李愛文

(91257部隊 舟山 316000)

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未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達技術發(fā)展研究

李愛文

(91257部隊 舟山 316000)

從未來海上信息戰(zhàn)對艦載雷達提出的要求出發(fā),闡述了適應未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達技術發(fā)展思路:艦載雷達組網(wǎng)、多傳感器信息融合、與艦載電子設備的一體化和集成化等。

艦載雷達; 雷達組網(wǎng); 多傳感器信息融合; 一體化和集成化; 信息戰(zhàn)

Class Number TP309

1 引言

近幾年來,國際上以美國為首的軍界正在討論信息戰(zhàn)這一熱門話題,似乎信息戰(zhàn)已成為集當代各種高技術戰(zhàn)爭為一體的代名詞。在伊拉克戰(zhàn)爭中,以美英聯(lián)軍幾乎沒受損失就取得了全面的勝利,在許多方面都取決于在信息斗爭領域的絕對優(yōu)勢。

信息戰(zhàn)[1]是未來高技術戰(zhàn)爭的一種主要作戰(zhàn)形式,它集中體現(xiàn)了高技術戰(zhàn)爭的本質與特點并引發(fā)了一次新的軍事革命。這次新的軍事革命將使各國軍隊的作戰(zhàn)思想、部隊的編成和戰(zhàn)爭的樣式產(chǎn)生廣泛而深刻的變化。在信息戰(zhàn)中,信息將成為最重要的戰(zhàn)斗力,爭奪信息的優(yōu)勢成為信息戰(zhàn)的核心。

未來海戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)模式將是海上信息戰(zhàn),因此艦載雷達技術必須沿著能適應未來海上信息戰(zhàn)的思路發(fā)展。

2 海上信息戰(zhàn)及其對艦載雷達提出的要求

2.1 海上信息戰(zhàn)的定義

信息戰(zhàn)從層次上可分為戰(zhàn)略信息戰(zhàn)和戰(zhàn)場信息戰(zhàn)。海上信息戰(zhàn)[2]屬于戰(zhàn)場信息戰(zhàn)的范疇,其核心是奪取海上編隊信息能力的優(yōu)勢。這種信息能力包括信息的獲取、傳輸、處理、使用和對抗能力。因此,海上信息戰(zhàn)似可以定義為:在海戰(zhàn)場上,依托全軍信息網(wǎng)絡,綜合運用艦艇編隊的C4ISR(通信、指揮、控制、計算機、情報、監(jiān)視和偵察)系統(tǒng),保護編隊的信息系統(tǒng)不被破壞,對敵水面艦艇編隊的信息系統(tǒng)實施電子攻擊、信息欺騙乃至物理上摧毀,達到奪取海上信息優(yōu)勢的目的。

2.2 海上信息戰(zhàn)對艦載雷達提出的要求

1) 一體化和集成化

艦載雷達/電子戰(zhàn)一體化:例如電子偵察雷達一體化,用于環(huán)境監(jiān)視、目標探測、目標識別、武器控制、抗干擾、抗反輻射導彈和抗反艦導彈;又如電子偵察/電子干擾雷達一體化,把這三個獨立的分系統(tǒng),通過總線和中央處理機結合為一個有機的整體就能更有效地發(fā)揮艦艇軟硬一體化防御系統(tǒng)的效果。

2) 對抗化和效能化

海上信息戰(zhàn)包括海上信息進攻和海上信息防御。海上信息進攻包括雷達對抗、通信對抗、水聲對抗、光電對抗、計算機病毒對抗和“硬”摧毀等。其中雷達對抗包括雷達偵察、雷達干擾、目標隱身、反輻射導彈、低空突防。海上信息防御包括雷達反對抗、通信反對抗、水聲反對抗、光電反對抗、計算機病毒反對抗和反摧毀等。其中雷達反對抗包括雷達反偵察、雷達抗干擾、雷達反隱身、抗反輻射導彈和抗低空突防,即要求艦載雷達有強的對抗能力。

另外,從信息戰(zhàn)的六大原則之一——致盲原則即首先干擾或摧毀敵人接收信息的傳感器(其中最主要和最重要的傳感器為雷達),使其變成聾子和瞎子(特別是使雷達迷盲)來看,也要求艦載雷達有強的對抗能力,從而保存并充分發(fā)揮艦載雷達的作戰(zhàn)效能,為完成作戰(zhàn)任務奠定堅實的基礎。

3) 遠程化和精確化

信息戰(zhàn)的四種主要表現(xiàn)形式之一是精確武器戰(zhàn),它使以往動用大規(guī)模部隊作戰(zhàn)的方式變得多余,取代它的將是小型部隊,用智能導彈或巡航導彈從遠程摧毀敵軍事裝備。由于艦載雷達的主要使命任務是確保艦載武器威力的充分發(fā)揮。因此,不論從進攻還是從防御的觀點來看,都要求艦載雷達能達到遠程和精確化。這就要求在航母編隊內(nèi)配置超視距雷達和預警機雷達并與星載雷達協(xié)同進行有效的遠程和超遠程探測,同時還應提高其探測精度以滿足精確武器實施高精度打擊的需求。

4) 敏捷化和實時化

信息戰(zhàn)的六大原則之一是敏捷原則,要使已方及友方的決策周期最短,運行得最快,使敵方始終處于被動挨打的地位。這就要求艦載雷達有高的數(shù)據(jù)更新率,反應速度要快,以滿足信息戰(zhàn)的實時化要求。

3 適應未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達技術發(fā)展趨勢

從海上信息戰(zhàn)對艦載雷達提出的要求來看,能適應未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達技術發(fā)展思路為:艦載雷達組網(wǎng)、艦載雷達與電子設備的一體化和集成化、雙/多基地雷達、自適應技術、數(shù)字波束形成技術等。

3.1 艦載雷達組網(wǎng)技術

雷達組網(wǎng)的效能不是網(wǎng)內(nèi)各部雷達效能的簡單疊加,而是有較大的飛躍,這是因為它能充分利用頻率分集、空間分集和能量分集等特點。若將各種功能的艦載雷達組網(wǎng),形成一個遠、中、近和高、中、低空相互補充的一體化探測網(wǎng),就能達到功能互補、資源共享,使威力空域擴展、預警時間提前、反應時間縮短、可靠性和置信度提高、抗硬/軟摧毀能力提高、抗干擾和反隱身及抗低空突防能力提高、新的信息增加、C4ISR系統(tǒng)的有效性增強,從而可大大提高艦載雷達系統(tǒng)的“四抗”能力,以適應未來海上信息戰(zhàn)的要求。

根據(jù)組網(wǎng)雷達的部署情況,雷達組網(wǎng)可分成同地和非同地兩大類。艦載雷達組網(wǎng)還可細分成單艦雷達組網(wǎng)、艦艇編隊雷達組網(wǎng)、艦艇編隊間雷達組網(wǎng)及艦載雷達與海岸雷達組網(wǎng)(除單艦雷達組網(wǎng)為同地雷達組網(wǎng)外,其余均為非同地雷達組網(wǎng));根據(jù)信息融合類型可分為集中式處理和分布式處理兩種;依據(jù)組網(wǎng)雷達類型的不同,可分為多基地雷達組網(wǎng)、單基地雷達組網(wǎng)和單基地與多基地雷達混合組網(wǎng)三種;按構成雷達網(wǎng)功能的不同,可分為情報雷達網(wǎng)和航空管制雷達網(wǎng)等。

艦載雷達組網(wǎng)[3～6]的關鍵問題和應研究的課題如下:研究組網(wǎng)理論、建立各類目標處于各種狀態(tài)和環(huán)境下的反射特性數(shù)據(jù)庫;研究自動化數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)及研究超級信號處理機以解決組網(wǎng)時的信號實時處理問題;又因各雷達的S/N不同,信號合成時必須解決時空同步問題,對同一目標反映在不同雷達上的不同S/N,需實時分別調整加權因子,這使信號處理更加復雜;精確標定站位和進行坐標變換;統(tǒng)一時間標準;研究自適應極化、頻率綜合控制和能量最佳分配技術;網(wǎng)內(nèi)各站雷達數(shù)據(jù)匯集算法和軟件開發(fā);戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的加密性能和可靠性;多種誤差的校準;利用雷達網(wǎng)內(nèi)的雷達能以不同方向觀察目標來提高對目標的識別能力;雷達網(wǎng)多頻率的電磁兼容等,這些均是需要解決的問題。

3.2 與其它艦載電子設備的一體化和集成化

艦載雷達與其它艦載電子設備的一體化和集成化[7],能適應未來海上信息戰(zhàn)條件下軟、硬一體化防御體系的需要,也是未來海上信息戰(zhàn)對艦載雷達提出的重要要求之一,因為這樣不僅可提高精度,而且可大大縮短系統(tǒng)的反應時間。

1) 艦載雷達電子戰(zhàn)一體化

把艦載雷達與電子戰(zhàn)有機地結合起來,實現(xiàn)一體化,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,彌補雙方的不足,成倍地提高整體作戰(zhàn)威力。雷達能主動地探測目標,準確地測定目標的空間位置,自動地跟蹤目標,但只要雷達開機就會受到強烈的電子干擾和反輻射導彈的攻擊,不過如能與電子戰(zhàn)一體化,達到緊密配合,就可在遠比雷達作用距離遠的距離上發(fā)現(xiàn)目標,同時隱蔽地監(jiān)視整個電磁環(huán)境,進行威脅告警,從而保證雷達在最佳的時機進行短時間的發(fā)射并能在雷達受干擾的情況下仍能對目標進行探測和跟蹤;電子偵察在目標識別能力上遠比雷達強;兩者一體化后可緩解雙方在能源上及空間占用上的矛盾,以及在簡化顯示控制設備、優(yōu)化作戰(zhàn)指揮等方面都存在明顯的優(yōu)勢。

美國休斯公司已推出集雷達/電子戰(zhàn)一體化功能的硬件,能在一部天線中實現(xiàn)電子戰(zhàn)和雷達功能的一體化。為覆蓋所需帶寬所采用的方法是將整個帶寬劃分成四個子陣,每個子帶有各自獨立的發(fā)射機和接收機。發(fā)射效率是隨瞬時帶寬的減小而增大,熱耗也隨之減小。陣列中(4*4)16個發(fā)射機/接收機模塊應有四個頻帶。美國西屋公司試驗了一種先進的多功能天線,它不僅能支持寬帶、高增益的ESM,而且能支持有源雷達模式。

2) 艦載雷達/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化

使艦載雷達/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化,就能突破火炮和導彈單獨控制、多種傳感器之間不能實時交換信息的傳統(tǒng)模式,不僅能與多傳感器信息融合那樣使各種傳感器性能互補,冗余信息獲得充分利用,而且還能使制導系統(tǒng)功能互補,使各種信息資源得到綜合利用,從而大大縮短防御系統(tǒng)的反應時間,提高艦載防空武器系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)效果。例如美國的SSDS(水面艦艇艦載自防御系統(tǒng))、英國的AAW(防空戰(zhàn))系統(tǒng)、法國的SAAM(艦對空反導系統(tǒng))/F、意大利的SAAM/I和荷蘭的Sewaco等,均為雷達/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化的系統(tǒng)。

SSDS MKI是由AN/SPS-49遠程警戒雷達、AN/SLQ-32ESM系統(tǒng)、RAM和“密集陣”構成的一體化系統(tǒng)。MK2又在MKI的基礎上引入MK23TAS目標捕獲系統(tǒng)和北約“海麻雀”水面導彈系統(tǒng),從而能更有效地對付高速、小雷達截面的反艦導彈。

3) 艦載雷達/指揮系統(tǒng)的一體化

艦載雷達與指控系統(tǒng)的一體化主要體現(xiàn)在信息處理的一體化和工作方式控制的一體化。

信息處理的一體化:雷達接收到回波后,將進行一系列的處理,在一體化的雷達與指控系統(tǒng)中,一些主要的信息處理功能,如恒虛警門限檢測、動目標顯示檢測、點跡提取、航跡處理、目標屬性及類型識別、威脅判斷等,均由信息處理單元統(tǒng)一完成,既滿足雷達終端的需要,又能滿足控制系統(tǒng)的要求。

工作方式控制的一體化:這種一體化的控制方式包括雷達掃描方式(搜索和跟蹤方式、脈沖重復頻率、天線轉速等)和信息處理方式(檢測方式、恒虛警門限的設置、動目標檢測、目標軌跡算法、目標的識別與威脅判斷算法等)的選擇及目標跟蹤配合的控制(當指控分系統(tǒng)決定對某些目標進行跟蹤,則相應地控制雷達分系統(tǒng)對該批目標進行跟蹤掃描,同時指控分系統(tǒng)也選擇相應的平滑算法對該目標進行解算)等。

一體化的雷達與指控系統(tǒng)除了體現(xiàn)在上述兩個方面外,還體現(xiàn)在應有統(tǒng)一的時鐘與時序系統(tǒng),以此來確保信息處理的一致性和精度。

美國的AN/SPY-1A/B和“提康特羅加”級巡洋艦上的指控系統(tǒng)之間、AN/SPY-1D和“阿利·伯克”級驅逐艦上的指控系統(tǒng)之間;法國的海神E(或?；?和“織女星”之間、“海猩”和“織女星”之間等就是采用一體化設計的雷達/指控系統(tǒng)一體化設備。

3.3 雙/多基地雷達

雙/多基地雷達[8]有多種配置方式,其中接收機裝在艦上、發(fā)射機置于同步衛(wèi)星上是未來艦載雙/多基地雷達的理想工作模式。雙/多基地雷達越來越受到重視的原因是它具有很強的“四抗”潛力: 1) 反隱身:目前的隱身飛行器主要是減小鼻錐方向45°范圍內(nèi)的雷達截面積,而目標的雷達截面積隨雙基地角增大而增大,當雙基角在130°～180°時,被探測目標的雷達截面積會顯著增大。 2) 抗反輻射導彈:接收站是無源的,可部署在前沿陣地使導彈無尋的源,而發(fā)射站置于安全地帶或衛(wèi)星或飛行器上。 3) 抗電子干擾:接收站是無源的,能被偵察和定位的只有發(fā)射站,因而大功率定向干擾及各種欺騙式干擾只能針對發(fā)射站;全向噪聲抑制干擾由于功率分散,效果將大大降低。 4) 抗低空突防能力:主要指發(fā)射機置干預警機或衛(wèi)星上,根據(jù)要求在探測低空目標區(qū)域選擇和配置接收機(盡可能放在前沿陣地),不但可有效地改善低空探測范圍,而且也增加了雙基角大于130°的概率,對空/空配置雙基系統(tǒng)還可利用雜波調諧效應有效地探測低空目標。

雙/多基地由于收、發(fā)分置,從體制上具備了對抗“四大”威脅的優(yōu)勢,與此同時也帶來了收、發(fā)兩站間的空間、時間和相位同步問題,這是雙/多基地雷達必須重點突破的關鍵技術。

3.4 自適應技術

未來海上信息戰(zhàn)環(huán)境下要求艦載雷達能在各種復雜條件下自適應地工作,能在嚴重的電子和雜波干擾環(huán)境中以極高的數(shù)據(jù)率處理高密度目標信息,使雷達與使用環(huán)境始終處于最佳的匹配狀態(tài)。目前國外艦載雷達中采用了下列各種自適應技術[9]:波束形成自適應、波束控制自適應、自適應調零、副瓣相消自適應、極化自適應、波形自適應、自適應頻率捷變、自適應動目標顯示、自適應動目標跟蹤、自適應工作方式選擇、自適應恒虛警率接收和自適應航跡相關等。

目前比較典型的有較強自適應能力的艦載雷達有美國的FLEXAR(波形自適應)和AN/SPY-1(波束形成和波束控制自適應)、英國的MESAR(自適應零點控制)和瑞士的“海上衛(wèi)士”(能自適應地進行角度和距離跟蹤)等。

3.5 數(shù)字波束形成技術

數(shù)字波束形成[10]技術是采用數(shù)字技術實現(xiàn)瞬時多波束(陣列單元接收的模擬信號經(jīng)數(shù)字化和加權處理,產(chǎn)生天線空間響應)及實時自適應處理的一種新的雷達技術。它具有下列優(yōu)點:可同時產(chǎn)生多個靈活獨立的可控波束而不損失信噪比且節(jié)省硬件;各波束位置由計算機處理完成,可通過選擇最佳的加權系數(shù)來獲得最佳的波束形狀;波束控制無慣性,便于波束的捷變控制;便于校正陣列單元方向圖和實現(xiàn)自適應方向圖調零;易于實現(xiàn)接收機自校正和天線的超低副瓣;可獲得超高分辨力;雷達功率和時間管理靈活等,因此是能適應未來海上信息戰(zhàn)的一種雷達新技術。

要實現(xiàn)數(shù)字波束形成必須解決下列關鍵問題:首先應突破微波集成電路技術以提供經(jīng)濟上能接受的收/發(fā)組件和數(shù)字波束形成接收機;要完成瞬時多波束的實時自適應處理;能解決數(shù)以千計的收/發(fā)組件和接收機的自身和彼此之間的連接;還應解決通道之間的幅相不一致性等。

英國的艦載相控陣雷達MESAR和荷蘭的SMART艦載三坐標雷達等均采用了數(shù)字波束形成技術。

4 結語

海上信息戰(zhàn)正在奇跡般地改變著海軍部隊,并從根本上改變海戰(zhàn)方式,同時也對艦載雷達提出了更高更新的要求。只有沿著適應未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達技術發(fā)展思路不斷創(chuàng)新,才能達到奪取海上信息優(yōu)勢的目的,這也是今后艦載雷達的技術發(fā)展方向。

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《艦船電子工程》編輯部

Development of Shipborne Radar Technology in Future Information Warfare

LI Aiwen

(No. 91257 Troops of PLA, Zhoushan 316000)

This paper first analyzes the demand of shipborne radar in the future information warfare at sea. And then the development ideas about shipborne radar technique adapted for future information warfare at sea are elaborated including shipborne radar networking, multi-sensor information fusion, shipborne electronic equipment integration.

shipborne radar, radar networking, multi-sensor information fusion, integration, information warfare

2015年1月5日,

2015年2月26日 作者簡介:李愛文,男,研究方向:電子對抗。

TP309

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.007