艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)構(gòu)架和技術(shù)發(fā)展研究

趙培聰

(海軍駐南京地區(qū)電子設(shè)備軍事代表室, 南京 210039)

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·總體工程·

艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)構(gòu)架和技術(shù)發(fā)展研究

趙培聰

(海軍駐南京地區(qū)電子設(shè)備軍事代表室, 南京 210039)

艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)是艦艇的重要組成部分，對對空/對海方面作戰(zhàn)具有重要的戰(zhàn)略影響。文中首先對美國海軍的艦載電子裝備進行了介紹；然后，分析了我軍艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)對象、作戰(zhàn)使命，對我軍艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)構(gòu)架進行了探討，對未來技術(shù)發(fā)展進行了展望。

一體化；電子戰(zhàn)系統(tǒng)；系統(tǒng)構(gòu)架

0 引 言

傳統(tǒng)的艦船電子設(shè)備通常針對單一的作戰(zhàn)任務(wù)而設(shè)計，即艦船上層建筑中的各部天線僅能完成獨立的射頻功能。為適應(yīng)不斷復(fù)雜的現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境，艦船不斷地增加各種探測、電子戰(zhàn)和通信設(shè)備，導(dǎo)致上層建筑中的射頻天線的種類和數(shù)量不斷增加[1]。在提升艦船水面作戰(zhàn)能力的同時，過多的射頻天線也帶來了一些問題，如：電磁干擾、電磁兼容和艦船隱身，影響著艦艇作戰(zhàn)效能和生存能力，并對艦船桅桿的空間、質(zhì)量、電源等設(shè)計提出了極高的要求，全壽命維護成本也很高[2]。在軍事需求的推動下，已朝著艦載雷/電一體化系統(tǒng)方向發(fā)展，并要求不斷地提升雷/電一體化系統(tǒng)整體的作戰(zhàn)效能[3]。此外，寬帶數(shù)字技術(shù)、模塊化開放式構(gòu)架、光纖技術(shù)、功能軟件化、多功能可擴展射頻模塊、相控陣技術(shù)的發(fā)展，也推動艦載電子設(shè)備向一體化、高集成、可擴展、可重構(gòu)等更深層次發(fā)展。

1 美軍海軍雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)介紹

在探索海軍水面艦艇電子設(shè)備一體化道路上，美國設(shè)立了多個項目。1990年至1994年，美國海軍開展了“先進共用孔徑(ASAP)”項目。1996年，美國海軍研究局啟動了“先進多功能射頻系統(tǒng)(MARFS)”計劃，后來演變?yōu)椤跋冗M多功能射頻概念(AMRFC)”，并于2004年完成AMRFC平臺的測試。此外，還包括 “先進封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng)(AEM/S)”“多功能電磁輻射系統(tǒng)(MERS)”“多功能電子戰(zhàn)(MFEW)”計劃等，以及“集成式上部結(jié)構(gòu)(InTop)”計劃。

2010年上半年，美國海軍研究局(ONR)在InTop計劃支持下，向多家美國企業(yè)授予合同，要求開發(fā)用于未來海上平臺的雷達、電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、視距通信等射頻功能的集成與管理技術(shù)。InTop計劃采用一部集成式、多功能、多波束的上部結(jié)構(gòu)天線孔徑，具備模塊化的開放式射頻體系架構(gòu)和軟件定義的功能性，在減少當(dāng)前艦船上部結(jié)構(gòu)中天線孔徑數(shù)量的同時，InTop還將對系統(tǒng)框架內(nèi)的射頻功能進行同步和優(yōu)化設(shè)計，幫助解決艦上大量天線造成的電磁干擾/電磁兼容問題。

借助美國海軍研究局過去的AMRFC計劃和MFEW計劃的研發(fā)經(jīng)驗積累，進入21世紀后，美國海軍啟動了艦載電子系統(tǒng)的改進升級，提高電子作戰(zhàn)系統(tǒng)的成本效率，降低老化率。典型的升級改進項目有水面電子戰(zhàn)改進項目(SEWIP)，對裝備與航母、巡洋艦、驅(qū)逐艦、兩棲攻擊艦等平臺的近200套SLQ-32(V)電子戰(zhàn)系統(tǒng)進行升級改進。其發(fā)展路線圖如1所示。

圖1 SEWIP發(fā)展路線圖

2 艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)對象和使命

2.1 作戰(zhàn)對象分類

根據(jù)我國海軍艦船信息作戰(zhàn)的任務(wù)要求，現(xiàn)代海戰(zhàn)示意圖如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代海戰(zhàn)示意圖

主動探測對象有：預(yù)警機、殲擊機、武裝直升機、反艦導(dǎo)彈等空中目標；視距內(nèi)各類大中型艦船、海面小目標等海面目標。

超視距被動探測對象為各波段的艦載警戒雷達。

通信偵察作戰(zhàn)對象有： VHF/UHF波段內(nèi)敵語音數(shù)據(jù)通信、指揮控制通信、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈輻射源信號；L波段的JTIDS、武器數(shù)據(jù)鏈、敵我識別和塔康等輻射源信號。

雷達偵察作戰(zhàn)對象有：偵察接收全頻段內(nèi)的雷達輻射源信號，特別是各類反艦導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭和機載雷達信號。

激光告警對象有：激光主動/半主動制導(dǎo)武器、激光測距機等。

有源/無源干擾對象有：VHF/UHF波段內(nèi)敵語音數(shù)據(jù)通信、指揮控制通信、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信號；反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、機載火控雷達、機載多功能雷達、機載SAR雷達；毫米波反艦導(dǎo)彈、雷達制導(dǎo)導(dǎo)彈、光電制導(dǎo)導(dǎo)彈、復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)彈等。

2.2 作戰(zhàn)對象的主要性能

1)美軍主要艦載雷達及機載雷達的主要工作頻段為P、L、S 、C 、X 、Ku、Ka，雷達工作體制為相控陣、單脈沖、全相參、照射、線掃收發(fā)、連續(xù)波、圓錐掃描等；

2)美軍主要通信裝備的主要頻率范圍為HF、VHF、UHF等；

3)日軍主要艦載雷達及機載雷達的主要頻率范圍為VHF、UHF 、P、L、S 、C 、X 、Ku，雷達工作體制為相控陣、單脈沖、全相參、照射、線掃收發(fā)、連續(xù)波、圓錐掃描等；

4)日軍主要通信裝備的主要工作頻段為VHF、UHF、P、L；

5)其他主要艦載雷達及機載雷達的主要工作頻段為P、L、S 、C 、X 、Ku，雷達工作體制為相控陣、單脈沖、全相參、照射、線掃收發(fā)、連續(xù)波、圓錐掃描等；

6)其他主要通信裝備的主要工作頻段為VHF、UHF、P、L。

2.3 艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命

艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)作戰(zhàn)要求主要為支援作戰(zhàn)和自衛(wèi)作戰(zhàn)，其使命任務(wù)需包括遠程警戒/搜索、中遠程跟蹤、中近程搜索跟蹤、低空和海面目標搜索、武器制導(dǎo)、目標指示、敵我識別、通信/雷達/激光偵察、雷達/通信有源無源干擾等，可歸納為偵察預(yù)警、跟蹤識別、電子情報、電子干擾和目標指示五大任務(wù)。

3 艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)構(gòu)架

3.1 作戰(zhàn)流程

對空、對海、對陸方面作戰(zhàn)是水面艦艇作戰(zhàn)的主要樣式。對空方面作戰(zhàn)主要是防御敵空中飛機、反艦導(dǎo)彈對我造成的威脅，是一種被動性、防御性的作戰(zhàn)行動，是水面艦艇方面作戰(zhàn)中最為復(fù)雜、最為重要的方面作戰(zhàn)。對海(陸)方面作戰(zhàn)主要是打擊海上和陸上目標，與對空方面作戰(zhàn)相比，除了作戰(zhàn)目標有所不同之外，作戰(zhàn)行動、系統(tǒng)使用更為積極、主動。

1)超視距：利用各波段被動超視距雷達設(shè)備進行協(xié)同探測，探測海上超視距目標，提供預(yù)警信息。

2)遠區(qū)：利用雷達偵察設(shè)備和通信對抗設(shè)備對周圍的海面環(huán)境進行實時監(jiān)視。

3)中遠程區(qū)：利用雷達偵察設(shè)備、通信對抗設(shè)備對空ESM偵察，形成綜合的輻射源信息，對于敏感頻率、敏感空域，可以引導(dǎo)HGESM、HSESM，更精確地截獲信號；利用雷達進行對空搜索，發(fā)現(xiàn)目標后，對目標進行跟蹤。

4)中近程區(qū)：利用各波段雷達對視距內(nèi)海上目標進行搜索，發(fā)現(xiàn)目標后實施跟蹤；把探測到的目標發(fā)送給指控系統(tǒng)，為艦炮實施攻擊視距以內(nèi)的海上目標提供信息保障。

5)當(dāng)敵方常規(guī)空中目標進入距我艦攻擊范圍內(nèi)時，利用雷達對目標進行跟蹤，將目標信息傳送至指控系統(tǒng)；對于敵方隱身目標，可利用多種手段協(xié)同探測，提高探測距離，為攔截打擊贏取更多的時間。

6)在中程對空交戰(zhàn)過程中，雷達偵察設(shè)備嚴密監(jiān)視敵機載火控雷達，發(fā)現(xiàn)敵機載火控雷達開機，經(jīng)威脅評估和干擾決策后，需要利用有源干擾設(shè)備對敵方機載火控雷達實施干擾，必要時利用舷外干擾設(shè)備啟動舷外有源干擾或遠程箔條干擾，迷惑敵機載火控雷達對艦船的探測，破壞敵方雷達捕獲目標過程，使敵機載火控雷達不能穩(wěn)定跟蹤目標，無法給反艦導(dǎo)彈提供目指。另外，針對敵方編隊，可利用通信對抗手段干擾敵方的語音數(shù)據(jù)通信、指揮控制通信、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信號，達到信息進攻軟殺傷的目的。

首先，用無菌水將斜面上成熟的孢子洗下，轉(zhuǎn)入裝有玻璃珠的無菌50 ml三角瓶中，在搖床上振蕩10～20 min，使孢子充分分散，得到孢子懸液。其次，將1 ml孢子懸液轉(zhuǎn)入滅菌的裝有種子培養(yǎng)基的300 ml三角瓶中，培養(yǎng)22 h。最后，將培養(yǎng)好的種子培養(yǎng)液以體積分數(shù)12%的接種量轉(zhuǎn)入滅菌的裝有添加不同濃度梯度的微量元素與發(fā)酵增效劑的發(fā)酵培養(yǎng)基的300 ml三角瓶中，用正常培養(yǎng)基作為對照，培養(yǎng)166 h。

7)在近程對空交戰(zhàn)區(qū)域：在實現(xiàn)對導(dǎo)彈、超高射速艦炮信息保障的同時，激光告警設(shè)備監(jiān)視來襲激光信號、通信對抗設(shè)備監(jiān)聽武器數(shù)據(jù)鏈信號。一旦發(fā)現(xiàn)高威脅目標，可同時啟動有源無源干擾手段，實現(xiàn)軟硬武器同時使用，使敵不能捕獲和鎖定本艦?zāi)繕恕?/p>

3.2 系統(tǒng)構(gòu)架

3.2.1 需求

隨著寬帶數(shù)字技術(shù)、模塊化開放式構(gòu)架、光纖技術(shù)、功能軟件化、多功能可擴展射頻模塊、相控陣技術(shù)、天線陣列技術(shù)的發(fā)展，推動艦載雷達/電子戰(zhàn)系統(tǒng)向一體化、高集成、可擴展、可重構(gòu)等更深層次發(fā)展。借鑒美軍多功能射頻系統(tǒng)以及InTop的思路，雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)需在構(gòu)架上具有重構(gòu)能力，在資源上具有共享和再分配能力，在功能上具有可調(diào)度和再編程能力。信息應(yīng)開放共享，系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)融合能力：實現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同搜索、協(xié)同跟蹤、協(xié)同偵察；具有開放式、可重構(gòu)的綜合信息處理能力；各功能系統(tǒng)按需提取測量信息，構(gòu)建對空、對海、對陸方面作戰(zhàn)系統(tǒng)。將相應(yīng)的雷達/電子戰(zhàn)手段集中使用，構(gòu)成方面上的打擊防御一體化，實現(xiàn)方面作戰(zhàn)，提升復(fù)雜電磁環(huán)境下的實際作戰(zhàn)能力。

3.2.2 一體化構(gòu)架特點

1)從頂層采用一體化技術(shù)體制：廣泛采用多功能射頻陣面，全面采用有源相控陣技術(shù)。打破傳統(tǒng)各設(shè)備的條塊分割界限，充分發(fā)揮多設(shè)備協(xié)同工作的優(yōu)勢，多傳感器信息統(tǒng)一處理，提高信息質(zhì)量，實現(xiàn)艦載傳感器信息綜合應(yīng)用，武器、指控系統(tǒng)信息扁平共享、適應(yīng)性提高。

2)采用開放式、標準體系架構(gòu)：各設(shè)備傳統(tǒng)后端設(shè)備被統(tǒng)一平臺代替，解決傳統(tǒng)設(shè)備后端自成體系，體制、規(guī)范、接口不統(tǒng)一，機柜數(shù)量多，信息交互困難的問題。

3)綜合信息處理和調(diào)度技術(shù)：充分利用各種傳感器信息資源，通過多設(shè)備協(xié)同和綜合處理，提升效能。

4)綜合顯示控制技術(shù)：顯控臺可根據(jù)需要靈活配置，面向任務(wù)重構(gòu)使用。

3.2.3 關(guān)鍵技術(shù)

1)綜合孔徑技術(shù)：綜合孔徑技術(shù)是一體化的關(guān)鍵，它將滿足多種功能的多個天線綜合到一個射頻孔徑中。要求綜合孔徑能以不同波束形狀工作，在不同任務(wù)下，能夠靈活的重構(gòu)和分配，滿足各種工作模式的需要。

2)綜合射頻技術(shù)：綜合射頻通道主要完成射頻信號的接收和發(fā)射，是實現(xiàn)孔徑綜合的核心。綜合射頻技術(shù)需要解決多種工作模式對瞬時帶寬、動態(tài)范圍的要求。

3)多傳感器協(xié)同探測技術(shù)：在復(fù)雜電磁環(huán)境下單個獨立設(shè)備易受電磁干擾和環(huán)境雜波的影響，作戰(zhàn)效能下降。大量虛情、漏情的出現(xiàn)使得指控?zé)o法形成及時、準確的態(tài)勢，影響指揮決策；一體化系統(tǒng)中需根據(jù)具體作戰(zhàn)任務(wù)，研究綜合調(diào)度控制的多種工作模式和流程，對時間、頻率、空域等各種資源通過統(tǒng)一綜合調(diào)度控制，制定協(xié)同策略，形成準確的有源、無源綜合一體化的態(tài)勢信息。

4 艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

國內(nèi)外的電子裝備基本上經(jīng)歷了從簡到繁、從易到難和從單平臺到多平臺的發(fā)展過程。艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)將朝著如下方向發(fā)展：

1)單平臺一體化：為提高單個作戰(zhàn)平臺的總體作戰(zhàn)效能，將單個平臺上的所有電子裝備(如雷達、通信、導(dǎo)航、敵我識別、電子對抗設(shè)備和武器系統(tǒng)等)進行一體化綜合設(shè)計，使之成為一個具有全頻段、多手段和自適應(yīng)的單平臺電子裝備系統(tǒng)，實現(xiàn)整個平臺的資源共享，達到最優(yōu)的系統(tǒng)效能。

2)多平臺編隊協(xié)同作戰(zhàn)：受限于單平臺的一些限制，如視距和空間等，單平臺的能力將受到一些限制，編隊協(xié)同作戰(zhàn)是突破單平臺限制提升作戰(zhàn)效能的最重要手段。

3)多維度多手段協(xié)同作戰(zhàn)：現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境復(fù)雜多變，多種平臺的雷達/電子戰(zhàn)系統(tǒng)和作戰(zhàn)手段需要有機地結(jié)合成一個陸海空天相結(jié)合、遠中近程和高中低空相結(jié)合、多種探測方法和對抗手段以及軟硬殺傷相結(jié)合，形成多維度多手段協(xié)同作戰(zhàn)。

5 結(jié)束語

本文對美海軍的艦載雷達/電子戰(zhàn)裝備進行了簡單介紹，然后，分析了我軍艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)對象、作戰(zhàn)使命，對艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)構(gòu)架和技術(shù)發(fā)展進行了探討。要充分發(fā)揮艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，還需要解決很多專項技術(shù)問題，如功能軟件化技術(shù)、信息融合等等。艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)的發(fā)展很大程度上依賴于新技術(shù)、新器件的能力，國外已經(jīng)率先在微波電子技術(shù)、關(guān)鍵基礎(chǔ)模塊等方面開展研發(fā)工作，必將極大提高一體化系統(tǒng)向更深層次推進。我國應(yīng)著力在一體化開放式構(gòu)架、寬帶數(shù)字陣列技術(shù)、微波光子應(yīng)用技術(shù)等加強研究開發(fā)，以不斷推進一體化往前推進，適應(yīng)未來發(fā)展需要。

[1] 黃海山. 綜合電子系統(tǒng)中的共用技術(shù)研究[J]. 廣西輕工業(yè), 2008(4)：53-54. HUANG Haishan. Research on shared technologies for integrative electronic warfare system[J]. Guangxi Journal of Light Industry, 2008(4)：53-54.

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趙培聰 男，1963年生，高級工程師。研究方向為雷達系統(tǒng)工程及技術(shù)管理。

Structure and Development of Shipborne Radar/Electronic Warfare System

ZHAO Peicong

(Naval Representative Office for Military Facilities in Nanjing Area, Nanjing 210039, China)

The most important part of a warship is the shipborne radar/electronic warfare system, which plays a critical strategical role in the air, naval and information warfare. Firstly, the shipborne electronic equipment of US navy is introduced in this paper. Secondly, the combat objects and mission of our shipborne radar/electronic warfare system is analyzed. It's promptly important to integrate the structure of shipborne radar and electronic warfare system. And the future tend of development of shipborne electronic system is discussed.

integrated structure; electronic warfare system; system structure

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.11.004

趙培聰 Email：zhaopcong@126.com

2016-08-18

2016-10-27

TN959.7；E869

A

1004-7859(2016)11-0015-03