美国海军电子战系统现状及发展趋势

2018-12-29唐宏

舰船电子对抗 2018年5期

唐宏

(海军装备部装备采购中心，北京 100071)

0 引言

现代战争是陆、海、空、天、电一体的多元空间的战争，是全天候、全方位、多层次的立体战争。其中电磁频谱作为态势感知的重要手段和信息传递的主要载体，一直以来是敌对双方首先要争夺的“制高点”。只有赢得电磁频谱的掌控，才能在高技术战争中实现精确识别和精准打击，真正获得制海权和制空权[1-3]。从海湾战争以来的几次局部战争中可以看出，敌对双方争夺电磁频谱使用和控制权的战争愈演愈烈。随着科学技术的飞速发展以及新型高科技在现代化军事武器装备中的应用，现代军事装备正向着信息化、智能化、一体化的方向发展。电子战变得越发重要，其已成为现代战争中不可或缺的一部分。

在现代海战中，反舰导弹已成为水面舰艇的主要威胁，在高新技术的推动下，反舰导弹已具有射程远、威力大、命中精度高、生存能力和突防能力强等特点。为了有效应对反舰导弹的威胁，提高舰艇战斗力和生存能力，必须提高舰艇综合防空反导能力。电子战系统作为舰艇防空反导的重要组成部分，其作用和地位举足轻重。从世界各国海军武器装备的配备可以看出，小到巡逻艇，大到航空母舰，都装备了各种类型的电子战设备。美国海军作为兼具空天和陆上作战能力的综合性军种，其电子对抗系统是世界上最复杂而又最完善的军用综合电子系统，并代表着世界军用综合电子信息系统的发展方向[4-7]。进入21世纪后，为了保持电磁频谱的绝对优势，美海军持续发展多平台、多手段的持久全谱电子侦察、强化全面的电子进攻和保持领先的水面电子防护能力。

1 美国海军电子战系统发展现状

1.1 舰载电子战系统发展现状

20世纪70年代，反舰导弹的威胁日益凸显，为了给水面舰艇提供自卫和末端威胁防御能力，美国海军研发并部署了AN/SLQ-32电子战系统。此后不断完善和改进，目前几乎所有的美国水面舰艇都装备有SLQ-32(V)电子战系统。

经过近40多年的研制更新，已经有超过450套SLQ-32电子战系统被美国海军和10多个国家与地区的海军所采购，并发展了7种主要型号且部分型号已形成装备。它们分别为：基本型SLQ-32(V)1，主要功能是对临近的雷达制导反舰导弹提供告警、识别和测向； SLQ-32(V)2型是在SLQ-32(V)1型的基础上增加1组E/F频段的2路子天线，用来接收E/F频段的敌方舰载雷达信号，能对导弹附属的目标指示和发射雷达进行告警、识别和测向；SLQ-32(V)3型除包括SLQ-32(V)2型的全部能力外，还增加了干扰能力，以阻止或延迟导弹的目标指示和发射，使已经发射的导弹偏离真目标；SLQ-32(V)4型是SLQ-32(V)3型的改进型，其设计是为了满足大型航空母舰的需要，用以代替SLQ-17干扰机； SLQ-32(V)5型是非正式命名的一种型号，其组成是SLQ-32(V)1和SLQ-32(V)2型系统基础之上加装一种“伙伴”多波束干扰机,其电子战系统组成如图1所示；SLQ-32 V(6)是水面电子战改进项目(SEWIP)Block 2项目的一部分，用于提供早期预警、威胁警告、分析和对抗来袭反舰导弹，可在公海大洋和濒海地区使用，SEWIP Block 2最大的变化是将原本SLQ-32(V)3/4的多个接收和干扰天线阵面统一用一个天线阵面取代；SLQ-32(V)6(如图2所示)已于2016年10月获准开始全速生产。SLQ-32 V(7)是SEWIP Block 3项目，目前正在研制的SEWIP Block 3旨在为新建平台以及所有装备AN/SLQ-32(V)3和AN/SLQ-32(V)4的巡洋舰、驱逐舰、航空母舰和两栖攻击船提供通用的电子攻击能力。Block 3将引入综合电子攻击能力(包括新的发射机、天线阵列以及相关的干扰技术)，从而使舰船免受射频制导导弹的威胁。

图1 SLQ-32(V)5电子战系统组成

图2 SLQ-32(V)6电子战系统

在SEWIP项目之前，SLQ-32(V)电子战系统的电子支援措施(ESM)分系统采用多波束接收+瞬时测频的技术体制，由多波束接收天线阵、瞬时测频接收机、检波对数视频放大器(DLVA)测向接收机、预处理机、中央计算机、显示控制等组成。电子对抗(ECM)分系统分为有源干扰和无源干扰2个部分。无源干扰为MK36箔条火箭系统；有源干扰为多波束干扰发射机。而随着反舰导弹的不断发展，水面战面临的威胁环境发生了巨大变化。美国海军意识到必须具备更强大的防御能力，因此于2003年启动了针对SLQ-32改进的SEWIP项目，确保对先进反舰导弹的有效防御能力。

SEWIP是一个分批次(Block)、多阶段的项目，旨在为舰船作战系统提供增强的反舰导弹防御能力，同时提供抗目标瞄准与反监视能力以及增强的战场态势感知能力。SEWIP的增量1，即Block 1，包含了一系列的提升措施，聚焦于可快速研发和部署的低风险升级举措。这些升级不仅使现有SLQ-32的性能得到提升，同时还解决了关键硬件的退化问题。SEWIP Block 2在软硬件上都有大幅度的改进，其中最大的变化是将原本SLQ-32(V)3/4的多个接收和干扰天线阵面统一用一个天线阵面取代。硬件方面，SEWIP增量1以砷化镓(GaAs)单片微波集成电路(MMIC)的相控阵功放组件代替SLQ-32原有的旧式接收机与天线，大幅提高了性能。另外，采用综合通用电子战系统(ICEWS)的相关组件，使系统处理延迟降至200 ms，在高杂波背景环境中仍有良好的脉冲处理能力，并大幅降低虚警率。软件方面，增加新的电子战模式，强化信号处理能力，并以一个通用战斗系统显控界面来取代原SLQ-32与战斗系统之间的多重界面与各独立组件，有效提高作战效能，并简化后勤维护与升级，该增量的正式型号为SLQ-32(V)6。SEWIP增量3以增量2为基础，重点着眼于电子攻击(EA)与主动干扰能力的改进，正式型号为SLQ-32(V)7。该增量技术方案的主要特点是采用基于氮化镓发射/接收模块的有源电扫阵列，并结合了“集成桅杆”(InTop)项目的成熟技术。InTop将雷达、电子战、通信等多种射频功能集成到一个系统中，在甚高频(VHF)到Q波段的范围内共享孔径、电子设备、显控和操作员。InTop项目对综合化的EW/IO/通信样机(如图3所示)进行了验证，解决了SEWIP Block 3阶段的关键技术。

图3 EW/IO/通信原型样机

1.2 舷外电子战系统发展现状

舰载电子战防御系统一般可以分为舰载和舷外两大类。对于舰载有源干扰而言，由于舰艇雷达截面(RCS)非常大，尤其对于航母平台，为了获得有效的干扰效能，舰载有源干扰机需要非常高的干扰功率，这增大了被采用被动雷达制导反辐射导弹攻击的危险，并且新一代反舰导弹末制导雷达大多采用单脉冲体制，具有优良的角跟踪能力，具备“干扰源寻的”制导的能力，可以对舰载有源干扰机进行被动跟踪，引导导弹直接攻击舰艇。而舷外有源电子对抗系统通过内部搭载的电子信号放大器模拟大型战舰的RCS，同时按照预先编程好的弹道和飞行参数在空中徘徊，吸引来袭反舰导弹，诱骗其雷达寻的头锁定诱饵本身，从而偏离舰艇平台。

在现役舷外有源诱饵中，美国海军装备的Mk234“纳尔卡”(Nulka)是最成功的，作为一种新型电子防护手段，美海军十分重视该诱饵系统，并已采购了上千套系统装备在各类大型战舰上。Nulka能有效地全天候保护海军舰艇对抗反舰导弹，该系统可用作舰艇多层防御系统的一部分，或作为独立系统。威胁信息由舰上的ESM系统或其他设备提供，Nulka利用这些信息计算诱饵弹的最佳发射时间和最佳弹道。Nulka结合了由BAE系统公司澳大利亚分部生产的新型悬停式火箭载荷平台，上面安装了由洛马公司生产的宽带射频转发式载荷，辐射出类似大型舰船的雷达截面积，旨在引诱射频制导反舰导弹远离其预定目标。目前，被称为E-纳尔卡的秘密项目正在开发升级的载荷。

尽管舷外有源诱饵能够有效防御反舰导弹，但由于其作用持续时间相对较短——通常为几十秒，最多仅仅几分钟。因此，美国海军也一直在进行大量的研究和技术论证工作，以开发出更持久的软杀伤对抗技术。2014年10月，美国海军进行了AN/ALQ-248的先进舷外电子战(AOEW)有源任务载荷(AMP)的研发，AOEW电子战吊舱既可以独立工作，也可与舰载SLQ-32(V)6协同工作，以探测来袭导弹，识别导弹的目标位置，并使用射频对抗技术来阻止导弹攻击。

AOEW系统旨在研制对抗世界上部分最先进的雷达制导反舰导弹，如俄罗斯制造的SS-N-22“日炙”导弹和SS-NX-26“红宝石”导弹的措施。“日炙”导弹可以3 Ma速度飞行，搭载1枚约320 kg的弹头。“红宝石”导弹最高可以2.5 Ma速度飞行，搭载1枚约300 kg的弹头，并且可能具有在末段飞行过程中机动的能力，难以击败。AOEW项目的目标之一是在防区外探测和干扰来袭反舰导弹，使舰载或舷外导弹防御能力有机会挫败来袭武器。AOEW原型将安装于MH-60R和MH-60S直升机上，但未来可部署的版本可能适用于具有长航程、长续航能力的固定翼无人机或无人直升机中。AOEW的作战使用如图4所示。

图4 AOEW的作战使用

除了AOEW AMP以外，美国海军还进行了舰射电子战扩展型持久诱饵(SEWEED)项目，该项目用于后续AOEW的增量。SEWEED作战使用及系统组成示意图如图5所示。目前，由海军研究实验室领导的未来海上能力计划的主题是舰射电子战扩展型持久诱饵未来海上能力，旨在演示“舰艇发射、快速反应、长续航性、可携带EW载荷的投掷式飞行器”。海军研究局透漏了舰射电子战扩展型持久诱饵概念的有限细节，披露了一种可以转换为旋翼飞行的火箭发射飞行器，以便快速部署和定位。未来海上能力计划要解决的关键技术问题包括表面处理和机身材料/几何结构、用于电子战兼容的天线隔离、有效载荷热管理以及先进的控制算法。未来海上能力计划也在探索动力和推进方面的问题，如无斜盘转子以及旋转翼快速部署结构。还将研发一种被称为“黑幽灵”的小型、高效涡轮发动机，作为未来可能的升级版本。

图5 SEWEED作战使用及系统组成示意图

1.3 舰载机电子战系统发展现状

进入21世纪后，海上空袭作战体系对抗特征凸显，呈现规模大、强度高、信息化和超视距的态势，对舰艇编队的攻击呈现出多方位、多梯度、多形式的饱和攻击。因此，舰载电子战设备的升空是空战和空间立体战的直接需要，同时，舰载电子战设备升空还可克服地球曲率半径的影响。目前，美国海军的主战舰载电子战飞机为“咆哮者”EA-18G，该飞机具有优异的机动性能和极强的电子进攻能力，已成为任何潜在对手都很难防御的“撒手锏”武器。与“前任”“徘徊者”EA-6B相比，“咆哮者”EA-18G在电子战能力上进行了全面升级。EA-18G“咆哮者”拥有十分强大的电磁攻击能力。凭借诺斯罗普·格鲁门公司为其设计的ALQ-218 V(2)战术接收机和新型ALQ-99战术电子干扰吊舱，EA-18G可以高效地执行对地空导弹雷达系统的压制任务。与以往拦阻式干扰不同，EA-18G可以通过分析干扰对象的跳频图谱自动追踪其发射频率，并采用“长基线干涉测量法”对辐射源进行更精确的定位以实现“跟踪-瞄准式干扰”。此举大大集中了干扰能量，首度实现了电磁频谱领域的“精确打击”。采用上述技术的EA-18G可以有效干扰160 km外的雷达和其它电子设施，超过了任何现役防空火力的打击范围。不仅如此，安装于EA-18G机首和翼尖吊舱内的ALQ-218 V(2)战术接收机还是现今世界上唯一能够在对敌实施全频段干扰时仍不妨碍电子监听功能的系统。

近年来，随着威胁对象电子系统变得更加网络化，更具适应性，时域上捷变性更强，并能跨频谱工作，下一代电子战系统必须提高相关技术能力，协同整合多项功能以应对未来威胁，并且电子战系统必须紧随威胁的发展而发展，才能保持其在陆、海、空、天、赛博空间等所有作战领域的作战有效性。为了应对当前和未来的威胁，电子战系统必须具备射频捷变、自适应以及高功率、多任务的能力，同时能够及时在频谱范围内进行操纵、监视以及提供精确的波形。未来电子对抗系统必须具备宽工作带宽、快速切换时间、指令电子波束扫描、全极化分集和自适应波形等重要属性，并由此获得更为卓越的频谱机动性和操纵性。在此背景下美国海军开展了下一代干扰机(NGJ)的研制。

NGJ用最新的有源电子扫描阵列(包括有源相控阵阵列(AESA)、数字和基于软件定义技术)来解决新兴的高级威胁和日趋复杂的威胁辐射源密度问题。其主要采用能够在0～100%占空比之间运行的高效率宽带GaN T/R组件、极化分集的AESA，还有一个全数字、可扩展、可编程的软件定义接收器和技术生成器。2014年10月，NGJ在“湾流”-III上完成首次飞行试验。正在“湾流”-III飞机下装配的NGJ如图6所示。此次试验旨在验证系统集成、阵列发射功率、干扰技术和干扰管理，主要进行发射和接收波形、AESA波束捷变和控制、AESA发射功率、发电机速度控制/电源管理以及针对真实目标技术产生器的“终端对终端”系统集成效果等试验。2017年，美海军正式将NGJ命名为AN/ALQ-249。

图6 正在“湾流”-III飞机下装配的NGJ

2 美国海军电子战系统的发展趋势

2.1 认知电子战

面对日益复杂多变的战场电磁环境带来的挑战，认知电子战受到了广泛关注。认知电子战系统是在传统电子战系统的基础上，通过增加目标认知、智能决策、自主学习等系统认知能力形成的智能化电子战系统。机器学习、智能决策等技术的引入，使认知电子战系统具备有效应对时敏目标、未知目标和认知型目标的能力[8-10]。

美国海军目前正在研究将自适应电子战行为学习项目(BLADE)开发技术和自适应雷达对抗项目(ARC)开发算法应用到EA-18G“咆哮者”电子战飞机上。

2.2 大微波光子新技术

微波光子学技术[11-12]的发展及其在电子战领域的应用是电子战领域的一项潜在颠覆性技术,是新一代多功能、超宽带电子战系统的重要技术支撑。而采用基于光的微芯片来处理数据的集成光子学，比传统芯片处理速度要快得多。与传统的射频系统相比，集成光子可以显著拓宽模拟信号的频率覆盖范围，且可以进行远距离、低损耗传输。芯片级集成光子技术有利于大幅度减小系统对尺寸、重量和功率的要求。

2.3 一体化综合射频技术

随着AESA、开放式架构和数字处理技术的进步，一体化综合射频技术是未来电子系统的发展趋势。一体化综合射频系统拟采用共用设计，摆脱传统的分散、独立、专用的射频链路设计，将一体化推进至天线及射频前端。基于尽可能少的综合射频[13-14]模块构建一个兼具态势感知、电子对抗(ECM)、通信、导航、识别等多功能于一体的综合射频系统，可显著降低机载航电系统的重量、尺寸、功耗和成本，通过动态分配系统资源、快速转换系统功能，有效缩短系统反应时间，提升作战能力。

2.4 电子战无人系统

有人驾驶的电子战飞机往往是敌人袭击的首选目标，为确保人身安全而采用无人机执行电子战任务，已越来越被世界许多国家重视。目前，美海军正在发展具备续航时间长和拥有隐身能力的电子战无人机。这类无人机主要装载雷达对抗设备，在目标上空对对方的雷达设备进行有针对性的压制或欺骗干扰，从而保护己方的飞机或导弹突防。此外，还可以作为诱饵和反辐射手段等功能任务应用。