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时间 2020-01-11 18:49:45
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云龙音标-未来空间战争需要新一代自动化指挥控制系统

云龙音标-未来空间战争需要新一代自动化指挥控制系统

云龙音标,指挥控制系统具有态势感知、信息融合、任务协同和辅助决策等能力,其在武器系统中已经得到广泛应用,使武器系统能够发挥最大效能。随着航空航天技术、电子技术、网络技术和通信技术的飞速发展,空间飞行器已经不局限于卫星等航天器,亚轨道飞行器、临近空间飞行器越来越多地投入应用和发展,这些飞行器对任务的快速响应、数据获取的实时性要求也越来越高,一般的地面测控系统和运控系统无法满足飞行器的任务需求,现代指控系统能够部分替代传统地面测控和运控系统的功能。

指控系统经历了从无到有、从简单到复杂的循序渐进、逐步发展的过程,通过指控系统的不断发展完善,成功解决了信息化战场上各体系协同作战的问题,使得战场各作战体系紧密结合,陆、海、空参战诸军兵种战斗力成倍增加。

空间飞行器指控系统是空间应用装备体系的重要组成部分,它不仅是整个装备体系的核心和中枢,扮演着主导全局的角色,组织支配空间应用任务的实施,而且能提高空间装备体系的功效、谋求诸如抢险救灾、信息获取的战略主动和夺取制信息权的重要保证,起着指挥、协调和监控系统各个部分、生成情报信息、评估体系效能等作用。

近年来,为适应未来网络化、信息化条件下对空中、临近空间及空间目标远程精确指挥控制、协同信息处理的需求,各国相继开展了空天一体化指控系统的项目研究,该类指控系统在功能、性能和平台技术方面主要基于武器的指控系统,并进行了适应性修改,但是在系统规划和联合指挥中忽视了信息资源在指控系统与测控系统的层次管理需求和数据融合需求,造成地面测控系统与其他系统协同的指控界面问题及对灾害现场感知的时空一致性等问题。这些问题制约着空间飞行器指控一体化技术的发展,先进的载荷性能与落后的指挥手段之间的矛盾非常突出,严重制约了飞行器综合效能的发挥。因此,研制一体化的指挥自动化系统已迫在眉睫。

空间飞行器泛指弹道导弹、卫星/航天器等在大气层外髙速飞行的人造设备,这些飞行器具有速度快、覆盖区域广,没有国界限制等诸多优点,成为军事侦察、国土资源调査、农业综合利用、环境保护、综合减灾救灾等领域的重要普査设备。

近年来,临近空间飞行器得到快速发展,临近空间包括大气平流层、中间层和部分电离层,介于传统的空天之间,根据国际航空联合会的定义,临近空间的范围为23〜100km,临近空间飞行器是指在临近空间区域内飞行并完成特殊任务的飞行器,主要包括低速飞行器和高速飞行器,低速飞行器主要有平流层飞艇、高空无人侦察机等,用于预警探测、侦察监视、通信保障和电子对抗等信息支援。高速飞行器主要有高超音速飞行器、亚轨道飞行器等,这类飞行器一般无人驾驶、飞行速度快、升空时间短、攻击能力强,可进行天地往返运输、反导和对地精确打击。

此外,快速响应空间飞行器是根据紧急或突发任务快速发射、快速部署的空间飞行器,以达到对热点地区信息收集等工作。快速响应空间飞行器的主要任务包括局部战争时的战区侦察,自然灾害后的航天遥感信息获。

现有条件下,传统的空间飞行器依然按照传统地面测控系统和运控系统对飞行器进行操作和运行维护。如图2所示,空间飞行器在地面测控站的引导下完成遥测数据的接收和遥控指令的上注,地面运控等应用系统主要接收载荷通过数传单元下传的工作数据,对飞行器的指挥和控制主要依靠地面来完成,同时,飞行器获得的侦察监视信息也需要发送到地面进行处理。在局部战争、自然灾害等突发情况下,空间飞行器及测控系统的这种工作模式可能无法发挥出最大效能,需要指控系统协助完成紧急任务。

在抢险救灾等突发任务中,准确、及时的信息支持是必不可少的,指挥控制命令、数据传输和敌我双方飞行器状态等信息是任务决策、执行的基础,必须构建一条高效的指控回路,指挥员的命令通过该回路能够及时到达飞行器,其次,是命令执行的动作和效果能够反馈到指挥员,进而影响后续决策和命令的形成。指挥回路包括两类资源:天基资源和地基资源。天基资源是以飞行器载荷为主的信息获取资源,能够为指挥决策提供信息依据;地基资源是指挥控制中心与测控站资源,其中指挥控制中心的任务主要是通过接收和分析处理相关信息得出恰当的指挥控制命令,而测控站的作用在于信息的收集和获取以及将来自指挥控制中心的命令发送给飞行器。

网络化数据传输、体系对抗、空天一体化指控系统的研究是目前的研究热点,各个研究机构均在不同层次构建指控系统的仿真、验证及试验平台。针对新一代的空天指控技术,目前正处于探索阶段,关键技术的解决途径和方案的工程化实施尚不成熟。未来空间指控系统是基于天基综合信息网和数据链,在整个一体化信息对抗体系中进行空间目标监视识别,快速、准确地监视热点地区的态势、评估危害等级和制定下一步侦察计划,并有效地协同综合信息保障系统与地面指挥所进行通信。

在空间态势感知及抢险救灾的应用背景下,测控网对于飞行器的控制与平时有着很大区别,灾害现场形势也瞬息万变,飞行器机动需求明显增加。针对飞行器的任务特点以及现有资源的不足建立优化模型,通过合理分配资源,尽可能满足信息对于资源的需求。在突发条件下航天器轨道机动能力提高,轨道机动需求增加,可能需要在某个过程中对其提供全过程的信息支持,现有的地面固定资源十分有限,很难满足对短期任务的及时支持。因此,配置机动测控资源成为目前较为合理的选择,陆上机动布站优化模型是为解决机动资源配置问题而建立的优化模型。

空间飞行器上的测控天线精确指向地面站或中继卫星是通信链路建立的关键,考虑到飞行器速度快、姿态变化大的特点,卫星通信天线需要使用高精度伺服控制技术,在轻便、共形的基础上,适应于有限安装空间,克服飞行器结构对天线辐射方向性的不利影响,满足对中继卫星的有效覆盖,并尽可能提高增益,满足系统对数传速率的要求。为提高通信效率,飞行器上配置的通信终端的功放应尽可能工作于非线性饱和状态。为使信号不失真,不增加系统误码率,发射信号要求恒包络调制。为提高系统抗干扰能力,应采用直接序列扩频方式。考虑数传速率与转发器带宽因素,系统前向链路选择直接序列扩频bpsk调制方式,返向链路选择直接序列扩频bpsk或qpsk等调制方式。

随着天线技术的发展,共形相控阵天线技术日益成熟。相控阵天线具有高增益、高指向精度、实时切换、无惯性快速跟踪等优点,通过相位控制波束扫描,确保飞行器上的天线波束始终准确指向卫星中继平台,实现信息的有效传输。

空间飞行器指控系统需要从灾害现场态势信息可视化方面不断提高交互能力,综合应用三维电子沙盘、知识墙、手绘识别、自然军语识别、会话管理、智能代理、辅助决策、协作交互、用户身份识别等人机自然交互理论与技术,提供智能化、联想式、提示型的人机界面,营造沉浸式大场景的立体空间态势显示,提供包括pda、移动指挥终端在内的更多的指挥平台,提高人机交互的效率和自然性,满足未来指挥员在复杂、恶劣和高强度环境下快速指挥和决策的能力要求。决策过程主要完成对灾害现场态势和灾害信息的综合利用,通过多种分析手段评估和研判局势,综合应用各种指挥决策分析手段和工具处理现场复杂多变的情况。在指挥决策过程中,指控系统需要为指挥员提供高效便捷的分析手段和工作环境,通过各种业务辅助技术和方法使其能够将精力集中于指挥决策过程。如何提供便于指挥员使用的指挥决策环境,并为指挥员提供有效的业务辅助手段是指挥系统重要的研究内容。尽管指挥决策过程是一个主观意识活动过程,但该过程需要进行大量的客观计算、仿真与分析,如对抢险救灾环境进行分析,安排下一步的侦察、部署和测量等工作。未来指控系统应该能够为指挥员提供辅助决策信息和关键操作提示,通过上下文相关的辅助计算、推理,对指挥决策过程提供强大的业务辅助能力,通过人机合作,大大提升指挥决策的速度和质量。

空间飞行器若要发挥其最大能力,相应的测控通信手段必须满足全球、全时段覆盖;轨道机动会导致飞行器多普勒频移、多普勒变化率比以往的测控系统要严苛得多,这给测控信号的捕获、跟踪和测量带来了新的难题。

为实现智能化特征,我国海军舰载指控系统应努力实现“网络化”、“知识化”、“智能化”、“多能化”等四个转化。其中,网络化是基础,智能化是核心,知识化是手段,多能化是目标。空间飞行器指挥多能化对于现役指控系统采用加装改造和综合集成方式,对于新研系统强化一体化、通用化、模块化设计,从而增强、补充各种作战指挥功能,适应多功能化的需求。情报保障知识化指控系统需要综合包括海、潜、空、天、岸和电子侦察等各类信息资源,形成战场感知体系。依靠天基体系夺取信息优势,并将“信息”上升为“知识”,最终形成地面指挥员的“认知”。决策支持智能化通过增强指控系统的智能决策和作战资源管理能力,丰富多模态的人机交互手段,提高指挥决策的效率,缩短反应时间。体系结构网络化依托指控系统的硬、软件平台,

空间飞行器系统应用层面形成公共计算与服务环境,支持“即插即用”的集成方式,实现以网络为中心的指挥控制。飞行器以高超音速在临近空间飞行时,强烈的激波压缩和黏性摩擦作用使飞行器表面温度迅速升髙,极高的温度使大气分子产生离解、电离,在飞行器周围产生等离子体,同时热屏蔽覆盖物烧蚀和发动机火焰也会产生等离子体,形成复杂的等离子鞘套。在对飞行器进行测量控制时,等离子体中的高密度电子吸收、反射和散射电磁波,造成电磁波信号急剧衰减,导致飞行器与测控站之间的信号中断和雷达目标丢失,即“黑障”问题。目前科研发现,太赫兹波能够穿透等离子体,可以解决临近空间髙速飞行器测控中的“黑障”难题。

为了满足高精度侦察监视的需求,空间飞行器数传信道中的数据量急剧增大,目前市场上已经有2gbit/s的数传解调器,随着码速率的进一步提高,高速数字解调器中数字釆样的精度、高速算法、载波恢复、差分译码和信道均衡的难度越来越大。

空间飞行器中需要配置各类与任务相关的传感器,包括光学成像、微波成像,雷达信号侦察、通信信号侦察等传感器,其类型和特性差异很大,鉴于异质传感器具有时间不同步、数据率不一致及测量维数不匹配等特点'因而反馈给指控系统的测量信息具有很大的不确定性,在此条件下,如何提取和利用新的细致特征信息进行查看关联是需要进一步研究和解决的问题。

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