處理周期的衛(wèi)星通信偵察信息處理工作流程；最后，VSAT仿真實(shí)驗(yàn)表明，利用本文所提內(nèi)容可有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸會(huì)話關(guān)系識(shí)別和通信終端定位，并支撐用戶行為分析。

1 通信偵察信息模型及工作原理

本節(jié)首先給出典型衛(wèi)星通信偵察信息模型，然后詳細(xì)介紹基于多個(gè)衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)的偵察數(shù)據(jù)融合和目標(biāo)平臺(tái)估計(jì)的工作原理。

1.1 衛(wèi)星通信偵察信息模型

根據(jù)各用戶和業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星通信偵察信息的需求，衛(wèi)星通信偵察信息主要關(guān)注衛(wèi)星通信信號(hào)、衛(wèi)星通信終端/衛(wèi)星通信中心站、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器、通信衛(wèi)星、位置、組織/人員和平臺(tái)等要素，其典型衛(wèi)星通信偵察信息模型如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星通信偵察信息模型

上述模型中各要素表示基本實(shí)體，關(guān)系說明兩要素之間存在的關(guān)系。因篇幅所限，本文不再對(duì)所有要素類型及其之間的關(guān)系進(jìn)行一一詳述，感興趣讀者可參考文獻(xiàn)[10]。

1.2 工作原理

衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)是獲取重點(diǎn)地域內(nèi)力量部署、態(tài)勢(shì)和意圖等信息、支援決策或各類行動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用多個(gè)衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星通信偵察，并對(duì)其獲取多個(gè)偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。多源融合處理原理如圖2所示。在上述偵察數(shù)據(jù)融合過程中起決定性作用的是融合算法的選擇，可選算法包括DS證據(jù)理論統(tǒng)計(jì)方法、卡爾曼濾波估計(jì)方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法[11-12]。

在平臺(tái)目標(biāo)估計(jì)方面，傳統(tǒng)方法只對(duì)單一來(lái)源的通信偵察獲取的偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，難以獲取令人滿意的結(jié)果。為提高平臺(tái)目標(biāo)估計(jì)準(zhǔn)確率，本文提出利用多種衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)進(jìn)行通信偵察，并結(jié)合平臺(tái)搭載的衛(wèi)星終端知識(shí)庫(kù)和獲取的偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)平臺(tái)估計(jì)，最終形成平臺(tái)信息。平臺(tái)目標(biāo)估計(jì)原理如圖3 所示。

圖3 平臺(tái)目標(biāo)估計(jì)原理

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

雖然衛(wèi)星通信偵察信息處理對(duì)時(shí)效性和準(zhǔn)確性均具有較高的要求，但是兩者形成一個(gè)很難同時(shí)解決的矛盾。因此，本節(jié)提出實(shí)時(shí)處理架構(gòu)和離線整編架構(gòu)，分別滿足高時(shí)效性和高準(zhǔn)確性的要求。

2.1 實(shí)時(shí)處理架構(gòu)

實(shí)時(shí)處理架構(gòu)主要是基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的處理方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式的不間斷流水處理，給出處理結(jié)論，時(shí)效性高；在線分析功能無(wú)法實(shí)時(shí)給出結(jié)論，需要積累一段時(shí)間的數(shù)據(jù)或需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)算，并與實(shí)時(shí)處理功能相互配合以給出更好的處理效果，通常此類服務(wù)是在實(shí)時(shí)處理過程中被觸發(fā)的，時(shí)效性一般，但需要在線給出處理結(jié)果。

根據(jù)衛(wèi)星通信偵察信息處理業(yè)務(wù)功能快速處理需求，采用面向服務(wù)思想，將處理業(yè)務(wù)功能按照前臺(tái)、后臺(tái)進(jìn)行區(qū)分，服務(wù)類型分為實(shí)時(shí)和在線兩種，前臺(tái)主要圍繞態(tài)勢(shì)顯示及人工交互，后臺(tái)則重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輻射源參數(shù)處理與目標(biāo)處理分析計(jì)算服務(wù)。實(shí)時(shí)處理架構(gòu)如圖4所示。

圖4 實(shí)時(shí)處理架構(gòu)

2.2 離線整編架構(gòu)

離線整編架構(gòu)由任務(wù)驅(qū)動(dòng)，不需始終處在運(yùn)行狀態(tài)。通常是輔助人工采用專門工具對(duì)歷史數(shù)據(jù)和成果進(jìn)行分析、整理，時(shí)效性要求不高，準(zhǔn)確性要求高。離線整編架構(gòu)如圖5所示。

圖5 離線整編架構(gòu)

根據(jù)事后整編的人機(jī)交互和整編時(shí)效性要求，事后整編主要由整編客戶端、整編服務(wù)和整編工具包3部分組成，整編客戶端主要完成整編任務(wù)管理、整編工具的管理、素材管理和整編成果管理等，整編服務(wù)完成整編素材的存儲(chǔ)、搜索、推送和參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算等功能，整編工具包主要由各業(yè)務(wù)整編工具組成。

3 工作流程

根據(jù)文獻(xiàn)[13-14]介紹的處理周期，衛(wèi)星通信偵察信息處理過程可劃分為計(jì)劃協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)收集、處理加工、分析生產(chǎn)、分發(fā)整合和評(píng)估反饋6個(gè)相互支撐的功能域，如圖6所示。

圖6 信息處理周期

3.1 相互支撐的功能域

計(jì)劃協(xié)調(diào)功能域用于確定需求和信息請(qǐng)求，制定搜集計(jì)劃，并向各傳感器發(fā)布命令和請(qǐng)求；

數(shù)據(jù)收集功能域用于從各衛(wèi)星通信偵察傳感器獲取通信信號(hào)參數(shù)信息、內(nèi)容信息以及其他領(lǐng)域提供的支援?dāng)?shù)據(jù)；

處理加工功能域用于將收集到的信號(hào)參數(shù)基于知識(shí)庫(kù)以自動(dòng)方式為主，人工方式為輔進(jìn)行加工處理，形成態(tài)勢(shì)信息；

分析生產(chǎn)功能域提供分析工具包，用于對(duì)全源數(shù)據(jù)的綜合、分析和詮釋；

分發(fā)整合功能域用于將信息處理產(chǎn)品以適當(dāng)?shù)男问桨l(fā)送給用戶，并將產(chǎn)品適用于各項(xiàng)適當(dāng)任務(wù)中；

評(píng)估反饋功能域用于對(duì)信息處理周期各階段的行動(dòng)進(jìn)行不間斷的評(píng)估，以確保滿足用戶需求，并進(jìn)行反饋控制。

結(jié)合衛(wèi)星通信偵察數(shù)據(jù)以及圖6所示的處理周期，衛(wèi)星通信偵察信息處理流程主要分為5個(gè)階段，如圖7所示。

圖7 工作流程

3.2 衛(wèi)星通信偵察信息處理流程

衛(wèi)星通信偵察信息處理流程包括：

① 數(shù)據(jù)預(yù)處理階段：對(duì)衛(wèi)星終端或衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器通信輻射源信號(hào)參數(shù)進(jìn)行一致性檢查、去重復(fù)處理。

② 信號(hào)參數(shù)處理階段：對(duì)通信輻射源信號(hào)頻率特性、調(diào)制特性、編碼參數(shù)、解調(diào)信息、解碼信息、時(shí)間特性、空間特性和通聯(lián)特性等參數(shù)進(jìn)行格式化處理，形成統(tǒng)一格式的信號(hào)參數(shù)；

③ 通信目標(biāo)處理階段：完成信號(hào)參數(shù)與目標(biāo)關(guān)聯(lián)、目標(biāo)屬性評(píng)估以及目標(biāo)身份評(píng)估等內(nèi)容[15]；

④ 電磁態(tài)勢(shì)處理階段：完成目標(biāo)相關(guān)、事件/活動(dòng)相關(guān)、上下文解譯/融合以及多源評(píng)估等內(nèi)容[16]；

⑤ 威脅目標(biāo)處理階段：根據(jù)電磁態(tài)勢(shì)情況對(duì)電子目標(biāo)進(jìn)行威脅等級(jí)估計(jì)、威脅目標(biāo)告警。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

以工作在C、Ku波段的由諸多小型地球站構(gòu)成的智能化衛(wèi)星通信系統(tǒng)VSAT(Very Samll Aperture Terminal)為例說明本文所提處理構(gòu)架和工作流程的有效性。

VSAT網(wǎng)絡(luò)包括星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)以及混合網(wǎng)(星形網(wǎng)+網(wǎng)狀網(wǎng))3種結(jié)構(gòu)。VSAT信息處理的重心是把網(wǎng)控、終端和終端內(nèi)IP形成通信目標(biāo)，并把網(wǎng)控和終端形成組網(wǎng)。

根據(jù)本文方法得到的網(wǎng)絡(luò)傳輸會(huì)話關(guān)系分析結(jié)果如圖8所示，可明顯地顯示所有用戶訪問服務(wù)器或代理服務(wù)器的情況，并可通過大小來(lái)區(qū)分節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)段訪問量大小情況。

圖8 網(wǎng)絡(luò)會(huì)話關(guān)系

除此之外，可通過終端節(jié)點(diǎn)樹的方式查看訪問關(guān)系以及終端節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器的位置，如圖9所示。

圖9 典型網(wǎng)絡(luò)訪問關(guān)系查詢結(jié)果

對(duì)關(guān)鍵VSAT節(jié)點(diǎn)截獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原和分類分析的軟件界面示意圖如圖10所示，可通過完善節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)一步分析用戶行為。

圖10 數(shù)據(jù)還原分析軟件界面

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng)亦將越來(lái)越復(fù)雜，針對(duì)不同的衛(wèi)星通信偵查系統(tǒng)獲取的信息要素不同、方法不同，其信息處理流程不同，因此需結(jié)合衛(wèi)星通信系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專用的信息處理流程。本文針對(duì)用戶的需求，建立了衛(wèi)星通信偵察信息模型，構(gòu)建了面向服務(wù)的實(shí)時(shí)處理架構(gòu)和離線整編架構(gòu)，詳述了衛(wèi)星通信偵察信息處理的工作流程，以此來(lái)支撐衛(wèi)星通信偵察技術(shù)的繼承性發(fā)展。

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