王玉玨 楊心武 劉佳麗

（1.海軍研究院系統(tǒng)工程所 北京 100036）（2.武漢船舶通信研究所 武漢 430205）

1 引言

隨著海軍裝備不斷發(fā)展，艦船平臺對通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)等電子功能的要求越來越高，為滿足平臺對多種電子功能的需求，將多種單一頻段、單一功能、單一體制的電子系統(tǒng)進(jìn)行簡單堆積是較為普遍和原始的做法。這種做法在艦船平臺上形成了一個個“煙囪”系統(tǒng)，并造成平臺上結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電磁干擾、空間占用等系列問題。為避免這些問題，艦載多功能一體化系統(tǒng)應(yīng)運而生，相比單功能系統(tǒng)，多功能一體化系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)勢。

1）資源集約使用。多功能一體化系統(tǒng)通過將天線、射頻設(shè)備、信號/信息處理設(shè)備等分別進(jìn)行共用化、通用化和軟件化設(shè)計，在減少裝備種類的同時，滿足多種應(yīng)用的共享調(diào)用，相比煙囪式系統(tǒng)的專機專用方式，大大提高了資源利用率。

2）實現(xiàn)協(xié)同增強。多功能一體化系統(tǒng)可以通過能力互補、信息共享，實現(xiàn)單一功能系統(tǒng)所難以達(dá)到的能力。例如，通信功能可依托雷達(dá)的大型陣列天線提高發(fā)射增益和接收靈敏度；偵察測向可為定向窄波束通信提供方位引導(dǎo)，省去通信自身的對象捕獲程序；電子干擾發(fā)射通道可作為強干擾下的備用通信，可突破干擾噪聲本底，實現(xiàn)“擾中通”；低延時的通信鏈路可為多點協(xié)同偵察提供信息傳輸通道，增強偵察測向定位精度。

3）改善電磁兼容。多功能一體化系統(tǒng)通過統(tǒng)一的資源管理與調(diào)度控制，面向戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)場景設(shè)計自動化、智能化的多功能使用流程控制程序，代替目前被動、松散的電磁兼容管理過程，一方面可提高系統(tǒng)運作效率，另一方面可改善不同系統(tǒng)同時工作的電磁干擾狀況，增強平臺的整體作戰(zhàn)效能。

4）提升隱身性能。多功能一體化系統(tǒng)采用集成有源相控陣天線設(shè)計，可與平臺上層建筑平面共形，且使用定向波束承載不同的功能，能夠提高裝備的被動和主動隱身性能。

2 國外典型多功能一體化系統(tǒng)開發(fā)項目

多功能一體化系統(tǒng)的研制工作一直是美歐海軍強國的關(guān)注重點。美國海軍自20世紀(jì)90年代就在多功能一體化領(lǐng)域開展了多個項目。1990年至1994年期間開展的高級共用孔徑項目（ASAP）研制了一種覆蓋C～Ku頻段的寬帶孔徑陣列，可同時支持雷達(dá)、電子對抗、電子支援和通信功能［1］；1995年實施的先進(jìn)封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng)（AEM/S）項目集成了通信天線、雷達(dá)和附帶的傳感器，封閉式桅桿一方面保護(hù)內(nèi)部部件不受環(huán)境影響，另一方面可降低艦艇的雷達(dá)散射截面積。AEM/S試驗樣機于1997年在DD968驅(qū)逐艦上進(jìn)行了測試［2］；1997年開展的多功能電磁輻射系統(tǒng)（MERS）項目將作戰(zhàn)測向、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)、特高頻視距通信和敵我識別四種艦載功能天線綜合成一副雷達(dá)散射截面低、重量輕的天線系統(tǒng)。MERS于2004年在美國海軍LPD級兩棲登陸艦上完成海試［3］；1995年，美國海軍啟動先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)項目（AMRFS，后演變?yōu)橄冗M(jìn)多功能射頻概念（AMRFC）），并于2004年完成了在6GHz～18GHz頻段內(nèi)同時支持通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能的測試。AMRFC中的電子偵察、通用數(shù)據(jù)鏈等部分技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于美國海軍新一代驅(qū)逐艦DDG-1000中［4］；2004年至2008年間開展了多功能電子戰(zhàn)（MFEW）項目，可執(zhí)行多種電子支援功能，MFEW樣機安裝在美國海軍康斯托克號（USS Comstock）船塢登陸艦上［5］；2008年～2016年開展的集成上層建筑項目（InTop）旨在開發(fā)一種集電子戰(zhàn)、信息作戰(zhàn)、雷達(dá)和通信能力為一體的多功能系統(tǒng)，其核心是開發(fā)模塊化的開放體系結(jié)構(gòu)以適應(yīng)技術(shù)和海軍需求的變化，能夠適用于多級海軍戰(zhàn)艦和潛艇［6］。

此外，歐洲國家也相繼開展了類似的多功能一體化項目。英國于1992年開始研制的先進(jìn)技術(shù)桅桿（ATM）系統(tǒng)允許本艦上的雷達(dá)和通信信號穿透，同時阻止來自艦外干擾、噪聲或其他頻率信號的進(jìn)入，該系統(tǒng)已應(yīng)用于英國皇家海軍航母中［7］；意大利和瑞典于2005年聯(lián)合開發(fā)的M-AESA項目瞄準(zhǔn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)以及通信功能的集成，目標(biāo)是開發(fā)和驗證一個通用射頻硬件平臺，可搭載于水面、空中和地面等各類型平臺［8］；荷蘭于20世紀(jì)90年代開始研究的綜合桅桿系統(tǒng)（I-MAST）可以集成艦船雷達(dá)、光電傳感器、敵我識別、電子戰(zhàn)、衛(wèi)通等多種功能，2010年裝備于其巡邏船［9］，隨后又開展了可縮放式多功能射頻系統(tǒng)（SMRF）研究［10］。

3 通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能要求

3.1 通信功能要求

通信是實現(xiàn)海戰(zhàn)場空中、水面、水下不同節(jié)點之間互聯(lián)互通的“紐帶”，可滿足視距、超視距以及全球范圍的通信要求，具有“立體全方位”“全時不間斷”“多頻段工作”的特點。

1）工作頻段。艦載通信功能覆蓋從HF、VHF、UHF到L、C、Ku/Ka等多個通信頻段?？紤]到集成難度與效費比，并不是所有頻段都適合集成于多功能一體化系統(tǒng)。例如，頻率較低的語音和戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Link16、Link22）一般采用全向單極天線或偶極天線，造價便宜，而體積較大，無需在一體化系統(tǒng)中集成；UHF和L頻段的衛(wèi)星通信采用簡單的低增益螺旋或錐形天線提供半球形波束方向圖，天線簡單緊湊，RCS值貢獻(xiàn)率不高，集成到一體化系統(tǒng)的需求也不明顯；Ku/Ka頻段的衛(wèi)通設(shè)備為滿足高增益要求，采用直徑在1m～2m左右的拋物面天線。該結(jié)構(gòu)帶來較大的RCS值，有必要集成到一體化系統(tǒng)中；美軍艦載戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈（TCDL）天線直徑達(dá)1m，高1.1m，重量為200kg，至少需要四路配置獨立天線的TCDL鏈路滿足多路使用要求，應(yīng)考慮將TCDL功能遷移至一體化系統(tǒng)中。

2）動態(tài)范圍。通信功能的動態(tài)范圍要求主要是體現(xiàn)系統(tǒng)可同時處理最大和最小功率信號的能力，對應(yīng)不同的高階正交幅度調(diào)制方式，其處理的電平也會不同。

3）等效全向輻射功率（EIRP）。通信功能的EIRP要求反映了對應(yīng)頻率信號下補償雨衰以及傳播路徑上單向幾何傳輸損耗所需的功率值，以滿足在接收端具有足夠高的信噪比。TCDL的EIRP值要求明顯低于衛(wèi)通，主要是因為TCDL的工作距離僅為200km，而位于地球靜止軌道的通信衛(wèi)星與地面單向信號傳播距離達(dá)36000km。

4）波束寬度。波束寬度與天線增益可相互換算，波束寬度可用于指示系統(tǒng)所需的天線增益，以確保滿足接收機信噪比要求和期望的信道容量。

5）占空比。當(dāng)通信功能在激活時，信號的占空比可達(dá)100%；在半雙工通信模式或猝發(fā)通信下，信號的占空比則小于此值。

6）極化。衛(wèi)通的極化特征是發(fā)射和接收相互正交，包括水平和垂直線極化，以及左旋圓極化和右旋圓極化兩組正交。極化正交使得發(fā)射和接收通道在頻分的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加隔離度，也可減小收發(fā)頻率的間隔要求。對于艦載和機載TCDL，由于在通信期間難以保證雙方天線時刻極化對齊，一般采用圓極化避免極化錯位帶來的信號衰落。

3.2 雷達(dá)功能要求

艦載雷達(dá)功能主要包括立體搜索（VS）、水平搜索（HS）和終端照射（TI）三種功能模式，VS模式覆蓋艦船甲板以上的半球空間，提供遠(yuǎn)程探測和跟蹤功能；HS模式側(cè)重于對地平線附近低仰角目標(biāo)的探測和跟蹤，例如探測超音速掠海飛行的反艦導(dǎo)彈。相比VS，HS搜索范圍較小，對處理小RCS目標(biāo)、海雜波、多徑干擾、大氣波導(dǎo)等異常傳播條件要求較高。TI模式是在導(dǎo)彈終端制導(dǎo)階段提供目標(biāo)照射，以便導(dǎo)彈導(dǎo)引頭可追蹤反射信號。

1）工作頻段。艦載雷達(dá)大多工作在L～Ku頻段，其中VS通常工作在L或S頻段，該頻段受大氣衰減影響較小，從而支持遠(yuǎn)程探測；HS模式則常使用較高的S或X頻段，這是因為高頻率下，海洋表面的信號反射仰角較窄，形成的多徑干擾相比低頻率小。并且，HS模式為盡可能延伸探測地平線的距離，要求天線安裝位置高、尺寸小、波束窄、增益高，高頻率更符合這些條件。TI模式一般工作在X頻段，以便與半主動導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭兼容。

2）波形帶寬。雷達(dá)的距離分辨率與其采用的波形帶寬成反比。HS要求更高的分辨率，其所需的波形帶寬略大于VS。波形帶寬的增加意味著較大的接收機帶寬，會引入較多的噪聲，為此，需要將波形帶寬與接收機帶寬相匹配以減少影響。TI模式則基本為單頻工作。

3）動態(tài)范圍。VS、HS模式的接收機動態(tài)范圍要求由最高的預(yù)期雜波+目標(biāo)反射功率與最弱預(yù)期目標(biāo)反射功率的比例確定。TI模式無接收組件。

4）EIRP。艦載雷達(dá)通常要求具有較高的EIRP，VS模式側(cè)重于探測距離，HS模式側(cè)重于小RCS值的目標(biāo)。由于較低頻率具有更好的傳播特性，工作在L頻段的VS模式所需的EIRP略低于工作在S或X頻段的HS模式。需要指出的是，接收陣列增益（Gr）也會影響系統(tǒng)對EIRP的要求，接收的雷達(dá)信號信噪比與EIRP×Gr成正比，因此，提高接收陣列的增益可以在不影響探測范圍的情況下降低EIRP要求。TI模式的EIRP由導(dǎo)彈導(dǎo)引頭對終端制導(dǎo)所需的反射目標(biāo)信號強度決定。

5）波束寬度。天線陣列形成的最小波束寬度與陣列尺寸成反比。VS和HS模式所需的波束寬度主要來自跟蹤精度和所需掃描重訪時間要求。TI模式?jīng)]有獨立的波束寬度要求。

6）占空比。VS和HS模式信號占空比與不模糊距離、盲區(qū)范圍和平均波形功率等多個因素有關(guān)。雷達(dá)信號的占空比遠(yuǎn)小于通信和電子戰(zhàn)。TI模式下，照射波形基本上為連續(xù)輸出，占空比高達(dá)100%，具體與半主動導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的能力相關(guān)，例如改進(jìn)型“海麻雀”導(dǎo)引頭支持中斷連續(xù)波照射制導(dǎo)，此時TI模式能以小于100%的占空比進(jìn)行傳輸。

7）極化。雷達(dá)功能通常使用線性垂直極化，主要是因為對HS模式有益，而對其他模式無影響。首先，在小于幾度的雷達(dá)掠射角和更高的海況下，垂直極化的海雜波回波小于水平極化的海雜波回波。其次，根據(jù)布魯斯特角效應(yīng)，在低掠射角下，遠(yuǎn)離海面的正向鏡面發(fā)射對垂直極化的影響小于對水平極化的影響。

3.3 電子戰(zhàn)功能要求

3.3.1 電子支援（ES）模式要求

ES模式工作在接收模式下，可對雷達(dá)信號進(jìn)行自動檢測、分析、識別、分類和測向等。分析任務(wù)包括對到達(dá)時間、頻率、脈沖重復(fù)間隔、脈沖寬度、波形調(diào)制等波形參數(shù)的測量。ES模式可針對敵方或未知的發(fā)射器提供早期威脅預(yù)警。電子攻擊（EA）模式依賴ES提供的威脅方位等信息，以便及時在威脅方位上準(zhǔn)確實施干擾。

1）工作頻率。ES的工作頻率通常覆蓋5GHz以下的通信頻段、1GHz～12GHz內(nèi)的監(jiān)視和火控雷達(dá)頻段、以及高于8GHz的主動導(dǎo)彈引導(dǎo)頭輻射頻段。

2）帶寬。ES所需的典型瞬時帶寬遠(yuǎn)高于雷達(dá)，這是因為ES需要檢測并正確表征來自發(fā)射器的高寬帶波形。值得注意的是，由于缺乏雷達(dá)系統(tǒng)對接收波形先驗匹配濾波過程，大的瞬時帶寬會引入系統(tǒng)噪聲，對信號檢測和分析不利，一般在前端增加一組窄帶濾波器。

3）動態(tài)范圍。ES功能所需的接收機動態(tài)范圍是接收機輸入端預(yù)期最強威脅信號功率與接收機噪聲基底功率之比。

4）波束寬度。對于ES，波束寬度反映了在接收波束內(nèi)必須測量檢測到的入射角到達(dá)角（AOA）精度，從而有效確定威脅方位。如果到達(dá)信號具有足夠高的信噪比，則可通過不同陣元上接收到的相位對比結(jié)合干涉算法，確定AOA。對于強信號，該方法執(zhí)行起來簡單，并且基本上可以在陣列的整個波束寬度上進(jìn)行瞬時檢測。然而，對于弱信號，需要提高形成窄波束的天線的增益來改善信噪比。

5）極化。ES功能必須能夠檢測所有極化方向的射頻信號。軍事通信涵蓋所有極化方式，例如，艦載雷達(dá)通常使用垂直極化，機載雷達(dá)通常使用水平極化，部分軍事通信系統(tǒng)則采用圓極化。

3.3.2 電子攻擊（EA）模式要求

EA發(fā)射射頻信號以干擾威脅電子系統(tǒng)，通常采用的干擾技術(shù)包括噪聲干擾、多虛假目標(biāo)、距離門拖引（RGPO）和角度門拖引（AGPO），各干擾技術(shù)協(xié)作執(zhí)行。干擾機可基于此前捕獲存儲的波形數(shù)字樣本，發(fā)射出敵方威脅雷達(dá)波形的復(fù)制品。此時，干擾波形享有與威脅雷達(dá)信號相同的脈沖壓縮增益，從而減少所需的有效干擾功率。干擾機還可以在發(fā)送前修改復(fù)制品，如增加一個時延以有效地將距離偏移至一個虛假目標(biāo)上。在噪聲干擾的情況下，可產(chǎn)生所謂的“點”噪聲，其帶寬與此前捕獲到的波形帶寬相匹配，從而保證干擾功率全部注入到威脅雷達(dá)的瞬時帶寬中。

1）工作頻率。EA功能需要干擾各種監(jiān)視和火控雷達(dá)以及主動導(dǎo)彈引導(dǎo)頭等威脅系統(tǒng)的頻率。

2）瞬時帶寬。EA功能的瞬時帶寬是其需要復(fù)制和傳輸?shù)耐{信號的最大帶寬。

3）動態(tài)范圍。在多功能一體化系統(tǒng)中，EA功能的接收部分可由ES功能提供，因為二者的工作頻率、瞬時帶寬和極化要求基本相同，因此，EA功能僅工作于發(fā)射模式，沒有動態(tài)范圍要求。

4）EIRP。EA功能采用相干干擾技術(shù)，可最大化有用干擾功率對威脅雷達(dá)的作用效果。相比雷達(dá)反射信號需經(jīng)歷雙向幾何傳播損耗，EA功能只經(jīng)歷單向的幾何傳播損耗，因此，其EIRP值小于雷達(dá)，但其到達(dá)威脅雷達(dá)的干擾信號也需強于威脅雷達(dá)反射回來的信號。

5）波束寬度。EA功能沒有獨立的波束寬度要求。波束寬度僅由陣列天線大小決定，陣列天線的大小要能夠提供滿足EIRP要求所需的傳輸增益。

6）占空比。EA功能的傳輸占空比可能高達(dá)100%，例如，當(dāng)威脅雷達(dá)在使用連續(xù)波形照射艦船以提供對半主動導(dǎo)彈的終端制導(dǎo)，而同時本船正在利用AGPO方式進(jìn)行對抗時，不允許有任何中斷。

7）極化。EA功能需要具備支持各個極化方向上干擾的能力。EA功能可以從ES功能檢測的威脅信號屬性列表中獲取關(guān)于威脅系統(tǒng)的極化狀態(tài)信息。或者，如果ES功能在正交極化上捕獲并存儲威脅信號的數(shù)字樣本，則EA功能在傳輸該樣本復(fù)制品時可確定正確的極化狀態(tài)［13］。

4 多功能一體化系統(tǒng)設(shè)計考慮因素權(quán)衡

理想情況下，多功能一體化系統(tǒng)是一個超寬帶的綜合射頻孔徑系統(tǒng)，覆蓋從低到高所有的通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)的工作頻段。如圖1所示，理想多功能一體化系統(tǒng)由天線陣列、數(shù)字接收機、數(shù)字波形發(fā)生器、信號與數(shù)據(jù)處理以及資源分配管理器等部分組成，采用公共通用的硬件實體來實現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射與接收、電子攻擊/支援、通信發(fā)射與接收等功能，并通過統(tǒng)一的資源管理系統(tǒng)實現(xiàn)集中式的資源管理調(diào)度與控制。

圖1 多功能一體化系統(tǒng)理想概念圖

特別是，理想化多功能一體化系統(tǒng)采用收發(fā)陣列共用的方式構(gòu)建天線陣列，同時實現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信功能，天線單元采取雙極化工作方式，分別對應(yīng)不同功能的極化需求。并且在資源分配管理器的統(tǒng)一管控下，實現(xiàn)各類功能的協(xié)同工作。

然而，受制于現(xiàn)有硬件技術(shù)，在成本與性能約束下，上述理想化的多功能一體化系統(tǒng)在實際設(shè)備研制中幾乎不可能實現(xiàn)?，F(xiàn)階段，在多功能一體化系統(tǒng)的設(shè)計中，天線收發(fā)的共用或分置、信號的共用或復(fù)用、集成處理與安全隔離等考慮因素的權(quán)衡取舍是實際需要考慮的重要問題。

4.1 天線收發(fā)共用或分置的權(quán)衡

理想化多功能一體化系統(tǒng)天線為收發(fā)共用，天線收發(fā)共用能夠最大限度地共享硬件資源，減少天線數(shù)量與體積，有利于艦面天線布置與隱身設(shè)計。收發(fā)共用天線每個T/R組件中的Tx通道和Rx通道共用一個輻射單元，完成射頻收發(fā)功能，如圖2所示。其中，環(huán)形器是實現(xiàn)該模式的關(guān)鍵，環(huán)形器是一個不可逆的三端口器件，理想情況下可實現(xiàn)射頻信號在一個方向上通過端口，避免反向的泄露，從而隔離高功率放大器（HPA）與低噪聲放大器（LNA）之間的信號影響［13］。

圖2 理想化多功能一體化系統(tǒng)中天線收發(fā)共用示意圖

然而，在實際實現(xiàn)中，T/R組件的環(huán)形器無法完全抑制反向的射頻信號?，F(xiàn)有技術(shù)水平下，端口間的隔離度一般為30dB，能夠隔離高功率放大器與陣元之間的反向功率，但不滿足與低噪聲放大器之間的隔離要求。當(dāng)Tx通道中高功率放大器功率過高時，Rx通道的低噪聲放大器會進(jìn)入飽和。而艦用雷達(dá)一般功率較高，為滿足雷達(dá)的等效全向輻射功率（EIRP）要求，需要增加更多的T/R組件模塊與輻射單元，造成天線尺寸重量以及成本的增加。

實際實施中，天線進(jìn)行收發(fā)分置設(shè)計，Tx通道與Rx通道之間斷開，不存在信號相互饋送問題。發(fā)射天線與接收天線之間主要是自由空間上的電磁耦合，通過物理上距離的拉遠(yuǎn)即可提升Tx通道與Rx通道之間的隔離度，達(dá)到滿足使用要求的目的。收發(fā)分置模式下，Tx通道可以采用大功率的高功率放大器，不存在功率限制。同時，天線設(shè)計更加靈活，收發(fā)天線可根據(jù)自身的波束、增益等要求，采用不同大小、材質(zhì)的輻射陣列。然而，收發(fā)分置最主要的問題在于天線陣列的數(shù)量翻倍，給艦面天線布置與集成帶來一定困難。

4.2 資源共用型或復(fù)用型的權(quán)衡

理想化多功能一體化系統(tǒng)將通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)的波形一體化設(shè)計，支持信號和信道資源的共用，實現(xiàn)多功能的共時間、共空間、共頻譜，以及共能量。如圖3所示的是一種基于線性調(diào)頻（LFM）信號的通信和雷達(dá)一體化波形設(shè)計案例。在發(fā)射端，通過在發(fā)射機構(gòu)造出一段疊加通信基帶信號、雷達(dá)探測信號的正交信號并發(fā)送至無線空間，經(jīng)加性高斯白噪聲（AWGN）信道，在接收端，接收機則通過構(gòu)造匹配濾波機制，從一體化信號中提取通信基帶信號，回歸到普通的信號處理過程。而對于經(jīng)目標(biāo)反射回的一體化信號回波，同樣通過匹配濾波并在已知發(fā)射信號的輔助下，回歸到普通的雷達(dá)信號處理過程［14］。

圖3 資源共用的多功能一體化系統(tǒng)

上述信號和信道資源共用的多功能一體化系統(tǒng)具有較高的資源利用率，能夠節(jié)省時域、頻域、空域、能域資源，但是也存在兩點問題：一是各功能波束指向具有差異性，雷達(dá)、電子戰(zhàn)波束指向敵方目標(biāo)，通信波束指向己方目標(biāo)，若采用同一波束承載三種功能，通信波束將指向敵方，這會增加通信信號被敵方截獲的概率。二是各功能工作的射頻模式不同，雷達(dá)一般工作于飽和區(qū)，通信工作于線性區(qū)。若要保障雷達(dá)與通信的同時使用，則雷達(dá)也需工作于線性區(qū)，這會制約雷達(dá)的發(fā)射功率。

為此，可采用資源復(fù)用的方式，從時、空、頻、能多維度進(jìn)行資源復(fù)用設(shè)計，如圖4所示。從時域方面，通過采用脈沖或猝發(fā)、可變時隙長度、攜帶轉(zhuǎn)發(fā)等方式減小信息傳輸時延，降低時域資源占用；在頻域方面，采用多頻段或正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制方式實現(xiàn)多載波并行收發(fā)，提高頻譜資源利用率；在空域方面，通過多波束分集、多輸入多輸出（MIMO）等技術(shù)實現(xiàn)多徑分集收發(fā)；在能量角度，設(shè)計功率隨距離自適應(yīng)調(diào)整的通信方式，減少通信對系統(tǒng)能量的占用和消耗；在綜合運用方面，基于空分、時分、頻分相結(jié)合的組網(wǎng)協(xié)議，進(jìn)一步提高資源利用率。

圖4 多功能一體化系統(tǒng)信道資源復(fù)用方式

資源復(fù)用型的多功能一體化系統(tǒng)在時、頻、空、能資源利用率方面不如資源共用型，但是系統(tǒng)使用更加靈活，更適合于實際作戰(zhàn)使用。

4.3 安全防護(hù)與集成性能間的權(quán)衡

理想化的多功能一體化系統(tǒng)采用同一架構(gòu)、通用的信號和信息處理設(shè)備滿足通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)多種功能的后端處理。然而，共用架構(gòu)和處理設(shè)備后，原本無紅黑分區(qū)的雷達(dá)、電子戰(zhàn)功能也需要在信號流程上和通信功能一樣進(jìn)行紅黑隔離設(shè)計，以避免無線入侵，但這會增加對雷達(dá)和電子戰(zhàn)信號處理的復(fù)雜度，一定程度上制約系統(tǒng)的性能。

在實際應(yīng)用中，通信系統(tǒng)往往進(jìn)行紅黑分區(qū)和多層加密的安全防護(hù)設(shè)計，如圖5所示，物理層與鏈路層紅黑分區(qū)以信號處理中的信道加密為分界，利用信道加密技術(shù)和電源/接地獨立設(shè)計實現(xiàn)紅黑隔離；網(wǎng)絡(luò)層紅黑分區(qū)以網(wǎng)絡(luò)層加密為分界，通過網(wǎng)絡(luò)層加解密技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層紅黑隔離。針對多功能一體化系統(tǒng)非通信功能面臨的紅黑隔離問題，可在信號處理中對雷達(dá)與電子戰(zhàn)進(jìn)行旁路設(shè)計，減少系統(tǒng)工作在時分模式下雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能處理性能制約；在信息處理中對各功能進(jìn)行邊界防護(hù)設(shè)計，減少雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能在信息側(cè)的處理性能制約，同時降低偵察、探測引入的無線入侵風(fēng)險。

圖5 多功能一體化系統(tǒng)安全防護(hù)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能一體化是艦載電子裝備發(fā)展的主要方向，具備資源集約、協(xié)同增強、改善電磁兼容、提升隱身性能等諸多優(yōu)點。國外海軍相繼開展了大量的相關(guān)項目研究。本文對通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)功能要求分別進(jìn)行了分析，指出三者在進(jìn)行一體化設(shè)計時存在的權(quán)衡因素，并提出了相應(yīng)的設(shè)計思路。由于通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)在信號特性、信道特性和處理方式上的不同，在現(xiàn)階段，理想化的一體化系統(tǒng)較難實現(xiàn)，實際中采取折中思路，在此基礎(chǔ)上謀求系統(tǒng)的最優(yōu)化綜合性能。