《电子战网络资源管理架构》

分布式电子攻击和电子支持系统相互作用以完成一系列任务，受到电子战（EW）界的关注。随着作战威胁空间的不断扩大、新兴目标的日益复杂以及电磁环境密度的不断增加，单个 EW 系统没有足够的资源来满足任务要求。此外，目前改善 EW 系统互操作性和确保蓝军通信的方法限制了 EW 技术的设计，无法应对新出现的和未来的威胁。分布式协作 EW 概念通过在多个 EW 系统之间分配传感、通信和交战任务管理，为缓解 EW 资源限制提供了可能。虽然这一愿景提供了许多机会，但其实现目前受到科学技术（S&T）差距和不完整功能要求的限制，无法精确定义分布式 EW 资源管理器。在本文中，我们描述了分布式 EW 用例和相关功能要求，以激发对分布式资源管理器架构的需求，并确定了需要管理的分布式资源。对于未来的工作，我们提出了关键的重点领域和使能技术，这些领域和技术可以弥补 EW 资源管理设计方面的科技差距。

图 1. 机载 EW 网络。这个多样化的网络与海军、地面雷达和地对空导弹资产相连接。AWACS，机载预警和控制系统。

电子战 (EW) 系统的目标是破坏或削弱对手的雷达或通信能力。通过在对手射频 (RF) 接收器范围内发射干扰技术，使目标接收器无法正确接收对手的传输信号。EW 威胁可由各种不同的射频标准组成，密集分布在射频频谱的多个倍频程（如高频、甚高频、超高频、超高频及更高频率）。必须考虑宽带传感、处理和干扰，以管理电子战空间内的大规模目标。支持这些宽带任务越来越复杂，也越来越具有挑战性。

由于接收机线性度、灵敏度、动态范围、扫描持续时间以及与干扰活动的时间共享等固有限制，宽带传感通常会导致射频威胁环境的非理想采样。为了处理大量频谱，平台必须利用有限的数字资源对所有信号的频谱进行数字化和分析。然而，由于 EW 平台的主要任务是进行干扰，而传感只是提供干扰改进机会的态势感知和验证有效性的辅助手段，因此单平台干扰机力求最大限度地缩短传感时间，最大限度地延长干扰时间。

由于发射机线性度的限制，以及频谱覆盖范围扩大导致干扰波形功率谱密度降低，宽带干扰具有挑战性。除了上述挑战之外，单个干扰器平台可用来对付敌对环境中各种威胁的资源也是有限的。随着威胁数量的增加，宽带干扰面临的主要挑战是功率效率。许多宽带场景所需的威胁规模和覆盖范围需要的资源比单个 EW 平台可用的资源更多。威胁通常位于不同的空间位置，并使用不同的频率、通信波形/协议、发射功率水平和定时方案。

将任务分配给不同的 EW 系统可缓解单一系统带来的挑战，提高宽带感知、处理和干扰能力。EW 系统必须相互通信，以共享信息和促进学习，从而提高对威胁环境的认识，并为强化交战战略提供依据。通过通信，干扰系统的集合可发挥 EW 网络的作用。虽然 EW 网络在密集或动态的威胁环境中很有吸引力，但其主要的设计权衡是所需的互动会增加开销成本。开销来自使用网络资源的节点间通信、数据管理和处理。在分布式 EW 网络中有效管理资源可以限制这种开销。

文旨在确定哪些任务必须跨多个干扰资产进行管理，确定资源管理系统的目标，并为 EW 网络资源管理提供高层次的设计选择。此外，还强调了需要进一步投资以增强 EW 网络能力的 EW 科学技术 (S&T) 课题。考虑了资源管理的复杂性以及为什么解决方案如此难以创建。

本文的组织结构如下： 首先，介绍了问题陈述和用例场景。接下来，报告了无线网络资源管理方面的相关工作，然后介绍了 APL 当前与 EW 资源管理相关的研究。然后，考虑 EW 网络和资源管理架构的目标。描述了资源管理架构的功能，并详细介绍了说明该功能的示例场景。最后，对未来工作提出建议，以体现 EW 网络管理系统。

图 2. 地面 EW 网络。在这一场景中，车辆、随身系统和直升机必须相互配合，才能更好地与现有蜂窝网络和敌方无人机作战。

电子战资源管理

资源管理是集中式还是分布式？资源的管理和节点之间的关联应该是动态的，还是应该在任务开始之前就完成？网络中节点的分级设计应该是怎样的？网络感知到的信息是存储在中心位置，还是存储在网络的各个节点上？此外，资源管理还需要考虑和平衡解决宽带传感、干扰和处理的 EW 网络优先级。这些设计方案和优先级可能与应用有关，因此一般的解决方案并不理想。我们需要的是一个可针对特定应用和实施量身定制的 EW 资源管理框架。基于从资源管理和相关工作、APL 目前正在进行的研究以及贯穿 APL EW 发展史的各种应用中获得的洞察力，我们开发了一个可扩展的框架，以描述 EW 网络资源管理器的突出特点。该架构可用于设计针对特定应用的资源管理器，并将研究课题归入需要进一步开发的层级。

优先事项和概念架构

资源管理人员必须考虑 EW 网络的优先事项和需求，以应对宽带 EW 挑战。EW 优先事项包括感知和能力感知、干扰和计算效率以及节点间关联的协调，下文将详细介绍这些优先事项。

• 态势感知：EW 网络必须了解实际和潜在的威胁、现有的技术基础设施以及 "蓝军 "节点信息，从而更新和增强态势感知数据库（SAD）。节点之间共享这种态势感知信息，可提高对自适应、抗噪声或定向威胁的干扰效果，同时避免非威胁的电子攻击。如何存储和传播这些信息取决于实施方案，本架构未作考虑。

• 能力感知：如果 EW 网络中的每个节点都能共享其可用资源，这种自感知网络就能根据资源分配任务和任务分配，提高负载平衡效率。

• 干扰效率：多个 EW 系统的协调干扰可提高干扰机功率与信号功率之比，以应对作战空间内的多种威胁。此外，分布式协作可减轻作为网络一部分的不协调 EW 系统所产生的破坏性干扰的负面影响。

• 干扰效果：有效性是指干扰是否能产生预期结果。这可能包括拒绝服务、降低信号情报和性能。它针对具体目标和任务，需要传感意识来提供干扰反馈。

• 计算效率：复杂的宽带处理任务可分配给多个节点，以加快执行速度。任务和数据的分布还可提供有关威胁环境和干扰技术性能的信息。

• 关联融合：EW 网络必须确定关联决策，以确立节点将如何互动以促进其他网络目标的实现。节点之间的关联包括分配、协作和合作关系。建立这些关联需要考虑邻居列表和网络设计。

为了着手解决如何管理 EW 优先级和资源的问题，我们将重点放在概念资源管理架构的设计上。该架构将对 EW 资源管理功能进行描述和标准化，类似于开放系统互连（OSI）模型对网络设计的描述12 。在 OSI 模型中，输入和输出都是信息。然而，在这一资源管理架构中，输入是目的和目标以及态势感知。输出包括对 EW 节点的分配。资源管理系统的输入和输出如图 3 所示。资源管理架构的主干是网络层，它负责在节点和资源管理器之间传递信息。网络层采用 OSI 模型，以便在创建 EW 平台之间的连接时进行灵活设计。下一节将详细介绍图 3。

图 3. 资源管理架构的输入和输出。作为资源管理架构的主干，网络层在节点和资源管理器之间移动信息，并采用 OSI 模型，以便在创建 EW 平台之间的连接时进行灵活设计。

架构输入和输出

如图 3 所示，第一个输入是 EW 网络的目标和目的。目标和目的是交给资源管理人员完成的高级作战任务目标。目标可包括削弱所有射频通信、干扰某些雷达、干扰某些通信并同时启用蓝军通信、在射频被屏蔽的环境中保持蓝军通信或创建虚假雷达图像。

资源管理器的另一个关键输入是 SAD，它可将从网络传入的数据融合为一组压缩信息，以提供行动区（AO）的概况和资源管理器分配可用资源所需的关键信息。这些数据可能来自每个节点的小型数据库，也可能来自由节点填充的中央数据库。相关的态势感知指标包括但不限于节点数量、每个节点的健康状况、当前任务和能力、威胁环境频谱信息以及战损评估。资源管理人员将对 SAD 进行轮询，为分布式传感、通信和交战行为提供信息。所有为 SAD 提供的信息都必须通过网络传播。

网络层基于 OSI 模型，可根据场景和 EW 资产的不同而改变。该层包括物理层、介质访问控制层和网络层，以实现通信。具体实施取决于应用和场景，并需要适应环境。网络层管理内部通信以及资源管理器与节点之间的通信。网络层还有助于协调图 4 所示各层之间的通信。通信链路必须稳健，并能适应不断变化的环境。要了解网络完成目标的可用能力及其极限，就必须考虑网络的所有资源。资源管理架构如何组织从输入到输出的功能层，将在下一节详细介绍。

资源管理架构接收来自 SAD 的目标、目的和反馈，为 EW 网络中的节点分配任务。这些是 EW 资源管理器的输出，包括发送和接收任务以及节点移动和计算请求的方向。发射和接收任务分别与传感、干扰和节点间通信相对应。所有这些任务分配都需要一个时间线概念，而这个时间线概念需要典型威胁技术中的精确度，其中一些技术要求实时分段精确到微秒或纳秒级。在任务之间支持非常严格的实时时间轴，增加了任务管理的复杂性。为了平衡网络的优先级并完成任务目标，资源管理人员必须履行威胁和资源分析、参与和算术任务创建以及关联决策协调等职能。算术任务创建将根据执行成本在多个任务和节点之间分配数学运算。这些功能是正在进行的研究课题，不在本文讨论范围之内。

图 4. 资源管理器架构及其各层概览。资源管理器的运行被分解为图中所示的抽象层。