唐書娟,夏海寶,肖冰松,向建軍

(空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院，陜西 西安 710038)

0 引 言

預(yù)警機(jī)在信息化聯(lián)合作戰(zhàn)條件下?lián)?fù)著空中作戰(zhàn)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)中心、監(jiān)視中心、通信中心和指控中心的重要作用，執(zhí)行多樣化的作戰(zhàn)任務(wù)[1]。為滿足對(duì)多種類型目標(biāo)的盡早發(fā)現(xiàn)、連續(xù)跟蹤和準(zhǔn)確識(shí)別，預(yù)警機(jī)上集中配置了以雷達(dá)、敵我識(shí)別為代表的有源傳感器和以電子偵察、通信偵察等為代表的無源傳感器，還可以通過數(shù)據(jù)鏈路獲得協(xié)同作戰(zhàn)中其他平臺(tái)傳感器獲得的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)[2]。通過多傳感器信息融合與傳感器管理技術(shù)，充分發(fā)揮預(yù)警機(jī)上多個(gè)傳感器的優(yōu)勢(shì)是預(yù)警機(jī)在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下完成多樣化探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵。

科學(xué)合理的傳感器管理架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)預(yù)警機(jī)多傳感器智能化管理的基礎(chǔ)，本文在對(duì)比現(xiàn)有架構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)預(yù)警機(jī)傳感器管理系統(tǒng)特點(diǎn)，基于模塊化思想與發(fā)布訂閱機(jī)制提出了一種三層分級(jí)式的傳感器管理架構(gòu)。考慮到傳感器管理系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系，又分層次詳細(xì)分析了傳感器管理系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)計(jì)和各模塊的主要功能。文中所提為預(yù)警機(jī)傳感器管理架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種可行方案。

1 預(yù)警機(jī)傳感器管理基本架構(gòu)

1.1 傳感器管理架構(gòu)分類

根據(jù)數(shù)據(jù)融合的閉環(huán)控制模型，按照融合中心的分布和信息處理情況，傳感器管理的基本架構(gòu)一般可分為集中式、分級(jí)式、分布式、網(wǎng)絡(luò)化等。集中式管理架構(gòu)是指由統(tǒng)一的融合中心向所有的傳感器發(fā)送其需要執(zhí)行的任務(wù)和完成該任務(wù)的參數(shù)集或運(yùn)行模式[3]，如圖1所示。

圖1 集中式傳感器管理架構(gòu)

這種架構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是融合中心擁有整個(gè)系統(tǒng)最完備的信息，因而對(duì)傳感器運(yùn)行參數(shù)和模式的設(shè)置、對(duì)傳感器任務(wù)配對(duì)和多任務(wù)間的協(xié)調(diào)可以更加精確合理。其缺點(diǎn)是當(dāng)傳感器數(shù)目增多時(shí)，融合中心的計(jì)算量會(huì)急劇上升，通信量也會(huì)大大增加，同時(shí)由于融合中心難以對(duì)各個(gè)傳感器的負(fù)載情況做出實(shí)時(shí)評(píng)估，在多任務(wù)時(shí)會(huì)造成負(fù)載不均衡，甚至使個(gè)別傳感器嚴(yán)重過載而無法完成任務(wù)。所以這種架構(gòu)主要用于傳感器級(jí)的管理和單平臺(tái)傳感器管理。

分級(jí)式管理架構(gòu)是指將融合中心分布在系統(tǒng)的不同位置或不同傳感器中，如圖2所示。在分級(jí)式系統(tǒng)中，每一個(gè)本地融合中心負(fù)責(zé)該子傳感器(組)的信息融合與傳感器控制[4]。最高層的全局融合中心，則根據(jù)多個(gè)低一級(jí)融合中心提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行高級(jí)的信息融合和傳感器管理。在分級(jí)式架構(gòu)中常常根據(jù)傳感器的位置、傳感器平臺(tái)、傳感器的功能等因素分為幾層，當(dāng)只有最高級(jí)和最低級(jí)時(shí)，就構(gòu)成了宏觀/微觀式管理架構(gòu)[5]。

圖2 分級(jí)式傳感器管理架構(gòu)

分級(jí)式架構(gòu)可以用于復(fù)雜的單平臺(tái)系統(tǒng)或多平臺(tái)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)中。其優(yōu)點(diǎn)是減輕了融合中心的計(jì)算量，但這種架構(gòu)使任務(wù)協(xié)調(diào)變得復(fù)雜[6]。

分布式傳感器管理架構(gòu)是指系統(tǒng)有一組局部融合代理而不是一個(gè)總的融合中心，數(shù)據(jù)通過局部代理進(jìn)行融合處理，傳感器間的合作與協(xié)調(diào)通過網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)制來實(shí)現(xiàn)[7]。在如圖3所示的分布式傳感器管理架構(gòu)中，局部融合代理的可以是某個(gè)傳感器，也可以是幾個(gè)傳感器的組合。

圖3 分布式傳感器管理架構(gòu)

在這種架構(gòu)下，每一個(gè)傳感器或傳感器組合都可以看作有一定自主決策能力的智能單元，各傳感器可以分享來自局部融合代理的信息并且互相協(xié)作。分布式架構(gòu)沒有集中式架構(gòu)中的運(yùn)算瓶頸限制或通信帶寬限制；某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)故障或傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)改變時(shí)，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行[8]。但在分布式融合系統(tǒng)中信息冗余是一個(gè)嚴(yán)重的問題。另外，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中必須實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換，發(fā)生器和接收器的延時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中的各融合代理的結(jié)果不一致，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的整體下降[9]。

由于網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)、空基信息系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等軍事和民用需求，網(wǎng)絡(luò)化管理架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生[10]。該架構(gòu)柔和了分級(jí)式管理架構(gòu)和無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體的基本思想，適用于傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大，單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限的場(chǎng)合[11]。網(wǎng)絡(luò)化傳感器管理架構(gòu)如圖4所示。傳感器網(wǎng)絡(luò)A由多個(gè)簇構(gòu)成，每個(gè)簇是由簇首和傳感器節(jié)點(diǎn)組成。傳感器管理可分為三層：簇間傳感器管理、簇內(nèi)傳感器管理和傳感器節(jié)點(diǎn)的管理。根據(jù)簇的個(gè)數(shù)、規(guī)模以及傳感器節(jié)點(diǎn)的類型、能力，其架構(gòu)可在集中式、分布式、分級(jí)式中選擇。網(wǎng)絡(luò)化管理架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)形式主要有基于Agent[12]、基于holon控制[13]等。

圖4 網(wǎng)絡(luò)化傳感器管理架構(gòu)

1.2 預(yù)警機(jī)傳感器管理架構(gòu)分析

預(yù)警機(jī)作為戰(zhàn)場(chǎng)信息和指控的核心節(jié)點(diǎn)，不但要進(jìn)行本平臺(tái)的傳感器管理而且還將其他傳感器平臺(tái)的信息納入管理范圍。由于帶寬限制和時(shí)延等問題，預(yù)警機(jī)通常不能直接控制其他平臺(tái)上的傳感器資源，而是將其他信息匯入本平臺(tái)形成統(tǒng)一的態(tài)勢(shì)圖，再根據(jù)態(tài)勢(shì)信息控制本平臺(tái)傳感器，并向其他平臺(tái)發(fā)出信息需求。因此，預(yù)警機(jī)傳感器管理本質(zhì)上屬于單平臺(tái)的管理。然而預(yù)警機(jī)處理的信息量遠(yuǎn)大于簡單信息平臺(tái)，將信息融合獲得的數(shù)據(jù)都在同一層進(jìn)行處理，會(huì)導(dǎo)致龐大的計(jì)算量、耗費(fèi)大量的時(shí)間，因此集中式傳感器管理架構(gòu)是不甚合理的。

預(yù)警機(jī)上搭載的單個(gè)傳感器功能強(qiáng)大。單就有源相控陣?yán)走_(dá)來說，在傳感器級(jí)的管理就是一個(gè)十分復(fù)雜的課題。電子偵察、通信偵察等都有不同程度的傳感器級(jí)管理。對(duì)于預(yù)警機(jī)多樣化的作戰(zhàn)任務(wù)，單純依靠目標(biāo)跟蹤與識(shí)別層的融合信息進(jìn)行傳感器低層級(jí)的管理也無法滿足對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的靈活響應(yīng)。預(yù)警機(jī)傳感器管理的重點(diǎn)是集中配置的多種異質(zhì)傳感器之間的協(xié)調(diào)與協(xié)作，采用分級(jí)式傳感器管理架構(gòu)將復(fù)雜的傳感器管理功能分解到各層中，在滿足預(yù)警機(jī)多樣化任務(wù)同時(shí)兼顧到系統(tǒng)的計(jì)算量和分系統(tǒng)之間的信息交互量，是較為合理的架構(gòu)。

分布式融合架構(gòu)由于嚴(yán)重的信息冗余和嚴(yán)格點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換等特點(diǎn)，不適用于傳感器集中配置、信息融合中心計(jì)算能力限制的預(yù)警機(jī)，相對(duì)而言更適用于有大量節(jié)點(diǎn),地位相差不多的大型傳感器網(wǎng)絡(luò)。而網(wǎng)絡(luò)化的傳感器管理架構(gòu)更適用于網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)條件下整個(gè)空戰(zhàn)體系的傳感器管理，具體到網(wǎng)絡(luò)中起核心節(jié)點(diǎn)作用的預(yù)警機(jī)而言體系龐大且過于繁瑣。

由于傳感器管理的來源信息不同、目的不同、準(zhǔn)則不同，不同級(jí)別的傳感器管理所關(guān)注的重點(diǎn)問題也有所差異[14]。因此預(yù)警機(jī)傳感器管理架構(gòu)在選擇分級(jí)式基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上，需采用分層設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖5描述了不同層級(jí)傳感器管理所要解決的主要問題。底層傳感器管理(傳感器級(jí))的管理對(duì)象是某一傳感器，主要對(duì)該傳感器進(jìn)行控制、配置和資源分配等方面的管理。以相控陣?yán)走_(dá)搜索目標(biāo)任務(wù)為例，通過控制傳感器指向、航跡更新或回波采樣優(yōu)先級(jí)等，優(yōu)化完成任務(wù)的時(shí)間。而中間層次的傳感器管理，對(duì)于預(yù)警機(jī)而言是配置在該平臺(tái)上的多個(gè)傳感器系統(tǒng)。這一層次的傳感器管理側(cè)重于多傳感器間的協(xié)同，包括協(xié)調(diào)(Coordinator)與協(xié)作(Cooperation)兩個(gè)方面。協(xié)調(diào)是指根據(jù)任務(wù)需求或優(yōu)先級(jí)對(duì)傳感器資源進(jìn)行劃分，也被稱為多傳感器與多目標(biāo)分配。協(xié)作是指為填補(bǔ)傳感器的覆蓋盲區(qū)或確保目標(biāo)的持續(xù)可見，利用多部傳感器獲取同一個(gè)目標(biāo)的量測(cè)信息，也被稱為多傳感器互牽引或目標(biāo)指示交接。體系化作戰(zhàn)條件下由于其他平臺(tái)的信息支援，信息來源和指控命令更為復(fù)雜。

圖5 不同層級(jí)的傳感器管理

2 基于模塊化與發(fā)布訂閱的傳感器管理架構(gòu)

2.1 傳感器管理模塊化設(shè)計(jì)

以信息融合JDL模型為基本框架，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想將信息融合與傳感器管理分成了若干相對(duì)獨(dú)立又互相聯(lián)系的功能模塊[14]。本文借鑒模塊化的設(shè)計(jì)思路，將信息融合大系統(tǒng)劃分為：傳感器系統(tǒng)、跟蹤和識(shí)別、態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅估計(jì)、決策支持系統(tǒng)、傳感器管理系統(tǒng)等5個(gè)功能模塊?？紤]到預(yù)警機(jī)多種作戰(zhàn)任務(wù)的需求和人在回路的使用特點(diǎn)，提出了一種三層分級(jí)式傳感器管理架構(gòu)。圖6明確了傳感器管理與數(shù)據(jù)融合各模塊之間的關(guān)系。

圖6 傳感器管理與數(shù)據(jù)融合模塊間的關(guān)系

2.2 各模塊的主要功能

傳感器系統(tǒng)：包括預(yù)警機(jī)配置的多種傳感器，主要完成目標(biāo)環(huán)境的探測(cè)任務(wù)。傳感器系統(tǒng)的量測(cè)信息將送入數(shù)據(jù)融合模塊，進(jìn)行初級(jí)融合處理。同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的量測(cè)信息以及傳感器的工作狀態(tài)和負(fù)載情況信息將會(huì)送入傳感器管理模塊，作為底層傳感器管理的數(shù)據(jù)來源。傳感器管理的指令直接作用于傳感器系統(tǒng)。

跟蹤與識(shí)別：主要進(jìn)行初級(jí)數(shù)據(jù)融合工作，完成目標(biāo)的跟蹤和識(shí)別任務(wù)。數(shù)據(jù)融合模塊接收傳感器系統(tǒng)送入的量測(cè)信息，在數(shù)據(jù)庫和先驗(yàn)信息庫的支持下，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和狀態(tài)融合估計(jì)等技術(shù)，完成航跡關(guān)聯(lián)、航跡狀態(tài)估計(jì)等工作。通過具體的信息融合技術(shù)完成目標(biāo)的屬性識(shí)別和類型識(shí)別。之后將跟蹤和識(shí)別結(jié)果一方面送入態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)模塊進(jìn)行高級(jí)數(shù)據(jù)融合，另一方面送入傳感器管理模塊，作為中間層傳感器管理的數(shù)據(jù)來源。

態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)：主要進(jìn)行高級(jí)數(shù)據(jù)融合，完成態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅估計(jì)任務(wù)。態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)模塊接收數(shù)據(jù)融合模塊送入的目標(biāo)航跡及其估計(jì)信息和目標(biāo)識(shí)別結(jié)果，在數(shù)據(jù)庫和先驗(yàn)信息庫的支持下，通過匹配和推理等技術(shù)推測(cè)敵方意圖或活動(dòng)、我方攻擊敵方目標(biāo)的機(jī)會(huì)、敵方的威脅、我方的對(duì)抗措施等。之后將態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)結(jié)果一方面作為決策支持系統(tǒng)的來源信息，另一方面送入傳感器管理模塊，用于進(jìn)行中間層傳感器管理的數(shù)據(jù)來源。

決策支持系統(tǒng)：接收高級(jí)數(shù)據(jù)融合信息，應(yīng)用模型化的定量分析方法和知識(shí)推理等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和決策分析，建立目標(biāo)環(huán)境與作戰(zhàn)任務(wù)的匹配關(guān)系，生成任務(wù)列表信息。決策支持系統(tǒng)提供人機(jī)交互界面，在人工干預(yù)下，決策信息送入傳感器管理模塊進(jìn)行高層傳感器管理。

傳感器管理：分成三層管理架構(gòu)，完成對(duì)多傳感器的協(xié)調(diào)、協(xié)作與控制功能。頂層傳感器管理根據(jù)決策支持系統(tǒng)提供的目標(biāo)環(huán)境與作戰(zhàn)任務(wù)的匹配情況，生成任務(wù)列表，判斷傳感器協(xié)同模式，設(shè)置各傳感器的初始工作模式。高層傳感器管理根據(jù)跟蹤與識(shí)別信息和態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)信息，生成目標(biāo)任務(wù)優(yōu)先級(jí)，通過多傳感器對(duì)多任務(wù)的有效分配和傳感器互牽引完成傳感器協(xié)調(diào)與協(xié)作。并將傳感器控制指令發(fā)送給底層傳感器管理。底層傳感器管理，根據(jù)傳感器自身的工作狀態(tài)和負(fù)載情況對(duì)傳感器資源合理配置，并向傳感器輸出控制指令，完成上層傳感器控制指令任務(wù)。

人工干預(yù)：操作員，包括指揮員、引導(dǎo)員、情報(bào)員等，根據(jù)任務(wù)態(tài)勢(shì)和作戰(zhàn)命令，經(jīng)綜合判斷后可對(duì)傳感器系統(tǒng)、跟蹤和識(shí)別、態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)、決策支持系統(tǒng)、傳感器管理等各層次發(fā)出控制指令，且人工干預(yù)指令優(yōu)先級(jí)高于系統(tǒng)自動(dòng)指令。

2.3 模塊間信息交互關(guān)系

由于預(yù)警機(jī)上搭載傳感器的異質(zhì)特性，信息交互存在異步、多對(duì)多等問題。傳感器管理要選擇性的接收各模塊的信息，高層融合需要低層次融合發(fā)出的數(shù)據(jù)，模塊之間的信息交互關(guān)系較為復(fù)雜?；诎l(fā)布/訂閱中間件可以使多個(gè)子系統(tǒng)之間呈現(xiàn)松耦合的關(guān)系，各系統(tǒng)只需訂閱所需信息即可，避免了多系統(tǒng)之間信息交互的復(fù)雜性[15-17]，在解決預(yù)警機(jī)信息融合系統(tǒng)各模塊間的數(shù)據(jù)交互問題上具有優(yōu)勢(shì)。圖7描述了模塊間基于發(fā)布/訂閱中間件的信息交互關(guān)系。

圖7 基于發(fā)布/訂閱中間件的信息交互關(guān)系

圖8 傳感器管理的功能模型

信息交互過程是：預(yù)警機(jī)上的多個(gè)異構(gòu)傳感器發(fā)布探測(cè)到的目標(biāo)原始數(shù)據(jù)及自身狀態(tài)、負(fù)荷等信息，同時(shí)訂閱傳感器管理指令。數(shù)據(jù)融合中心訂閱目標(biāo)原始數(shù)據(jù)和外部支援信息，通過融合算法處理，發(fā)布各目標(biāo)狀態(tài)的估計(jì)信息及航跡信息。態(tài)勢(shì)、威脅估計(jì)子系統(tǒng)訂閱目標(biāo)原始數(shù)據(jù)、外部支援信息、融合輸出信息和支持?jǐn)?shù)據(jù)庫信息，進(jìn)行目標(biāo)屬性、類型的識(shí)別、目標(biāo)威脅等級(jí)評(píng)估等工作，發(fā)布目標(biāo)態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)信息。決策支持子系統(tǒng)訂閱目標(biāo)態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)和外來指控信息，進(jìn)行目標(biāo)綜合優(yōu)先級(jí)排序、任務(wù)控制等工作，發(fā)布任務(wù)列表信息。傳感器管理子系統(tǒng)訂閱任務(wù)列表信息、態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)信息、數(shù)據(jù)融合信息和傳感器狀態(tài)信息，依據(jù)一定的準(zhǔn)則完成探測(cè)任務(wù)優(yōu)化，發(fā)布傳感器管理指令。人工干預(yù)可以通過發(fā)布/訂閱中間件對(duì)任一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)出指令。

3 三層分級(jí)式傳感器管理內(nèi)部架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 三層分級(jí)式傳感器管理的模型

如圖8所示的是各層傳感器管理的基本功能。由于采用了三層分級(jí)式的管理架構(gòu)，將預(yù)警機(jī)傳感器管理的復(fù)雜邏輯關(guān)系分解到底層、中間層和高層。高層傳感器管理主要是通過改變傳感器協(xié)同模式的方法，實(shí)現(xiàn)多樣化作戰(zhàn)任務(wù)與傳感器管理準(zhǔn)則和傳感器工作參數(shù)的對(duì)接。中間層傳感器管理是在確定的傳感器協(xié)同模式下，通過對(duì)多傳感器統(tǒng)一調(diào)度和傳感器的互牽引優(yōu)化目標(biāo)探測(cè)效果；底層傳感器管理主要是依據(jù)高層和中間層發(fā)出的管理指令，通過優(yōu)化自身工作參數(shù)完成目標(biāo)探測(cè)任務(wù)。

3.2 傳感器管理各模塊的功能

3.2.1高層傳感器管理

傳感器協(xié)同模式判斷：結(jié)合獲取的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、宏觀任務(wù)、當(dāng)前任務(wù)完成情況、當(dāng)前傳感器狀態(tài)，對(duì)當(dāng)前多傳感器協(xié)同模式判斷。通過對(duì)傳感器協(xié)同模式下傳感器管理準(zhǔn)則、傳感器工作模式和參數(shù)的預(yù)設(shè)定，建立任務(wù)場(chǎng)景與傳感器管理的對(duì)接。通過人工干預(yù)的方式，控制傳感器協(xié)同模式，進(jìn)而控制中層傳感器任務(wù)調(diào)度的準(zhǔn)則，以及底層傳感器的工作模式和參數(shù)，以適應(yīng)隨著戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和作戰(zhàn)任務(wù)的變化。在決策支持系統(tǒng)和態(tài)勢(shì)/威脅系統(tǒng)的支持下，通過合理設(shè)置傳感器協(xié)同模式轉(zhuǎn)換的觸發(fā)條件，也可以實(shí)現(xiàn)傳感器協(xié)同模式的自動(dòng)切換。

3.2.2中間層傳感器管理

傳感器任務(wù)分配：多個(gè)傳感器面臨多樣化的探測(cè)任務(wù)時(shí)，需要對(duì)傳感器作用于哪些目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇，即在一定的約束條件下，解決多傳感器完成多任務(wù)時(shí)的目標(biāo)-傳感器配對(duì)問題。動(dòng)態(tài)分配的準(zhǔn)則是以較少的傳感器使用代價(jià)，滿足任務(wù)需求，并對(duì)高優(yōu)先級(jí)的目標(biāo)優(yōu)先保障。同時(shí)要考慮傳感器自身最大探測(cè)能力、目標(biāo)覆蓋率、傳感器狀態(tài)等約束條件。傳感器任務(wù)分配的準(zhǔn)則需要對(duì)傳感器協(xié)同模式做出響應(yīng)，不同的傳感器協(xié)同模式下，傳感器任務(wù)分配的優(yōu)化目標(biāo)有所差異。

傳感器互牽引：為了充分發(fā)揮預(yù)警機(jī)上多傳感器的異質(zhì)特性優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)異類傳感器協(xié)同工作，以快速獲取目標(biāo)準(zhǔn)確信息，確保目標(biāo)指示與交接順利進(jìn)行。傳感器互相牽引必須能夠完成目標(biāo)探測(cè)過程中兩個(gè)層面問題：一是根據(jù)已知條件，確定互牽引傳感器組合，也就是用誰牽引誰的問題；第二是確定被牽引的傳感器在信息引導(dǎo)條件下，如何在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的完成探測(cè)任務(wù)問題。

3.2.3底層傳感器管理

根據(jù)高層和中間層的傳感器管理指令，結(jié)合傳感器系統(tǒng)上報(bào)的各傳感器工作狀態(tài)，在統(tǒng)一的傳感器管理時(shí)序下，通過優(yōu)化自身工作參數(shù)發(fā)出具體的傳感器控制指令。

3.2.4其他輔助功能

傳感器/任務(wù)監(jiān)測(cè)：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器工作狀態(tài)和任務(wù)完成的情況。像傳感器任務(wù)分配、傳感器交叉提示、傳感器協(xié)同模式管理報(bào)告?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ鳡顟B(tài)。

任務(wù)/傳感器時(shí)間序列：以預(yù)警機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)的高層傳感器管理、以檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別性能為出發(fā)點(diǎn)的中間層管理、以單個(gè)傳感器資源分配為出發(fā)點(diǎn)的底層傳感器管理，在管理周期上有很大的差異，一般來說管理周期高層>>中間層>>底層。任務(wù)/傳感器時(shí)間序列用以確定傳感器管理周期。任務(wù)管理周期一般根據(jù)任務(wù)數(shù)量、傳感器可用性、目標(biāo)狀態(tài)和態(tài)勢(shì)/威脅估計(jì)結(jié)果等多種因素綜合的動(dòng)態(tài)確定，而傳感器管理周期根據(jù)傳感器特性和目標(biāo)負(fù)載等因素確定。

管理指令生成：將傳感器管理的結(jié)果，以傳感器可執(zhí)行的命令形式，以一定的周期向傳感器發(fā)出，完成對(duì)傳感器的控制。

3.3 基于發(fā)布/訂閱的三層分級(jí)式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

相較與傳統(tǒng)的傳感器管理架構(gòu)，預(yù)警機(jī)上采用基于發(fā)布/訂閱的三層分級(jí)式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

(1)預(yù)警機(jī)上配置了多個(gè)性能優(yōu)越的異質(zhì)傳感器，采用分級(jí)式架構(gòu)避免了集中式架構(gòu)中的融合中心計(jì)算量急劇上升問題?？紤]到單架預(yù)警機(jī)上的傳感器數(shù)量有限，采用分級(jí)式架構(gòu)避免了采用分布式架構(gòu)中任務(wù)協(xié)調(diào)難度大以及通信負(fù)擔(dān)重的問題。預(yù)警機(jī)上采用分級(jí)式架構(gòu)將復(fù)雜的傳感器管理功能分解到各層中，在滿足預(yù)警機(jī)多樣化任務(wù)同時(shí)兼顧到系統(tǒng)的計(jì)算量和分系統(tǒng)之間的信息交互量，是較為合理的架構(gòu)選擇。

(2)預(yù)警機(jī)上搭載的單個(gè)傳感器功能強(qiáng)大。采用分級(jí)式管理架構(gòu)，并把傳感器級(jí)的管理劃歸為傳感器管理系統(tǒng)中的底層管理，有利于充分發(fā)揮各傳感器的自身優(yōu)勢(shì)，中高層傳感器管理重點(diǎn)解決態(tài)勢(shì)融合中的靈活性問題。通過這種設(shè)計(jì)既避免了對(duì)底層信息融合的過多干預(yù)又兼顧了預(yù)警機(jī)作戰(zhàn)需要。

(3)預(yù)警機(jī)傳感器管理架構(gòu)除了考慮提高系統(tǒng)性能和智能化程度之外，也必須考慮到訓(xùn)練有素的操作人員“人在回路”的重要特點(diǎn)。通過三層分級(jí)式架構(gòu)較好的解決了底層信息融合、中間層指控系統(tǒng)和頂層人的操作之間的關(guān)系。

(4)基于發(fā)布/訂閱的架構(gòu)解決了預(yù)警機(jī)上搭載的傳感器之間以及信息融合與指控命令等之間的信息交互存在異步、多對(duì)多等問題，使多個(gè)子系統(tǒng)之間呈現(xiàn)松耦合的關(guān)系，簡化了模塊之間的信息交互關(guān)系。

4 結(jié) 語

本文首先分析了基于信息融合模式的集中式、分布式、分級(jí)式和網(wǎng)絡(luò)化傳感器管理架構(gòu)，然后根據(jù)預(yù)警機(jī)傳感器管理的特點(diǎn)，基于模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)信息交互松耦合思想，提出了一種基于發(fā)布/訂閱的三層分級(jí)式的傳感器管理架構(gòu)。分析了傳感器系統(tǒng)、跟蹤和識(shí)別、態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅估計(jì)、決策支持系統(tǒng)、傳感器管理系統(tǒng)等模塊的功能定位，和基于發(fā)布/訂閱中間件技術(shù)的分系統(tǒng)之間信息交互關(guān)系。在傳感器管理系統(tǒng)內(nèi)部，通過將復(fù)雜的傳感器管理功能分解到高層、中間層和底層傳感器管理中，提供了一種解決復(fù)雜信息系統(tǒng)傳感器管理架構(gòu)設(shè)計(jì)問題的方法。