舰载电子对抗系统发展趋势与挑战

2022-08-30马珂

舰船电子对抗 2022年4期

马珂

(海装上海局驻扬州地区军事代表室，江苏扬州 225001)

0 引言

随着电子技术的飞速发展，舰载电子对抗系统需要面对更加复杂的立体化海洋环境，包含网络化雷达系统、认知雷达系统、高速跳频通信系统、宽带扩谱通信系统、新一代GPS卫星导航定位系统等多种新型装备的威胁。面对上述威胁，传统的电子对抗系统普遍存在分选识别难度大、干扰成功率低、跨平台协同对抗能力不足等问题。与此同时，传统电子对抗系统中各装备功能固化、频段单一、迭代升级困难，作战和维护难度较高。而未来的舰载电子对抗系统需要适应美军马赛克战略下防空反导作战需求，承担对海面目标、空中目标探测与识别，电子侦察、电子干扰和电子情报收集，武器系统信息保障等使命任务。未来电子对抗系统需围绕雷达、通信、电子对抗一体化设计，从优化作战使用流程、提高作战效能的角度，打破传统的以独立物理形态存在的功能分系统框架。从面向功能转变为面向作战任务的设计，把各设备的具体功能充分综合，实现信息扁平共享、综合利用及一体化设计，提升系统整体作战能力。

1 战场环境与作战对象能力分析

美国海军正在搭建进攻性反舰网络，可从卫星、飞机、舰艇以及武器本身获得目标信息形成致命杀伤网，使己方部队远离敌方远程致命武器。这一计划将充分融合海空天信息，形成“反舰战术云”，使美国海军现役武器可对抗更远的水面目标。该作战体系下，我方编队的主要作战对象为敌方航母编队、舰载F35战斗机编队、“拉萨姆”(LRASM)反舰导弹等构成的协同作战集群。典型作战场景图如图1所示，敌方航母编队装备舰载防空反导雷达(AMDR)，其中AMDR-S负责远程对空对海搜索跟踪、导弹弹道防御、支援对陆攻击等；AMDR-X用于精确跟踪、导弹末端照射、低空小目标探测等。F35战斗机装备的X波段AN/APG-81机载雷达主要承担空空搜索跟踪、空地攻击、成像探测等任务。LRASM反舰导弹装备的主被动传感器具有智能化海上目标搜索、识别能力，可作为分布式传感器网络节点突破纵深防御，实施对海搜索、探测，通过主动探测、测向与被动探测对目标进行分类、识别与参数录取。上述水面舰艇、战斗机、反舰导弹装备的传感器通过战术数据链进行组网协同，构成网络化集群作战体系，通过信息融合形成全领域进攻性反舰能力。从电子对抗角度分析美军反舰战术云探测体系技术，其主要包括以下3个方面：

(1) 海空探测协同，提供远距离精确感知

通过水面舰艇与突防的战斗机、反舰导弹雷达之间的协同探测，实现对目标的远距离发现，提升目标探测精度，提供精确目指，使己方飞机和舰艇获得大量目标信息后发射武器，对抗敌方水面目标。

(2) 智能化探测，增强抗干扰能力

雷达可根据不同的作战对象、电磁环境实现自适应调整，提高系统探测能力。同时，在识别到有意电子干扰时，网络化智能雷达可进入干扰源跟踪模式，锁定我方干扰信号。

(3) 集成探测引导，加速火力闭环

协同探测体系中任意一个雷达形成的目标跟踪数据，可用于引导体系内的武器系统发射武器，武器系统的杀伤链通常是从导弹发射开始，极大地压缩了武器系统火力闭环时间。

图1为航母编队频谱作战场景图。

图1 航母编队频谱作战场景图

2 传统电子对抗系统问题分析

2.1 作战流程的固化导致装备对复杂电磁环境的认知能力不足

传统的电子对抗系统多采用模式固化的侦收方式和静态数据库进行分选识别与干扰决策，不具备对战场电磁环境和作战对象在线推理的学习能力，对智能化目标和未知目标对抗能力不足。具体表现在以下几点：

(1) 参数固化的接收配置，不能适应高密度电磁环境

受系统架构及处理资源的限制，现有波束形成及信号检测的带宽、门限、信道、处理算法等均相对固定，不能根据目标及电磁环境的变化，动态调整接收波束时空频能等多维参数，无法实现对不同环境、不同频段、不同方向、不同目标的接收性能的最优化。高密度电磁环境中易出现脉冲信号分裂、低截获概率(LPI)信号无法检测、检测信噪比降低等问题。

(2) 参数固化的分选识别算法不具备对认知雷达的对抗能力

随着多功能认知雷达的智能化工作模式的广泛使用，在未来的战场中必将出现众多的未知雷达信号。传统的电子侦察装备采用静态数据库进行目标分选识别、数据库编程及维护，采用离线方式，必然不具备在线未知目标的推理识别能力。这种固化的参数匹配方式，在检测到未知信号时不能进行推理识别，导致增批与漏批问题。

(3) 特征信息提取维度不足，分选识别置信度不高

伴随着不同功能和用途的大量智能雷达应用于战场，雷达参数的相似性日益增高，现役装备采用的描述方式已不能准确表征智能化雷达的参数组合细微变化特征。另一方面，以常规参数描述的组网雷达或组网通信系统不能表征系统的关联特性及行为特性，分辨其关键节点和要害分系统。受特征信息维度不足的影响，现役电子战系统面对智能化雷达、组网雷达时分选识别置信度普遍不高。

(4) 线性数据处理和系统控制的架构，对目标环境的反馈速度较慢

已有装备的阵面前端射频系统与数字波束形成、信号处理、系统控制间单向数据传输，在目标工作参数或作战环境快速变化时，没有利用局部感知数据进行参数快速自适应调整，容易出现目标丢失、脉冲分裂、目标增批等问题。该射频系统难以应对认知雷达的威胁与挑战。

2.2 系统重构能力的欠缺使得装备智能化水平难以发挥

传统的电子对抗系统主要基于硬件定义射频功能，前端射频参数固化，难以根据目标与环境进行动态调整，不能快速形成认知环路，难以适应认知对抗多自由度灵活机动的需求。具体表现在以下几点：

(1) 固化的系统硬件架构，不能适应目标升级及智能化对抗的需求

传统的电子装备主要基于硬件定义射频功能，不同功能的射频通道以及处理通道相互独立，系统射频参数固化，难以根据目标与环境进行动态的柔性调整，不能快速形成认知环路，降低了系统对智能化目标的作战能力。另一方面，传统的电子装备主要针对特定的装备平台，硬件状态固化后系统能力基本确定，很难通过软件升级提升作战能力，新的作战对象出现后，往往需要大规模硬件升级或加装新设备才能具备对抗能力。

(2) 各频段射频功能单一，孔径综合利用率低

传统的电子对抗装备功能单一，不同频段通信对抗、雷达对抗、雷达探测设备功能单一，侦察、干扰、探测、通信天线孔径独立配置，这一方面增加了电子信息系统的复杂度以及作战和维护的难度；另一方面，在舰艇、飞机等安装空间受限的平台上，射频系统的紧凑性要求较高，多部分立天线给平台安装与维护带来了较大的挑战，设备间电磁兼容问题也限制了射频系统总体作战效能的实现。

(3) 系统集成化程度不够，平台适装性较差

早期的综合射频设备虽然在阵列前端孔径共用，但前端射频电路、数字电路等按各自功能配置，后端接收处理、信息处理亦独立配置，系统集成度不够。同时基于射频、模拟、数字分立器件的系统集成方式下，阵面体积和重量难以实现轻量化。

(4) 无法实现阵列同时收发，多任务共用阵列时资源矛盾突出

早期的对抗系统阵列多采用模拟体制，射频级、波束级对消处理效果不明显，收发隔离无法解决，孔径级同时收发难以实现，多任务并发时只能通过综合调度分时工作，系统资源矛盾突出。

2.3 协同能力较弱，难以适应马赛克战场体系化博弈的要求

传统的电子对抗系统不具备跨平台要素级协同侦察干扰能力，多节点协作应用单一，无法发挥网络化系统时空频最优化优势，对网络化目标对抗能力弱。具体表现在以下几点：

(1) 数据级侦察融合方式无法快速形成全域电磁态势

传统编队电子战系统协同侦察能力较弱，主要基于数据级侦察融合形成统一电磁态势，不具备信号级电子侦察数据融合处理能力，不能通过融合获得信息增量。系统能力相对单设备组合没有提高，协同侦察定位精度低，速度慢，全域电磁态势不完整。系统侦察资源固化，不具备要素级协同侦察控制能力，无法发挥网络化系统时空频最优化快速形成全域电磁态势。

(2) 单平台电子进攻，远程支援干扰能力弱

传统具备远程支援干扰能力的舰载电子干扰系统与电子战飞机、挂载电子干扰吊舱的战斗机等干扰资源之间缺乏协同链路，不具备要素级协同干扰指挥控制能力，协同干扰功率合成效率较低，难以实现基于任务的干扰资源动态分配、对时敏目标的多手段协同干扰等。

(3) 单平台电子防御，角度欺骗能力欠缺，对网络化雷达对抗能力弱

传统的舰载电子干扰系统之间缺乏协同电子防御能力，不具备对单脉冲跟踪体制的机载雷达、反舰导弹末制导雷达的角度欺骗能力，限制了其在防空反导作战中的应用。另一方面，电子对抗系统单平台电子防御的方式，难以获取网络化信息系统的协同关系，识别行为特征，辨识其关键节点和要害分系统，对雷达或通信网中部分站点干扰不能有效破坏信息网。

3 电子对抗系统变革方向分析

3.1 马赛克战的作战流程驱动认知电子对抗的发展

随着机械化作战逐步向信息化、智能化的体系对抗转变，战争博弈的重点将逐步由平台对抗向网电对抗转变。马赛克战可以理解为：这是一种并行、大区域、高速度(AI速度)的组网式作战模式，可以从认知层面碾压线性对手。军事组织架构类似于一个拼图游戏，智能地将每一块拼图放在更大拼图中的一个合适位置，而未来的军事组织需要更像马赛克一样，将各个战争模块的构建以各种方式组合在一起，形成无穷丰富的图案。图2为“马赛克战”概念下不同效能的“织网”。

图2 “马赛克战”概念下不同效能的“织网”

未来舰艇编队电子战体系架构与作战流程将会以马赛克战为牵引，发生巨大的变革。基于电磁认知智能引擎以及可重构柔性硬件平台所构建的下一代电子战系统体系架构，颠覆了原有固化、静态、开环的传统电子对抗装备形态和体系架构。同时再造电子战作战方式，从被动防御、被动应对向主动进攻、提前机动转变，使电子战杀伤链前移，全面颠覆了传统的电子战作战流程。基于可重构认知电子战系统的集群化、智能化、层次化特征构建的全新编队电磁频谱域作战体系，通过电磁快速机动，在与敌方通信系统、探测系统、制导系统的博弈中获取信息优势，驱动编队防空反导作战首先从电磁域开启，使电子战从传统的辅助作战手段转变为独立作战域，颠覆现有防空反导作战方式和作战流程。在此背景下，电子对抗系统需要有以下几点改变：

(1) 建设知识与数据驱动的智能化态势认知

基于知识、信息、数据的多粒度计算，将数据视为多粒度空间中对知识的最细粒度层次表达，知识视为数据在粗粒度层次的抽象，通过同类型目标的大数据学习和知识的嵌入以能够识别未知目标，实现层次化电磁认知，提高系统应对复杂环境的能力以及快速反应能力。

(2) 设计与构建多层级柔性可重构硬件架构

基于智能化射频架构、可重构异构处理架构以及认知协同控制架构，构建贯穿微系统至系统的智能化硬件体系。实现硬件结构的软件化柔性定义，以及电子战系统功能与参数的灵活重构，提高电子战系统快速电磁机动能力，获取战场信息优势。

(3) 资源虚拟化建设与体系协同势在必行

基于系统软硬件资源的抽象提炼，形成可虚拟化资源池，利用虚拟资源与认知服务的最优配置，按需生成系统能力。通过系统资源联动、动态博弈和自我学习，实现系统能力的不断增强进化，适应作战对象和作战环境的变化。

3.2 网络中心战的作战模式驱动体系电子对抗的形成

网络中心战是20年代末由美国国防部所创的新指导原则：通过将战场各作战单位网络化，使分布式各平台共同感知战场态势协同作战，从而发挥最大的作战能效。“网络中心战”概念下效能网如图3所示。

图3 “网络中心战”概念下效能网

其核心可以理解为以下几点：(1)强调作战中心由单平台转向网络；(2)突出了信息优势在战争中的决定地位；(3)多作战平台的自适应协同，提升作战的灵活性和多样性。网络中心战基于海空作战体系中各电子战单元的网络化，把战场电磁信息优势转化为作战优势，使分散配置的作战力量共同感知战场态势，协调作战行动，最大化体系作战效能，实现快速指挥行动与作战单元的自同步，海空作战由传统的消耗型战争向网络中心战转变。同样，电子对抗系统网络可以解决以下问题：

(1) 解决电磁态势的完整性问题

通过要素级空海协同侦察，可发挥系统时空频最优化优势，从不同的空间维度感知电磁信息，快速融合形成全域电磁态势，避免陷入局部态势陷阱，影响作战指挥的准确性。

(2) 解决网络化雷达对抗能力弱问题

通过协同干扰，在敌方雷达网络中产生虚假威胁目标或虚假电磁环境，干扰敌方的电磁频谱运用，营造虚假的战场态势，增加网络化雷达战场态势感知的不确定性。

(3) 解决智能化雷达对抗能力弱问题

通过协同侦察获取智能化雷达的完整特征参数，通过干扰参数的分布式组合，干扰智能化雷达的波束形成及信号处理算法，降低智能化雷达探测能力。

(4) 解决末端防御能力欠缺问题

利用协同干扰在敌单脉冲跟踪体制的机载雷达、反舰导弹末制导雷达上产生方位虚假目标，提升末端防御能力。

4 未来电子对抗作战理念研究

本文针对未来多域战争中的智能化、网络化目标对象，在传统的压制、欺骗、组合对抗作战方式的基础上，展开新型作战理念的研究。

4.1 分布式战场电磁态势扰控

针对美军“多域战”、“反舰战术云”、“马赛克”等新型作战方式，需要将单一的末端电子对抗转化为战场体系化电磁态势对抗，通过电磁态势博弈扰控敌方作战体系，获取防空反导全过程信息优势。该作战方式下，系统在精确感知敌方电磁态势的基础上，利用电磁空间分布式作战力量的时空频能组合，在敌方智能化雷达网络中产生虚假威胁目标或虚假电磁环境，干扰敌方的电磁频谱运用，营造虚假的战场态势，增加战场态势感知的不确定性，使敌方决策系统、目指系统或制导控制系统产生错误判断。

4.2 基于智能算法的敏捷电子战

在现代化信息作战中，对抗双方在一种高动态状态下竞争博弈，对抗响应和变化的速度不断提升，对敏捷的要求到了一个新的高度。信息时代战争使敏捷的重要性愈加凸显，工业时代“以强胜弱”的重要作用将被“以快胜慢”所取代。依据OODA(Observation Orientation Decision Action)理论，在敌对双方的对抗博弈中，OODA环节奏更快的一方将占据优势。OODA环节奏快的一方能够先于对手完成作战行动，可能使对手失去了正常攻击行动的机会。其次，OODA环节奏快的一方，在单位时间内增加了行动次数，其作战对抗能力得到相应提高。敏捷电子战对敏捷的要求更高，也更加显而易见。具体到电磁频谱对抗博弈层面，要求频率、波形、极化、功率以及工作模式、扫描方式的敏捷响应与高效对抗。

在作战系统层面，要求分布式组织及其行动流程更加灵活机动，决策速度由小时级、分钟级向秒级推进。因此，智能化算法是敏捷电子战的灵魂，智能算法战一方面发挥我方数据资源和人工智能的优势，通过知识学习进行算法迭代升级，从而在近同等硬件体系下以软补硬，谋求电磁快速机动的隐性优势。另一方面，针对敌方智能化雷达的环境感知、学习与适应能力，通过注入干扰信息在敌雷达信号处理算法中产生负向反馈，使敌方雷达波形优化、杂波抑制、目标检测算法性能恶化，降低敌方探测的时效性、准确性和灵敏性。

4.3 基于网电体系割裂的群体降智战

所谓网电体系割裂是指，针对强敌基于网络化的联合作战体系，综合运用电磁、网络和火力手段，在信息获取、信息传递、信息分析、信息利用全过程对强敌实施体系破击，摧毁或者削弱组成敌方体系的关键战斗力、武器或者单元的性能，实现体系割裂、战场割裂、行动割裂，削弱和破坏强敌的信息优势、智能优势，进而限制敌在电磁空间和网络空间的机动自由的网电对抗行动。网电割裂的总体目标包括：

(1) 分割敌方战场空间，在电磁空间产生瞄准或覆盖目标信号频率的高功率噪声信号，有意将其辐射至敌电磁接收设备的有效接收范围内，使敌接收机由于能量饱和而暂时失效或效能降低，从而难以检测有用信号或导致测量控制的误差增大，导致敌方的电磁虚拟空间与实体空间割裂，实体行动失效。

(2) 损害敌方目标体系，运用反辐射武器、电磁脉冲武器或定向能武器对敌目标体系中的重点目标、关键节点进行硬摧毁，导致体系效能瘫痪、降级。

(3) 阻碍和误导敌方作战行动，利用有源或无源手段，生成含有虚假信息且与有用信号特征参数相同或相近的电磁信号，有意将其发射或反射至敌电磁接收设备的有效接收范围内，向敌灌输错误信息，通过迷惑敌信息感知，阻碍敌方行动进程，甚至致其判断失准并采取错误行动。