電磁頻譜戰(zhàn)在海上編隊電子對抗聯(lián)合作戰(zhàn)中的需求與應用分析

張友益,宮尚玉

(中國船舶集團公司第八研究院,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

航母戰(zhàn)斗群是美國等海軍主力艦隊的最基本編成方式。它以大型航母為核心,集海軍航空兵、水面艦艇和潛艇為一體,具有靈活機動、綜合作戰(zhàn)能力強、威懾效果好等特點,可以在陸、海、空、天、電磁多維域實施全天候、大范圍、高強度的連續(xù)作戰(zhàn)。美國平時以航母戰(zhàn)斗群炫耀武力,進行威脅;戰(zhàn)時進行戰(zhàn)略機動,控制?？?為軍事干涉實施封鎖、攻擊。以航母編隊為中心的海上聯(lián)合作戰(zhàn)體系建設將長期保持對電子對抗裝備和技術發(fā)展的需求與牽引。

1 國外電子戰(zhàn)裝備發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 國外電子戰(zhàn)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

(1) 美國

國外裝備現(xiàn)狀以美國AN/SLQ-32艦載電子戰(zhàn)裝備為代表,裝備數(shù)量已超過450套,主要功能有:海上監(jiān)視、雷達威脅探測、分析和干擾等。

其中,AN/SLQ-32(V)4裝備于航母,其技術特點有:偵察采用64波束比幅測向技術,測向精度為1°(均方根),干擾采用140°波束羅特曼透鏡多波束干擾體制,干擾功率達到1 MW。

從2006年至今,美國海軍通過實施水面電子戰(zhàn)改進計劃(SWEIP),分4個階段進行改進升級,主要技術措施有:提高接收靈敏度,增加輻射源個體識別能力,開發(fā)高增益天線,并加裝到AN/SLQ-32(V)4中,采用氮化鎵(GaN)有源電掃天線陣列實現(xiàn)雷達、通信、電子戰(zhàn)一體化設計,提升電子攻擊(EA)能力,改進有源干擾與誘餌假目標戰(zhàn)術協(xié)調使用能力,改善仰角覆蓋,以及增加先進的光電/紅外對抗能力[1]。

(2) 日本

艦載電子戰(zhàn)系統(tǒng)主要包括20世紀80年代研制的NOLQ-1型、改進的后續(xù)型號NOLQ-2型、NOLQ-3型。

NOLQ-1/2/3電子對抗系統(tǒng)由一套先進的電子掃描接收機和2部OLT-3噪聲或者OLT-5欺騙型電子干擾機組成,采用了先進自動測向、距離波門拖引技術和轉發(fā)式欺騙干擾技術,將電子戰(zhàn)支援、有源電子干擾以及MK36箔條/紅外誘餌彈發(fā)射系統(tǒng)聯(lián)結在一起,對反艦導彈具有很好的防衛(wèi)能力。系統(tǒng)每秒可處理100萬個脈沖信號,具有功率管理功能,天線陣的有效輻射功率可達兆瓦量級,轉發(fā)式干擾的反應時間只有51 ns,方位覆蓋為360°,工作頻率2.5～18 GHz,對頻率捷變雷達、隨機掃描雷達和普通雷達截獲率較高。該系統(tǒng)作戰(zhàn)靈活,能有效對付在任何方位同時出現(xiàn)的多個威脅。

(3) 歐洲

法國、意大利海軍電子戰(zhàn)裝備技術體制基本一致,代表了歐洲在該領域的水平。

法國海軍艦載電子偵察系統(tǒng)主要有:DR 2000、DR 4000和DR 3000,其中,DR 3000性能最先進,采用了六單元比幅粗測向結合相位干涉儀精測向,測向精度為1°;艦載有源干擾機包括“蠑螈”(法)、“海王星”(意)2個型號,采用高增益平面相控陣發(fā)射天線陣,能迅速精確地將干擾波束對準被干擾對象,最多可以分時干擾8個目標(每180°扇區(qū)4個),有效輻射功率可以達到160 kW。

1.2 國外電子對抗裝備技術發(fā)展趨勢

就裝備技術發(fā)展而言,美國最具有代表性。下面具體分析美軍電子對抗裝備技術發(fā)展趨勢。

1.2.1 增強AN/SLQ-32電子戰(zhàn)系統(tǒng)電子攻擊能力

為了應對新型反艦導彈威脅,美國在AN/SLQ-32電子戰(zhàn)系統(tǒng)改進中,增強了電子進攻(EA)能力,采用固態(tài)發(fā)射陣列來實現(xiàn),通過提供一個新的集成EA發(fā)射機、陣列和與EA相關的技術以增強現(xiàn)役和新造平臺的電子戰(zhàn)能力[2]。

EA發(fā)射機已經(jīng)完成了演示驗證,如圖1所示。2012年8月,在夏威夷附近舉行的“環(huán)太平洋(RIMPAC)”海上演習中,也對其電子攻擊方案進行了試驗,測試其對反艦導彈的電子攻擊能力。首批次2套具備電子進攻能力的AN/SLQ-32(V)7系統(tǒng)低速初始生產(chǎn)工作已經(jīng)結束,目前正部署驗證。

圖1 AN/SLQ-32電子戰(zhàn)系統(tǒng)電子進攻(EA)能力驗證試驗

1.2.2 研制“下一代干擾機”(NGJ)

美國海軍正在研發(fā)能夠充當電子干擾機和賽博武器的傳感器——下一代干擾機(NGJ),裝備于EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機、F-35 聯(lián)合攻擊機和各種類型的無人打擊飛機上,如圖2所示[3]。

圖2 下一代干擾機中波段(NGJ-MB)

NGJ用途為:用來拒止、降低或欺騙敵方對電磁頻譜的利用,確保己方可在日益復雜和更具對抗的電磁環(huán)境中作戰(zhàn)。

NGJ的技術特點如下:

(1) 采用開放式和可重編程體系結構,模塊化設計,便于改進和升級;

(2) 采用基于下一代GaN收/發(fā)模塊的有源電掃陣列(AESA)天線,這將使安裝平臺(EA-18G)具備前所未有的機載電子攻擊能力;

(3) 提供全譜干擾能力。美國海軍計劃以增量式漸進采辦方式實施部署:“增量1”針對中波段能力,已經(jīng)低速率生產(chǎn);“增量2”針對低波段能力,已完成研制合同授予;“增量3”針對高波段能力,仍在計劃中。

1.2.3 開發(fā)高功率、高效率和寬帶的氮化鎵技術

與GaAs相比,GaN能適應更高的工作溫度條件及更大范圍的電壓變化條件。

當前,美國海軍的NGJ和防空反導雷達(AMDR)已計劃采用該技術,這2個項目都需要發(fā)射高功率信號,依靠新材料才能滿足性能目標。GaN已經(jīng)開始取代GaAs,作為研制新型雷達系統(tǒng)和干擾機的T/R模塊等軍用電子器件的材料。新材料效率已提高數(shù)倍,對于相同尺寸的器件,GaN射頻功放提高的功率已比GaAs高 5倍。

1.2.4 采用新概念新技術

(1) 多功能集成

多功能集成已經(jīng)成為國外電子戰(zhàn)發(fā)展的方向,電子戰(zhàn)功能進一步擴展,使用信息融合技術將各自分離的雷達、通信、電子戰(zhàn)、敵我識別、衛(wèi)星導航綜合為一套多任務、多功能的系統(tǒng)。F-35分布式孔徑系統(tǒng)(DAS)就采用了導彈告警、前視紅外傳感、目標瞄準、態(tài)勢感知和導航等多功能技術。

(2) 電子對抗系統(tǒng)體系結構改進

電子戰(zhàn)已從單設備、單系統(tǒng)對抗發(fā)展成為基于威脅和能力體系的對抗。

主要特點:

聽完這段驚心動魄的過往，再對比當下中國印刷工業(yè)世界排位第二的市場規(guī)模，以及此行所見到的部分領域技術比肩國際先進水平的榮耀，我們充分感受到了中國印刷產(chǎn)業(yè)改革開放四十年成就之偉大。而這正是科技革命的力量與魅力所在。

(a) 開放式架構:可移植性、可互操作性、可裁剪性。

(b) 一體化結構:電子對抗系統(tǒng)內部功能一體化以及電子對抗系統(tǒng)與雷達/敵我識別設備功能一體化。利用綜合核心處理器,通過融合多源數(shù)據(jù)將各種類型的傳感器系統(tǒng)高度集成在一起,提供詳細的態(tài)勢感知圖像。

(c) 觀察、定向、決策、行動環(huán)(OODA)結構:在電子戰(zhàn)設計中使用,功能上繼承了多個商用PC處理器、實時操作系統(tǒng)、獨立工業(yè)標準的開放式結構網(wǎng)絡;通過觀察顯示器,操作員可以選擇電子戰(zhàn)武器,用C++進行編程;能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享,以利于態(tài)勢感知、指揮和網(wǎng)絡中心戰(zhàn)。

(3) 電子戰(zhàn)作戰(zhàn)管理

電子戰(zhàn)作戰(zhàn)是指利用各種電子戰(zhàn)裝備與手段來控制與使用電磁資源(包括無線電、可見光、紅外線與紫外線)而進行的軍事行動。電子戰(zhàn)作戰(zhàn)管理就是對上述軍事行動進行部署、協(xié)調一致,達到最佳效能所采取的措施。

電子戰(zhàn)作戰(zhàn)管理應用涉及到多個方面,主要任務是實時分析和高效使用頻譜,包括頻譜使用方識別、使用頻譜類型、使用頻譜帶寬、與我方是否有沖突、敵方干擾情況以及我方應對方案等。

美國海軍在EA-18G以及NGJ上,開發(fā)新型電子戰(zhàn)戰(zhàn)斗管理技術,美國空軍已在2015年前確定電子戰(zhàn)戰(zhàn)斗管理方案,美國陸軍在“綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)方案”中也充分體現(xiàn)了電子戰(zhàn)戰(zhàn)斗管理思想。

2012年,DARAP提出了ARC項目,該項目旨在研發(fā)能對抗敵方自適應雷達系統(tǒng)的電子戰(zhàn)能力。

主要技術要求為:

(a) 能在充滿己方、敵方和中立射頻輻射源的密集復雜的電磁環(huán)境中分離出捷變、未知的雷達威脅;

(b) 對抗新型雷達威脅;

(c) 就對抗措施效能提供實時的反饋信息;

(d) 可立刻對抗多種威脅;

(e) 支持單平臺或分布式、多平臺作戰(zhàn);

(f) 支持自主或人在回路作戰(zhàn)。

自適應雷達對抗的主要任務有:

(a) 開發(fā)新型自適應處理技術和算法;

(b) 識別敵方雷達的特征;

(c) 自動實施干擾;

(d) 評估所應用的對抗措施的有效性。

2 電磁頻譜作戰(zhàn)需求與應用分析

2.1 電磁頻譜作戰(zhàn)需求

綜上可知,國外信息對抗裝備技術后續(xù)發(fā)展趨勢為:采用開放式/一體化功能集成/OODA結構、全數(shù)字測頻測向、高效、寬帶氮化鎵T/R模塊有源電掃陣列(AESA)、開放式可重構、電子戰(zhàn)戰(zhàn)斗管理、認知和自適應多功能、多任務干擾等技術,提高綜合電子對抗干擾效能。

另外還包括:運用高功率微波武器,實現(xiàn)信息作戰(zhàn)的硬殺傷能力;運用反星載探測對抗系統(tǒng),實現(xiàn)對星載合成孔徑雷達(SAR)、星載電子偵察系統(tǒng)的對抗能力;運用無人信息對抗系統(tǒng),以無人機、無人艇和無人潛器為信息對抗平臺,發(fā)揮無人集群優(yōu)勢,實現(xiàn)對海戰(zhàn)場電磁頻譜占有權的絕對控制。

2.2 海戰(zhàn)場電磁頻譜作戰(zhàn)典型場景

與美(日)進行海上體系對抗作戰(zhàn),需聯(lián)合海、陸、空、天等多維作戰(zhàn)力量,構建高效的新型機動空海作戰(zhàn)體系,依托以電磁頻譜為載體的海上高效信息網(wǎng),實現(xiàn)航母編隊協(xié)同指揮、協(xié)同探測、信息實時共享,形成與美(日)空、海、陸、潛、電磁、信息全域體系對抗能力。由于電磁頻譜安全是信息安全的基礎,電磁頻譜指揮運用能力是構建高效的空海作戰(zhàn)體系的基本條件,因此,通過海上電磁頻譜作戰(zhàn)奪取制電磁權,是現(xiàn)代海上敵我雙方體系對抗優(yōu)先采取且不可避免的作戰(zhàn)樣式。

未來隨著電子信息系統(tǒng)的全域網(wǎng)絡化,按需適配的信息體系,感知、對抗、交互、指揮與控制的智能化,信息的射頻集成、功能集成一體化,無人系統(tǒng)、無人平臺及其遠程協(xié)同作戰(zhàn)信息裝備的高性能、智能化與高集成等技術發(fā)展,對電磁頻譜作戰(zhàn)指揮的智能化要求越來越高,通過電磁頻譜戰(zhàn)獲取海上制電磁權,掌握制信息權,已成為未來海上作戰(zhàn)的核心關鍵之一。

典型編隊電磁頻譜作戰(zhàn)場景有以下5種:

(1) 全天候無源感知探測和情報接收,對敵動向和電磁目標早發(fā)現(xiàn)早預警。無源態(tài)勢感知作戰(zhàn)場景如圖3所示。

圖3 無源態(tài)勢感知作戰(zhàn)場景

通過天基電子偵察情報與航母編隊無縫對接,實現(xiàn)多方向2 000 km以上大范圍區(qū)域持續(xù)高重訪率偵察監(jiān)視,監(jiān)視敵方兵力布署;通過空中電子偵察飛機、預警機情報與航母編隊無縫對接,實現(xiàn)對“強敵”活動定位和動態(tài)預警,為組織海、陸、空、天等多維作戰(zhàn)力量聯(lián)合作戰(zhàn)贏得反應時間;通過構建航母編隊艦-艦協(xié)同電子偵察和強電磁環(huán)境偵測網(wǎng)絡,實現(xiàn)全天候無源偵察感知。對來襲F-35隱身飛機、導彈末制導雷達和數(shù)據(jù)鏈通信,增加無源早期發(fā)現(xiàn)距離,實現(xiàn)對來襲目標無源定位;對高功率微波武器及戰(zhàn)術核彈頭攻擊快速報警,并對威脅效應進行預測。為航母編隊在受攻擊和電磁壓制情況下做到“知已知彼”,為快速資源重組及電磁頻譜機動作戰(zhàn)指揮提供條件。

(2) 戰(zhàn)前和臨機頻譜籌劃,保障航母編隊與海、陸、空、天作戰(zhàn)力量的頻譜協(xié)調和對抗運用。

開展戰(zhàn)前和臨機頻譜籌劃,制定兼容的用頻策略,解決航母編隊用頻設備自擾、互擾問題,協(xié)調航母編隊與海、陸、空、天作戰(zhàn)力量頻譜運用。針對航母編隊作戰(zhàn)戰(zhàn)場因大量電磁信號在空域、時域、頻域重疊導致的頻譜沖突問題,提取通信、雷達、電子對抗以及其它業(yè)務在不同作戰(zhàn)階段、作戰(zhàn)剖面任務下的用頻需求,進行戰(zhàn)前和臨機頻譜籌劃,制定兼容的用頻策略,保障航母編隊與海、陸、空、天作戰(zhàn)力量的雷達、通信、偵察、導航、武備等用頻設備的頻譜協(xié)調運用,充分發(fā)揮裝備的作戰(zhàn)效能。

制定“低-零輻射”電磁頻譜運用策略,降低己方電磁特征信息的泄露概率。針對敵方立體化電子偵察手段,在滿足航母編隊導航、警戒探測、通信需求的前提下,以無源探測為主,有源探測為輔,制定低-零輻射、分時、協(xié)同的電磁頻譜運用策略,使航母編隊具備必要的防空能力,且降低電子目標暴露概率。戰(zhàn)時,制定多平臺協(xié)同有源探測的電磁頻譜運用策略,既能實現(xiàn)隱蔽攻擊,又能擴大航母編隊的協(xié)防區(qū)域。

(3) 對海/對陸電磁進攻組織,協(xié)調管控對海/對陸方面作戰(zhàn)的頻譜運用,并對敵目標實施電磁干擾壓制,掩護導彈等武器攻擊。電磁進攻作戰(zhàn)場景如圖4所示。

圖4 電磁進攻作戰(zhàn)場景

航母編隊在海、陸、空、天等多維作戰(zhàn)力量的配合下,由艦載機群前出,對敵海上編隊/陸上戰(zhàn)略目標實施先發(fā)制人的主動打擊。其主要包括:電磁對抗策略采取航母編隊電磁輻射管制,在空天情報保障下,以低-零功率隱蔽接近敵方;以電子戰(zhàn)飛機/察打一體無人機群伴隨戰(zhàn)斗機群突襲敵方,由電子戰(zhàn)飛機/察打一體無人機群組成編隊伴飛戰(zhàn)斗機群,掛載電子吊艙,截獲并分析敵方雷達、通信網(wǎng)絡、導航等電磁頻譜,發(fā)射多波段組合干擾,對敵實施電磁壓制,破壞敵海上編隊/陸上通信網(wǎng)和防空作戰(zhàn)鏈,奪取制電磁權,掩護戰(zhàn)斗機群和反艦/對陸導彈,對敵海上編隊/陸上戰(zhàn)略目標實施打擊等。

(4) 防空/反導電磁防御組織,分析/研判/協(xié)調管控防空/反導方面戰(zhàn)頻譜運用,并對敵來襲目標進行電磁干擾+強電磁攻擊,破壞敵方打擊成功率。電磁防御作戰(zhàn)場景如圖5所示。

圖5 電磁防御作戰(zhàn)場景

針對美軍海上分布式殺傷鏈中的分布式電磁干擾和飽和式導彈攻擊,航母編隊應具備全域防守反應能力。通過航母編隊多平臺協(xié)同的全天候無源電磁環(huán)境感知網(wǎng),在隱蔽狀態(tài)下實現(xiàn)對敵電磁目標和強電磁威脅早發(fā)現(xiàn)、早預警,為編隊全面啟動防空作戰(zhàn)系統(tǒng)贏得反應時間;針對美軍突防成功的戰(zhàn)斗機和反艦導彈,航母編隊電磁頻譜作戰(zhàn)體系應全面協(xié)同方面作戰(zhàn),保障探測、通信、導航等信息網(wǎng)絡用頻兼容;在美軍電子戰(zhàn)飛機或彈載強電磁脈沖武器對己方航母編隊實施有源電磁壓制或強電磁脈沖攻擊時,快速研判對敏感電子設備危害效應,預測防空作戰(zhàn)鏈受損節(jié)點,形成戰(zhàn)場電磁態(tài)勢要素,為航母編隊重構作戰(zhàn)鏈提供決策依據(jù)。作戰(zhàn)鏈快速重組指揮控制,基于電子裝備受電磁壓制或損傷程度評估,提出用頻資源重組建議,構建新的探測-目指-打擊作戰(zhàn)鏈,支撐航母編隊方面作戰(zhàn)、對敵實施反擊。艦載電子戰(zhàn)和電磁脈沖武器與方面戰(zhàn)武器協(xié)同對空防御指揮,基于電子對抗作戰(zhàn)效果評估,多艦船平臺電子戰(zhàn)有效作用區(qū)域計算、攔截范圍等協(xié)同對抗能力計算,組織多艦協(xié)同電子對抗,并與己方火力打擊武器協(xié)同配合,實現(xiàn)編隊軟/硬武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)。

(5) 平戰(zhàn)結合電磁值守防衛(wèi)組織,協(xié)調反偵察頻譜運用,并對敵實施反偵察和反侵擾電磁攻擊/驅離。電磁值守防衛(wèi)作戰(zhàn)場景如圖6所示。

圖6 電磁值守防衛(wèi)作戰(zhàn)場景

平戰(zhàn)結合時,電磁頻譜作戰(zhàn)采用反偵察和反侵擾樣式,一方面采用以無源探測為主、有源探測為輔的策略,對航母編隊電磁頻譜進行分等級電磁輻射控制或限制使用頻率,充分利用岸、海、空、天等情報信息和偵察力量;另一方面,采用艦載電磁脈沖武器,對抵近的敵方電子偵察飛機和艦艇實施攻擊/驅離,同時,引導電子戰(zhàn)飛機、戰(zhàn)斗機對敵實施伴飛/驅離等行動,以達到反偵察和反侵擾作戰(zhàn)的目的。

3 結束語

未來海戰(zhàn)場必將在復雜電磁空間展開多方位、大縱深、高強度的電磁頻譜作戰(zhàn)行動,敵我雙方進行的偵察反偵察、干擾反干擾、欺騙反欺騙也必將貫穿海上編隊聯(lián)合作戰(zhàn)的始終。盡管專用電子戰(zhàn)飛機在海上編隊電子對抗作戰(zhàn)中一直以來都充當著重要的角色,但如何全面提升航母編隊的電磁頻譜態(tài)勢感知與電磁進攻能力,在電磁管控機制下快速有效地發(fā)揮電磁頻譜戰(zhàn)的作用,仍需進一步深入研究。另外,與美(日)進行海上體系對抗作戰(zhàn),需聯(lián)合海、陸、空、天等多維作戰(zhàn)力量,構建高效的新型機動空海作戰(zhàn)體系,依托以電磁頻譜為作戰(zhàn)資源的海上高效信息網(wǎng),實現(xiàn)航母編隊協(xié)同指揮、協(xié)同探測、信息實時共享,形成與美(日)空、海、陸、潛、電磁、信息全域體系對抗能力。