高级电子支援措施系统在现代潜艇上的应用＊

崔为耀

（中国舰船研究设计中心 武汉 430064）

1 引言

随着时间的推移，世界海军赋予现代潜艇（包括核动力和非核动力潜艇）的任务使命日益发生变化：即由原来的“蓝水”远洋作战向“褐水”濒海作战和支援陆基作战转变[1]。这就要求潜艇能在濒海复杂的电磁信号密集环境下进行隐蔽、侦察、秘密监视和搜集情报等活动。为了隐蔽地开展海上攻防战术活动，潜艇既要保证自身安全，又要出其不意地打击敌人，还要不被敌方各种侦察器材所发现，所以潜艇大部分时间均处于潜望深度或大潜深即“三不”（看不到，听不到，摸不着）境地隐蔽航行。它们只有依靠自身装备的水声设备（声呐）、光学设备（潜望镜）及雷达电子设备等，来观测、监听与感知海上的战场态势。

随着通信与信息技术的迅猛发展，促使现代潜艇逐渐从平台中心战的单一作战平台转变为网络中心战的一个节点，这种转变也得益于现代潜艇安装了高级电子支持措施系统[2]。众所周知，未来海战将是一场高技术条件下的高强度局部战争。要想获得这场战争的制胜权，主要依赖高技术手段（如电子战系统）。现代潜艇作为网络中心战的一个节点，利用带有高级电子支援措施系统的现代作战系统，就能遂行其特种任务使命。

电子战系统主要包括三个方面：电子支援措施（ESM）、电子对抗措施（ECM）及电子反对抗措施（ECCM）。电子战的主要任务是截获、监测、测向、定位和识别敌方通信信号，进而采用通信干扰措施，达到阻止、破坏或削弱敌方的C4I系统，同时又要保护己方通信联络的畅通，是敌我双方在通信领域争夺电磁优势而展开的电子对抗。

潜艇电子战系统是潜艇防御的主要装备。历来受到各国海军的普遍重视。电子战设备可以提前发现目标、干扰敌方目标的监视与定位系统。电子情报、电子侦察及通信情报设备还可截获敌方战术电子作战部署信息，用于编队指挥和超视距目标定位。

电子支援措施系统是潜艇电子战系统的主要组成部分之一。它不仅可以对敌方的电磁、辐射能量进行搜索、截获、定位、分析和识别，而且还可以为电子干扰、电子抗干扰、潜艇规避、目标探测和其它战术目的提供有效支援。

电子支援措施系统主要由电子侦察设备与告警设备组成。它们对潜艇作战能力与生存能力起到很重要的作用。这种系统不仅能使攻击性潜艇充分利用信号情报，而且还能将潜艇的C4I系统与海上联合指挥信息系统（美海军）提供的舰队C3网络系统相结合。本文重点介绍这类高级电子支援措施系统在现代潜艇的应用情况。

2 几种典型的高级电子支援措施系统

2.1 美国研制的电子支援措施系统

2.1.1 AN／BLQ－10型电子侦察系统

该侦察系统第1套最先装在美国海军新型攻击型核潜艇“弗吉尼亚”号（2004年入役）上。它是美国海军性能最先进、功能最全面的一套新系统。它将雷达与通信融于一体，将威胁预警与情报搜索功能集于一身。它不仅能自动探测、处理及识别雷达频段信号，而且能评估战术态势，使本艇对海上或陆上战术态势变化迅速做出反应，还具有为艇上远程巡航导弹提供超视距目标的能力。

2.1.2 CS－3701型战术电子侦听设备

美国柯达系统公司曾为瑞典海军“西约特兰”级常规潜艇研制出CS－3701型战术电子侦听设备（图1）。该设备为该级艇提供战情态势、目标瞄准、自我防御及秘密监视能力。这种侦听设备的工作频率为2GHz～18GHz，截获率为100%。能同时跟踪500种信号，数据库能存储10000条以上记录。该系统由GPS天线、测向天线阵列、预放大器、CAL振荡器、R370接收器、SP110型信号处理器、战术显示器与操控台等所组成。通过以太网与对敌作战系统的局域网接口相连。系统工作频率可精确到3MHz，脉冲重复间隔时间1ns，动态范围60dB，系统灵敏度－65dB，备用超外差式接收器，灵敏度80dBm，主机接口为Windows NT工作站。

图1 CS－3701型电子支援措施系统结构

2.1.3 AR－900型自动雷达电子侦察设备

该型设备是美国阿古系统公司为智利海军新型常规潜艇“蝎子”号专门研制的。它由1对数字式瞬时测频装置、1台比幅双脉冲方位处理器、1台信号处理器与操控台组成。操控台包括带鼠标的键盘、高分辨率彩色显示器、3.5in软盘驱动器、大容量只读存储器、打印机以及嵌入式计算机。信号处理器接收高分辨率测量数据，并接收数字式瞬时测频装置的连续波信号。而方位处理器提供每个到达脉冲的方位与振幅。该信号处理器可并行处理信息，可将收到的信号模型与数据库的信号模式进行对比，从而能识别辐射体及其平台。艇员在获得信号的1s内可发出预警信号。该系统中的雷达辐射体数据库对10000个雷达模式进行编程。

2.2 英国研制的高级电子支援措施系统

2.2.1 UAP－4型电子侦察系统

英国海军从“快速”级核潜艇开始，就装备了本国雷卡雷达防御系统公司研制的新型UAP系列的电子侦察系统。如UAP－1型系统装在“快速”级和“特拉法尔加”级核潜艇上；UAP－3型系统装在“前卫”级弹道导弹核潜艇上；UAP－4型系统被英国海军采购了12套，其中7套用于“特拉法尔加”级艇电子侦察系统的换装，其余5套将装在新建“机敏”级核潜艇上。

20世纪90年代末期，英国海军对该系统进行了中期改装，旨在提高潜艇的濒海作战性能。重点研制了两台关键设备：新型信号处理器与性能优异的低截获率雷达。无论是研制，还是改装，该系统都大量采用商业现货技术，采购的元件88%是通用的。另外，还引用了该国国防研究局开发成功的技术成果—新一代信号处理器与辐射体参考算法。通过研制与改装，提高了增强型雷达辐射体识别能力与系统人机接口性能，使该系统达到英国海军水面舰艇电子支援措施系统的相同水平。

2.2.2 “海狮”（Sea lion）型电子侦察系统

“海狮”型系统也是由英国雷卡防御系统公司研制的，土耳其海军订购了两套，于上世纪90年代末装在209／1200型“阿蒂莱伊”级柴－电潜艇上。该系统不仅适于装在穿体式传统桅杆上，又适于装在非穿体式光电桅杆上。它由1根全向天线、1台接收处理器和1台小型操控台组成。该接收器通过大规模集成电路并入高级电子支援措施处理器，以供在复杂的射频信号环境中进行快速分析。与预编程序进行实时对比后，能对辐射体进行快速识别。该系统的操控台采用高分辨率彩色显示器，能以图表形式显示辐射体的特征、方位和威胁等级。该处理器能自动跟踪连续变换状态的2000个辐射体。

2.3 法国研制的高级电子支援措施系统

2.3.1 DR－3000U型电子侦察设备

DR－3000型设备是由法国汤姆逊－CSF公司雷达与电子对抗部研制的。于上世纪90年代初开始装艇。起初该设备是为海上巡逻飞机设计的，后来用作水面舰艇的电子侦察设备。DR－3000U型（法国为 ARUR－13型）是潜艇专用型（图2），装在法国海军“红宝石”级核潜艇上，实际上，它是DR4000U型侦察设备的轻型化产品[3]。

该设备用来对敌方C－J频段雷达进行探测、定向、识别和目标指示。它有一根潜艇用桅杆天线，在6方位比幅测向天线上装有1根全向天线，潜艇专用型还有1根单独的潜望镜告警天线。该设备采用新技术，提高了灵敏度。天线上装有低噪声放大器，采用砷化镓集成电路。该设备可在100万／s脉冲信号环境下工作。可将接收到的信号与已识别及跟踪的信号进行比较。该系统具有192个平台的数据库、容量达4000个雷达模式。

图2 法国DR－3000U系统原理图

2.3.2 DR4000U型电子侦察设备

该型设备是DR－2000型（用于水面舰船）的发展型。法国潜艇用的设备型号为ARBR－17型。它由法国汤姆逊－CSF公司航空电子部研制。其主要功能是：在360°方位上，对C－J频段雷达信号进行连续搜索、探测；提取需及时反应的威胁目标特征信号；用软件识别目标信号，并以图像与字符形式把结果显示在彩色显示器上，能自动变换信号，不断更新所有参数等。

该系统是由天线阵列（1根全向天线与2根测向天线）、射频信号处理机与操控台组成。采取了容错处理、精确分析与新型识别算法等有效措施，提高了设备的可靠识别性能。原始信号的方位以及坐标形式显示在战术态势显示器上，以不同颜色和形状显示信号的幅度与字符。字符形状代表目标的类型与敌友等特征，不同的色彩代表不同等级的威胁。该系统通过点对点连接线或数据总线（1553B／STANA4156）与各种数据处理系统相连。另外，还为电子干扰器配有专用接口。

2.4 德国研制的高级电子支援措施系统

FL－1800型舰用电子侦察与干扰设备是德国海军的标准化设备，它由德国德律风根公司系统技术分部研制。FL－1800u型侦察与干扰设备用于德国海军212A级潜艇。该系统利用德国航空航天公司研制的USK800系列的电子支援措施子系统。该子系统可装在现役潜艇的潜望镜顶部和未来潜艇的光电桅杆上。联合使用FL－1800u型侦察设备和USK800 1－5型测向传感器，或者说两种设备组合成一套侦察与干扰系统，将使其成为现代常规潜艇最先进的电子战系统[4]。

图3 USK800系列电子支援措施系统结构图

潜艇专用的FL－1800u型电子侦察与干扰设备采用两种天线阵列。一种是1根全向天线和1根测向天线装在桅杆顶部；另一种是雷达、电子侦察、卫星导航及通信等天线装在潜望镜顶上。德国潜艇安装的电子支援措施系统采用的是前一种天线阵列，即USK800系列测向传感器。这种传感器有五种规格不同的结构（图3）。

2.5 以色列研制的一体化电子支援措施系统

图4 TIMNEX II型系统结构图

“蒂姆奈克斯”系统是以色列埃尔比计算机系统公司研制的。以色列海军“盖尔”级（即“维克斯”540型）常规潜艇装有该公司的TIMNEX4CH（V）1型电子支援措施设备（图4）。而1998年入役的3艘从德国进口的“海豚”级（即800型）潜艇则装有TIMNEX4CH（V）2型一体化电子情报支援系统，包括1部预警雷达，该系列设备还出口到南非、以色列｀及澳大利亚等国[5]。

该系统既可作为独立系统使用，又可作为集成系统的组件。它由一台雷达预警接收器和一台截获率为100%的瞬时方位探测器组成。它既可开展瞬时测频，又可进行电子情报信号分析，还可实时处理64个目标辐射体。该系统能根据已知的威胁目标／标识数据库对预定目标进行识别，对威胁目标进行高比幅／等幅波报警。天线阵列包括1根全向天线与2根测向天线。该系统接收器能在整个频率范围内连续运行，并在密集电磁信号环境中进行高精度测频。通过双屏显控台进行操作，利用键盘及鼠标进行控制。

2.6 其他国家的高级电子支援措施系统

除了上述国家几种典型电子支援措施系统应用比较广泛外，还有俄罗斯、德国、南非、西班牙与日本等国海军潜艇使用的电子支援措施系统也是较先进的。如俄罗斯的“白头”、“乌贼头”及“里姆帽”等电子支援措施设备已是成熟技术，不仅用于本国现役常规潜艇与核潜艇上，而且还出口到原苏联的一些卫星国家。其性能并不亚于西方国家的同类产品。

德国DASA国防与民用系统公司除了生产USK800系统外，最近又研制成功一种潜艇专用型电子支援措施系统：SPS－N500型。该系统既可作为独立电子支援措施的模块化系统，又可作为潜艇指挥系统的集成组件。南非海军“桂树神”级潜艇的DSCS－2型电子支援措施设备，包括安装在桅杆上的探头和显控台。西班牙海军的“阿戈斯塔”级潜艇上安装的BLQ－355型电子支援措施系统。该系统由西班牙印德公司供货，并承接该系统加强型的研制合同，以便装备下一代潜艇。日本海上自卫队潜艇一直装有ZLR－4／6型电子侦察设备与ZLR－3／5预警接收器。1988年后，新建潜艇均装有NZLR－1型电子侦察设备等。

3 上述系统的异同点

为了便于分析研究上述典型系统的共性与特点，现将现代潜艇常用的高级电子支援措施系统汇编如表1所示。

3.1 共同点

1）工作频率范围大致相同。如表1所示，表中所列九种型号的电子支援措施系统的工作频率范围大多为2GHz～18GHz，最低工作频率为美国 ANBLQ－10型设备50MHz；只有法国的DR－3000u型设备指定频率范围为 C－J频段。

表1 世界现代潜艇电子支援措施设备一览表

2）测向精度不相上下。表中所列系统的测向精度大多在2°～6°之间。美国AR－900型设备的测向精度以分段表示：即2GHz～6GHz范围内，精度为3.5°，而在6GHz～18GHz范围内，精度则为2°。德国的FL－1800u型系统的测向精度也是以分段表示：在0.5GHz～18GHz范围内侦察时的精度为5°；而在7.5GHz～17.5GHz范围内干扰时的精度为6°～8°。

3）上述电子侦察设备的构成基本相同：即由天线阵列（全向天线与测向天线）信号处理器与操控台等组成。

4）截获率均为100%；灵敏度在－50dB～－65dB之间。

3.2 不同点

1）上述系统的雷达辐射模式的数据库容量有大有小。如美国的AR－900型与CS－3701型系统的数据库容量分别为5000与10000个；英国的UAP－4型与“海狮”的数据库容量为2000个；而法国的DR－3000u型与DR－4000u型容量为4000个。

2）上述系统有专用与兼用之别。有些系统专用于核动力潜艇，如美国的AN／BLQ－10型，英国的UAP4型等系统；而有些系统则专用于常规潜艇；如美国AR－900型及CS－3701型，英国的“海狮”型，德国的FL－1800u型及以色列的TIMNEX型等系统。而有些系统既可用于常规动力潜艇，又可用于核动力潜艇。如法国的DR－3000u－4000u型。巴基斯坦海军“阿戈斯塔”90B、巴西海军的“奥伯龙”级及209级等常规动力潜艇装备该型系统，而法国海军的“红宝石”及“胜利”级弹道导弹核潜艇等也安装了该型系统。

3）出口国家最多、应用最为广泛的电子支援措施系统是美国的AR－900型系统与法国的DR－3000u型系统。美国阿古系统公司曾研制出多型系统如AR－700、AR－700S5、AR－740型等系统，先后出口到印度、、韩国、挪威、瑞典、澳大利亚及中国的台湾省。如中国台湾的“海龙”级潜艇装有AR－700型系统，瑞典海军A17型艇装AR－700S5型，澳大利亚海军的“柯灵斯”级艇装有AR740型[5]。到了20世纪90年代，该公司又为智利海军“蝎子”号艇研制了AR－900型自动雷达电子支援措施与测向系统。而法国的DR－3000u改进型系统将出口到巴西、巴基斯坦等8个国家，并将装在海军的水面舰艇、海上巡逻机及潜艇上。

4）美国AN／BLQ－10高级电子支援措施系统的主要特点。

该系统是美国洛克希德·马丁公司为“弗吉尼亚”级核潜艇专门研制的新型电子支援措施系统。它是美国海军第1套将威胁预警、情报搜集、雷达及通信集于一体的全集成电子支援措施系统，其特点是：

（1）该系统用来截获、处理和识别雷达的普通带宽的信号，并具有战术态势评估能力。使攻击型核潜艇能迅速响应海上及岸上变化的战术态势，能为潜艇的远程巡航导弹提供超视距的瞄准能力。

（2）该系统中的雷达电子支援措施子系统采用一对窄波段雷达协调器，并备有一台独立的宽波段接收器。通信电子支援措施子系统包括几台接收器，具有探测高频（HF）、甚高频（VHF）及超高频（UHF）通信信号，以及来自网络的低侦听率信号的能力。

（3）该系统还采用一种新型综合电子支援措施桅杆并与潜艇的光电桅杆、外部通信系统、声呐、C3I系统和其它舰载系统连接。由于采用了电子支援措施桅杆，增大了信息吞吐量与频率覆盖范围，并且在密集的电磁信号环境下，频率捷变水平高。该系统天线放在一根新型通用桅杆内。

（4）该系统广泛采用商用现货技术（COTS）和非开发项目（NDI），从而既减少了费用，又降低了技术风险。它采用开放式系统结构，有92%的硬件与90%的软件是COTS／NDI。该系统的总体规格比以前的系统减小很多，只需要5个机柜来放置。

5）德国FL－1800u型电子支持措施系统的主要特点。

（1）该系统是德国海军燃料电池AIP潜艇电子战系统的主要组件。USK800系列电子支援措施传感器有五种不同规格。由于这些结构要耐受水压，需要专用天线罩加以保护。全向天线与GPS接收天线共用一个天线罩。天线罩壁厚至少8mm，能承受水压6×106Pa。

（2）该系统的传感器不仅有2GHz～18GHz的宽带全向通道，还有测向通道。采用4根宽带螺旋天线，每根天线覆盖1／4扇面，以实现该传感器的测向功能，测向精度达6°～8°（均方根值）。

（3）该系统传感器采用模块化设计，可按照用户要求定制一体化紧凑型传感器。如USK800／5型系统除具有全向接收和测向功能外，还增加了VHF／UHF通信发射／接收天线（工作频率为225MHz～400MHz），以便于潜艇导航与通信。而USK800／4型系统配备有通用雷达预警器或电子支援措施接收器，使系统灵敏度这到－50dB～－60dB。

图5 装在 Zalar－14型光电潜望镜上的USK800系列传感器天线

图6 装在OMS100型光电桅杆上的USK800－4型传感器天线

（4）目前该系统的灵敏度为－50dB，能对远程雷达进行探测。该系统灵敏度之所以这样高，是因为在传感器头部安装了低噪声射频放大器，补偿了潜望镜射频长电缆与电子支援措施接收器电缆中信号的大幅衰减。假定一部威胁雷达的发射功率为50kW，天线增益为30dB，在自由空间下该系统对其探测距离超过20nmile。

该系统既可装在现役潜艇的潜望镜上，又可装在未来潜艇的光电桅杆上，可用来探测海上巡逻机及反潜直升机等空中目标的威胁雷达，并及时发出预警。该系统现已装在214级艇蔡司公司的“泽罗”（Zalar）－14光电搜索潜望镜上（图5），还装在该公司研制的OMS100型光电桅杆上（图6）。

4 结语

现代海战场正在发生着深刻变化，从过去的“蓝水”远洋反潜作战，转变为“褐水”濒海作战。因此海军潜艇的任务使命也在发生变化。其作战样式随之发生着变化，即从过去的“平台中心战”向“网络中心战”转变，而潜艇从单一平台逐步成为网络战的一个节点。为满足海军网络中心战的要求，打赢一场高技术高强度对抗的局部海战，有赖于现代通信技术与信息技术的发展。高级电子支援措施系统就是上述技术发展的成果，它成为潜艇电子战系统的重要组件，是潜艇先敌发现，先发制人的“软杀伤”武器之一。该系统安装于现代潜艇（包括核动力或非核动力潜艇）上使其具有利用信号情报的能力，更重要的是，它能将本艇的指挥、控制、通信及情报系统与海上联合指挥情报系统（JMCIS）提供的整个舰队范围的指挥、控制及通信网络相融合，真正实现“网络中心战”。

[1]David Foxwell.ESM Supports new roles for submarines[J].Jane's Navy International，1998（12）：26－30.

[2]崔为耀.现代潜艇高级电子支援措施系统[J].国外舰船工程，1999（12）：12－14.

[3]周元和.现代海军武器装备手册[M].北京：国防工业出版社，2001.

[4]海龙.德国潜艇用USK800系列电子支援测量系统[J].现代兵器，1997（5）：29－30.

[5]姜来根.简明世界舰船年鉴[M].北京：海军出版社，2002.