戎建剛，唐 莽，王 鑫

(航天信息對抗總體部，江蘇南京,210007)

0 引 言

在武器裝備信息化的發(fā)展趨勢下，高技術(shù)信息裝備必將成為戰(zhàn)場的主流武器，如何適應并滿足復雜戰(zhàn)場的作戰(zhàn)需要，是必須解決的重大問題。對這些武器裝備的試驗和演練，美軍強調(diào)“像作戰(zhàn)一樣試驗”，我們要求“仗怎么打，就怎么試”。為此，貼近實戰(zhàn)的自主對抗是實戰(zhàn)化演練的基本方式，也是裝備試驗鑒定的發(fā)展趨勢。實踐證明，開展高水平實戰(zhàn)化的信息對抗演練，專業(yè)化的電子藍軍至關(guān)重要。關(guān)于電子藍軍，也有說是“電磁藍軍”，有幾個相關(guān)的概念梳理如下：

a) 藍軍：紅藍軍對抗來源于軍隊中的標圖作業(yè)，一般外軍用藍色的筆標注己方的兵力部署和戰(zhàn)斗進展情況，用紅色的筆標注敵方的兵力部署和戰(zhàn)斗進展情況。在實兵對抗演習中，用紅藍雙方代表敵對的兩支軍隊，紅軍(假想敵)、藍軍由此而來[1]。但我軍習慣用紅色代表己方，用藍色代表敵方，在部隊演練中,要訓練的部隊是“紅方”(紅軍)；對方是“藍方”(藍軍),專門扮演假想敵的部隊；裁判是“白方”，這樣就構(gòu)成了部隊演練中的“紅、藍、白”三方。

b) 電子藍軍：是藍軍體系的重要組成部分，是以信息化受訓部隊主要作戰(zhàn)對手為模擬對象，集戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法研究、電子攻擊、電子防御、電子支援等諸多要素于一體的電子信息模擬作戰(zhàn)力量[2]。

電子藍軍的主要功能是逼真地模擬作戰(zhàn)對手電子對抗戰(zhàn)術(shù)思想、戰(zhàn)法特點、戰(zhàn)場環(huán)境、武器裝備技戰(zhàn)術(shù)性能等作戰(zhàn)環(huán)節(jié)和作戰(zhàn)要素，在謀略、武器、戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)、電磁等方面為己方提供實戰(zhàn)化對抗試驗、訓練演練環(huán)境和演練對手。電子藍軍的組成要素主要包括指揮機構(gòu)、武器裝備系統(tǒng)、模擬電子對抗作戰(zhàn)力量和綜合保障四個方面。

c) 電子藍軍裝備：是指模擬作戰(zhàn)對手電子對抗作戰(zhàn)力量的裝備體系。主要包括：模擬潛在作戰(zhàn)對手的C3I系統(tǒng)、電子防御力量、電子進攻力量、電子支援力量、網(wǎng)絡對抗和效果評估手段等幾個方面。

對于電子藍軍裝備，在外軍裝備難以獲取的情況下，一般都是以各種模擬器來模擬實現(xiàn)。由于作戰(zhàn)對手不同，且其使用的作戰(zhàn)裝備種類繁多[3](多達上千種)、用途各異，電子戰(zhàn)模擬器[4,5]往往只能兼顧特定應用場景進行設(shè)計，無法適應在不同環(huán)境下與不同作戰(zhàn)對手進行對抗試驗與演練的需求。而且，當前的電子藍軍裝備一般都是采用了“以硬件技術(shù)為核心, 面向?qū)Ｓ霉δ堋钡难邪l(fā)模式，即用戶提出研制需求，一般分為功能用途和性能指標二部分，承制方據(jù)此開展研制工作，先設(shè)計總體方案，再確定分系統(tǒng)方案，最后確定功能模塊及重要部組件要求。從技術(shù)角度看,這是一個自上而下的串行研發(fā)模式，具體的底層軟、硬件開發(fā)者針對特定功能要求，采用特定技術(shù)進行開發(fā)，存在各環(huán)節(jié)耦合性強,研制周期長等問題；從應用角度看，系統(tǒng)的具體應用和裝備的技術(shù)狀態(tài)是綁定在一起的，一旦裝備研制完畢,可修改、可擴展和可改進的空間很小，用戶方在具體應用中所出現(xiàn)的一些問題和改進的需求，往往不能得到及時和有效的響應，導致裝備更新速度較慢，新技術(shù)往往得不到及時有效的應用。

為了解決上述這些問題，本文從裝備技術(shù)的角度，提出軟件化電子藍軍裝備的觀點。作戰(zhàn)對手電子信息裝備體系龐大，且更新?lián)Q代較快，很難全盤復制和模擬，采取軟件化思路建設(shè)：一是遵循"硬件通用化、軟件可重構(gòu)"的建設(shè)原則，注重建設(shè)的開放性和標準化，實現(xiàn)核心模塊可重編程設(shè)計，并通過統(tǒng)一接口、規(guī)范協(xié)議，使之滿足分布式多場區(qū)資源聯(lián)合和共享的要求。二是瞄準作戰(zhàn)對手典型的、先進的、具有較大威脅的電子信息裝備，按照“可重構(gòu)、成建制、成網(wǎng)系”的要求建設(shè)信息作戰(zhàn)模塊，在信息對抗演練中，使電子藍軍裝備可根據(jù)需要抽組，靈活編成、組合應用，既可獨立充當作戰(zhàn)對手的裝備，也可與其他裝備互聯(lián)互通，在聯(lián)合演練中形成體系作戰(zhàn)的電子藍軍力量。采取的主要措施是通過電子藍軍裝備系統(tǒng)中軟件和硬件的解耦，使得電子藍軍裝備系統(tǒng)能夠基于軟件化開發(fā)模式，靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)功能定義、資源配置、模式擴展和性能提升，以滿足實際應用的需求。我們把這種電子藍軍裝備稱作為“軟件化電子藍軍裝備”。

1 軟件化電子藍軍裝備的定義和發(fā)展歷程

1.1 軟件化電子藍軍裝備的定義

軟件化電子藍軍裝備的定義：具有開放式體系架構(gòu)及標準化、模塊化和數(shù)字化技術(shù)特點的信息裝備，以軟件化開發(fā)模式靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)擴展、更新和升級。

上述定義重點強調(diào)以下三個方面特點:

a) 系統(tǒng)具有開放式體系架構(gòu): ①支撐技術(shù)的開放性，系統(tǒng)具有層次化體系結(jié)構(gòu)，可以支持系統(tǒng)中的標準、規(guī)范以及軟硬件模塊的升級換代和不斷更新，局部的技術(shù)升級不會影響到系統(tǒng)的整體架構(gòu)；②功能和性能的開放性，系統(tǒng)可以通過軟件化開發(fā)的模式，不斷改進、擴展功能，以支撐性能的不斷提升；③系統(tǒng)集成的開放性，在利用軟硬件組件進行系統(tǒng)集成的過程中，可以集眾家之長進行多家聯(lián)合的模式，針對現(xiàn)時技術(shù)水平，最大限度地優(yōu)化系統(tǒng)的功能和性能。

b) 以軟件技術(shù)為核心，面向?qū)嶋H需求：傳統(tǒng)的電子藍軍裝備采用了“以硬件技術(shù)為核心，面向?qū)Ｓ霉δ堋钡拈_發(fā)模式，即甲方提出技術(shù)規(guī)格要求，乙方研制出符合要求的專用設(shè)備。而軟件化電子藍軍裝備則強調(diào)進一步面向?qū)嶋H應用需求,通過軟件重構(gòu)和升級，不斷更新改進系統(tǒng)，擴展系統(tǒng)功能，提高其性能，實現(xiàn)對各種應用需求的快速響應。

c) 系統(tǒng)具有標準化、模塊化和數(shù)字化的技術(shù)特點：標準化是指系統(tǒng)的構(gòu)建過程是在一系列標準和規(guī)范的技術(shù)框架內(nèi)進行的。例如，系統(tǒng)的硬件設(shè)計標準、輸入/輸出接口標準以及軟件設(shè)計規(guī)范等。模塊化則是指系統(tǒng)的軟、硬件是由符合標準和規(guī)范的組件構(gòu)成。數(shù)字化技術(shù)則是指系統(tǒng)中除必要的射頻模擬組件外，其余部分盡可能用數(shù)字化技術(shù)來實現(xiàn),以支撐軟件化開發(fā)模式。

對比傳統(tǒng)的電子藍軍裝備，軟件化電子藍軍裝備具有下列特點:①硬件通用化：采用標準化、模塊化的通用硬件平臺，電子藍軍裝備部分或全部的底層硬件功能模塊可以通過軟件定義、編程，具備了更大的動態(tài)配置范圍和更靈活的動態(tài)配置能力；②可重構(gòu)多功能：選擇不同的軟件構(gòu)件可以在通用硬件平臺上設(shè)計出不同體制和功能的電子藍軍裝備，以滿足不同的使用要求；③可擴展：通過軟件的升級、重構(gòu)實現(xiàn)功能性能的提升，有效解決目前裝備改造升級困難的問題；④構(gòu)件化開發(fā)：采用以面向應用為核心的開發(fā)模式，可以實現(xiàn)底層硬件和上層任務軟件的解耦，軟件開發(fā)方法逐漸由“面向過程”轉(zhuǎn)向“面向?qū)ο蟆?，使電子藍軍裝備系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由封閉式向開放式發(fā)展；⑤高性價比：電子藍軍裝備各功能主要由軟件實現(xiàn)，可以借鑒甚至直接采用大量的商用軟硬件功能模塊，研制重點放在系統(tǒng)集成和解決部分短缺模塊的研發(fā)，可以節(jié)省大量的時間和經(jīng)費。

1.2 軟件化電子藍軍裝備的發(fā)展歷程

對于電子藍軍裝備，其主要任務是模擬電子戰(zhàn)作戰(zhàn)對手的裝備。從電子藍軍裝備系統(tǒng)的軍事應用需求趨勢來看，存在三個特點：①演練和試驗環(huán)境逐漸趨于實戰(zhàn)化，戰(zhàn)場復雜的電磁環(huán)境要求電子藍軍裝備可根據(jù)實際作戰(zhàn)場景自適應處理，尤其是對抗博弈下的自適應處理，以提高其適應復雜環(huán)境的能力；②演練和試驗模式逐漸趨于多樣化，多種作戰(zhàn)對象和任務需求要求電子藍軍裝備能夠靈活配置，擴展其功能和工作模式；③多種功能一體化, 在地基、艦載、空基、天基等各種平臺上，要求電子藍軍裝備能夠針對通信、導航、雷達等目標實現(xiàn)目標信號模擬、干擾信號模擬、無源探測/信息融合等多功能的一體化。

再從電子藍軍裝備系統(tǒng)支撐技術(shù)的發(fā)展背景來看，也有三個特點：①數(shù)字技術(shù)高速發(fā)展及廣泛應用，使得電子藍軍裝備系統(tǒng)的主要組成部分可通過軟件化模式定義、開發(fā)和配置；②標準化和模塊化組件技術(shù)逐漸成熟，電子藍軍裝備各分系統(tǒng)的通用性得到了很大的提升；③系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)逐漸成熟，大量商用貨架產(chǎn)品和第三方開發(fā)技術(shù)能夠融入系統(tǒng)中，使得電子藍軍裝備系統(tǒng)越來越具開放性。

軟件化電子藍軍裝備是不斷變化的軍事需求與當今快速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是軟件無線電技術(shù)在電子藍軍裝備領(lǐng)域的擴展，跟軟件無線電和軟件化雷達相比，軟件化電子藍軍裝備發(fā)展相對滯后,如圖1所示。

圖1 信息裝備技術(shù)發(fā)展趨勢圖Fig.1 Development trend of electronic information equipment

軟件無線電、軟件化雷達及軟件化電子藍軍裝備的發(fā)展，從低級到高級，可依次分為“模擬系統(tǒng)、數(shù)字化、軟件化、智能化”等四個階段：

a) 模擬系統(tǒng)：采用定制的模擬/數(shù)字基帶電路，面向功能設(shè)計，系統(tǒng)功能和硬件平臺緊密綁定。這類系統(tǒng)存在開發(fā)周期長、功能單一、升級換代困難等諸多問題。20世紀80年代以前的通信系統(tǒng)、20世紀90年代以前的雷達系統(tǒng)、20世紀末以前的電子藍軍裝備主要都處于這一發(fā)展階段。

b) 數(shù)字化：隨著高速數(shù)字采樣與存儲、數(shù)字信號處理、數(shù)字波形產(chǎn)生等一系列高性能數(shù)字化技術(shù)快速發(fā)展并逐漸成熟，在數(shù)字波形發(fā)射/接收、射頻采樣與存儲、數(shù)字波束形成與控制等得到了越來越多的應用。這一階段以數(shù)字陣列、數(shù)字射頻存儲器等為典型代表,從20世紀90年代開始至今仍在不斷發(fā)展。

c) 軟件化：在數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步強調(diào)系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范性和軟件可定義性、系統(tǒng)軟/硬件平臺的通用性和可擴展性、系統(tǒng)任務的靈活性和可升級性。信息裝備軟件化技術(shù)近年來在雷達裝備領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)并逐步得到越來越多的重視[6,7]。

d) 智能化：在數(shù)字化和軟件化的基礎(chǔ)上,進一步強調(diào)信息裝備系統(tǒng)整體工作機制的智能化，即面對環(huán)境、任務和需求的變化，通過機器學習、專家系統(tǒng)、協(xié)同工作等新型模式和結(jié)構(gòu)的引入，以優(yōu)化信息裝備系統(tǒng)適應不同環(huán)境不同任務的能力。

從圖1可以看出，軟件無線電技術(shù)最先得到發(fā)展，針對電磁頻譜越來越擁擠的現(xiàn)狀，智能化的認知無線電技術(shù)為高效利用電磁頻譜發(fā)揮了巨大的作用。其次是雷達技術(shù)，當前的雷達系統(tǒng)正處于從“數(shù)字化雷達”向“軟件化雷達[6]”逐步過渡的關(guān)鍵時期。電子藍軍裝備技術(shù)目前還處在“數(shù)字化”階段，其“軟件化”還在萌芽狀態(tài)，隨著信息裝備的技術(shù)發(fā)展及作戰(zhàn)應用的需求推動，必將促使電子藍軍裝備向更高級的“軟件化”階段邁進。

2 軟件化電子藍軍裝備系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 軟件化電子藍軍裝備研究范圍

軟件化電子藍軍裝備是電子藍軍裝備的一個重要組成部分，主要任務就是模擬作戰(zhàn)對手電子戰(zhàn)裝備。圍繞電子戰(zhàn)的三個主要方面(ES、EA、EP)，為滿足體系作戰(zhàn)需求，電子藍軍裝備應具備以下電子戰(zhàn)模擬功能：

a) 電子進攻能力模擬：依據(jù)電子偵察獲得的情報信息，對作戰(zhàn)對手使用的電磁頻譜進行干擾和欺騙，削弱或破壞對方電子裝備的效能，甚至予以徹底摧毀。

b) 電子防御能力模擬：在作戰(zhàn)對手實施電子進攻的情況下，為保障己方電子設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)揮效能而采取的措施和行動。電子防御能力的模擬主要包括反電子偵察、反電子干擾和對抗反輻射武器三個方面。

c) 電子支援能力模擬：利用電子偵察裝備對作戰(zhàn)對手發(fā)出的無線電信號進行搜索、截獲、識別、定位和分析，為己方部隊提供電子報警、實施電子干擾和其他軍事行動提供依據(jù)。

在具體實施上，結(jié)合電子藍軍的作戰(zhàn)演練和裝備試驗考核需求，為了建立定量、可選、可控的戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境，需要復雜電磁環(huán)境的生成設(shè)備、檢測設(shè)備、控制設(shè)備、仿真設(shè)備及評估設(shè)備[5]。其中，復雜電磁環(huán)境的生成設(shè)備用于電子進攻能力的模擬，需要模擬產(chǎn)生作戰(zhàn)對手的各類各種電子戰(zhàn)裝備在作戰(zhàn)中產(chǎn)生的電磁信號。這類裝備數(shù)量龐大、功能繁多、信號調(diào)制形式復雜、頻段和功率覆蓋范圍寬。由于無法同時模擬這些裝備的性能，普遍的做法是針對某個重點裝備研制相應的模擬設(shè)備來解決急需問題，導致模擬設(shè)備越來越多，但適應對手裝備的能力卻越來越弱。這正是軟件化電子藍軍裝備優(yōu)先需要解決的問題。

就完整性而言，電子藍軍裝備還應該包括控制設(shè)備(指控導調(diào)/C3I系統(tǒng))、效果評估等內(nèi)容，這些裝備本身就是以軟件為主，在硬件上沒有上述裝備復雜，可以認為是統(tǒng)一框架下的一個特例。

2.2 軟件化電子藍軍裝備技術(shù)內(nèi)涵

電子藍軍裝備需要具有的一系列功能要求，可以抽象為一組資源的集合體，包括射頻資源、計算資源、系統(tǒng)管理資源、應用軟件等，如圖2所示。通過對這些資源的優(yōu)化調(diào)度和控制，形成面向不同任務需求的系統(tǒng)功能，滿足相應的任務要求。在不同任務下實現(xiàn)系統(tǒng)資源的動態(tài)調(diào)度、組織和重構(gòu)的核心就是操作系統(tǒng)。軟件化電子藍軍裝備就是以操作系統(tǒng)為核心構(gòu)建的開放式體系結(jié)構(gòu)，通過軟件定義、擴展和重構(gòu)系統(tǒng)功能的新一代電子藍軍裝備。模擬生成復雜電磁環(huán)境信號的這類設(shè)備，通過系統(tǒng)的軟件重構(gòu)和調(diào)用不同的應用軟件功能模塊，能夠模擬產(chǎn)生雷達信號、雷達干擾信號(壓制/欺騙)、通信信號、通信干擾信號(壓制/欺騙)、導航信號、導航干擾信號(壓制/欺騙)等不同的電子戰(zhàn)射頻信號，滿足針對作戰(zhàn)對手在“天、空、陸、?！辈煌鲬?zhàn)域不同作戰(zhàn)平臺上使用的電子戰(zhàn)裝備的作戰(zhàn)性能模擬。

圖2 軟件化電子藍軍裝備技術(shù)內(nèi)Fig.2 Technical connotation of software-based electronic blue force

軟件化電子藍軍裝備技術(shù)的典型特征如下:①需求可定義:采用開放式架構(gòu)，可靈活響應任務需求，具有滿足雷達、電子戰(zhàn)、通信等多功能、多任務能力，可根據(jù)任務需求重構(gòu)整個系統(tǒng)功能；②硬件可重組:射頻陣面系統(tǒng)、射頻通道和計算平臺采用開放式架構(gòu)，可根據(jù)功能需求進行射頻孔徑、計算資源的重組；③軟件可重構(gòu):系統(tǒng)功能構(gòu)件化設(shè)計，通過操作環(huán)境實現(xiàn)系統(tǒng)功能的即插即用。

2.3 軟件化電子藍軍裝備技術(shù)架構(gòu)

從技術(shù)實現(xiàn)的角度，圖2所示的軟件化電子藍軍裝備技術(shù)內(nèi)涵包括四個組成部分:操作環(huán)境、應用構(gòu)件、射頻(陣面&通道)及計算平臺，如圖3所示。

a) 操作環(huán)境:是設(shè)備運行調(diào)度中心，為應用提供統(tǒng)一的接口和環(huán)境。

b) 應用構(gòu)件:完成雷達、通信、導航等信號模擬及干擾信號模擬的軟件功能模塊。

c) 射頻資源:采用模塊化設(shè)計，支持陣面孔徑和射頻通道可重構(gòu)。

d) 計算平臺:采用開放式架構(gòu)，處理能力可擴展，計算資源可重構(gòu)。

圖3 基于數(shù)字陣列體制的軟件化電子藍軍裝備系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 System architecture of software-based electronic blue force based on digital array

針對作戰(zhàn)場景，軟件化電子藍軍裝備通過操作環(huán)境實現(xiàn)對射頻陣面及通道、計算資源的調(diào)度控制，以及應用軟件構(gòu)件的組裝和部署等工作，完成相應的作戰(zhàn)任務。軟件化電子藍軍裝備系統(tǒng)架構(gòu)中包括操作環(huán)境、應用構(gòu)件、射頻陣面、射頻通道、硬件平臺等關(guān)鍵技術(shù)研究。其中，操作環(huán)境涉及的相關(guān)技術(shù)是軟件化電子藍軍裝備的核心技術(shù)。

操作環(huán)境完成電子藍軍裝備各類資源的調(diào)度和數(shù)據(jù)管理，為應用提供陣面和計算資源，實現(xiàn)不同場景下的作戰(zhàn)任務。

應用軟件的構(gòu)件設(shè)計技術(shù)，包括根據(jù)其功能、算法和性能要求確定構(gòu)件粒度；制定統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范，約束各種應用構(gòu)件的設(shè)計，以滿足構(gòu)件的即插即用；制定構(gòu)件庫管理規(guī)范:建立構(gòu)件測試、驗證、認證標準，以及構(gòu)件的入庫、變更、發(fā)布、使用規(guī)范化管理。

硬件平臺采用標準化的總線和協(xié)議，實現(xiàn)各類異構(gòu)計算節(jié)點互聯(lián)；計算節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)靈活可變，可根據(jù)功能需求進行定義和重構(gòu)，并支持應用構(gòu)件功能的靈活部署。

天線陣面及射頻通道架構(gòu)向開放式、模塊化和自適應的方向發(fā)展，應具有以下特征：基于總線架構(gòu)的陣面和通道可擴展；基于數(shù)字體制的功能可重構(gòu)；基于陣面和通道寬帶化的信息獲取。

3 結(jié)束語

本文提出了“軟件化電子藍軍裝備”的概念，具有下列優(yōu)點：①裝備研制更加高效：采用分層解耦設(shè)計的思想，通過一系列標準、規(guī)范和協(xié)議的制定,形成了并行研發(fā)模式，也可以直接采用大量商用的貨架產(chǎn)品；②裝備升級更加便捷：由于不同層次的技術(shù)可以在技術(shù)標準和規(guī)范框架的指導下不斷動態(tài)發(fā)展更新，系統(tǒng)的技術(shù)更新、功能和性能擴展的速度將得到大幅度提高；③裝備型號更加精簡：標準化、模塊化和軟件可定義性，使系統(tǒng)適應不同任務的能力得到有效提高，對改進目前裝備型號較多會起到積極的促進作用，也可為電子藍軍裝備型譜的制定提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

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