从几种国外新型电子战系统看电子战的未来发展

2020-10-20陈楠楠王月悦

舰船电子对抗 2020年4期

张燚，陈楠楠，王月悦

(1.海装驻杭州地区军事代表室，浙江杭州 310000；2.海装驻上海地区第八军事代表室，上海 200083；3.中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州 225101)

0 引言

现代信息化战争已不仅是敌对双方单兵、武器、军种或平台之间的博弈，更是双方作战体系之间的对抗，并且不再局限于陆地、海洋和空中等传统空间，而是拓展到太空、网络、电磁频谱甚至心理领域[1]。近年来美军大力主导电磁频谱的优先地位，先后提出“电磁机动战”、“电磁频谱战”等作战概念，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，正朝着独立作战域的方向不断迈进。

电磁频谱战围绕控制电磁频谱或取得电磁频谱控制权而展开，无论在美军“电磁频谱战”概念中还是在我军全域作战的框架下，电子战都是多域作战的基础，只不过相对于传统的电子战而言，其内容和意义有了较大范围的扩展。另一方面，电磁环境日益复杂，新体制雷达不断投入使用，反舰导弹的精确制导和超视距突防能力大幅提升，对水面舰艇的威胁越来越大。电子战手段作为水面舰艇防空反导至关重要的组成部分，为适应新变化有了较大发展，新体制、新技术得到广泛应用，新装备不断涌现，综合作战能力不断提升。本文阐述了主要国家海军近些年来具有代表性的电子战系统的开发历程和特点，综合分析舰载电子战的发展共性和发展趋势。

1 主要国家海军电子战系统发展现状

1.1 美国水面电子战改进计划(SEWIP)

AN/SLQ-32是美国海军上世纪70年代开发的标准舰用电子对抗系统，采用的是晶体视频接收测向与瞬时测频相结合、介质透镜馈电多波束天线阵的技术体制，广泛装备美国各型水面舰艇。为适应水面作战威胁的新变化，美国海军于2002年正式启动水面电子战改进计划(SEWIP)，分4个阶段(Block)以“螺旋升级”的方式进行增量改进。其中，引人关注的Block 2是对原系统的一次重大改进，推出了在技术体制上和以往完全不同的新型电子战系统，关于Block 2的改进内容，普遍文献总结为：采用新型宽带数字接收机和天线、统一作战系统接口，通过扩展频率覆盖范围、提高灵敏度、引入精确到达角测量实现辐射源探测性能和测量精度的大幅提升。更细节的内容则要从“多功能电子战先进开发模型”(MFEW ADM)的侦察样机说起[2]。

MFEW ADM是着眼于下一代电子战能力的技术演示项目，由诺斯罗普·格鲁曼负责开发。MFEW ADM采用20个双正弦接收单元的干涉仪天线，测频支路包括16～24个宽带(400 MHz)调谐器、数字接收机、1组窄带(32 MHz)滤波器和与之匹配的检波器。为缩短系统响应时间，测频支路通过预估频率中心并利用已知辐射源的频率参数进行全频扫描，检测通道的窄带特性也有效降低了电磁干扰，提高了系统的灵敏度。测向天线阵列由2个正交干涉仪构成，阵列包含14个接收单元，为减小多路径效应所引起的到达角误差，MFEW ADM改进了多信号分类(MUSIC)算法，实现高精度的测向。调谐器和接收单元在资源配置管理器(RAM)的控制下，根据需要在测频和测向之间进行动态调整。MFEW ADM同时还具备两项辅助功能：电子进攻支援和信息战支援。经过技术演示后，MFEW ADM满足了关键设计指标要求，并将相关技术过渡到Block 2采购项目中。Block 2作为独立的更新换代产品，目前已定型为AN/SLQ-32(V)6，正处于全速率生产阶段。图1为Block 2安装位置示意。

图1 SEWIP Block 2 安装位置

SEWIP 当前的开发重点是Block 3。Block 3阵面示意见图2。Block 3将先进的电子攻击能力集成到系统中，包括引入新型发射机、基于氮化镓(GaN)功放的有源电子扫描阵列、新型相关干扰技术等。与以往的组合式电子战系统在相对较窄的频率覆盖范围对抗已知威胁相比，这种新型攻击能力适应了新型反舰导弹导引头的作战需求，将频率覆盖范围扩展到毫米波段，还运用了新型“智能化”电子战的数字处理技术，能够对不含在数据库中的未知威胁进行响应，具备了一定的“自适应”对抗能力。

图2 SEWIP Block 3阵面示意图

SEWIP Block 3对集成桅杆(InTop)子项目——多波束电子战/信息战/视距通信样机的关键技术进行工程转化，将通信功能和资源管理器软件移植到Block 3中，在资源配置管理器(RAM)软件的统一控制下，通过2组高增益发射和接收孔径同时实现通信、信息作战和电子战能力，标志着多功能综合射频系统在舰载平台装备。美国海军还将进一步开发先进舷外电子战(AOEW)载荷，借助Block 3嵌入的软杀伤武器协同系统(SKCS)和Link 16数据链对AOEW进行引导和控制，从而进一步发挥舰载电子战系统和舰载机电子战载荷之间的协同效应，扩大系统作战范围，提高多平台武器系统效能。根据报道，在经历项目延期和重大成本增加后，2019年1月SEWIP Block 3通过“里程碑-C”设计评审，进入低速率初始生产阶段。

1.2 英国海军电子战项目演进

泰勒斯公司开发的UAT系列雷达电子支援系统是英国皇家海军最主要的电子战装备，经过2003年以来的系列化改进，最新型号为UAT Mod 2[3]。它采用的是数字化接收机，在天线上完成全频段直接射频采样，并广泛使用商用现货软、硬件，显著提高了在濒海和复杂电磁环境下的电子战支援能力，也为后期适应威胁新变化而采取的进一步开发提供了巨大优势。英国海军于2015年完成对包括45型驱逐舰在内的所有水面舰艇电子战支援天线的全数字化升级工作。

这种数字天线技术和宽带接收机也运用到了泰勒斯的Vigile电子支援系统中[4]。Vigile作为DRS 3000的替代型号，是一种模块化、可根据平台扩展的雷达电子支援设备，具备超灵敏度搜索能力，可高效地截获频率调制连续波和相位调制连续波等低截获雷达信号，还可准确地分析提取雷达“指纹”特征和脉间调制特征，并能根据获得的信息进行快速威胁分类与识别。Vigile的双极化阵列天线保证了较高的测向精度，在架构和接口上实现与作战系统的完全集成，并通过数据链与其他平台的传感器相连，显著增强态势感知，适装于水面舰艇、潜艇、海事巡逻飞机、地基装备等多种平台。Vigile的最新型DPX于2012年公开，为适应濒海作战环境，显著优化了对时域重叠信号的处理和接收能力，即使在有干扰的情况下也能完成威胁辐射源的侦收。Vigile DPX组成以及天线单元如图3所示。

图3 Vigile DPX 组成以及天线单元

英国海上电子战的改进是持续的，着眼于2035年的射频威胁，为23型护卫舰和45型驱逐舰开发下一代相干电子支援和软杀伤防御系统，英国国防部启动了“海上电子战监视系统”(MEWP)和“水面舰艇防御辅助系统”(DAS-SS)项目。2016年英国国防部又将二者合并到单独的海上电子战项目中以提高项目的采购类别，围绕下一代舰载电子战支援能力，重点实现对复杂、相参、拥有功率管理能力的高频辐射源的探测，改进软杀伤协调能力，提供新型射频对抗措施，包括电子战指挥和控制功能。

1.3 意大利新型舰载干扰机

欧洲的防务公司经过上世纪90年代数次重组与并购后，在电子战领域泰勒斯公司和意大利电子公司形成相对明确的分工，泰勒斯主要提供电子战支援解决方案，而意大利电子公司则主要开发电子干扰设备。一直以来意大利电子公司在干扰机架构设计、先进欺骗干扰和灵巧噪声干扰方面具有明显的技术优势，早在上世纪90年代就成功地将固态有源相控阵技术应用到舰载雷达干扰机上，比较有代表性的是“海王星-4100”(Nettuno 4100)。“海王星-4100”是一种全固态二维相控阵干扰机，包含2个天线阵列，所采用的固态架构能获得与行波管功放同量级的有效辐射功率，而且重量更轻，尺寸更小，效率更高。“海王星-4100”通过先进的时间管理(波速标准开关转换时间约几百纳秒)和资源管理同时对抗多频段、多方向的多个目标，它与泰勒斯Vigile系列、RESM系列电子侦察设备组合而成的电子战系统装备在欧洲多个新型水面舰艇上，包括“地平线”级护卫舰、欧洲多功能护卫舰和意大利“加富尔”号航母。

在借鉴“海王星-4100”和机载有源相控阵开发经验的基础上，意大利电子公司推出了最新一代基于GaN的可扩展的舰载雷达干扰设备——Virgilius，它把数字接收机和多位DRFM集成到同一响应通道[5]，通过双极化接收和发射，可以有效对抗采用先进抗干扰措施的雷达威胁。Virgilius目前的频率覆盖范围为I～J波段，配套毫米波段干扰样机还处于开发中。图4为Virgilius干扰机固态收发单元。

图4 Virgilius干扰机固态收发单元

交叉眼是一种针对单脉冲末制导雷达的角度欺骗技术，需要精准调节不同位置干扰机的发射，产生幅度近乎相同的反相干扰信号，从而达到欺骗效果。实现这一干扰技术难度较大，在意大利电子公司干扰机的固态架构下，通过相同的天线进行接收和发射信号，实现相位中心完全一致，通过固态有源相控阵实现发射信号相位和幅度精准匹配，通过多位DRFM实现高保真信号复制和精确相位/时间控制。经过多次模拟试验和作战试验，意大利电子公司在“海王星-4100”和Virgilius干扰机均验证了交叉眼干扰技术的有效性、可靠性和持久性。

1.4 以色列“碧海”电子战系统

“碧海”(Aqua Marine)是以色列埃尔比特公司开发的新型电子战系统，采用干涉仪测向、多位数字储频和多波束阵列发射等技术，兼具I～J波段和毫米波监视以及大功率有源干扰功能。该电子战系统能适应2 MPPS的信号密度，灵敏度在-65 dBm和-75 dBm之间，集成窄带接收机后优于-80 dBm，在复杂电磁环境下的信号分选能力以及同时多目标对抗能力较突出，具备远程和超视距雷达侦察功能。值得注意的是，“碧海”还采用了复杂的目标识别软件，这套软件建立在统计模型和机器学习的算法基础之上，对已知和未知威胁均能自动识别，用户还可以自定义干扰样式文件生成器，针对不同威胁做出不同的干扰响应。

“碧海”系统集成性和互操作性强，能与作战系统完全集成，不同平台之间的该系统可通过数据链形成网络，从而提供综合的态势感知、执行协同电子对抗任务。

埃尔比特(Elbit)公司是以色列海军电子战系统最主要的供应商，“碧海”电子战系统的有源干扰部分由上一代NS-9005系列干扰机迭代开发而来，它与雷达侦察、通信侦察和雷达激光告警设备一起构成了该公司的第五代综合电子战系统，适装于各类中小型水面舰艇。埃尔比特公司一直垄断着以色列海军的电子战系统供应，2018年以色列国防部授予埃尔比特8 500万美元电子战系统采购合同，用于列装以海军最新型SA’AR 6级护卫舰。

2 水面舰艇电子战系统发展趋势

2.1 系统架构灵活化

随着雷达数字化、智能化处理技术以及相参低截获雷达的发展，舰载电子战系统需要一种更敏捷、反应更迅速的结构来应对。将数字化的接收机、有源电扫阵列天线和多通道技术产生器集成至模块化、开放式体系架构中是一种重要的发展趋势。在电子支援方面，射频信号数字化处理在天线端不断前移，接收功能大部分可以由软硬件的算法实现，英国的Vigile 系列ESM以及美国SEWIP Block 2是其中的典型。SEWIP Block 2的意义不仅在于大量使用商用现货升级天线和数字接收机，更为重要的是，它搭建起一种开放式的电子战系统架构，用统一的作战系统接口替代以往多个独立接口，支持基于软件定义的快速插入，为今后不断引入电子战新技术提供便利。模块化结构还能带来通用性方面的好处，Block 2为适配小型舰艇，在尺寸上进行裁剪和重新封装，形成了精简版——AN/SLQ-32(V)6C，系统性能与AN/SLQ-32(V)6差异并不大，计划装备在近海巡逻艇和濒海战斗舰(LCS)上。在电子攻击方面，舰载干扰机也趋向于灵活设计，基于GaN宽带有源相控阵ECM将陆续在多个国家海军形成装备。GaN与有源相控阵的结合不仅可以提高干扰信号的等效辐射功率，生成更大的带宽，还能提供更灵活的波束控制和多波束能力，推动着电子战实现由“末端被动防御”向“进攻性干扰”的转变，此外，GaN有源相控阵的超宽带特性使得雷达、通信和电子战共享射频孔径成为了现实。Block 3在设计之初，根据装舰平台RCS大小设计了大雷达截面积(LRCS)型和小雷达截面积(SRCS)型两种，后来经过验证，SRCS型便能够满足美国各大中型水面舰船的作战需要，LRCS的方案因此被废弃。不仅如此，得益于GaN功放和DRFM的小型化，舷外有源诱饵也将采用固态GaN收/发天线，例如改进型纳尔卡(E-Nulka)，这种新型诱饵还将频率范围扩展至35 GHz，在频率覆盖上与舰载系统扩展保持同步。

2.2 处理能力智能化

与人工智能的结合是未来舰载电子战系统发展的另一大显著趋势。关于人工智能发展历程，DARPA在2017年总结认为：第一代人工智能系统主要基于手工化处理知识或狭义任务规则，对严格定义的问题具有较好的推理能力，由于缺乏学习能力，对不确定问题的处理能力差，典型代表是专家学习系统；第二代人工智能系统以统计学习为主要特征，依靠大量高质量的训练数据，可以提供有限的可靠性能保证，但缺乏解释和推理能力，无法适应不断变化的环境；第三代人工智能系统将突破第一代和第二代人工智能系统的局限性，能够利用情境模型来感知、学习、抽象和推理，并具有很强的情境适应能力。根据这个划分，当前绝大多数电子战系统是基于规则的推理和专家先验知识，在战时通过侦察引导辅助人工决策支持实施干扰，属于第一代人工智能系统；具有“智能化”处理能力的电子战系统已经在一些国家海军出现，这些系统通过统计数据和模型来优化电子战信号处理、目标识别和特征提取，提高对复杂电磁环境的适应能力，实现对未知威胁的快速响应能力，符合第二代人工智能系统的部分特征；以认知电子战系统为代表的第三代人工智能电子战系统则是将机器学习、深度学习等人工智能关键技术运用到电子战领域，使其具有频谱感知、频谱推理、自适应对抗、评估反馈等能力。美国在认知电子战领域进行多次尝试，先后开展了4个核心项目：自适应雷达对抗(ARC)、自适应电子战行为学习(BLADE)、响应式电子攻击措施(REAM)、射频机器学习系统(RFMLS)。目前前2个项目已结束，后2个项目旨在开发新的机器学习算法。

2.3 作战方式协同化

未来作战形态将由“平台中心战”向“网络中心战”转变，软杀伤武器系统通过组网协同控制，形成网络作战能力则是舰载电子战系统的另一重要发展趋势。协同侦察可以增强对作战环境的态势感知，提供更加精确的辐射源位置信息，协同干扰则能增强电子干扰的效能。随着传感器技术、保密数据链技术、导航定位技术的发展与应用，各国海军在发展新型电子战系统时，一方面强化了平台电子战系统内部软杀伤措施的协调，另一方面通过成熟的数据链将不同平台的电子战系统组网，构建起海空立体协同作战的电子防御体系。以美国海军为例，虽然水面电子战改进仍是以平台电子战能力为主，但从2009年开始，美国海军研究实验室就在实施新型软件架构，为电子战战斗管理(EWBM)提供通用语言和协议，以便同步多个舰载电子战系统形成协同效应。Block 3包括了一项重要内容——由霍普金斯大学应用物理实验室开发的“软杀伤武器协调系统”，该系统期望将AOEW、舷外有源以及无源对抗措施同Block 3形成电子战一体化网络，为反舰导弹提供远距离、全方位综合防御能力，构成美军“电磁机动战”的重要基石。通过第二章节的介绍还可以看出，英国在下一代电子战技术开发中尤其关注软杀伤武器协同和电磁频谱控制能力，其他国家新型电子战系统的协同能力都有不同程度的进展。