復(fù)雜電磁環(huán)境對水面艦艇電子信息裝備的影響及對策研究

王 宇 楊 光

(91404部隊 秦皇島 066000)

復(fù)雜電磁環(huán)境對水面艦艇電子信息裝備的影響及對策研究

王 宇 楊 光

(91404部隊 秦皇島 066000)

未來作戰(zhàn)中,水面艦艇電子信息裝備將不可避免地面臨復(fù)雜電磁環(huán)境,并且隨著新裝備的不斷更新和發(fā)展,這種環(huán)境將越來越復(fù)雜。在分析水面艦艇作戰(zhàn)面臨復(fù)雜電磁環(huán)境的特點及對水面艦艇電子信息裝備作戰(zhàn)能力影響的基礎(chǔ)上,提出了適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境水面艦艇電子信息裝備的建設(shè)思路。

復(fù)雜電磁環(huán)境; 電子信息裝備; 水面艦艇

Class Number TP391.9

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的形態(tài)已經(jīng)由機械化向信息化方向轉(zhuǎn)化,在未來作戰(zhàn)中將投入大量的電子信息裝備,使戰(zhàn)場上電磁信號變得高度密集,電磁輻射信號種類繁多,導(dǎo)致電磁環(huán)境變得異常復(fù)雜,影響艦艇電子信息裝備的作戰(zhàn)效能[1]。在新研和裝備改進時,必須充分考慮到復(fù)雜電磁環(huán)境下對其作戰(zhàn)效能的影響因素,通過技術(shù)手段,盡可能地消除復(fù)雜電磁對其作戰(zhàn)效能的影響,才能發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能,提高水面艦艇的生存能力。

2 水面艦艇作戰(zhàn)面臨復(fù)雜電磁環(huán)境的特點

2.1 電磁信號密度高、頻域?qū)?/p>

在未來信息化海戰(zhàn)場上,交戰(zhàn)雙方將投入大量電子信息裝備,在有限可用的電磁頻段中,將產(chǎn)生大量電磁輻射,使信息流量劇增、電磁信號密度加大,使得海戰(zhàn)場環(huán)境中信號頻譜密集。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,預(yù)警探測使用的頻段正逐步向電磁頻譜的高端和低端擴展;信息傳輸?shù)念l段則覆蓋極長波到微波乃至光波波段,大量電子信息裝備輻射的電磁信號幾乎容納了全部電磁頻譜,使海戰(zhàn)場電磁環(huán)境頻域變寬。

2.2 電磁信號復(fù)雜

海上輻射源為了在頻域、時域和空域上反偵察反干擾,幾乎毫無例外地采用了各種復(fù)雜的信號調(diào)制樣式,其中包括頻率捷變、頻率分集、重頻參差、重頻抖動、重頻編碼、脈沖壓縮、脈內(nèi)調(diào)頻、調(diào)相以及相位編碼等[2],并且還采用邊掃描邊跟蹤、群脈沖發(fā)射、同時發(fā)射、猝發(fā)脈沖短暫發(fā)射、連續(xù)波等方式。除上述輻射電磁信號本身復(fù)雜外,不同種類、不同用途的電磁信號,在不同的海域傳播,由于各海域的自然環(huán)境不同,體現(xiàn)出不同的反射變化,從而使本身復(fù)雜的電磁信號更加復(fù)雜多變。

2.3 電磁信號在空域、時域、頻域、能量域上交迭, 動態(tài)多變

海戰(zhàn)場電磁信號交迭是指各個種類的電子信息裝備發(fā)射的各種類型、功率不等、頻率不同的電磁波在空域、時域、頻域、能量域上相互交迭的特點[3]。在空域上縱橫交錯,無處不在。海戰(zhàn)場上,交戰(zhàn)雙方的電磁輻射源來自空中、海上、地面、水中等,不同的作戰(zhàn)平臺,各個不同的輻射源信號,密布在交戰(zhàn)的海域,形成了復(fù)雜的電磁輻射態(tài)勢。在時域上持續(xù)不斷,密集交迭。海戰(zhàn)場上利用電磁實施的偵察與反偵察、干擾與反干擾持續(xù)進行,大量的電磁信號是在人為控制下產(chǎn)生的,使得交戰(zhàn)雙方的電磁輻射活動從未間歇,時而對抗突顯,時而相對平靜,由此導(dǎo)致海戰(zhàn)場電磁環(huán)境始終處于劇烈的動態(tài)變化中。在頻域上密集重疊。在實際應(yīng)用過程中,能夠使用的電磁頻譜只有有限范圍,軍用頻段更少,交戰(zhàn)中敵對雙方都只能使用有限的頻譜,這就使密集的電磁波擁擠在狹窄的頻段之中。在能量域上隨機多變,密度不均。在作戰(zhàn)的全過程,敵對雙方都會根據(jù)作戰(zhàn)目的和毀傷要求,頻繁調(diào)控變換著輻射能量的強弱及形式[4]。

2.4 己方電磁信號互擾嚴(yán)重

現(xiàn)代水面艦艇無一例外,均裝備了各種類型和體制的電子信息裝備,而且新型水面艦艇上的電子設(shè)備數(shù)量增長趨勢不可逆轉(zhuǎn)。其頻譜從長波到短波,從米波到毫米波,直至激光波段,幾乎涵蓋了電磁頻譜的所有可利用范圍。然而,這些電子信息系統(tǒng)在水面艦艇上可部署的空間十分有限,致使水面艦艇上的電磁頻譜空間和能量空間異常擁擠,并出現(xiàn)不同電子信息裝備的工作頻段重疊或相近的現(xiàn)象,在作戰(zhàn)中這些裝備同時使用,造成內(nèi)部嚴(yán)重的相互干擾。由于編隊協(xié)同作戰(zhàn)的需要,編隊內(nèi)各種艦載電子信息裝備往往要同時或有銜接地進行工作,由于頻譜寬度有限,數(shù)量眾多的電子信息裝備使用同一頻段,在作戰(zhàn)中會產(chǎn)生嚴(yán)重的互擾現(xiàn)象。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境對艦載電子信息裝備影響

3.1 復(fù)雜電磁環(huán)境對艦載雷達裝備作戰(zhàn)能力的影響

艦載雷達在作戰(zhàn)中主要承擔(dān)著預(yù)警探測、目標(biāo)跟蹤、瞄準(zhǔn)引導(dǎo)等任務(wù)。復(fù)雜電磁環(huán)境對其影響主要體現(xiàn)在己方互擾及敵方主動干擾兩個方面。

3.1.1 己方影響

在有限的艦艇空間范圍內(nèi),裝備著多種種類的雷達、電子對抗裝備,這些裝備在作戰(zhàn)中經(jīng)常同時使用,由于其工作頻段重疊,通過空間輻射等途經(jīng),會出現(xiàn)電磁互擾情況。在對空作戰(zhàn)時,電子對抗裝備和艦載目標(biāo)指示雷達需要同時工作,有源干擾裝備對敵方末制導(dǎo)雷達干擾的同時,會影響己方目標(biāo)指示雷達的工作,使其不能準(zhǔn)確引導(dǎo)艦空導(dǎo)彈工作;無源干擾裝備在釋放箔條彈對導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達實施干擾的同時,會影響己方低空跟蹤雷達的工作,使其不能發(fā)現(xiàn)低空目標(biāo)。

在編隊內(nèi)部,同型級艦艇裝備著同型號的雷達設(shè)備,其工作頻率同屬一個頻段,工作時機與作用相同,所產(chǎn)生的相互干擾在頻譜分布上也基本重合。在進行對空和對海作戰(zhàn)時,各艦為了給自身的艦空導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈或者艦炮指示目標(biāo),必須開啟相應(yīng)的搜索雷達和火控制導(dǎo)雷達,編隊內(nèi)同型雷達之間的同頻干擾將覆蓋整個工作頻段,從而很難發(fā)現(xiàn)目標(biāo)[5]。

3.1.2 敵方影響

雷達干擾是海戰(zhàn)場電磁斗爭的主要內(nèi)容,也是交戰(zhàn)雙方削弱對方獲取情真實目標(biāo)信息的主要手段。有源的壓制性干擾、欺騙性干擾和無源干擾是影響雷達獲取真實目標(biāo)信息的主要方法。在作戰(zhàn)中已方往往采用機載有源干擾裝備對另一方艦載雷達實施干擾。

在對空作戰(zhàn)中,一方對空搜索雷達工作,敵方機載雷達將對其實施壓制性干擾,受干擾的雷達同時接收目標(biāo)回波信號和干擾信號,當(dāng)干擾強度達到一定等級時,目標(biāo)回波信號完全被干擾信號遮蓋住,使其完全不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo);雖然雷達干擾不能完全使對方喪失偵查能力,但對雷達的發(fā)現(xiàn)概率和發(fā)現(xiàn)距離同樣起到了一定的影響,降低了其作戰(zhàn)能力[6]。

3.2 復(fù)雜電磁環(huán)境對艦載電子對抗裝備作戰(zhàn)能力的影響

艦載電子對抗裝備在作戰(zhàn)中主要承擔(dān)偵察和干擾的任務(wù)。復(fù)雜電磁環(huán)境對其影響主要體現(xiàn)在偵察和干擾兩個方面。

3.2.1 對艦載電子偵察裝備的影響

艦載電子偵察裝備的主要任務(wù)就是搜索、截獲、分選、分析和識別對方雷達輻射源信號,其具有偵察作用距離遠、隱蔽性強等優(yōu)點,是信息化戰(zhàn)爭中目標(biāo)情報偵察的重要手段。但在復(fù)雜電磁環(huán)境下,其能力將嚴(yán)重下降。

海戰(zhàn)場電子信號密集、復(fù)雜程度是影響電子偵察能力的主要方面。具體表現(xiàn)為:在同一時刻和同一方向上,存在著連續(xù)波、高重頻、頻率捷變、脈寬變化、極化捷變、單脈沖、主被動復(fù)合等雷達信號以及干擾機發(fā)射的各種噪聲和欺騙干擾信號,同時由于平臺周圍有多艘艦船、高海情、懸浮或漂浮箔條等引起這些信號的反射,使信號復(fù)雜度進一步加劇。電子偵察接收機的瞬時工作頻帶范圍內(nèi),同時接收到數(shù)量眾多、體制不同的復(fù)雜信號[7]。時間上的擁擠,超出了電子偵察接收機分選能力和信號處理能力之時,就必然導(dǎo)致對真正有價值信號的漏偵、漏判;信號的多次反射,容易引起錯誤的參數(shù)測量,造成信號增批。為了降低信號密度的不利影響,往往需要通過降低接收機靈敏度來減少同時進入接收機的信號數(shù)量,但這樣一來,則必然增大了信號漏偵概率,降低了偵察的及時性和真實性。同時艦載偵察設(shè)備主要考慮反應(yīng)時間,所以普遍采用的是基于識別數(shù)據(jù)庫的模式識別技術(shù),基本上沒有把雷達的指紋特征作為識別要素,所以只能做到雷達型號的識別,很難做到個體識別。

3.2.2 對艦載電子干擾裝備的影響

艦載電子干擾裝備的主要任務(wù)就是干擾敵方搜索警戒雷達,導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)。在復(fù)雜電磁環(huán)境下,其能力將產(chǎn)生不同程度的下降。

海戰(zhàn)場電子裝備技術(shù)、體制復(fù)雜度是影響電子干擾能力的主要方面。為了增加抗干擾能力,雷達采用了多種新體制和抗干擾技術(shù)(相控陣、單脈沖、頻率捷變、頻率分集、主被動復(fù)合、紅外雷達復(fù)合、邊掃描便跟蹤、跟蹤雜波、智能識別),降低了干擾裝備的作戰(zhàn)效能。例如紅外雷達復(fù)合制導(dǎo)體制使無源干擾實施后,艦艇機動方向很難把握,影響了干擾效果;跟蹤雜波技術(shù)使有源干擾實施后,盡管可對其距離跟蹤系統(tǒng)實施有效干擾,導(dǎo)彈依然能跟蹤其雜波,在方向上依然跟蹤艦艇[8];使有源干擾效果極大降低;頻率捷變和頻率分集技術(shù)使瞄準(zhǔn)式干擾基本無效;智能識別技術(shù)可有效甄別箔條云和艦艇,使箔條干擾無效。

海戰(zhàn)場多威脅輻射源也在不同程度上影響干擾裝備的作戰(zhàn)能力。一方面體現(xiàn)在艦載有源無源干擾裝備同時對付多威脅目標(biāo)數(shù)量有限,達不到同時干擾多威脅目標(biāo)的能力;另一方面使有源干擾功率分散,干擾效果下降,使無源干擾實施后艦艇機動方向很難把握,影響了干擾效果。

4 艦載電子信息裝備建設(shè)思路

4.1 艦載雷達裝備建設(shè)思路

采用抗同頻干擾技術(shù)(變重復(fù)周期、變頻)對已有艦艇雷達進行改造,解決編隊內(nèi)部同型雷達間同頻干擾問題。加大不同雷達抗不同干擾技術(shù)(提高雷達捷變的帶寬和速度、偽隨機、自適應(yīng)捷變等)的研究,提出不同類型雷達抗不同類型干擾的具體技術(shù)措施,并把研究成果及時用于裝備改造和新研裝備中,提高艦載雷達的抗干擾能力。

大力開展雷達組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究。建立海上編隊內(nèi)部,岸基雷達之間、海上編隊與岸基雷達和機載雷達之間情報融合和資源共享網(wǎng)絡(luò)[9];對海上編隊內(nèi)雷達頻段、體制進行合理配置,對編隊內(nèi)雷達的工作時序進行管理,提高整個編隊雷達抗干擾能力。

艦載雷達裝備定型試驗應(yīng)在復(fù)雜電磁環(huán)境中進行,用干擾裝備及干擾模擬器構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境,檢驗其復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)力;同時裝備的定型試驗應(yīng)在不同海區(qū)和氣象條件下進行,檢驗其自然環(huán)境的適應(yīng)力。

4.2 艦載電子對抗裝備建設(shè)思路

加大艦載雷達偵察機信號處理技術(shù)的研究,提高信號處理能力,進而可提高其適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境的能力。采用數(shù)字信道化接收機,可解決瞬時測頻接收機對同時到達信號處理能力弱的問題;采用聚類的信號分選方法,并且增大內(nèi)存,利用絕對到達時間消除方位錯誤,建立合理的分選準(zhǔn)則,提高信號分選的速度和準(zhǔn)確率;采用指紋特征提取技術(shù),提高偵察機輻射源識別能力,雷達脈內(nèi)細微特征是雷達信號細微特征最集中、最重要的表現(xiàn)。

艦載平臺面臨的最大威脅依然是反艦導(dǎo)彈,目前的導(dǎo)引頭通常采用單脈沖技術(shù),加大艦載有源干擾技術(shù)的研究(交叉極化、間斷、邊頻、鏡頻),提高其干擾單脈沖體制雷達的能力。加強有源干擾對策研究,找出對付不同體制雷達有效的干擾樣式,提高干擾效果的針對性。發(fā)展舷外有源誘餌,建立平臺內(nèi)外協(xié)同自衛(wèi)體制[10],提升有源干擾機與誘餌假目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)協(xié)同使用能力。加大編隊內(nèi)有源協(xié)同干擾技術(shù)研究,合理分配干擾資源,提高整個編隊的干擾能力。

無源干擾是目前對付反艦導(dǎo)彈最有效的手段,針對采用復(fù)合制導(dǎo)方式的多威脅目標(biāo),應(yīng)研制出適合干擾多方向、不同制導(dǎo)方式的無源干擾手段和與其配套使用的作戰(zhàn)應(yīng)用軟件;增加無源干擾手段,加快角反射器等無源干擾裝備的研制;利用艦艇多余的空間增加無源干擾發(fā)射裝置的數(shù)量,提高單艦反導(dǎo)效果。

5 結(jié)語

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展,在未來戰(zhàn)爭中,交戰(zhàn)雙方將投入越來越多的信息化武器,使海戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復(fù)雜度加據(jù),對艦載電子信息裝備作戰(zhàn)效能產(chǎn)生更大的影響,因此,必須不斷研究出現(xiàn)的新情況、新問題,要求艦載電子信息裝備在研制和改進時,充分考慮到復(fù)雜電磁環(huán)境對其作戰(zhàn)效能的影響因素,通過技術(shù)手段,盡可能地消除這種影響,才能使艦載電子信息裝備適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境,正常發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。

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Influence of Complex Electromagnetic Environment on the Surface Ship Electronic Information Equipment Countermeasure

WANG Yu YANG Guang

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao 066000)

In future combat, surface ship electronic information equipment will inevitably face a complex electromagnetic environment, and with the constantly update and development of new equipment, the environment will become more and more complex. On the analysis of characteristics of complicated electromagnetic enviroment faced by surface ship combat and influences on combat capabilities of surface ship electronic information equipment, suggestions for surface ship electronic information equipment to adapt to complicated electromagnetic environment are proposed.

complex electromagnetic environment, electronic information equipment, surface ship

2016年8月11日,

2016年9月30日

王宇,男,助理工程師,研究方向:電子信息。楊光,男,工程師,研究方向:作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗。

TP391.9

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.003