舰船射频综合系统的电磁兼容分析.pdf

传感器射频综合技术探讨





[ 本帖最后由 tonytiger 于 2009-2-5 13:36 编辑 ]

F-35战斗机的综合传感器系统
                                 

　　F-35战斗机的综合传感器系统不仅为其载机及机载武器系统在攻击目标时充分发挥作战效能提供了信息保障，而且使F-35成为收集信息的平台，在网络中心战中发挥重要作用。使F-35具有先进自动瞄准能力的关键是传感器综合和数据融合。其任务系统软件融合了来自以下一些传感器系统的数据：有源相控阵雷达；具有前视红外（FLIR）和红外搜索与跟踪（IRST）能力的电光瞄准系统（EOTS）；电子战设备；电光分布孔径系统（DAS）；通信、导航与识别（CNI）系统，它可提供敌我识别（IFF）能力。
    F-35飞行员可从任务系统包接收到很多作战态势信息，此任务系统包具有模块式开放系统结构，针对要完成的目标进行设计并尽可能多地采用商用货架（COTS）处理机。它与导弹、灵巧炸弹和25毫米航炮等机载武器结合起来，压缩了杀伤链，把从探测目标到摧毁目标的时间缩短到10分钟之内。

                  　　AESA雷达

    F-35的有源相控阵（AESA）火控雷达是诺斯罗普·格鲁门公司研制的。这种远程探测雷达的代号是AN/APG-81，是第一种能识别目标的机载火控雷达。这种雷达的寿命据称达8000小时。APG-81还具有较高的分辨率，容易识别地面上的目标，而且可覆盖比目前雷达大3～4倍的地区。从F-35的50厘米×20厘米全景多功能显示器上，飞行员可选择的雷达模式有：目标识别与跟踪、空空、空地、空中海面目标探测、电子战，以及SAR地图测绘。APG-81可同时跟踪地面目标和空中目标。在其探测和识别海面舰船的"逆SAR"模式中，雷达软件依据海面上舰船的运动来形成目标的合成图像。对空空作战而言，APG-81支持被动搜索与多目标跟踪和超视距跟踪与瞄准等特征。它还支持指示搜索特征，即雷达可指向另一传感器的视线方向。所谓另一个传感器，既可以是机载的，也可以是机外的或是由飞行员指引的。由于雷达的波束可在百万分之一秒内从一点转移到另一点，F-35飞行员在1秒钟内可观察单个目标达15次之多。
                  　　
                      EOTS

    EOTS可使F-35的飞行员更仔细地观察早先由雷达探测的目标区域。雷达一旦发现地面上有感兴趣的目标，就可将其坐标送往EOTS，放大后进行远距确认。雷达和EOTS这两种传感器具有互补性。雷达有良好的全天候工作能力，而ETOS能昼夜工作，具有很高的分辨率，特别适用于瞄准，尤其是空面瞄准。ETOS采用被动工作方式，不发射无线电波或其他任何形式的电磁波，故敌方的告警系统根本探测不到它。EOTS系统具有一个瞄准激光器、TV摄像机和第三代红外传感器。EOTS安装于机内，不采用吊舱，而且也不安装在转台上。EOTS由洛克希德·马丁公司的导弹与火控部研制，其技术由"狙击手"瞄准吊舱派生而来。它的性能与LANTIRN系统相仿，但因不采用吊舱，故没有吊舱产生的气动阻力。EOTS的自动准直的传感器设在一个与F-35机头浑成一体的与玻璃相似的蓝宝石窗口之后，刚好在雷达天线之下，维修人员很容易接近它，维修起来相当方便。ETOS包括空面FLIR跟踪器和空空IRST系统。它还是一种单孔径设计，具有先进的第三代红外焦面阵，还可作为"点跟踪器"跟踪由远距激光器产生的激光束。

                  　　DAS

     诺斯罗普·格鲁门公司为F-35研制的DAS也直接安装在机身上，不需要吊舱。6个红外(IR)摄像机嵌在飞机上，可提供围绕飞机360度的球形红外探测图像。IR传感器以集成探测组件的形式安装在IR摄像机内。它们为F-35的飞行员提供导弹接近告警、电子对抗措施的投放情况、与空空雷达相似的被动探测、空空导弹的离轴瞄准及宽视场的昼夜视觉。采用离轴瞄准时，飞行员可为HMD分配一个感兴趣的显示画面，并将其头部指向要攻击的目标，进行指示并发射导弹。由于DAS可提供穿透座舱底部的视觉，故可为操纵飞机着陆的飞行员提供帮助。它还可用于黑夜中的轰炸破坏指示（BDI），飞行员用它可代替夜视镜进行轰炸破坏评估。
                  　　CNI系统

    诺斯罗普·格鲁门公司为F-35研制的CNI系统是一套软件确定的无线电台（SDR），用来提供诸如超视距敌我识别、保密话音通信、注意与告警、机内通信和多架飞机间通过高速宽带数据链实现信息共享等功能.　F-35的CNI系统同诺斯罗普·格鲁门公司为F/A-22研制的CNI系统相似，但它具有网络中心战所需的一些附加功能，这是因为F-35是一种为多军种和多个国家所采用的战斗机，必须满足众多客户的要求。而且F-35的CNI还具有较轻的重量和较低的功耗。重量的减轻和保障能力的提高是通过综合航空电子，尽量减少硬件实现的。因为部件较少，故飞机的维修和后勤保障工作量也较少。为进一步便于F-35的CNI系统的维修，系统还包含自动故障探测与隔离功能。为进行通信，CNI系统中的软件无线电台包括UHF/VHF接收机和Link 16数据链（一种采用L波段联网波形的数据链）。它还设计成能接受"联合战术无线电系统"（JTRS）的波形。CNI系统还将包括TACAN导航和与GPS的接口。而且，仪表着陆系统和基于GPS的"联合精密进近与着陆系统"（JPALS）也将是CNI组件的一部分。为飞行员周围360度范围内指引声音线索的三维音频算法也将成为CNI系统的组成部分。 CNI中的通信电台是多通道和多频带的，因此它们可配置成同时执行多种功能。F-35的飞行员可在飞行中以人工方式重构这些无线电台，或在供任务装载使用的一块卡件上以预编程的方式设定。CNI的一些SDR具有在空中重构的能力，可支持任务的动态变化，而且可从战斗损坏中得到恢复。 7个PowerPC处理器被插到CNI设备的2个6U机架中。整个系统具有双余度能力，当其中一个机架在战斗中损坏时仍能工作。5个处理器专用于信号和数据处理，另2个处理器则用作接口模块。这两个接口模块（每个机架各一块）将CNI处理器同F-35的综合核心处理机（ICP）连接起来。每个处理器都具有密码算法，以确保话音和数据通信的秘密。 诺斯罗普·格鲁门公司已在2004年将CNI系统传统的一些航空电子箱交付给主承包商洛克希德·马丁公司，它们包括UHF/VHF通信设备、雷达高度表、机内通信设备、综合注意与告警系统和IFF。现正在为CNI开发的一些软件无线电台，将在2006年6月交付。

                  　　传感器数据的融合

    F-35的每个传感器都能提供非常有用的作战态势和瞄准信息，但它们综合后形成单一的融合图像则更有用，而且可消除飞行员汲取过多信息的负担。每个传感器都有其自己的处理机来自动确定适当的模式，获得瞄准数据，并通过综合核心处理机（ICP）中的一条"光纤通道"主干总线传送图像信息，各种图像就在ICP中融合成目标及其设定值的一个清晰而且包括很多内容的画面。 为分析和优先选择接收的瞄准数据，ICP采用专用于空空、空地和识别从CNI系统接收到的目标等各种工作的算法。这些算法与那些融合其他机载数据，如GPS和惯性导航数据形成的导航画面的算法有明显的不同。
    融合后的瞄准数据可重叠显示在F-35从地面基地或其他飞机传输过来的作战态势显示画面上。这一做法的目的是为飞行员提供战场景象意识，以支持其观测、定向、决定和行动（OODA）顺序。 在一个典型场景中，飞行员将首先用在MFD上占主要地位的雷达图像探测到一个超视距目标。当目标接近时，EOTS图像在MFD上产生目标的清晰画面。飞行员在这一点评估战斗空间的作战画面，估计威胁的反应并迅速计划一条航路，以保证最低限度地暴露自己，发挥自己武器的最大效能，同时选择最合适的武器准备进行攻击。 飞行员一旦作出攻击目标的决定，他会从观看下视显示转到观看其头盔显示器护目镜上的平视显示，使用这两种显示的转换就像戴双焦眼镜观看一样。除显示锁定在目标上的中心十字线以便瞄准和射击外，HMD还提供可用武器的状态、IFF的一个符号，以及目标距离、接近情况和速度指示。在目标探测和显示的大部分工作可以自动实现的情况下，从目标捕获到摧毁，OODA过程的执行可在美国空军总参谋长江珀所要求的几分种内完成。
    瞄准传感器及处理机不仅使F-35成为一架装备武器的战斗机，而且成为可在战争首日使用的一种多任务飞机，采用从机外传感器得到的信息，可自主地与其他飞机合作或远距离执行任务。而且，F-35综合传感器系统所收集的信息也可提供给其他飞机使用。例如，在与其他飞机合作执行任务期间，F-35的ICP将把瞄准数据打包和格式化后形成一个波形由CNI系统通过Link16或内部数据链传送到地面基地或其他飞机。
    F-35上保密最为严格的是其自动目标识别能力。据洛克希德·马丁公司的一位官员称，某些跟踪记录可以容易和迅速地进行分解和分类，而另一些为克服模糊性需要更多的处理。他还说，对于自动目标识别，F-35的飞行员将能在飞行前的任务计划过程期间选择目标的类型。
     雷达、EOTS、DAS和其他系统的供应商正在进行F-35的很多软件开发和联试工作，它们约占F-35软件总量的40%。F-35的任务软件仍在开发中，将以逐步增加的方式完成。任务软件估计最终有450万行由C/C＋＋高级语言编写的代码。综合核心处理机也在发展中，将在2006年一季度开始联试。下面以F-35攻击地面目标为例说明其综合传感器系统的作用。F-35在进入作战区时，飞行员的多功能显示器（MFD）上会出现可能的目标。在继续向战斗区域飞的同时，飞行员用手指按压这个触敏显示器，就可看到目标更清晰和放大的图像，看出这是敌方的一辆地面车辆。飞行员再次按压屏幕，在其头盔显示器（HMD）的护目镜上就会出现目标指示和武器状态图像。飞近目标，飞行员观察到现已被自动跟踪的目标，瞄准十字线牢牢锁定在目标上，并发射一枚导弹，导弹沿着激光束射向目标。然后，飞行员再次观察MFD，发现目标已被摧毁。这说明F-35采用了综合传感器系统以后，加上显示器和巨大的处理能力，使其对无论是地面车辆、舰船，还是对敌方飞机等目标的攻击变得轻而易举。
                     
                          F-35综合传感器系统的特点

    综合化程度高。F-35有些传感器的技术来自F/A-22的技术。但青出于蓝而胜于蓝，F-35的传感器又有新的发展。特别是F-35的传感器系统综合化程度很高，各传感器所探测的数据融合很到位。F-35是第一种按综合传感器系统思想设计的战斗机。自动化水平高。飞行员可把注意力集中于战斗环境，而不必过多注意机载系统。一些显示画面和工作模式的转换由系统自动完成，减轻了飞行员的工作负荷，更重要的是可把从探测到摧毁目标的时间缩短。 具有电光探测能力。F-35上既装有雷达，又安装了以被动方式进行红外探测的EOTS和DAS，而红外探测能力是F/A-22所不具备的。采用了开放式结构，故改装和加装传感器非常方便。大量采用商用货架（COTS）技术，从而降低了研制成本。

雷达-电子战-通信的一体化

舰船射频综合系统的电磁兼容分析

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