海上編隊傳感器管理架構(gòu)研究*

丁春山，何佳洲

(1.東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210096；2.江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222061)

0 引言

海上編隊由艦艇、潛艇、艦載直升機(jī)與固定翼飛機(jī)等組成，支持編隊完成作戰(zhàn)任務(wù)的情報信息除部分來源于編隊外節(jié)點，主要依靠編隊內(nèi)各平臺裝備的雷達(dá)、聲納、光電、電子偵察(electronic support measures，ESM)、敵我識別器(identification friend or foe,IFF)等傳感器，合理使用編隊內(nèi)多平臺傳感器、發(fā)揮最大協(xié)同效能，是海上編隊完成多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要編隊多平臺多傳感器管理技術(shù)支撐。文獻(xiàn)[1]提出如何利用海上警戒探測系統(tǒng)使多傳感器形成系統(tǒng)威力,有效對抗四大威脅,才是警戒探測系統(tǒng)的精髓。

文獻(xiàn)[2-5]分別研究了傳感器管理的定義，綜合來看傳感器管理的目的是合理調(diào)度使用有限的傳感器資源，在滿足電磁頻譜、通信、海戰(zhàn)場自然環(huán)境等約束下，實現(xiàn)對多個目標(biāo)和作戰(zhàn)空間的最優(yōu)探測(優(yōu)化檢測概率、截獲概率、傳感器自身的發(fā)射能力、航跡精度或丟失概率等指標(biāo))，恰當(dāng)?shù)貪M足防空、反潛、對海對陸攻擊等多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的信息需求。

傳感器管理技術(shù)日益重要的原因在于，編隊傳感器向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用發(fā)展，傳感器管理工作量、難度增大，傳統(tǒng)依賴人工操作的模式難以為繼；傳感器管理可以獲得更優(yōu)的傳感器作戰(zhàn)效能，在信息化戰(zhàn)場可拓展新的作戰(zhàn)手段和能力。

針對海上編隊傳感器管理，Johnson設(shè)計了海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)下協(xié)同傳感器管理架構(gòu)[6]。Benaskeur研究了海軍單傳感器、單平臺、多平臺3類傳感器管理問題[7]，提出了基于整子體(holonic)的傳感器管理架構(gòu)[8]。文獻(xiàn)[9]以實現(xiàn)對海上多平臺傳感器資源自動或半自動協(xié)調(diào)管理控制為目標(biāo),設(shè)計了傳感器管理與控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu),包括傳感器信息管理、傳感器組織管理、收發(fā)通信管理、傳感器控制管理和傳感器綜合效能分析等功能模塊，采用“集中管理,分散控制”的方式管理海上多平臺傳感器。文獻(xiàn)[10]提出了海軍多平臺協(xié)同作戰(zhàn)條件下基于戰(zhàn)術(shù)組件網(wǎng)(TCN)的傳感器資源管理體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[11]研究了基于Holon控制的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)傳感器管理體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[12]提出海上編隊、平臺和傳感器3級架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化管理控制體系,編隊及每個平臺都有一個宏管理器,每個平臺上的傳感器都有各自的微管理器。文獻(xiàn)[13]研究了基于策略的海戰(zhàn)場傳感器資源運維管理框架，按全局、區(qū)域和本地分層運維管理，設(shè)計了應(yīng)用層、資源管理層和資源層3層結(jié)構(gòu)的海戰(zhàn)場傳感器資源運維管理系統(tǒng)框架。另外文獻(xiàn)[14]從編隊和本艦2個層次研究了傳感器管理的內(nèi)容及模型。文獻(xiàn)[15]構(gòu)建了單艦多傳感器協(xié)同探測體系結(jié)構(gòu)，提出了多傳感器協(xié)同探測資源調(diào)度模型。從以上研究成果看，海上編隊傳感器管理涉及多管理節(jié)點協(xié)同，多采用分層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同是發(fā)展方向，是信息化海戰(zhàn)中一項困難且需要深入的研究工作。

本文研究海上編隊傳感器管理架構(gòu)，第1節(jié)首先分析了編隊傳感器管理需求，第2節(jié)提出了編隊傳感器管理的總體結(jié)構(gòu)，以及編隊傳感器方案事前籌劃與實時調(diào)度技術(shù)。

1 編隊傳感器管理需求

海上編隊由艦艇、飛機(jī)等多種兵力組成，部分兵力組成戰(zhàn)術(shù)群，負(fù)責(zé)編隊內(nèi)某一方向的防空、反潛等任務(wù)。傳感器作為作戰(zhàn)資源之一，遵循軍事指揮的分層架構(gòu)，海上編隊傳感器資源的組成架構(gòu)如圖1所示。海上編隊指揮節(jié)點需管理戰(zhàn)術(shù)群和直屬平臺的傳感器，戰(zhàn)術(shù)群負(fù)責(zé)管理群內(nèi)各平臺的傳感器資源，平臺負(fù)責(zé)搭載傳感器的管理使用，傳感器可精細(xì)化地設(shè)置工作模式和參數(shù)。

圖1 層次化的海上編隊傳感器資源Fig.1 Hierarchy of naval sensing resources

海上編隊傳感器管理的作用在于統(tǒng)一管理編隊內(nèi)各平臺傳感器資源，恰當(dāng)?shù)靥綔y數(shù)據(jù)，滿足編隊多樣化作戰(zhàn)活動情報需求。如圖2所示，傳感器管理使情報保障具有反饋機(jī)制，根據(jù)作戰(zhàn)活動情報需求和信息融合后的情報性能度量的差異，反饋控制編隊內(nèi)傳感器資源，使其探測獲取能夠提升信息融合結(jié)果的原始數(shù)據(jù)；同時向信息融合模塊反饋傳感器狀態(tài)與能力、傳感器協(xié)同探測策略，使其掌握傳感器探測數(shù)據(jù)特性，采用有針對性的融合算法。

圖2 海上編隊傳感器管理作用框圖Fig.2 Function block diagram of sensor management for maritime formation

1.1 編隊多層級傳感器管理需求

海上編隊的編隊指揮節(jié)點、戰(zhàn)術(shù)群指揮節(jié)點、平臺、傳感器等節(jié)點需協(xié)同工作，但不同節(jié)點有不同的傳感器管理需求。

1.1.1 編隊、戰(zhàn)術(shù)群傳感器管理需求

戰(zhàn)前籌劃中，依據(jù)總體作戰(zhàn)方案制定編隊/戰(zhàn)斗群情報保障計劃；在作戰(zhàn)過程中，監(jiān)控所屬兵力傳感器狀態(tài)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、態(tài)勢變化，實時調(diào)整傳感器的任務(wù)、開關(guān)、工作頻率等，滿足多樣化作戰(zhàn)的情報需求。

編隊、戰(zhàn)術(shù)群傳感器管理需適應(yīng)編隊的通信能力、信息融合架構(gòu)，傳感器管理的需求包括：

(1) 任務(wù)分配

根據(jù)信息需求建立感知任務(wù)，并分配給所屬兵力群或平臺。在保證整體探測能力滿足作戰(zhàn)信息需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)減少傳感器資源的冗余使用和主動發(fā)射。

(2) 傳感器部署

從保障傳感器探測效能出發(fā)，提出編隊平臺空間部署建議，確定配屬編隊、兵力群的直升機(jī)、無人機(jī)等以警戒探測任務(wù)為主的作戰(zhàn)平臺航路。

(3) 組織協(xié)同

協(xié)調(diào)解決所屬各平臺傳感器的使用沖突；使我方傳感器之間的干擾最小化，包括雷達(dá)同頻干擾，主動傳感器對鄰近被動傳感器的干擾等；使敵方對我方的壓制干擾、欺騙干擾影響最小化；為編隊多平臺信息融合提供最優(yōu)的探測數(shù)據(jù)輸入，實現(xiàn)主被動傳感器協(xié)同、主動傳感器協(xié)同、被動傳感器協(xié)同等。

1.1.2 單平臺傳感器管理需求

戰(zhàn)前籌劃中，單平臺主要接收上級的傳感器管理計劃，依據(jù)分配的探測任務(wù)、工作時間，以及可用頻率、禁用頻率等頻譜管理要求等確定本平臺的傳感器工作計劃。

在作戰(zhàn)過程中，監(jiān)控本平臺傳感器狀態(tài)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、對抗態(tài)勢的變化，自動/半自動地調(diào)整傳感器的開關(guān)、工作模式以及工作頻率等參數(shù)，盡量減少指揮員的工作量。

傳感器管理需求包括：

(1) 傳感器任務(wù)管理。接受上級的傳感器管理命令，并將其作為自身的感知任務(wù)之一，匯集本平臺的作戰(zhàn)信息需求生成傳感器任務(wù)清單；分配傳感器任務(wù)，明確各傳感器的責(zé)任區(qū)域、跟蹤目標(biāo)、工作時間等；

(2) 傳感器調(diào)度，根據(jù)本平臺面臨威脅及作戰(zhàn)任務(wù)需求確定本平臺傳感器的開關(guān)、工作模式等；

(3) 傳感器協(xié)同，實現(xiàn)不同傳感器探測目標(biāo)的交接，保證目標(biāo)監(jiān)視、跟蹤的連續(xù)性，傳感器工作沖突消解等；

(4) 監(jiān)控本平臺傳感器工作狀態(tài)，并上報上級節(jié)點。

1.1.3 單傳感器管理需求

單傳感器需接收平臺、編隊的探測任務(wù)、調(diào)度命令并響應(yīng)，上報自身狀態(tài)及效能評估結(jié)果；制定傳感器工作計劃，通過模式/參數(shù)控制優(yōu)化自身探測能力，支撐多傳感器協(xié)同工作。

1.2 編隊傳感器協(xié)同需求

海上編隊傳感器管理的目標(biāo)是使編隊內(nèi)各平臺傳感器在統(tǒng)一管控下協(xié)同工作，如同一個有機(jī)整體，能夠形成系統(tǒng)威力。編隊傳感器之間的協(xié)同包括任務(wù)級的區(qū)域協(xié)同，以及多種實時協(xié)同工作需求。

1.2.1 區(qū)域協(xié)同

海上編隊傳感器最基本的協(xié)同方式是區(qū)域協(xié)同，根據(jù)對空、對潛、對海等不同方面作戰(zhàn)的需求，分別構(gòu)建遠(yuǎn)中近結(jié)合的協(xié)同防空、反潛和對海攻擊警戒探測圈。編隊指揮節(jié)點根據(jù)各平臺承擔(dān)的任務(wù)和位置，分配相應(yīng)的警戒探測責(zé)任區(qū)，使整體探測能力滿足各方面作戰(zhàn)的信息需求。

1.2.2 傳感器工作協(xié)同

在編隊傳感器資源按區(qū)域配置的基礎(chǔ)上，傳感器工作過程中需相互協(xié)同，保證探測目標(biāo)的達(dá)成。

(1) 時間協(xié)同

時間協(xié)同包括傳感器的接替工作和按一定時間要求對目標(biāo)進(jìn)行觀測。

雷達(dá)等傳感器一般不能長時間連續(xù)工作，故針對某一區(qū)域的警戒探測任務(wù)由相鄰平臺或同平臺傳感器分時負(fù)責(zé)。

為配合某一作戰(zhàn)行動，需要傳感器同時或按時序探測。如為提高目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，多平臺傳感器同時覆蓋某一重點方向；在我方對陸打擊后，立即組織對陸探測，以便快速毀傷評估；在需要對威脅目標(biāo)判性時，立即調(diào)度敵我識別器對目標(biāo)識別。

(2) 頻率協(xié)同

1) 避免我方傳感器同頻干擾。編隊各平臺常配置同型號雷達(dá)，如果采用相同的頻率等工作參數(shù)，可能導(dǎo)致我方雷達(dá)同頻干擾。

2) 反對抗。控制我方傳感器工作的頻率、空間覆蓋和時間，優(yōu)化我方傳感器對敵方干擾、欺騙等對抗措施的抗干擾能力，避免或減小敵方對抗措施對我方傳感器探測的影響。

3) 發(fā)射控制。由于有源傳感器發(fā)射的能量可被敵方偵測并被利用，需要控制有源傳感器的發(fā)射功率、脈寬等信號參數(shù)及空間覆蓋等，使我方傳感器被檢測或被識別的可能性降至最低。

(3) 引導(dǎo)協(xié)同

由于傳感器的空間覆蓋和搜索能力有限，當(dāng)目標(biāo)從傳感器A的探測區(qū)域進(jìn)入另一傳感器B的探測區(qū)域時，需要向傳感器B發(fā)送引導(dǎo)信息，使傳感器B搜索并截獲由傳感器A指示的目標(biāo)。如紅外警戒探測設(shè)備與雷達(dá)協(xié)同,由雷達(dá)提供跟蹤引導(dǎo)數(shù)據(jù),紅外警戒探測設(shè)備工作于跟蹤狀態(tài),可以克服紅外警戒探測設(shè)備視野小、搜索時間長的弱點,快速捕獲目標(biāo)、輸出圖像。又如電子偵察設(shè)備獲得目標(biāo)信號,基于基本分選參數(shù)和細(xì)微特征分析,對輻射源個體特征進(jìn)行辨認(rèn)和識別,解算出輻射源大致位置后可引導(dǎo)主動雷達(dá)進(jìn)行高精度目標(biāo)定位跟蹤。

(4) 無源協(xié)同

無源傳感器具有良好的隱身效果，是海上編隊重要的傳感器資源。雷達(dá)在受到敵方有源壓制性干擾時將無法對目標(biāo)繼續(xù)探測，但ESM仍然能夠獲得輻射源的方位和屬性信息，紅外警戒探測設(shè)備能夠探測目標(biāo)的方位俯仰，雷達(dá)能夠確定干擾源的方位俯仰，通過艦艇編隊多平臺無源傳感器協(xié)同，在一定程度上能夠達(dá)到對海戰(zhàn)場的有效監(jiān)視。

2 編隊傳感器管理架構(gòu)

2.1 混合式體系結(jié)構(gòu)

傳感器管理體系結(jié)構(gòu)一般與系統(tǒng)采用的信息融合體系結(jié)構(gòu)相一致，常見的有分布式、分層式、集中式，如圖3所示。

圖3 傳感器管理常用結(jié)構(gòu)Fig.3 Common structures for sensor management

集中式是指所有傳感器的管理由中心節(jié)點集中決策，該方式邏輯簡單，但決策中心計算復(fù)雜、平臺間通信需求大，決策中心易成為系統(tǒng)瓶頸，整體的抗毀性、可靠性、擴(kuò)展性差。完全分布式是指傳感器管理任務(wù)由多個處理節(jié)點協(xié)作完成，無中心節(jié)點，該方式對平臺間通信需求大、分布式算法設(shè)計困難，最重要的是不符合海上編隊分層的指揮結(jié)構(gòu)。分層式結(jié)構(gòu)是一種至上而下分解任務(wù)并分工協(xié)作的結(jié)構(gòu)，與層次式指揮結(jié)構(gòu)匹配，但嚴(yán)格的分層結(jié)構(gòu)缺少靈活性，具有很多與集中式相似的缺點。

海上編隊傳感器管理的目標(biāo)是使編隊內(nèi)傳感器成為一個整體，具有任務(wù)級、參數(shù)級、信號級等多層次管控能力，編隊、戰(zhàn)術(shù)群、平臺、傳感器等多類管理節(jié)點分工協(xié)作，是系統(tǒng)之系統(tǒng)，單純的分布式、分層式、集中式體系結(jié)構(gòu)難以勝任。

作為典型的多平臺多傳感器管理問題，為適應(yīng)艦艇編隊分層的指揮模式和數(shù)據(jù)融合處理、信息傳遞結(jié)構(gòu)，海上編隊傳感器管理總體上宜采用分層式結(jié)構(gòu)。即編隊級傳感器管理主要負(fù)責(zé)確定戰(zhàn)術(shù)群的傳感器探測任務(wù)，戰(zhàn)術(shù)群級傳感器管理主要負(fù)責(zé)確定所屬平臺的傳感器探測任務(wù)，平臺級傳感器管理主要負(fù)責(zé)本平臺傳感器應(yīng)用，對艦載雷達(dá)、聲納、光電、IFF、ESM及配置的無人平臺進(jìn)行管理。

兼顧不同節(jié)點之間的協(xié)同關(guān)系，在分層式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)兼容部分節(jié)點之間的分布式、集中式關(guān)系，構(gòu)建海上編隊傳感器管理的混合式結(jié)構(gòu)，如圖4所示。在某一層級內(nèi)部可采用分布式或集中式結(jié)構(gòu)。在同一層級，節(jié)點之間可分布式協(xié)同，如無人集群；在某一節(jié)點內(nèi)，如艦艇平臺可采用集中式的傳感器管理結(jié)構(gòu)，由傳感器管理中心節(jié)點對本艦所有傳感器集中管控。

圖4 混合式編隊傳感器管理體系結(jié)構(gòu)Fig.4 Hybrid formation sensor management architecture

海上編隊傳感器管理的混合式結(jié)構(gòu)是分層、遞歸的，如圖5所示，上級節(jié)點將下級節(jié)點作為一個整體管控，下級節(jié)點再將次級節(jié)點作為一個整體管控，即編隊級傳感器管理對象可以是戰(zhàn)斗群或平臺，戰(zhàn)斗群傳感器管理可再分解成對平臺的管理，平臺級傳感器管理再對單傳感器管理。

圖5 編隊傳感器管理的分層遞歸性Fig.5 Hierarchical recursion of formation sensor management

2.2 事前規(guī)劃與實時調(diào)度

海上編隊傳感器管理包括作戰(zhàn)前方案規(guī)劃和作戰(zhàn)中實時調(diào)度2個方面，如圖6所示。在戰(zhàn)前，根據(jù)作戰(zhàn)籌劃模塊的作戰(zhàn)計劃、情報保障需求等，制定傳感器使用方案并反饋作戰(zhàn)籌劃模塊。在作戰(zhàn)過程中，根據(jù)信息融合模塊提供的目標(biāo)、態(tài)勢分析結(jié)果、探測需求，以及指揮控制模塊的傳感器管理命令、情報保障需求實時決策傳感器調(diào)度策略，向傳感器、作戰(zhàn)平臺等管控對象下達(dá)傳感器管理指令。

圖6 傳感器管理功能關(guān)系圖Fig.6 Function relationship diagram of sensor management

2.2.1 傳感器使用方案規(guī)劃

傳感器使用方案規(guī)劃功能主要在編隊、兵力群節(jié)點實現(xiàn)，在作戰(zhàn)準(zhǔn)備階段的作戰(zhàn)方案籌劃過程中，負(fù)責(zé)根據(jù)作戰(zhàn)計劃和情報保障需求，籌劃管理對象(兵力群、平臺或傳感器)的探測任務(wù)、計劃，生成傳感器使用方案。

傳感器使用方案規(guī)劃處理流程如圖7所示。首先根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、計劃分析探測任務(wù)，按照兵力群、探測空間等維度分解總探測任務(wù)，然后籌劃每個子探測任務(wù)方案。

圖7 傳感器使用方案規(guī)劃流程圖Fig.7 Flow chart of sensor use scheme planning

傳感器使用方案規(guī)劃的輸入主要包括以下4個方面。

(1) 雷達(dá)、ESM、IFF等傳感器的工作性能參數(shù)，如雷達(dá)參數(shù)：

1) 具有的工作模式；

2) 各工作模式下，對不同雷達(dá)散射截面積(radar cross secrion,RCS)目標(biāo)在規(guī)定的探測概率條件下的作用距離；

3) 方位、仰角的覆蓋范圍；

4) 各工作模式下，目標(biāo)測量精度、數(shù)據(jù)率；

5) 抗干擾措施；

6) 設(shè)備開機(jī)時間；

7) 目標(biāo)處理容量。

(2) 作戰(zhàn)計劃，包括兵力編成、可用傳感器資源組成及位置、我方作戰(zhàn)意圖(作戰(zhàn)地域、階段劃分、編隊隊形、平臺運動的預(yù)定路線、威脅方向、打擊目標(biāo)區(qū)域等)、編隊頻譜管理計劃等。

(3) 情報保障需求：可由操作員設(shè)置的重點探測方位、偵察區(qū)域，重點探測目標(biāo)類型，信息質(zhì)量要求等。

(4) 戰(zhàn)場態(tài)勢：地形(高度地圖)、氣象等環(huán)境信息、敵方已被偵察目標(biāo)的可能位置及威脅等級(我方目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)或受打擊的風(fēng)險)。

傳感器使用方案規(guī)劃的結(jié)果為傳感器使用方案，內(nèi)容包括：

(1) 階段劃分；

(2) 每個階段內(nèi)的平臺/傳感器工作計劃列表，包括平臺/傳感器名稱、開始/結(jié)束時間、對空/對海傳感器工作模式、可用頻率等；

(3) 每個階段內(nèi)的探測預(yù)案，在出現(xiàn)隱身飛機(jī)、低空突防目標(biāo)等情形下，編隊傳感器的調(diào)整方案；

(4) 專用探測平臺(直升機(jī)、無人機(jī))的配置、航路規(guī)劃。

傳感器使用方案規(guī)劃應(yīng)在滿足約束條件，盡量滿足情報保障需求的基礎(chǔ)上優(yōu)化傳感器效能。典型的約束條件包括：只使用編隊內(nèi)可用的傳感器資源；以編隊作戰(zhàn)方案中確定的隊形、航路為基礎(chǔ)；主動傳感器的使用需滿足編隊頻譜管控要求，在需電子靜默時，主動傳感器關(guān)機(jī)；主動傳感器使用規(guī)定的頻率段；避免我方主動傳感器之間的干擾，對于無編隊使用模式的同型雷達(dá)需在一定的間距外才能使用同一頻率，在一定的間距內(nèi)要錯開頻率。規(guī)劃的方案需滿足編隊作戰(zhàn)情報保障需求，如對空中目標(biāo)的探測覆蓋范圍、質(zhì)量滿足對空作戰(zhàn)需求；對水面目標(biāo)的探測覆蓋范圍、質(zhì)量滿足對海作戰(zhàn)需求；對空、海目標(biāo)具備識別能力；傳感器配置預(yù)留反隱身、反低空目標(biāo)能力。優(yōu)化傳感器效能的目標(biāo)是多樣化的，如雷達(dá)主動輻射時間最短、預(yù)警時間最長等。

2.2.2 傳感器實時調(diào)度

在作戰(zhàn)過程中，傳感器管理模塊一方面基于審核后的傳感器使用方案組織傳感器工作；另一方面根據(jù)作戰(zhàn)過程中的態(tài)勢變化，基于事件動態(tài)調(diào)度傳感器，事件分成優(yōu)化目標(biāo)感知、信息對抗2類，包括響應(yīng)信息融合模塊的反饋、滿足協(xié)同探測要求、反偵察、反輻射攻擊、反低空突防、反隱身目標(biāo)、反電子干擾、傳感器戰(zhàn)損、通信中斷、戰(zhàn)場氣象條件變化等。在戰(zhàn)場態(tài)勢演變、干擾對抗過程中，艦艇編隊傳感器需適時調(diào)整，一方面保證對抗中傳感器有效工作，另一方面提高編隊傳感器的搜索、跟蹤、識別、作戰(zhàn)支持能力，其處理過程如圖8所示。

圖8 傳感器作戰(zhàn)管理流程圖Fig.8 Flow chart of sensor operation management

傳感器實時調(diào)度的輸入元素與傳感器使用方案規(guī)劃基本相同，不同之處在于傳感器狀態(tài)、環(huán)境信息、目標(biāo)態(tài)勢、作戰(zhàn)計劃、電磁干擾等信息是實時的。

傳感器實時調(diào)度的輸出為傳感器工作調(diào)整指令，如編隊內(nèi)傳感器開關(guān)、工作模式切換、分配任務(wù)、探測平臺航路更新等。

傳感器實時調(diào)度中，需滿足一系列約束條件，如：

(1) 主動傳感器的使用需滿足編隊頻譜管控要求：在需電子靜默時，主動傳感器關(guān)機(jī)；主動傳感器使用規(guī)定的頻率段。

(2) 考慮實際的地理約束條件、氣象及通信條件。

(3) 考慮敵方實施的有源、無源干擾。

(4) 考慮我方主動傳感器、電子干擾對我方傳感器的影響。

(5) 工作頻率有重疊的雷達(dá)部署間距不能太小，避免同頻干擾。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)滿足情報保障需求，對已發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，評估目標(biāo)的傳感器探測需求，對重點目標(biāo)應(yīng)盡可能連續(xù)可靠探測及穩(wěn)定跟蹤，識別目標(biāo)身份；保證對未知目標(biāo)的預(yù)警能力，使傳感器網(wǎng)的探測范圍盡可能地大，盡可能早地探測到隱身飛機(jī)、低空目標(biāo)，增大預(yù)警距離，延長預(yù)警時間；選取合適的責(zé)任區(qū)域雷達(dá)冗余覆蓋數(shù)量，以提高反隱身能力；重點區(qū)域應(yīng)盡可能地全部覆蓋。

傳感器實時調(diào)度可選的優(yōu)化目標(biāo)眾多，如在需輻射控制時，盡量減少雷達(dá)主動輻射；優(yōu)化編隊被動協(xié)同探測能力；優(yōu)化編隊主被動協(xié)同探測能力；在責(zé)任區(qū)域內(nèi)雷達(dá)對同一地域的重疊覆蓋數(shù)目不宜過多。

傳感器實時調(diào)度的核心在于傳感器狀態(tài)臨機(jī)調(diào)整決策，采用基于事件驅(qū)動的傳感器作戰(zhàn)管理技術(shù)，解決傳感器調(diào)整事件檢測和處理的問題，功能框圖如圖9所示。

圖9 事件驅(qū)動的傳感器作戰(zhàn)管理技術(shù)框圖Fig.9 Block diagram of event driven sensor operation management technology

根據(jù)信息融合的反饋以及綜合指揮部位判明戰(zhàn)場態(tài)勢確定傳感器管控事件，在分析排序后，分類為傳感器狀態(tài)調(diào)整、傳感器探測2類事件分別處理。優(yōu)先響應(yīng)傳感器狀態(tài)調(diào)整事件，主要是反干擾、反偵察、反輻射攻擊等對抗事件，根據(jù)作戰(zhàn)條例、命令等調(diào)整傳感器的開關(guān)、工作頻率等；響應(yīng)傳感器引導(dǎo)、識別、傳感器協(xié)同等傳感器探測事件時，首先根據(jù)當(dāng)前環(huán)境和傳感器模塊預(yù)測各傳感器的可用性和能力，進(jìn)而評估編隊整體傳感器探測效能，對照作戰(zhàn)活動情報需求，分析傳感器探測的薄弱環(huán)節(jié)，輸出傳感器開關(guān)、工作模式切換等調(diào)度指令，以提高傳感器探測效能。

各處理模塊的功能如下：

探測任務(wù)管理：接收上級下達(dá)、指揮員人工指定的探測任務(wù)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分解傳感器探測任務(wù)。

目標(biāo)收集管理：接收目標(biāo)綜合態(tài)勢，分析目標(biāo)信息完整性及威脅，生成需調(diào)用傳感器資源進(jìn)一步探測識別的目標(biāo)。

虛擬探測任務(wù)優(yōu)先級排序：根據(jù)探測任務(wù)及需進(jìn)一步探測識別的目標(biāo)生成虛擬探測任務(wù)，并根據(jù)目標(biāo)威脅等排序。

環(huán)境信息收集管理：收集管理戰(zhàn)場地理、氣象、電磁干擾等信息。

傳感器探測能力估計：根據(jù)傳感器的物理特性、目標(biāo)特性、戰(zhàn)場環(huán)境估計傳感器的探測能力。

傳感器組網(wǎng)能力估計：根據(jù)傳感器組網(wǎng)應(yīng)用策略，在單傳感器探測能力估計基礎(chǔ)上，計算傳感器組網(wǎng)后的虛擬探測任務(wù)探測效能。

傳感器探測策略優(yōu)化選擇：根據(jù)虛擬探測任務(wù)的探測效能及優(yōu)先級，優(yōu)化選擇最佳傳感器探測方案。

傳感器狀態(tài)管理：接收傳感器的工作狀態(tài)參數(shù)，匯總傳感器狀態(tài)表。

傳感器控制接口：將確定的傳感器工作要求，轉(zhuǎn)換成符合傳感器接口的規(guī)范管理指令，并下發(fā)執(zhí)行。

3 結(jié)束語

本文分析了海上編隊傳感器管理需求，研究了海上編隊傳感器管理總體架構(gòu)，是海上編隊傳感器管理的頂層設(shè)計。編隊傳感器管理由編隊、戰(zhàn)術(shù)群、平臺等多層級節(jié)點構(gòu)成，需分布協(xié)同工作共同支撐編隊傳感器資源高效管理，混合式結(jié)構(gòu)下的協(xié)同工作機(jī)制是編隊傳感器管理有待深入研究的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器管理包括事前規(guī)劃和實時調(diào)度2個方面，核心是傳感器任務(wù)分配、調(diào)度等算法，國內(nèi)外對此開展了廣泛研究，但設(shè)計滿足海上編隊多異類平臺，特別是未來無人裝備參與下的傳感器管理算法是有待開展的挑戰(zhàn)性工作。