李愛文

(91257部隊(duì) 舟山 316000)

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未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達(dá)技術(shù)發(fā)展研究

李愛文

(91257部隊(duì) 舟山 316000)

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

艦載雷達(dá); 雷達(dá)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(dāng)代各種高技術(shù)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(lǐng)域的絕對優(yōu)勢。

信息戰(zhàn)[1]是未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的一種主要作戰(zhàn)形式,它集中體現(xiàn)了高技術(shù)戰(zhàn)爭的本質(zhì)與特點(diǎn)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(duì)的作戰(zhàn)思想、部隊(duì)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(dá)技術(shù)必須沿著能適應(yīng)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(dá)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(duì)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(luò),綜合運(yùn)用艦艇編隊(duì)的C4ISR(通信、指揮、控制、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察)系統(tǒng),保護(hù)編隊(duì)的信息系統(tǒng)不被破壞,對敵水面艦艇編隊(duì)的信息系統(tǒng)實(shí)施電子攻擊、信息欺騙乃至物理上摧毀,達(dá)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(dá)提出的要求

1) 一體化和集成化

艦載雷達(dá)/電子戰(zhàn)一體化:例如電子偵察雷達(dá)一體化,用于環(huán)境監(jiān)視、目標(biāo)探測、目標(biāo)識(shí)別、武器控制、抗干擾、抗反輻射導(dǎo)彈和抗反艦導(dǎo)彈;又如電子偵察/電子干擾雷達(dá)一體化,把這三個(gè)獨(dú)立的分系統(tǒng),通過總線和中央處理機(jī)結(jié)合為一個(gè)有機(jī)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(jìn)攻和海上信息防御。海上信息進(jìn)攻包括雷達(dá)對抗、通信對抗、水聲對抗、光電對抗、計(jì)算機(jī)病毒對抗和“硬”摧毀等。其中雷達(dá)對抗包括雷達(dá)偵察、雷達(dá)干擾、目標(biāo)隱身、反輻射導(dǎo)彈、低空突防。海上信息防御包括雷達(dá)反對抗、通信反對抗、水聲反對抗、光電反對抗、計(jì)算機(jī)病毒反對抗和反摧毀等。其中雷達(dá)反對抗包括雷達(dá)反偵察、雷達(dá)抗干擾、雷達(dá)反隱身、抗反輻射導(dǎo)彈和抗低空突防,即要求艦載雷達(dá)有強(qiáng)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(dá)),使其變成聾子和瞎子(特別是使雷達(dá)迷盲)來看,也要求艦載雷達(dá)有強(qiáng)的對抗能力,從而保存并充分發(fā)揮艦載雷達(dá)的作戰(zhàn)效能,為完成作戰(zhàn)任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3) 遠(yuǎn)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(dòng)用大規(guī)模部隊(duì)作戰(zhàn)的方式變得多余,取代它的將是小型部隊(duì),用智能導(dǎo)彈或巡航導(dǎo)彈從遠(yuǎn)程摧毀敵軍事裝備。由于艦載雷達(dá)的主要使命任務(wù)是確保艦載武器威力的充分發(fā)揮。因此,不論從進(jìn)攻還是從防御的觀點(diǎn)來看,都要求艦載雷達(dá)能達(dá)到遠(yuǎn)程和精確化。這就要求在航母編隊(duì)內(nèi)配置超視距雷達(dá)和預(yù)警機(jī)雷達(dá)并與星載雷達(dá)協(xié)同進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程和超遠(yuǎn)程探測,同時(shí)還應(yīng)提高其探測精度以滿足精確武器實(shí)施高精度打擊的需求。

4) 敏捷化和實(shí)時(shí)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(yùn)行得最快,使敵方始終處于被動(dòng)挨打的地位。這就要求艦載雷達(dá)有高的數(shù)據(jù)更新率,反應(yīng)速度要快,以滿足信息戰(zhàn)的實(shí)時(shí)化要求。

3 適應(yīng)未來海上信息戰(zhàn)的艦載雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢

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

3.1 艦載雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)

雷達(dá)組網(wǎng)的效能不是網(wǎng)內(nèi)各部雷達(dá)效能的簡單疊加,而是有較大的飛躍,這是因?yàn)樗艹浞掷妙l率分集、空間分集和能量分集等特點(diǎn)。若將各種功能的艦載雷達(dá)組網(wǎng),形成一個(gè)遠(yuǎn)、中、近和高、中、低空相互補(bǔ)充的一體化探測網(wǎng),就能達(dá)到功能互補(bǔ)、資源共享,使威力空域擴(kuò)展、預(yù)警時(shí)間提前、反應(yīng)時(shí)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(qiáng),從而可大大提高艦載雷達(dá)系統(tǒng)的“四抗”能力,以適應(yīng)未來海上信息戰(zhàn)的要求。

根據(jù)組網(wǎng)雷達(dá)的部署情況,雷達(dá)組網(wǎng)可分成同地和非同地兩大類。艦載雷達(dá)組網(wǎng)還可細(xì)分成單艦雷達(dá)組網(wǎng)、艦艇編隊(duì)雷達(dá)組網(wǎng)、艦艇編隊(duì)間雷達(dá)組網(wǎng)及艦載雷達(dá)與海岸雷達(dá)組網(wǎng)(除單艦雷達(dá)組網(wǎng)為同地雷達(dá)組網(wǎng)外,其余均為非同地雷達(dá)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(dá)類型的不同,可分為多基地雷達(dá)組網(wǎng)、單基地雷達(dá)組網(wǎng)和單基地與多基地雷達(dá)混合組網(wǎng)三種;按構(gòu)成雷達(dá)網(wǎng)功能的不同,可分為情報(bào)雷達(dá)網(wǎng)和航空管制雷達(dá)網(wǎng)等。

艦載雷達(dá)組網(wǎng)[3～6]的關(guān)鍵問題和應(yīng)研究的課題如下:研究組網(wǎng)理論、建立各類目標(biāo)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(dòng)化數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)及研究超級信號處理機(jī)以解決組網(wǎng)時(shí)的信號實(shí)時(shí)處理問題;又因各雷達(dá)的S/N不同,信號合成時(shí)必須解決時(shí)空同步問題,對同一目標(biāo)反映在不同雷達(dá)上的不同S/N,需實(shí)時(shí)分別調(diào)整加權(quán)因子,這使信號處理更加復(fù)雜;精確標(biāo)定站位和進(jìn)行坐標(biāo)變換;統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn);研究自適應(yīng)極化、頻率綜合控制和能量最佳分配技術(shù);網(wǎng)內(nèi)各站雷達(dá)數(shù)據(jù)匯集算法和軟件開發(fā);戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的加密性能和可靠性;多種誤差的校準(zhǔn);利用雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)的雷達(dá)能以不同方向觀察目標(biāo)來提高對目標(biāo)的識(shí)別能力;雷達(dá)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(shè)備的一體化和集成化

艦載雷達(dá)與其它艦載電子設(shè)備的一體化和集成化[7],能適應(yīng)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(dá)提出的重要要求之一,因?yàn)檫@樣不僅可提高精度,而且可大大縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。

1) 艦載雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化

把艦載雷達(dá)與電子戰(zhàn)有機(jī)地結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)一體化,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,彌補(bǔ)雙方的不足,成倍地提高整體作戰(zhàn)威力。雷達(dá)能主動(dòng)地探測目標(biāo),準(zhǔn)確地測定目標(biāo)的空間位置,自動(dòng)地跟蹤目標(biāo),但只要雷達(dá)開機(jī)就會(huì)受到強(qiáng)烈的電子干擾和反輻射導(dǎo)彈的攻擊,不過如能與電子戰(zhàn)一體化,達(dá)到緊密配合,就可在遠(yuǎn)比雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo),同時(shí)隱蔽地監(jiān)視整個(gè)電磁環(huán)境,進(jìn)行威脅告警,從而保證雷達(dá)在最佳的時(shí)機(jī)進(jìn)行短時(shí)間的發(fā)射并能在雷達(dá)受干擾的情況下仍能對目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤;電子偵察在目標(biāo)識(shí)別能力上遠(yuǎn)比雷達(dá)強(qiáng);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(shè)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(dá)/電子戰(zhàn)一體化功能的硬件,能在一部天線中實(shí)現(xiàn)電子戰(zhàn)和雷達(dá)功能的一體化。為覆蓋所需帶寬所采用的方法是將整個(gè)帶寬劃分成四個(gè)子陣,每個(gè)子帶有各自獨(dú)立的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。發(fā)射效率是隨瞬時(shí)帶寬的減小而增大,熱耗也隨之減小。陣列中(4*4)16個(gè)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)模塊應(yīng)有四個(gè)頻帶。美國西屋公司試驗(yàn)了一種先進(jìn)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(dá)模式。

2) 艦載雷達(dá)/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化

使艦載雷達(dá)/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化,就能突破火炮和導(dǎo)彈單獨(dú)控制、多種傳感器之間不能實(shí)時(shí)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(bǔ),冗余信息獲得充分利用,而且還能使制導(dǎo)系統(tǒng)功能互補(bǔ),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(yīng)時(shí)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(dǎo)系統(tǒng))/F、意大利的SAAM/I和荷蘭的Sewaco等,均為雷達(dá)/電子戰(zhàn)/火控系統(tǒng)一體化的系統(tǒng)。

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

3) 艦載雷達(dá)/指揮系統(tǒng)的一體化

艦載雷達(dá)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(dá)接收到回波后,將進(jìn)行一系列的處理,在一體化的雷達(dá)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(dòng)目標(biāo)顯示檢測、點(diǎn)跡提取、航跡處理、目標(biāo)屬性及類型識(shí)別、威脅判斷等,均由信息處理單元統(tǒng)一完成,既滿足雷達(dá)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(dá)掃描方式(搜索和跟蹤方式、脈沖重復(fù)頻率、天線轉(zhuǎn)速等)和信息處理方式(檢測方式、恒虛警門限的設(shè)置、動(dòng)目標(biāo)檢測、目標(biāo)軌跡算法、目標(biāo)的識(shí)別與威脅判斷算法等)的選擇及目標(biāo)跟蹤配合的控制(當(dāng)指控分系統(tǒng)決定對某些目標(biāo)進(jìn)行跟蹤,則相應(yīng)地控制雷達(dá)分系統(tǒng)對該批目標(biāo)進(jìn)行跟蹤掃描,同時(shí)指控分系統(tǒng)也選擇相應(yīng)的平滑算法對該目標(biāo)進(jìn)行解算)等。

一體化的雷達(dá)與指控系統(tǒng)除了體現(xiàn)在上述兩個(gè)方面外,還體現(xiàn)在應(yīng)有統(tǒng)一的時(shí)鐘與時(shí)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(qū)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(shè)計(jì)的雷達(dá)/指控系統(tǒng)一體化設(shè)備。

3.3 雙/多基地雷達(dá)

雙/多基地雷達(dá)[8]有多種配置方式,其中接收機(jī)裝在艦上、發(fā)射機(jī)置于同步衛(wèi)星上是未來艦載雙/多基地雷達(dá)的理想工作模式。雙/多基地雷達(dá)越來越受到重視的原因是它具有很強(qiáng)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(dá)截面積,而目標(biāo)的雷達(dá)截面積隨雙基地角增大而增大,當(dāng)雙基角在130°～180°時(shí),被探測目標(biāo)的雷達(dá)截面積會(huì)顯著增大。 2) 抗反輻射導(dǎo)彈:接收站是無源的,可部署在前沿陣地使導(dǎo)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(jī)置干預(yù)警機(jī)或衛(wèi)星上,根據(jù)要求在探測低空目標(biāo)區(qū)域選擇和配置接收機(jī)(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(diào)諧效應(yīng)有效地探測低空目標(biāo)。

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(shí)也帶來了收、發(fā)兩站間的空間、時(shí)間和相位同步問題,這是雙/多基地雷達(dá)必須重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。

3.4 自適應(yīng)技術(shù)

未來海上信息戰(zhàn)環(huán)境下要求艦載雷達(dá)能在各種復(fù)雜條件下自適應(yīng)地工作,能在嚴(yán)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(biāo)信息,使雷達(dá)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(dá)中采用了下列各種自適應(yīng)技術(shù)[9]:波束形成自適應(yīng)、波束控制自適應(yīng)、自適應(yīng)調(diào)零、副瓣相消自適應(yīng)、極化自適應(yīng)、波形自適應(yīng)、自適應(yīng)頻率捷變、自適應(yīng)動(dòng)目標(biāo)顯示、自適應(yīng)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、自適應(yīng)工作方式選擇、自適應(yīng)恒虛警率接收和自適應(yīng)航跡相關(guān)等。

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

3.5 數(shù)字波束形成技術(shù)

數(shù)字波束形成[10]技術(shù)是采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)多波束(陣列單元接收的模擬信號經(jīng)數(shù)字化和加權(quán)處理,產(chǎn)生天線空間響應(yīng))及實(shí)時(shí)自適應(yīng)處理的一種新的雷達(dá)技術(shù)。它具有下列優(yōu)點(diǎn):可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)靈活獨(dú)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(jì)算機(jī)處理完成,可通過選擇最佳的加權(quán)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)方向圖調(diào)零;易于實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自校正和天線的超低副瓣;可獲得超高分辨力;雷達(dá)功率和時(shí)間管理靈活等,因此是能適應(yīng)未來海上信息戰(zhàn)的一種雷達(dá)新技術(shù)。

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

英國的艦載相控陣?yán)走_(dá)MESAR和荷蘭的SMART艦載三坐標(biāo)雷達(dá)等均采用了數(shù)字波束形成技術(shù)。

4 結(jié)語

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