基于数据链的电子对抗装备组网应用

金作军

(西南电子设备研究所， 成都 610036)



基于数据链的电子对抗装备组网应用

金作军

(西南电子设备研究所， 成都 610036)

基于数据链的电子对抗装备组网是依靠战术数据链将作战空间内的多个电子对抗装备交链为具有数据和信息交互、作战行动协同的分布式系统。对数据链系统进行了介绍，对基于数据链系统的电子对抗装备双机协同测向线融合方法、协同定位的原理和定位精度进行了分析，并通过实践证明在一分钟内可以实现双机多次交叉定位，并且定位精度与单机长时间累积交叉定位结果一致。

数据链；电子对抗装备组网；双机协同定位

电子对抗装备[1-2]通过数据链组成的电子对抗信息网络，可以提高现有单一系统的对抗能力和对未来战场复杂电磁环境的适应能力。以数据链为支撑的电子对抗信息经融合处理后形成作战区域内更完整、准确的电磁态势信息。这些信息经融合处理后得到的情报品质将全面提升，将有效提升电抗装备的态势感知能力，并且通过数据链可以近实时地向陆、海、空作战平台发布电子支援情报，通过和作战平台协同实现目标联合瞄准、攻击引导等新的战术功能。电子对抗装备通过数据链组网，有利于简化组成(部分能力可以通过网络支持)，通过多站协同、相互支援、取长补短，从整体上提高系统的工作效能。

基于数据链的电抗装备组网是依靠数据链提供的信道和通信网络将作战空间内的多个平台和装备交链为具有数据和信息交互、作战行动协同的系统。基于数据链的装备组网具有以下特点：

1) 战术性强

配备数据链的平台和装备具有非常强的战役、战术特性，特别是战术特性，各平台依靠电子对抗装备的组网满足战术使用要求是基于数据链的装备组网的重要应用方向。

2) 实时性强

配备数据链的战场环境基本是与空战相关的环境，具有态势变化非常快、信息种类和数量非常多、决策周期非常短等特点，因此，需要非常及时的做出决策，对组网中的数据和信息处理、态势分发与共享、协同与指挥控制都有非常高的实时性要求。

3) 智能性强

在复杂电磁环境下，需要在有限时间，有限资源的情况下，完成对电子对抗的资源分配、任务调度、行为协调和冲突消解等协调合作问题。采用常规人工辅助手段将不能满足作战使用要求，需要对数据和信息处理、态势分发与共享、协同与指挥控制等环节应用智能技术，使电子对抗网络具有一定的智能感知和应对能力。

在信息化网络作战中，电子对抗是重要的作战力量之一，电子对抗应与其他作战力量在不同的任务分工基础上协同配合、相互支援，这样才能有效完成作战任务。如无源探测和有源探测相互引导、相互印证，提高对目标感知的准确性，为攻击武器提供攻击引导参数。电子对抗完成和其他作战力量间协同配合、相互支援的作战任务，采用常规人工辅助手段在短时间内难以完成大量的信息，这就要求电子对抗网络应用智能技术完成作战任务。

电子对抗智能技术就是根据电抗装备自身的状态、从电子对抗网络内部以及其他作战力量获得的信息进行推理、决策，并通过网络内部以及其和它作战力量相互间的交互，自动形成电子对抗网络的智能感知和应对能力。

1 数据链

数据链是一种按规定的消息格式和通信协议，实时传输处理格式化数字信息的战术信息系统。数据链将指控系统、武器平台和传感器系统组成一个无缝的网络，最大限度地实现了信息资源共享,提高了信息优势,加速了指挥控制自动化,促进了作战平台的快速反应和协同作战能力。数据链是战术数据系统间战术信息交换的主要手段，采用无线网络通信技术和应用协议，实现陆基、机载和舰载战术数据系统间的信息交换。

战术数据链[3-4]是传递战术数据的链路，在战术数据系统、指挥控制系统及武器平台之间，按照规定的消息格式和通信协议，实时传输战场态势、目标指示和指挥控制等格式化信息的网络化战术信息系统，用以实现指控系统与作战单元之间的自动化交链。它有三个基本特征：一是战术性，即战术级用户之间的通信；二是数据性，即数据形式的通信；三是链路性，即按链路协议进行的通信。战术数据链由两部分组成：一是数据链路；二是战术数据系统。从前者看，它是一个通信系统；从后者看，它是一个信息系统。

数据链系统的组成和交联关系如图1所示。

电子对抗装备属于战术数据链的战术数据系统，基于数据链组网的电子对抗网络在作战应用中的主要功能如下：

1) 统一电磁态势：依靠数据链、自适应网络流量高效组织各电子对抗装备输出的电抗信息，基于网络进行分布式融合，形成统一的电磁态势，将统一的电磁态势上报到指挥信息系统，和其他态势进行综合，有利于形成统一的战场综合态势；

2) 情报支援：依靠数据链，向需要情报的指挥信息系统及时定制分发支援情报和知识情报，为作战指挥决策实时提供最直接的情报来源；

3) 电子目标网络监视：依靠数据链网络内配置在不同地理位置的传感器，各传感器相互配合，汇集网络侦察资源对敌电子目标连续监视，实施不间断侦察、干扰；

4) 攻击引导：依靠数据链支撑的传感器网络，对敌方重要电子目标进行联合定位，引导攻击武器对其进行摧毁；

5) 电子战协同：接收和响应信息系统发送的电子战控制/协同消息，实现协作对抗、频率保护、指定干扰等电子战协同任务。

图1 数据链系统的组成和交联

2 基于数据链的双机协同定位

单机交叉定位需要观测平台飞行一段较长的航线才能实现定位，快速目标指示能力不足，难以对时敏目标定位。对于大型运输机，飞行速度通常为150～200m/s，在对距离200 km以上的目标定位时，通常需要飞行十分钟以上，并且要求能对目标连续侦收，实践应用中满足以上条件是很困难的。电子对抗装备如果采用双机同时对目标辐射源进行探测，采用双机交叉定位方式实现对目标的联合定位，能够在较短时间内获得较为准确的目标辐射源位置信息。对于时敏目标，受截获概率的影响，即使不能在短时间内获得目标位置，也可以经过一定时间的积累，实现对目标双机交叉定位。可见采用双机交叉定位可以提高对雷达目标特别是时敏目标的定位效果[5]。

2.1 双机协同定位测向线融合方法

双机测向数据的关联融合，是实现双机协同定位的重要前提。本文采用非线性最小二乘估计法进行融合[10]。非线性最小二乘估计是渐近无偏估计，如果量测值的数量足够大，它的协方差能达到克拉美罗界[11-12]。

设有与同一辐射源M(xm,ym)对应的的n个测向线，每个测向线对应的飞机的位置已知。其中，第i部飞机的坐标为(xi,yi)，测向方位角θi(角度都以正北方向为基准方向，下同)的测量噪声是零均值的高斯白噪声，则各飞机关于辐射源的观测参量θi与辐射源实际位置M(xm,ym)的关系，可写成

θi=hi(xm,ym)+νi,i=1,2,…,n

(1)

其中，

(2)

由上式可估计出M(xm,ym)，因hi(xm,ym)对(xm,ym)来说是一个非线性函数，它可通过在(xm,ym)的一个初始估计点用泰勒级数展开而线性化，保留其前两项可得

(3)

那么，n部飞机的观测方程为

Z=H·W+V

式中，

(4)

这样，可以求得最小二乘估计

(5)

用迭代法可得到(xm,ym)最佳估计，即

(6)

非线性最小二乘估计的估值协方差矩阵为

(7)

把矩阵H的相应元素式代入，得

(8)

2.2 双机协同定位原理及精度分析

双机交叉定位的基本原理为多个观测站同时测量目标的方位角，然后利用三角定位原理实现对目标的定位，图2为双机交叉定位原理图[7]。

以两个观测站之间的连线作为x轴，建立直角坐标系xOy。设观测站1、2的位置坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)，观测站测量得到的目标方位分别为θ1、θ2，目标的位置坐标为(xt,yt)。由几何关系可以得到：

(9)

图2 双机交叉定位原理

求解该方程组可以得到目标的位置坐标为：

(10)

可见，若已知观测站的位置(x1,y1)、(x2,y2)以及方位测量值θ1、θ2有关，即可利用上式计算获得目标位置(xt,yt)。

从双机交叉定位原理可以看出，相对于多机间协同时差定位，双机交叉定位对系统的要求低，易于实现。

假设机载电子对抗装备具有360°全向测向能力，可保证定位精度的双机协同定位区域为双机连线两侧，连线中心点处法线方向±45°以内空域，如图3所示。

图3 双机协同定位区域示意图

根据实际使用的双机协同定位算法，构建定位场景，对双机交会定位进行仿真。仿真条件设置为：

a) 最大侦收距离：300 km；

b) 定位区域：双机连线一侧-45°～45°；

c) 双机距离：B= 150 km 、250 km；

d) 载机自定位误差：σxy= 100 m；

e) 电子对抗装备测向误差：σθ= 1.5°。

图4、图5为双机相距150 km和250 km时，双机协同定位的相对定位误差仿真结果。

图4 双机距离150 km时相对定位误差仿真结果

图5 双机距离250 km时相对定位误差仿真结果

由仿真结果可以看出，定位误差与目标相对载机的位置有关，增大双机间距，能够提高定位精度；而在双机间距一定的情况下，若目标距离双机连线的中心较近或较远时，都将使定位误差增大[8-9]。

仿真结果表明，典型情况下双机协同定位误差为：当双机间距150～250 km时，对距离在100～300 km的地面固定目标定位精度能够优于斜距的5%～10%(CEP)。

由于单个装备的观测角度和范围有限，因此，单个装备较难获得完整的战场态势信息。将各作战平台的电子对抗传感器组网后，态势感知能力能够得到加强：

a) 信息被汇集综合后，能够获得更大空域和时域范围的统一、连续电磁态势；

b) 信息被汇聚综合后，侦察和测量误差得到综合，能够形成更准确的统一电磁态势；

c) 统一电磁态势被按需分发和展现后，所有作战人员能够更快、更准确、更一致的认知战场态势。

通过传感器协同，能在时间、空间、电子目标类别或数量等方面增加探测范围或探测强度，加强感知能力[6]。

2.3 双机协同定位对数据链的要求

要实现双机交叉定位，需依赖数据链实现数据交换，对数据链的要求包括传输内容要求和数据链性能要求，具体要求有：

a) 目标方位及对应的截获时间和载机位置；

b) 目标参数及对应的截获时间和载机位置；

c) 目标传输策略和协同策略；

d) 双机时统误差在100 ms之内；

e) 数据链信息传输时延小。

3 双机协同定位的应用

对基于数据链的双机协同定位的实际应用情况。

3.1 事前规划

为了通过双机或多机协同交叉定位的方式快速确定目标位置，各组网平台与战场区域内的目标连线应形成一定的张角，且张角不能过小，一般应大于30°，如图6所示。

图6 双机交叉定位航线示意图

3.2 数据链传输策略

在双机交叉定位中，最关键的问题是目标关联匹配问题，考虑到数据链传输速率的限制，不可能将所有目标的电子战参数信息通过数据链进行传输，同时在双机发现的众多目标中，在相关匹配前，不能确定哪些目标是同一个目标。基于此，在执行任务过程中，应当制定传输策略，使传递目标尽可能是双机都探测到的目标，提高相关匹配成功的可能性。制定传输策略时，应当考虑如下因素：

a) 目标威胁；

b) 传输某些频段方位内的目标；

c) 传输某个区域或扇区内的目标；

d) 传输优先级，除了考虑目标威胁外，还要考虑是否能够构成双机交叉定位应当满足的张角等约束条件。

3.3 双机协同定位流程

双机协同定位应用流程如图7所示[13]。

主要步骤如下：

a) 双机协同定位需明确主机(定位发起方)与从机(定位协同方)；

b) 主机操作员根据当前战场态势对需定位目标发起协同定位请求；

c) 通过数据链将协同定位请求参数发送到从机；

d) 从机侦收信号与主机需协同定位信号匹配成功，将当前信号参数通过数据链发往主机；

e) 主机接收到从机侦收测向信息后，立即与本机侦收信号进行双机交叉定位，在态势实时展示从机测向信息和定位结果信息。

图7 双机交叉定位流程

3.4 双机定位结果评估

通过一分钟持续协同测向定位，从机一秒钟传输一批测向线到主机，累计双机定位结果32次，定位精度与长时间累计测向单机交叉定位精度相当。可见通过数据链进行双机协同交叉定位，可以实现对辐射源目标的快速位置确定，定位效果如图8所示，满足前面理论分析结论。

图8 双机交叉定位结果

4 结束语

通过对基于数据链的电子对抗装备双机协同定位的研究和实践可以看出，双机协同定位可以解决传统单机交叉定位用时较长的问题，降低定位对载机飞行航线的依赖性，并增强电子对抗装备的战术支援能力。利用数据链技术实现电子对抗装备的组网，可以实现电抗装备作战效能最大化。

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(责任编辑 周江川)

The Network Application of Electronic Warfare Equipments Based on Data Link

JIN Zuojun

(Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036, China)

Equipment network of electronic warfare based on data link is a distributed system provided with data and information exchange and tactical movement association. This article introduces the details of data link system. The theory of two cooperative direction finding correlation,location and equipment network of electronic warfare based on data link positioning accuracy are all sorted and analyzed. The practice has proved the reasonable and feasible.

data link; equipment network of electronic warfare; two cooperative location

10.11809/scbgxb2017.07.020

2017-03-20；

2017-04-30

金作军(1981—)，硕士，工程师，主要从事电子对抗应用系统研究。

format:JIN Zuojun.The Network Application of Electronic Warfare Equipments Based on Data Link[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):89-93.

TP39

A

2096-2304(2017)07-0089-05

本文引用格式：金作军.基于数据链的电子对抗装备组网应用[J].兵器装备工程学报，2017(7):89-93.