什么是多功能传感器 多功能传感器的功能介绍

随着大国竞争，对美国及其合作伙伴的威胁已经发展到一个极其复杂的阶段，美国将在多个领域面临近乎同等的挑战：远程导弹、反介入和区域拒止、远程目标、指挥和控制（C2）、电子战（EW）和网络，仅举几例。

诺斯罗普·格鲁曼任务系统公司机载多功能传感器部门副总裁兼总经理 Roshan Roeder 表示：“在战场上保持领先需要对我们的平台和系统的开发、建造和采购方式进行创新。” “我们正在实现在硬件构建之前验证设计的数字能力，而不是我们过去使用的漫长的设计-构建-原型-测试周期，并且我们正在实施基于宽带多功能构建块的产品线以加速我们的向作战人员的整体交付。”

“快速、集体地观察、定向、决策和行动（OODA）以应对高级威胁、光谱敏捷性和多功能传感器的使用是未来的方式和必要性。在整个电磁频谱中使用综合能力会降低对手拒绝作战的能力，并提高态势感知的可靠性和及时性。这种多功能能力使我们的系统能够利用自适应方法和人工智能以前所未有的方式应对不断变化的作战环境。”

多功能传感器在电子战、目标定位和 C2 中的作用

什么是多功能传感器，它如何适应上述未来的战场和威胁环境？

多功能传感器是一个集成系统，它将射频 （RF） 频谱中的多种功能（包括通信、雷达、电子战以及情报、监视和侦察 （ISR））整合到一个传感器中。

这与多光谱传感器不同，在多光谱传感器中，两个或多个物理上不同的系统，每个系统都在其特定的光谱部分进行感应，产生的数据融合在一起以创建更准确的目标图像。将多功能传感器想象为具有语音、文本、摄像头和导航等多种功能的智能手机；多功能传感器包含多种功能以满足不同的用户，数据产品必须具有高可靠性和安全性。

“根据要求，我们可以为更大的平台和不同的多功能传感器提供更高功率的多功能传感器，这些传感器的尺寸、重量和功率要求更小，更适合更小的自主能力，”Roeder 解释说。“为了更加灵活和创新，我们在一组全是传感器的构建块上构建了我们的多功能传感器，从而减少了单个传感器所需的孔径数量和功率。”

“此外，通过使用开放系统架构和软件定义的网络，我们能够轻松地使传感器适应特定的多任务需求，并以与服务相关的速度创建可操作的数据。”

多功能传感器特别适合支持未来的联合全域指挥与控制 （JADC2） 和多域作战 （MDO），以连接所有五个作战域。这是因为在多个频率上运行的多个传感器为指挥官提供了一组更高可信度的可操作数据，这些数据可以改善目标和精确火力的 OODA 循环。这是国防部制定其基于获得和保持决策优势能力的联合作战概念所必需的。

“多功能传感器的美妙之处在于它是一个单一系统，可以进行雷达传感、电子战和通信——所有这些都是决策优势所需的能力，”Roeder 说，并补充说这些传感器可以具有被动和主动两种功能一个系统中的能力。与手机上的不同应用程序类似，多功能传感器通过为响应者提供一组集中的信息以更好地了解态势，从而提供支持各种任务的信息。

更进一步，可以有两个、三个或更多个多功能传感器，这些传感器具有这些类型的能力，分布在整个威胁环境中。这将为多域环境中的指挥和控制提供 Roeder 所说的“前所未有的态势感知”。

多功能传感器提供多种功能，可以无缝适应任务需求。图片由诺斯罗普·格鲁曼公司提供。

一种新型多功能传感器，可应对复杂的新兴威胁

2021 年年中，诺斯罗普·格鲁曼公司向空军研究实验室 （AFRL） 和国防高级研究计划局 （DARPA） 交付了有史以来最先进的多功能传感器之一进行测试。它被称为商业时间尺度上的阵列集成和验证 （ACT-IV） 系统，它基于先进的多功能数字有源电子扫描阵列 （AESA）。

该公司称 ACT-IV 系统是 AESA 性能的突破，标志着美国向数字可重编程多功能射频 （RF） 系统过渡的一个重要里程碑。ACT-IV 是首批基于数字 AESA 的多功能系统之一，该系统使用 DARPA Arrays at Commercial Timescales 计划开发的半导体器件。

“ACT 的细节令人兴奋，但好处才是最重要的，”Roshan 说。“ACT 技术支持灵活的多功能系统，我们使用基于 ACT 的通用构建块，支持向作战人员快速部署新能力。”

这些新孔径基于常见的构建模块，一侧是射频能量，另一侧是光纤上的数字数据。数字构建模块允许孔径瞬间从 AESA 雷达转换为无源 ESM 接收器、数据链和“SIGINT”机器。

多个软件定义的孔径阵列可以大规模提供所有这些功能，或者同时在构建块或构建块组级别提供所有这些功能。这对作战人员、装备人员和采购方的平台尺寸、重量和功率 （SWAP） 减少、物流简化以及总体拥有成本产生了巨大影响。诺斯罗普·格鲁曼公司正在使用这些构建模块来开发整个射频频谱的产品线，以支持陆地、海洋和空中的各种平台。

在开放式架构中使用数字工程设计多功能传感器

多功能传感器的一个关键概念是，它们是针对开放式架构环境进行数字化设计的，这有助于多功能传感器开发的构建块性质。这使得在不同传感器之间共享数据变得更加容易，并且由于其开放系统，随着新产品甚至另一家公司的产品随着时间的推移而增强传感器的能力。

“开放式架构是我们进行开发工作的前提，”Roeder 说。“我们的架构让我们能够采用一些我们最好的产品，并通过第三方处理、功能模式/波形和网络功能来增强它们，以消除对供应商锁定的任何担忧。这使我们能够创建一个传感器，可能超出现在的要求，利用第三方功能在该多功能传感器上启用不同的功能。”

支持这些词的是“能力开发工具包”或 CDK，它已经与第三方培训课程一起到位。

构建块结构和开放式架构打破了供应商锁定，是建立规模经济和降低产品设计、开发和生产成本的经济有效的方法。Roeder 表示，在这方面，诺斯罗普·格鲁曼公司还投入了资源来了解推动供应基础成本的因素，并将其数字化转型的重点放在帮助第三方综合多功能传感器的工程生命周期方面。

公司在这方面努力的关键是数字工程。“我们对任务环境和威胁的深刻理解使我们能够利用这种经验，准确地建模和分析电磁频谱中众多复杂的场景，”罗德说。“我们的客户正在分享越来越多的关于他们需求的信息，因此我们能够每晚运行多达 100，000 次测试，以根据真实信息和真实数据验证我们系统中的变化。它帮助我们启用任务套件，优化作战人员的性能，并了解满足客户时间表和成本要求所需的技术性能。”

我和我的（数字）影子

为了协助任务系统的多种配置的快速迭代和评估工作，例如战斗机的多功能传感器和雷达系统，诺斯罗普·格鲁曼公司开发了它所谓的“数字阴影”测试平台，也称为数字双胞胎。这是其飞行实验飞机试验台机身和子系统的数字复制品。

“数字双胞胎将用作多光谱集成平台，使我们能够模拟飞机当前和未来的能力，并选择虚拟测试性能，以便我们将预测的传感器性能与实际性能相关联，”Roeder 解释说。“这进一步提高了这些数字表示的保真度和可信度。使用我们的 Digital Shadow 测试平台对我们来说是一次迭代转换。”

数字测试平台是一个虚拟任务系统集成实验室，能够将数字传感器表示与其物理设计相关联，进一步验证系统和性能模型，并利用诺斯罗普·格鲁曼公司的大型收集数据存储库。

通过创建飞机和机载任务系统套件的数字版本，该公司可以虚拟配置、集成和飞行场景和传感器组合，从而超出物理测试台的限制，从而增加实验的广度和规模——减少时间线和飞行测试成本，并最终扩展作战人员的任务能力，以领先于不断变化的威胁。

“数字环境让我们能够探索由多功能系统创建的巨大测试和性能空间，该系统在许多频率和许多不同平台上针对多种威胁执行多种功能，”Roeder 说。“一个数字系统可以在更短的时间内完成比人类在飞行中可能完成的更多的测试。因此，这些数字双胞胎是我们未来作战部队多功能、多领域基础设施的必要组成部分。”

就像手机已经发展到满足客户期望一样，多域操作也需要传感器的发展，以保持频谱优势。多功能传感器可以适应任务需求和场景，并以无缝集成的方式动态支持 ISR、目标定位、通信、电子战和 C2 要求。这对于在 MDO 复杂且日益敏捷的威胁环境中战胜新出现的威胁是必要的。
审核编辑：黄飞