未来海上信息战的舰载雷达技术发展研究

李爱文

(91257部队 舟山 316000)



未来海上信息战的舰载雷达技术发展研究

李爱文

(91257部队 舟山 316000)

从未来海上信息战对舰载雷达提出的要求出发,阐述了适应未来海上信息战的舰载雷达技术发展思路:舰载雷达组网、多传感器信息融合、与舰载电子设备的一体化和集成化等。

舰载雷达; 雷达组网; 多传感器信息融合; 一体化和集成化; 信息战

Class Number TP309

1 引言

近几年来,国际上以美国为首的军界正在讨论信息战这一热门话题,似乎信息战已成为集当代各种高技术战争为一体的代名词。在伊拉克战争中,以美英联军几乎没受损失就取得了全面的胜利,在许多方面都取决于在信息斗争领域的绝对优势。

信息战[1]是未来高技术战争的一种主要作战形式,它集中体现了高技术战争的本质与特点并引发了一次新的军事革命。这次新的军事革命将使各国军队的作战思想、部队的编成和战争的样式产生广泛而深刻的变化。在信息战中,信息将成为最重要的战斗力,争夺信息的优势成为信息战的核心。

未来海战的主要作战模式将是海上信息战,因此舰载雷达技术必须沿着能适应未来海上信息战的思路发展。

2 海上信息战及其对舰载雷达提出的要求

2.1 海上信息战的定义

信息战从层次上可分为战略信息战和战场信息战。海上信息战[2]属于战场信息战的范畴,其核心是夺取海上编队信息能力的优势。这种信息能力包括信息的获取、传输、处理、使用和对抗能力。因此,海上信息战似可以定义为:在海战场上,依托全军信息网络,综合运用舰艇编队的C4ISR(通信、指挥、控制、计算机、情报、监视和侦察)系统,保护编队的信息系统不被破坏,对敌水面舰艇编队的信息系统实施电子攻击、信息欺骗乃至物理上摧毁,达到夺取海上信息优势的目的。

2.2 海上信息战对舰载雷达提出的要求

1) 一体化和集成化

舰载雷达/电子战一体化:例如电子侦察雷达一体化,用于环境监视、目标探测、目标识别、武器控制、抗干扰、抗反辐射导弹和抗反舰导弹;又如电子侦察/电子干扰雷达一体化,把这三个独立的分系统,通过总线和中央处理机结合为一个有机的整体就能更有效地发挥舰艇软硬一体化防御系统的效果。

2) 对抗化和效能化

海上信息战包括海上信息进攻和海上信息防御。海上信息进攻包括雷达对抗、通信对抗、水声对抗、光电对抗、计算机病毒对抗和“硬”摧毁等。其中雷达对抗包括雷达侦察、雷达干扰、目标隐身、反辐射导弹、低空突防。海上信息防御包括雷达反对抗、通信反对抗、水声反对抗、光电反对抗、计算机病毒反对抗和反摧毁等。其中雷达反对抗包括雷达反侦察、雷达抗干扰、雷达反隐身、抗反辐射导弹和抗低空突防,即要求舰载雷达有强的对抗能力。

另外,从信息战的六大原则之一——致盲原则即首先干扰或摧毁敌人接收信息的传感器(其中最主要和最重要的传感器为雷达),使其变成聋子和瞎子(特别是使雷达迷盲)来看,也要求舰载雷达有强的对抗能力,从而保存并充分发挥舰载雷达的作战效能,为完成作战任务奠定坚实的基础。

3) 远程化和精确化

信息战的四种主要表现形式之一是精确武器战,它使以往动用大规模部队作战的方式变得多余,取代它的将是小型部队,用智能导弹或巡航导弹从远程摧毁敌军事装备。由于舰载雷达的主要使命任务是确保舰载武器威力的充分发挥。因此,不论从进攻还是从防御的观点来看,都要求舰载雷达能达到远程和精确化。这就要求在航母编队内配置超视距雷达和预警机雷达并与星载雷达协同进行有效的远程和超远程探测,同时还应提高其探测精度以满足精确武器实施高精度打击的需求。

4) 敏捷化和实时化

信息战的六大原则之一是敏捷原则,要使已方及友方的决策周期最短,运行得最快,使敌方始终处于被动挨打的地位。这就要求舰载雷达有高的数据更新率,反应速度要快,以满足信息战的实时化要求。

3 适应未来海上信息战的舰载雷达技术发展趋势

从海上信息战对舰载雷达提出的要求来看,能适应未来海上信息战的舰载雷达技术发展思路为:舰载雷达组网、舰载雷达与电子设备的一体化和集成化、双/多基地雷达、自适应技术、数字波束形成技术等。

3.1 舰载雷达组网技术

雷达组网的效能不是网内各部雷达效能的简单叠加,而是有较大的飞跃,这是因为它能充分利用频率分集、空间分集和能量分集等特点。若将各种功能的舰载雷达组网,形成一个远、中、近和高、中、低空相互补充的一体化探测网,就能达到功能互补、资源共享,使威力空域扩展、预警时间提前、反应时间缩短、可靠性和置信度提高、抗硬/软摧毁能力提高、抗干扰和反隐身及抗低空突防能力提高、新的信息增加、C4ISR系统的有效性增强,从而可大大提高舰载雷达系统的“四抗”能力,以适应未来海上信息战的要求。

根据组网雷达的部署情况,雷达组网可分成同地和非同地两大类。舰载雷达组网还可细分成单舰雷达组网、舰艇编队雷达组网、舰艇编队间雷达组网及舰载雷达与海岸雷达组网(除单舰雷达组网为同地雷达组网外,其余均为非同地雷达组网);根据信息融合类型可分为集中式处理和分布式处理两种;依据组网雷达类型的不同,可分为多基地雷达组网、单基地雷达组网和单基地与多基地雷达混合组网三种;按构成雷达网功能的不同,可分为情报雷达网和航空管制雷达网等。

舰载雷达组网[3～6]的关键问题和应研究的课题如下:研究组网理论、建立各类目标处于各种状态和环境下的反射特性数据库;研究自动化数据处理和显示系统及研究超级信号处理机以解决组网时的信号实时处理问题;又因各雷达的S/N不同,信号合成时必须解决时空同步问题,对同一目标反映在不同雷达上的不同S/N,需实时分别调整加权因子,这使信号处理更加复杂;精确标定站位和进行坐标变换;统一时间标准;研究自适应极化、频率综合控制和能量最佳分配技术;网内各站雷达数据汇集算法和软件开发;战术通信系统的加密性能和可靠性;多种误差的校准;利用雷达网内的雷达能以不同方向观察目标来提高对目标的识别能力;雷达网多频率的电磁兼容等,这些均是需要解决的问题。

3.2 与其它舰载电子设备的一体化和集成化

舰载雷达与其它舰载电子设备的一体化和集成化[7],能适应未来海上信息战条件下软、硬一体化防御体系的需要,也是未来海上信息战对舰载雷达提出的重要要求之一,因为这样不仅可提高精度,而且可大大缩短系统的反应时间。

1) 舰载雷达电子战一体化

把舰载雷达与电子战有机地结合起来,实现一体化,可充分发挥各自的优势,弥补双方的不足,成倍地提高整体作战威力。雷达能主动地探测目标,准确地测定目标的空间位置,自动地跟踪目标,但只要雷达开机就会受到强烈的电子干扰和反辐射导弹的攻击,不过如能与电子战一体化,达到紧密配合,就可在远比雷达作用距离远的距离上发现目标,同时隐蔽地监视整个电磁环境,进行威胁告警,从而保证雷达在最佳的时机进行短时间的发射并能在雷达受干扰的情况下仍能对目标进行探测和跟踪;电子侦察在目标识别能力上远比雷达强;两者一体化后可缓解双方在能源上及空间占用上的矛盾,以及在简化显示控制设备、优化作战指挥等方面都存在明显的优势。

美国休斯公司已推出集雷达/电子战一体化功能的硬件,能在一部天线中实现电子战和雷达功能的一体化。为覆盖所需带宽所采用的方法是将整个带宽划分成四个子阵,每个子带有各自独立的发射机和接收机。发射效率是随瞬时带宽的减小而增大,热耗也随之减小。阵列中(4*4)16个发射机/接收机模块应有四个频带。美国西屋公司试验了一种先进的多功能天线,它不仅能支持宽带、高增益的ESM,而且能支持有源雷达模式。

2) 舰载雷达/电子战/火控系统一体化

使舰载雷达/电子战/火控系统一体化,就能突破火炮和导弹单独控制、多种传感器之间不能实时交换信息的传统模式,不仅能与多传感器信息融合那样使各种传感器性能互补,冗余信息获得充分利用,而且还能使制导系统功能互补,使各种信息资源得到综合利用,从而大大缩短防御系统的反应时间,提高舰载防空武器系统的整体作战效果。例如美国的SSDS(水面舰艇舰载自防御系统)、英国的AAW(防空战)系统、法国的SAAM(舰对空反导系统)/F、意大利的SAAM/I和荷兰的Sewaco等,均为雷达/电子战/火控系统一体化的系统。

SSDS MKI是由AN/SPS-49远程警戒雷达、AN/SLQ-32ESM系统、RAM和“密集阵”构成的一体化系统。MK2又在MKI的基础上引入MK23TAS目标捕获系统和北约“海麻雀”水面导弹系统,从而能更有效地对付高速、小雷达截面的反舰导弹。

3) 舰载雷达/指挥系统的一体化

舰载雷达与指控系统的一体化主要体现在信息处理的一体化和工作方式控制的一体化。

信息处理的一体化:雷达接收到回波后,将进行一系列的处理,在一体化的雷达与指控系统中,一些主要的信息处理功能,如恒虚警门限检测、动目标显示检测、点迹提取、航迹处理、目标属性及类型识别、威胁判断等,均由信息处理单元统一完成,既满足雷达终端的需要,又能满足控制系统的要求。

工作方式控制的一体化:这种一体化的控制方式包括雷达扫描方式(搜索和跟踪方式、脉冲重复频率、天线转速等)和信息处理方式(检测方式、恒虚警门限的设置、动目标检测、目标轨迹算法、目标的识别与威胁判断算法等)的选择及目标跟踪配合的控制(当指控分系统决定对某些目标进行跟踪,则相应地控制雷达分系统对该批目标进行跟踪扫描,同时指控分系统也选择相应的平滑算法对该目标进行解算)等。

一体化的雷达与指控系统除了体现在上述两个方面外,还体现在应有统一的时钟与时序系统,以此来确保信息处理的一致性和精度。

美国的AN/SPY-1A/B和“提康特罗加”级巡洋舰上的指控系统之间、AN/SPY-1D和“阿利·伯克”级驱逐舰上的指控系统之间;法国的海神E(或海虎)和“织女星”之间、“海猩”和“织女星”之间等就是采用一体化设计的雷达/指控系统一体化设备。

3.3 双/多基地雷达

双/多基地雷达[8]有多种配置方式,其中接收机装在舰上、发射机置于同步卫星上是未来舰载双/多基地雷达的理想工作模式。双/多基地雷达越来越受到重视的原因是它具有很强的“四抗”潜力: 1) 反隐身:目前的隐身飞行器主要是减小鼻锥方向45°范围内的雷达截面积,而目标的雷达截面积随双基地角增大而增大,当双基角在130°～180°时,被探测目标的雷达截面积会显著增大。 2) 抗反辐射导弹:接收站是无源的,可部署在前沿阵地使导弹无寻的源,而发射站置于安全地带或卫星或飞行器上。 3) 抗电子干扰:接收站是无源的,能被侦察和定位的只有发射站,因而大功率定向干扰及各种欺骗式干扰只能针对发射站;全向噪声抑制干扰由于功率分散,效果将大大降低。 4) 抗低空突防能力:主要指发射机置干预警机或卫星上,根据要求在探测低空目标区域选择和配置接收机(尽可能放在前沿阵地),不但可有效地改善低空探测范围,而且也增加了双基角大于130°的概率,对空/空配置双基系统还可利用杂波调谐效应有效地探测低空目标。

双/多基地由于收、发分置,从体制上具备了对抗“四大”威胁的优势,与此同时也带来了收、发两站间的空间、时间和相位同步问题,这是双/多基地雷达必须重点突破的关键技术。

3.4 自适应技术

未来海上信息战环境下要求舰载雷达能在各种复杂条件下自适应地工作,能在严重的电子和杂波干扰环境中以极高的数据率处理高密度目标信息,使雷达与使用环境始终处于最佳的匹配状态。目前国外舰载雷达中采用了下列各种自适应技术[9]:波束形成自适应、波束控制自适应、自适应调零、副瓣相消自适应、极化自适应、波形自适应、自适应频率捷变、自适应动目标显示、自适应动目标跟踪、自适应工作方式选择、自适应恒虚警率接收和自适应航迹相关等。

目前比较典型的有较强自适应能力的舰载雷达有美国的FLEXAR(波形自适应)和AN/SPY-1(波束形成和波束控制自适应)、英国的MESAR(自适应零点控制)和瑞士的“海上卫士”(能自适应地进行角度和距离跟踪)等。

3.5 数字波束形成技术

数字波束形成[10]技术是采用数字技术实现瞬时多波束(阵列单元接收的模拟信号经数字化和加权处理,产生天线空间响应)及实时自适应处理的一种新的雷达技术。它具有下列优点:可同时产生多个灵活独立的可控波束而不损失信噪比且节省硬件;各波束位置由计算机处理完成,可通过选择最佳的加权系数来获得最佳的波束形状;波束控制无惯性,便于波束的捷变控制;便于校正阵列单元方向图和实现自适应方向图调零;易于实现接收机自校正和天线的超低副瓣;可获得超高分辨力;雷达功率和时间管理灵活等,因此是能适应未来海上信息战的一种雷达新技术。

要实现数字波束形成必须解决下列关键问题:首先应突破微波集成电路技术以提供经济上能接受的收/发组件和数字波束形成接收机;要完成瞬时多波束的实时自适应处理;能解决数以千计的收/发组件和接收机的自身和彼此之间的连接;还应解决通道之间的幅相不一致性等。

英国的舰载相控阵雷达MESAR和荷兰的SMART舰载三坐标雷达等均采用了数字波束形成技术。

4 结语

海上信息战正在奇迹般地改变着海军部队,并从根本上改变海战方式,同时也对舰载雷达提出了更高更新的要求。只有沿着适应未来海上信息战的舰载雷达技术发展思路不断创新,才能达到夺取海上信息优势的目的,这也是今后舰载雷达的技术发展方向。

[1] 陈升友.国外电子信息战及其发展趋势[J].现代雷达,2008,30(9):7-11.

[2] 任小伟.海战场信息战的发展和对策[J].舰船电子工程,2008,28(8):1-4.

[3] 叶朝谋,丁建江,吕金建,等.基于模式化的雷达组网资源管控功能模型[J].系统工程与电子技术,2013,35(9):1979-1982.

[4] 吴周喜,彭海.雷达网配置体系结构及效能评估研究[J].计算机与数字工程,2014,42(9):1641-1644.

[5] 赵珊珊,张让林,周宇,等.组网雷达点迹信息融合抗假目标干扰方法[J].电子科技大学学报,2014,43(2):207-211.

[6] 吴晓潭,田腾,尹力.多声纳雷达数据融合系统实[J].网络新媒体技术,2014,3(4):57-59.

[7] 俞成龙,周红峰,杨蕾,等.跟踪雷达与电子战设备一体化系统设计技术[J].舰船电子对抗,2014,37(4):5-9.

[8] 刘炳奇,肖文书.一种多基雷达接收信号相参处理的方法[J].现代雷达,2009,31(5):30-34.

[9] 甘建超,邹菊红.宽带数字信号处理及其在电子战中的应用[J].信息与电子工程,2010,8(4):425-430.

[10] 王海涛,叶琦,刘爱芳,等.基于自适应波形设计的天基雷达目标检测方法[J].宇航学报,2013,34(8):1130-1136.

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《舰船电子工程》编辑部

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 作者简介:李爱文,男,研究方向:电子对抗。

TP309

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.007