E－2D预警机航空电子系统及其在未来网络中心战中的应用*

2014-01-26张鹏

电讯技术 2014年5期

关键词：鹰眼预警机雷达

张鹏

（中国电子科学研究院，北京 100041）

E－2D预警机航空电子系统及其在未来网络中心战中的应用*

张鹏＊＊

（中国电子科学研究院，北京 100041）

E－2“鹰眼”系列预警机作为关键的C4ISR节点，一直在美国海军中扮演着极其重要的角色。日益复杂的网络中心战环境对预警机提出了更高的要求，而基础技术的不断发展也为进一步提高预警机性能，进而使其可以承担更多的任务奠定了基础。在介绍美国海军最新一代预警机——E－2D“先进鹰眼”航空电子系统的基础上，重点论述了其在网络中心战环境中发挥的作用，并对其关键技术及未来发展进行了探讨。有关信息可为工程技术人员提供参考。

预警机;E－2D“先进鹰眼”;航空电子系统;作战应用;网络中心战

1 引言

美国国防部在其《四年防务评估报告》中计划继续推行“重视亚洲”战略，而其提出的“空－海一体战”的目标是在作战初期主要利用航母战斗群和作战飞机等，重点打击敌预警探测类装备，同时打击反卫星和网络战等目标，从而在“反介入/区域拒止”环境中赢得胜利，这就需要实施跨军兵种无缝协同和陆海空天作战平台一体化行动的指挥控制平台，而E－2D“先进鹰眼”是E－2“鹰眼”系列预警机的最新型号，正是这一重要的使能器。

美国海军计划采购75架，用于替换现役的75架E－2C预警机［1］，这将大大增强预警中队的能力。同时，美海军还计划将来把预警中队的预警机数量从目前的4架E－2C增加成5架E－2D，这也突显了“先进鹰眼”在战斗网络中日益重要的作用［2］。

本文旨在讨论E－2D“先进鹰眼”的先进航空电子系统及其在未来网络中心战环境中的应用。

2 E－2D“先进鹰眼”的航空电子系统

进入21世纪以来，为了满足美国海军网络中心战的迫切需要，诺斯罗普·格鲁曼公司与美国海军密切合作，开始在E－2C的基础上研制满足当前和未来任务所需要的战场空间扩展和态势感知能力的预警机。2005年3月14日，美国海军航空系统司令部正式宣布将这种正在研制的新一代舰载预警与指挥控制飞机命名为E－2D预警机，又称“先进鹰眼”预警机，并于2007年4月30日首次亮相［3］。虽然其外形与以往的“鹰眼”预警机相似，但实际上，对雷达、天线、通信系统、任务计算机系统以及战术座舱和显示系统进行了重大改进，可以说是一种全新的“鹰眼”预警机，其航空电子系统配置如图1所示［4］。

图1 E－2D“先进鹰眼”的航空电子系统配置Fig.1 Avionics system configuration of E －2D

2.1 雷达

E－2D“先进鹰眼”的雷达是由洛克希德·马丁公司研制的AN/APY－9超短波（300 MHz～3 GHz）侦察雷达，重量约为998 kg，方位（瞬时扇区超过120°）和俯仰方向为电子扫描，方位上还可进行机械扫描，扫描范围为360°，探测距离超过556 km，同时提高了对陆地上空和濒海目标的探测容量、灵活性和精度，大大增强了态势感知能力［1，5］。其与 E －2C AN/APS－145达的性能比较如表1所示［6］。

AN/APY－9主要由4部分构成:大功率、固态碳化硅发射机单元;宽带宽数字接收机;ADS－18S 18通道天线和相应的18通道旋转耦合器;空－时自适应处理（STAP）处理器。

采用STAP算法可使雷达以脉冲－脉冲的方式接收来自所有天线单元的信号，计算和利用各单元的方向图，可使地面回波和干扰最低，从而消除雷达盲速。

天线由L－3 Randtron天线系统公司生产，其形式是18通道的超高频（UHF 300 MHz～3 GHz频段）阵列，包括18个通道的旋转耦合器和36个单元的敌我识别天线。其中，敌我识别阵列采用两通道（和与差）旋转耦合器和波束成形网络功率/控制滑环组件。

表1 E－2D与E－2C雷达技术特点与性能对比Table 1 Technical features and performance comparison between E－2D and E－2C radar

2.2 ALQ－217A电子支援措施系统

ALQ－217A电子支援措施系统完成无源发射机探测和平台威胁告警任务，该系统由接收机/处理器、前后天线/有源前端接收机组件（AFRA）、端口和右舷AFRA以及端口和右舷天线阵组成。

2.3 敌我识别系统

E－2D的敌我识别询问器是由BAE系统公司研制的，是经改进的Mark 12系统，可询问传统的模式1、2、3/A和4，且经设计可增加新出现的模式，如模式5。其他特性包括嵌入式加密、电子扫描、单脉冲目标方位探测和旁瓣抑制。

2.4 通信设备

“先进鹰眼”的通信设备包括协同交战能力（CEC）和卫星通信软件包、6部视距电台、Link 11和Link 16数据链、1条保密短波（HF:3～30 MHz）信道和先进的机内通信系统（AICS）。其中6部视距电台包括:2部视距UHF数据电台;洛克韦尔·柯林斯公司的AN/ARC－210（V）收发信机（有嵌入式通信安全）;8.33/25 kHz信道间隔（以满足CNS－ATM 的需求）和“have quick I/II”。

其中，Link 16数据链是双向话音和数据通信系统，而先进的机内通信系统采用数字化功能通过光纤局域网进行话音通信，所有内部通话机和电台音频源都有各自的音量控制器、话音/音调ACAWS告警和事故记录功能，包括3个模拟音频信道，供驾驶员、副驾驶员和CICO使用。

协同交战能力（CEC）是E－2D预警机扩展防空任务的关键，通过数据链将来自各种平台的雷达跟踪测量数据融合为一幅高质量、实时合成的跟踪图像，实时发送给网络中的战舰和飞机。

2.5 数据处理系统

E－2D“先进鹰眼”的任务数据处理包可提高吞吐量和内存，采用改进的跟踪算法和可扩展的开放体系结构。该系统由雷声和哈里斯公司以及洛克希德·马丁公司研制，其他特性包括:光纤局域网（LAN）;采用COTS技术的任务计算机，与平台的操作员显示器综合在一起;Linux操作系统;网络交换和存储;网络文件系统和光纤通道网络开关。

3 E－2D“先进鹰眼”电子信息系统的应用

E－2C“鹰眼”在“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”中证明了舰载空中战斗管理对战场空间带来的关键能力，其指挥控制能力帮助协调空战的动态流，从而大大提高了地面战的作战效能。E－2D“先进鹰眼”是诺斯罗普·格鲁曼公司为满足美国海军网络中心战的迫切需求而研制的新一代主力舰载预警机，具有强大的战场管理、态势感知能力和多传感器数据融合能力;而且，E－2D还能够与海军导弹/传感器防御网联接，进一步提高其在海军战区防空反导系统中的作用，尤其与海军“宙斯盾”系统配合，是海军未来对付巡航导弹等低空时敏目标的重要手段。除了可以执行空中警、指挥与控制、海面监视、攻击与封锁控制和通信中继等军事任务外，还可执行边境防守和搜索救援等多项民事任务。

3.1 预警探测

E－2预警机能探测几百公里内空中、海面上的敌方目标，向海军飞机和战舰及时发出威胁告警，如反舰巡航导弹、无人机、军用飞机或者空中的其他运动目标，为航母战斗群提供保护，因而被称为“编队之眼”。

预警机的预警探测手段有雷达、光电、红外、ESM等，但以雷达为主。E－2D与E－2C的主要区别就是飞机收集、处理和显示信息的方式。APY－9雷达是其改进的核心，具备超强的陆上和濒海探测能力。

同时，E－2D还有电子监视措施系统，乘员可以对远超出本机雷达和敌我识别（IFF）询问器探测距离的雷达以及其他电子辐射信号进行探测和分类。

为了承担向整个航母编队提供有关导弹监视与跟踪信息的新任务，E－2D预警机加装了红外搜索与跟踪监视系统（SIRST），增强在战区预警与指挥控制方面的作用。SIRST系统仅具有角度跟踪能力，而不具备测距能力。但是，它能够利用雷达同步监测的数据，实时计算导弹的发射点和攻击点，最终通过与之相联的数据链路，为航母战斗群提供非常准确的三维位置图像和跟踪信息。

3.2 引导战斗机

E－2D“先进鹰眼”的战斗管理作用将远超“舰队之眼”。从海上为作战空间提供优势的连续机载网络中心、互操作的指挥控制监视和精确目标指示，它是革命性的机载C4I节点，协调几百架友方战斗机拦截敌目标。虽然已有很多C4I节点，但预警机仍是网络中心战的关键。

在执行对海作战任务时，预警机可以凭借机载雷达在较远的距离上发现敌机或敌舰艇，并将卫星和无人机提供的数据与传统航迹信息综合起来，使“鹰眼”可以构建更加全面的战场空间图，并及时向编队指挥所报告。同时，根据指挥员的命令，指挥和引导舰载机对敌舰艇、飞机或导弹进行拦截和攻击。

当地面部队需要近空支援的时候，可以通过特定的频率呼叫E－2D预警机告知部队目前所处的状态及位置信息，如正被地方地面武装力量攻击。然后，E－2D预警机任务操作员将根据地面部队提供的信息引导合适的作战飞机进入任务状态并对该地面部队进行支援。

同时，在与卫星情报、监视、侦察装备的协同工作下，E－2D还可以引导无人机对导弹发射平台进行定位和识别，并可将无人机识别的目标位置信息转发给攻击平台，然后攻击平台根据接收到的目标位置信息，在敌方导弹发射装置启动第二轮攻击之前发射精确制导武器将其摧毁。

3.3 战区导弹防御

在分布式导弹防御网络中，由于“先进鹰眼”增强了探测和跟踪能力，是探测地面移动平台发射的巡航导弹的第一个平台，作为保护航母打击群的主要装备，在战区空中和导弹防御（TAMD）中发挥着关键作用。

3.4 通信中继

为了压制未来的反介入/区域拒止（A2/AD）威胁，美海军正在研究新的空中作战样式，这种样式将更多地依赖通信和网络中心体系结构在美国海军和联合作战部队间提供及时的信息共享。通过增强战场空间感知，提高探测和跟踪能力，并将传感器与射手链接起来，从而缩短打击时敏目标的杀伤链。

E－2D通信系统配置有6部30～400 MHz的ARC 210无线电设备、Link 11和Link 16数据链、至少2个卫星通信设备、一部高频保密电台、一个URC－107 JTIDS Class 2H终端和一部多任务先进战术终端（MATT）以及AN/USG－3B型CEC，具备充当空中中继节点的基本条件。此外，目前USG－3联合作战情报处理系统仅能在视距范围（LOS）内使用，无法提供超视距传送能力，因此E－2D“先进鹰眼”将成为舰队内最重要的中继平台。

在伊拉克战场早期，E－2就扮演了空中通信中继的临时角色，负责联络地面部队和美国陆军空中支援行动中心。

3.5 民事任务

“先进鹰眼”除了完成军事任务外，如果需要，其强大的军事行动能力也可以帮助民事机构进行监视、指挥和通信与控制。它可以探测地面和海上的小型目标和所有飞机，与幸存人员保持联络，因而“鹰眼”成为搜索与救援行动的一个关键部分。可以完成的任务包括空中交通管制、搜索与救援协同、人道主义援助、缉私行动和海上监视和控制。

（1）灾难救援

机组乘员可以协调搜索救援任务，在救灾行动期间实施空中交通管制，并在大规模救灾行动中作为通信中继平台协调多部门开展救援工作。

（2）边境保护

可以完成的特殊任务包括:识别和监控空中和海面感兴趣的目标，根据所有来源的信息确定源产国;评估来源、目的地和行为特征对可疑活动进行报告;确认航运和飞行计划并确定目的地;引导边境巡逻、海岸警戒和海军装备进行拦截。其好处在于可以协调秘密的海上和空中拦截，提供近距控制装备、超视距通信中继，以及封锁和防止入侵［7－9］。

4 预警机的关键技术

为了进一步发挥警机在未来信息化战争条件下的网络中心节点作用，应突破和应用以下几方面的关键技术。

（1）有源相控阵天线技术

有源相控阵技术利用增加收发组件的数量，可以获得更大的功率。相比集中式发射机，有源相控阵的功率可提高一个数量级，同时还可获得更高的可靠性，并且使预警机雷达在时间能量管理、扫描跟踪速度、多目标处理能力、三坐标测量精度、抗干扰能力以及可靠性等方面都有很大的改善，因此是预警机雷达的关键设备。

（2）数据链

通过数据链将来自机上和机外各传感器的数据融合成一幅高质量、实时合成的跟踪图像，提高战场情报质量，实现战场的动态管理。典型代表是美军开发的战术目标瞄准网络（TTNT）、网络中心协同瞄准系统（NCCT）。

（3）无源定位、红外探测等辅助探测技术

除了提高雷达探测隐身目标的性能外，还需要加强一些新型与雷达互补的探测设备的研制，如无源定位、红外探测与跟踪、ESM/ELINT等，这是新一代预警机未来的必然发展趋势。

（4）多源数据融合技术

由于雷达、红外、光电传感器及其他非射频传感器可探测到隐身目标的不同特征信息，他们可以独立地向数据融合中心报告目标状态和属性信息，因此可将预警机上的传感器收集到的信息与通过数据链传来的机外其他传感器的数据进行融合，形成单一综合图像，供网络成员共享，从而提高预警机探测隐身目标的能力［10－12］。

5 未来发展趋势

实战证明，在舰载预警机的参与下，航母编队的探测监视空域将更大、武器的打击纵深将大大提高，编队区域防空能力大幅增强，是编队实现超视距作战的有效手段［13］。为了最大限度地发挥E－2D“先进鹰眼”的潜力，美国未来将重点研究以下几个方面。

（1）重视与无人机的协同

从长远来看，美国海军还需要将E－2D与在该机雷达作用距离之外飞行的己方无人机系统进行集成，包括接收、存储和处理后者获得的海量传感器数据，以及对后者进行指挥控制等。美国海军认为，这是正在到来的挑战。

（2）加紧研制供截获概率数据链

将来，E－2D“先进鹰眼”可能采用低截获概率链路，这是为与诸如F－35之类的隐身战斗机和实验中的海军无人空战系统（UCLASS）联合行动而设计的，且其开放式体系结构也为增加新的通信链路和其他特性打下了基础。

（3）实现静默打击

E－2D“先进鹰眼”作为中心节点，负责协调航母打击群的空中装备，与航母航空联队的所有其他飞机保持联接，而且还要与航母以及打击群的其他战舰连接，从而使其成为未来海军活动的关键装备。E－2D“先进鹰眼”把F－35C发回的数据再转发给航空联队的 F/A－18E/F战斗机，突前的 F/A－18E/F和F－35C甚至不需要让雷达开机，它们只需要接收该数据就行了。搭载了武器的F/A－18E/F基于协同模式尽可能突防进入重度防御区域后发射武器，最大限度地发挥远程武器的威力。

6 结束语

E－2D“先进鹰眼”将改变美国海军的战斗管理指挥与控制方式，其雷达技术跨越两代，增强了目标探测和态势感知能力，并能在杂波和电子干扰环境下工作，成为名富其实的“舰队之眼”;从前方部署的航母起飞，并利用协同交战能力（CEC）与“宙斯盾”协同，具有前所未有的巡航导弹探测能力;支持战区防空和导弹防御行动;再加上与其他机载装备的连通性、战场空间的态势感知和丰富的传感器数据，在协调打击敌目标方面有其独特的地位，成为在濒海和陆地环境中行动的关键。同时，北约提出了将来预警机应具备包括ISR收集能力、组网能力、超视距通信能力、保证的精确打击等在内的38个需求，并对其预警机进行升级改进，使其可以在未来C2ISR中承担更多的任务，包括支持机载联合ISR协调、动态目标指示、战区导弹防御等，这一切都进一步突显了预警机在未来网络化战争中的作用。

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Avionics System of E－2D and its Roles in Future Network－centric Operation

ZHANG Peng
（Chinese Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

E－2“Hawkeye”AWACS（Airborne Warning and Control System）has been playing an important role in US navy as a critical C4ISR（Command，Control，Communications，Computers，Intelligence，Surveillance，Reconnaissance）node due to its unique tactical performance.With the improvements of the fundamental technologies，AWACS can improve its performances to adapt the increasingly complicated network－centric operation.This paper introduces the avionics system of E －2D“Advanced Hawkeye”，discusses its roles in network － centric warfare，and finally，analyzes the critical technologies and performance improvement.Related information provides reference for engineers who are engaged in the field.

AWACS;E－2D“Advanced Hawkeye”;avionics system;operation application;network－centric war

TN97;V243

1001－893X（2014）05－0689－06

10.3969/j.issn.1001 －893x.2014.05.029

张鹏.E－2D预警机航空电子系统及其在未来网络中心战中的应用［J］.电讯技术，2014，54（5）:689－694.［ZHANG Peng.Avionics System of E －2D and its Roles in Network － centric Operation［J］.Telecommunication Engineering，2014，54（5）:689 －694.］

2014－04－10;

2014－05－15

date:2014－04－10;Revised date:2014－05－15

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