电磁频谱战在海上编队电子对抗联合作战中的需求与应用分析

张友益,宫尚玉

(中国船舶集团公司第八研究院,江苏 扬州 225101)

0 引 言

航母战斗群是美国等海军主力舰队的最基本编成方式。它以大型航母为核心,集海军航空兵、水面舰艇和潜艇为一体,具有灵活机动、综合作战能力强、威慑效果好等特点,可以在陆、海、空、天、电磁多维域实施全天候、大范围、高强度的连续作战。美国平时以航母战斗群炫耀武力,进行威胁;战时进行战略机动,控制海空,为军事干涉实施封锁、攻击。以航母编队为中心的海上联合作战体系建设将长期保持对电子对抗装备和技术发展的需求与牵引。

1 国外电子战装备发展现状及趋势

1.1 国外电子战装备发展现状

(1) 美国

国外装备现状以美国AN/SLQ-32舰载电子战装备为代表,装备数量已超过450套,主要功能有:海上监视、雷达威胁探测、分析和干扰等。

其中,AN/SLQ-32(V)4装备于航母,其技术特点有:侦察采用64波束比幅测向技术,测向精度为1°(均方根),干扰采用140°波束罗特曼透镜多波束干扰体制,干扰功率达到1 MW。

从2006年至今,美国海军通过实施水面电子战改进计划(SWEIP),分4个阶段进行改进升级,主要技术措施有:提高接收灵敏度,增加辐射源个体识别能力,开发高增益天线,并加装到AN/SLQ-32(V)4中,采用氮化镓(GaN)有源电扫天线阵列实现雷达、通信、电子战一体化设计,提升电子攻击(EA)能力,改进有源干扰与诱饵假目标战术协调使用能力,改善仰角覆盖,以及增加先进的光电/红外对抗能力[1]。

(2) 日本

舰载电子战系统主要包括20世纪80年代研制的NOLQ-1型、改进的后续型号NOLQ-2型、NOLQ-3型。

NOLQ-1/2/3电子对抗系统由一套先进的电子扫描接收机和2部OLT-3噪声或者OLT-5欺骗型电子干扰机组成,采用了先进自动测向、距离波门拖引技术和转发式欺骗干扰技术,将电子战支援、有源电子干扰以及MK36箔条/红外诱饵弹发射系统联结在一起,对反舰导弹具有很好的防卫能力。系统每秒可处理100万个脉冲信号,具有功率管理功能,天线阵的有效辐射功率可达兆瓦量级,转发式干扰的反应时间只有51 ns,方位覆盖为360°,工作频率2.5～18 GHz,对频率捷变雷达、随机扫描雷达和普通雷达截获率较高。该系统作战灵活,能有效对付在任何方位同时出现的多个威胁。

(3) 欧洲

法国、意大利海军电子战装备技术体制基本一致,代表了欧洲在该领域的水平。

法国海军舰载电子侦察系统主要有:DR 2000、DR 4000和DR 3000,其中,DR 3000性能最先进,采用了六单元比幅粗测向结合相位干涉仪精测向,测向精度为1°;舰载有源干扰机包括“蝾螈”(法)、“海王星”(意)2个型号,采用高增益平面相控阵发射天线阵,能迅速精确地将干扰波束对准被干扰对象,最多可以分时干扰8个目标(每180°扇区4个),有效辐射功率可以达到160 kW。

1.2 国外电子对抗装备技术发展趋势

就装备技术发展而言,美国最具有代表性。下面具体分析美军电子对抗装备技术发展趋势。

1.2.1 增强AN/SLQ-32电子战系统电子攻击能力

为了应对新型反舰导弹威胁,美国在AN/SLQ-32电子战系统改进中,增强了电子进攻(EA)能力,采用固态发射阵列来实现,通过提供一个新的集成EA发射机、阵列和与EA相关的技术以增强现役和新造平台的电子战能力[2]。

EA发射机已经完成了演示验证,如图1所示。2012年8月,在夏威夷附近举行的“环太平洋(RIMPAC)”海上演习中,也对其电子攻击方案进行了试验,测试其对反舰导弹的电子攻击能力。首批次2套具备电子进攻能力的AN/SLQ-32(V)7系统低速初始生产工作已经结束,目前正部署验证。

图1 AN/SLQ-32电子战系统电子进攻(EA)能力验证试验

1.2.2 研制“下一代干扰机”(NGJ)

美国海军正在研发能够充当电子干扰机和赛博武器的传感器——下一代干扰机(NGJ),装备于EA-18G“咆哮者”电子战飞机、F-35 联合攻击机和各种类型的无人打击飞机上,如图2所示[3]。

图2 下一代干扰机中波段(NGJ-MB)

NGJ用途为:用来拒止、降低或欺骗敌方对电磁频谱的利用,确保己方可在日益复杂和更具对抗的电磁环境中作战。

NGJ的技术特点如下:

(1) 采用开放式和可重编程体系结构,模块化设计,便于改进和升级;

(2) 采用基于下一代GaN收/发模块的有源电扫阵列(AESA)天线,这将使安装平台(EA-18G)具备前所未有的机载电子攻击能力;

(3) 提供全谱干扰能力。美国海军计划以增量式渐进采办方式实施部署:“增量1”针对中波段能力,已经低速率生产;“增量2”针对低波段能力,已完成研制合同授予;“增量3”针对高波段能力,仍在计划中。

1.2.3 开发高功率、高效率和宽带的氮化镓技术

与GaAs相比,GaN能适应更高的工作温度条件及更大范围的电压变化条件。

当前,美国海军的NGJ和防空反导雷达(AMDR)已计划采用该技术,这2个项目都需要发射高功率信号,依靠新材料才能满足性能目标。GaN已经开始取代GaAs,作为研制新型雷达系统和干扰机的T/R模块等军用电子器件的材料。新材料效率已提高数倍,对于相同尺寸的器件,GaN射频功放提高的功率已比GaAs高 5倍。

1.2.4 采用新概念新技术

(1) 多功能集成

多功能集成已经成为国外电子战发展的方向,电子战功能进一步扩展,使用信息融合技术将各自分离的雷达、通信、电子战、敌我识别、卫星导航综合为一套多任务、多功能的系统。F-35分布式孔径系统(DAS)就采用了导弹告警、前视红外传感、目标瞄准、态势感知和导航等多功能技术。

(2) 电子对抗系统体系结构改进

电子战已从单设备、单系统对抗发展成为基于威胁和能力体系的对抗。

主要特点:

听完这段惊心动魄的过往，再对比当下中国印刷工业世界排位第二的市场规模，以及此行所见到的部分领域技术比肩国际先进水平的荣耀，我们充分感受到了中国印刷产业改革开放四十年成就之伟大。而这正是科技革命的力量与魅力所在。

(a) 开放式架构:可移植性、可互操作性、可裁剪性。

(b) 一体化结构:电子对抗系统内部功能一体化以及电子对抗系统与雷达/敌我识别设备功能一体化。利用综合核心处理器,通过融合多源数据将各种类型的传感器系统高度集成在一起,提供详细的态势感知图像。

(c) 观察、定向、决策、行动环(OODA)结构:在电子战设计中使用,功能上继承了多个商用PC处理器、实时操作系统、独立工业标准的开放式结构网络;通过观察显示器,操作员可以选择电子战武器,用C++进行编程;能实现实时数据共享,以利于态势感知、指挥和网络中心战。

(3) 电子战作战管理

电子战作战是指利用各种电子战装备与手段来控制与使用电磁资源(包括无线电、可见光、红外线与紫外线)而进行的军事行动。电子战作战管理就是对上述军事行动进行部署、协调一致,达到最佳效能所采取的措施。

电子战作战管理应用涉及到多个方面,主要任务是实时分析和高效使用频谱,包括频谱使用方识别、使用频谱类型、使用频谱带宽、与我方是否有冲突、敌方干扰情况以及我方应对方案等。

美国海军在EA-18G以及NGJ上,开发新型电子战战斗管理技术,美国空军已在2015年前确定电子战战斗管理方案,美国陆军在“综合电子战系统方案”中也充分体现了电子战战斗管理思想。

2012年,DARAP提出了ARC项目,该项目旨在研发能对抗敌方自适应雷达系统的电子战能力。

主要技术要求为:

(a) 能在充满己方、敌方和中立射频辐射源的密集复杂的电磁环境中分离出捷变、未知的雷达威胁;

(b) 对抗新型雷达威胁;

(c) 就对抗措施效能提供实时的反馈信息;

(d) 可立刻对抗多种威胁;

(e) 支持单平台或分布式、多平台作战;

(f) 支持自主或人在回路作战。

自适应雷达对抗的主要任务有:

(a) 开发新型自适应处理技术和算法;

(b) 识别敌方雷达的特征;

(c) 自动实施干扰;

(d) 评估所应用的对抗措施的有效性。

2 电磁频谱作战需求与应用分析

2.1 电磁频谱作战需求

综上可知,国外信息对抗装备技术后续发展趋势为:采用开放式/一体化功能集成/OODA结构、全数字测频测向、高效、宽带氮化镓T/R模块有源电扫阵列(AESA)、开放式可重构、电子战战斗管理、认知和自适应多功能、多任务干扰等技术,提高综合电子对抗干扰效能。

另外还包括:运用高功率微波武器,实现信息作战的硬杀伤能力;运用反星载探测对抗系统,实现对星载合成孔径雷达(SAR)、星载电子侦察系统的对抗能力;运用无人信息对抗系统,以无人机、无人艇和无人潜器为信息对抗平台,发挥无人集群优势,实现对海战场电磁频谱占有权的绝对控制。

2.2 海战场电磁频谱作战典型场景

与美(日)进行海上体系对抗作战,需联合海、陆、空、天等多维作战力量,构建高效的新型机动空海作战体系,依托以电磁频谱为载体的海上高效信息网,实现航母编队协同指挥、协同探测、信息实时共享,形成与美(日)空、海、陆、潜、电磁、信息全域体系对抗能力。由于电磁频谱安全是信息安全的基础,电磁频谱指挥运用能力是构建高效的空海作战体系的基本条件,因此,通过海上电磁频谱作战夺取制电磁权,是现代海上敌我双方体系对抗优先采取且不可避免的作战样式。

未来随着电子信息系统的全域网络化,按需适配的信息体系,感知、对抗、交互、指挥与控制的智能化,信息的射频集成、功能集成一体化,无人系统、无人平台及其远程协同作战信息装备的高性能、智能化与高集成等技术发展,对电磁频谱作战指挥的智能化要求越来越高,通过电磁频谱战获取海上制电磁权,掌握制信息权,已成为未来海上作战的核心关键之一。

典型编队电磁频谱作战场景有以下5种:

(1) 全天候无源感知探测和情报接收,对敌动向和电磁目标早发现早预警。无源态势感知作战场景如图3所示。

图3 无源态势感知作战场景

通过天基电子侦察情报与航母编队无缝对接,实现多方向2 000 km以上大范围区域持续高重访率侦察监视,监视敌方兵力布署;通过空中电子侦察飞机、预警机情报与航母编队无缝对接,实现对“强敌”活动定位和动态预警,为组织海、陆、空、天等多维作战力量联合作战赢得反应时间;通过构建航母编队舰-舰协同电子侦察和强电磁环境侦测网络,实现全天候无源侦察感知。对来袭F-35隐身飞机、导弹末制导雷达和数据链通信,增加无源早期发现距离,实现对来袭目标无源定位;对高功率微波武器及战术核弹头攻击快速报警,并对威胁效应进行预测。为航母编队在受攻击和电磁压制情况下做到“知已知彼”,为快速资源重组及电磁频谱机动作战指挥提供条件。

(2) 战前和临机频谱筹划,保障航母编队与海、陆、空、天作战力量的频谱协调和对抗运用。

开展战前和临机频谱筹划,制定兼容的用频策略,解决航母编队用频设备自扰、互扰问题,协调航母编队与海、陆、空、天作战力量频谱运用。针对航母编队作战战场因大量电磁信号在空域、时域、频域重叠导致的频谱冲突问题,提取通信、雷达、电子对抗以及其它业务在不同作战阶段、作战剖面任务下的用频需求,进行战前和临机频谱筹划,制定兼容的用频策略,保障航母编队与海、陆、空、天作战力量的雷达、通信、侦察、导航、武备等用频设备的频谱协调运用,充分发挥装备的作战效能。

制定“低-零辐射”电磁频谱运用策略,降低己方电磁特征信息的泄露概率。针对敌方立体化电子侦察手段,在满足航母编队导航、警戒探测、通信需求的前提下,以无源探测为主,有源探测为辅,制定低-零辐射、分时、协同的电磁频谱运用策略,使航母编队具备必要的防空能力,且降低电子目标暴露概率。战时,制定多平台协同有源探测的电磁频谱运用策略,既能实现隐蔽攻击,又能扩大航母编队的协防区域。

(3) 对海/对陆电磁进攻组织,协调管控对海/对陆方面作战的频谱运用,并对敌目标实施电磁干扰压制,掩护导弹等武器攻击。电磁进攻作战场景如图4所示。

图4 电磁进攻作战场景

航母编队在海、陆、空、天等多维作战力量的配合下,由舰载机群前出,对敌海上编队/陆上战略目标实施先发制人的主动打击。其主要包括:电磁对抗策略采取航母编队电磁辐射管制,在空天情报保障下,以低-零功率隐蔽接近敌方;以电子战飞机/察打一体无人机群伴随战斗机群突袭敌方,由电子战飞机/察打一体无人机群组成编队伴飞战斗机群,挂载电子吊舱,截获并分析敌方雷达、通信网络、导航等电磁频谱,发射多波段组合干扰,对敌实施电磁压制,破坏敌海上编队/陆上通信网和防空作战链,夺取制电磁权,掩护战斗机群和反舰/对陆导弹,对敌海上编队/陆上战略目标实施打击等。

(4) 防空/反导电磁防御组织,分析/研判/协调管控防空/反导方面战频谱运用,并对敌来袭目标进行电磁干扰+强电磁攻击,破坏敌方打击成功率。电磁防御作战场景如图5所示。

图5 电磁防御作战场景

针对美军海上分布式杀伤链中的分布式电磁干扰和饱和式导弹攻击,航母编队应具备全域防守反应能力。通过航母编队多平台协同的全天候无源电磁环境感知网,在隐蔽状态下实现对敌电磁目标和强电磁威胁早发现、早预警,为编队全面启动防空作战系统赢得反应时间;针对美军突防成功的战斗机和反舰导弹,航母编队电磁频谱作战体系应全面协同方面作战,保障探测、通信、导航等信息网络用频兼容;在美军电子战飞机或弹载强电磁脉冲武器对己方航母编队实施有源电磁压制或强电磁脉冲攻击时,快速研判对敏感电子设备危害效应,预测防空作战链受损节点,形成战场电磁态势要素,为航母编队重构作战链提供决策依据。作战链快速重组指挥控制,基于电子装备受电磁压制或损伤程度评估,提出用频资源重组建议,构建新的探测-目指-打击作战链,支撑航母编队方面作战、对敌实施反击。舰载电子战和电磁脉冲武器与方面战武器协同对空防御指挥,基于电子对抗作战效果评估,多舰船平台电子战有效作用区域计算、拦截范围等协同对抗能力计算,组织多舰协同电子对抗,并与己方火力打击武器协同配合,实现编队软/硬武器系统协同作战。

(5) 平战结合电磁值守防卫组织,协调反侦察频谱运用,并对敌实施反侦察和反侵扰电磁攻击/驱离。电磁值守防卫作战场景如图6所示。

图6 电磁值守防卫作战场景

平战结合时,电磁频谱作战采用反侦察和反侵扰样式,一方面采用以无源探测为主、有源探测为辅的策略,对航母编队电磁频谱进行分等级电磁辐射控制或限制使用频率,充分利用岸、海、空、天等情报信息和侦察力量;另一方面,采用舰载电磁脉冲武器,对抵近的敌方电子侦察飞机和舰艇实施攻击/驱离,同时,引导电子战飞机、战斗机对敌实施伴飞/驱离等行动,以达到反侦察和反侵扰作战的目的。

3 结束语

未来海战场必将在复杂电磁空间展开多方位、大纵深、高强度的电磁频谱作战行动,敌我双方进行的侦察反侦察、干扰反干扰、欺骗反欺骗也必将贯穿海上编队联合作战的始终。尽管专用电子战飞机在海上编队电子对抗作战中一直以来都充当着重要的角色,但如何全面提升航母编队的电磁频谱态势感知与电磁进攻能力,在电磁管控机制下快速有效地发挥电磁频谱战的作用,仍需进一步深入研究。另外,与美(日)进行海上体系对抗作战,需联合海、陆、空、天等多维作战力量,构建高效的新型机动空海作战体系,依托以电磁频谱为作战资源的海上高效信息网,实现航母编队协同指挥、协同探测、信息实时共享,形成与美(日)空、海、陆、潜、电磁、信息全域体系对抗能力。