梁延峰，楊云祥

(中國(guó)電子科學(xué)研究院，北京　100041)

梁延峰(1986—)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，主要研究方向?yàn)榫C合電子信息系統(tǒng)等；

E-mail：peakbeam@hotmail.com；

楊云祥(1986—)，男，山東濟(jì)寧人，博士，主要研究方向?yàn)榫C合電子信息系統(tǒng)等。

?

綜述

美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展研究

梁延峰，楊云祥

(中國(guó)電子科學(xué)研究院，北京100041)

摘要：海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)是美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御體系的重要組成部分，本文詳細(xì)介紹了以海基X波段雷達(dá)、預(yù)警偵察船、作戰(zhàn)艦艇預(yù)警探測(cè)雷達(dá)為代表的美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展概況，并結(jié)合信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)了海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)功能集成化、雷達(dá)數(shù)字化、結(jié)構(gòu)模塊化、天線一體化、探測(cè)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：預(yù)警探測(cè)；海基X波段雷達(dá)；預(yù)警偵察船；艦載雷達(dá)

0引言

預(yù)警探測(cè)是指利用探測(cè)(主要以有源探測(cè)為主)、監(jiān)視和通信等技術(shù)手段，搜索、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤和監(jiān)視來(lái)自陸、海、空、天、水下等來(lái)襲目標(biāo)。預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)是軍事綜合電子信息系統(tǒng)的重要組成部分，也是國(guó)家安全的基石，無(wú)論在和平時(shí)期還是戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)都要全天時(shí)、全天候工作，監(jiān)視進(jìn)入預(yù)警區(qū)域的目標(biāo)，并快速識(shí)別目標(biāo)的性質(zhì)，防止敵方的突然襲擊，是國(guó)家實(shí)體安全防御體系的“千里眼”[1]。

海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)作為預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，可以機(jī)動(dòng)部署于遠(yuǎn)離國(guó)土的公海海域以及海外軍事基地，大大拓展了預(yù)警區(qū)域，給軍事指揮中心提供了更多的預(yù)警時(shí)間。雖然美國(guó)海上軍事戰(zhàn)略歷經(jīng)調(diào)整，但是始終重視海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，在技術(shù)勢(shì)力及裝備配置上一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其標(biāo)志性裝備“宙斯盾”系統(tǒng)——美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的?；P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——自2002年開(kāi)始，開(kāi)展了34次攔截試驗(yàn)，28次取得成功，成功率遠(yuǎn)高于陸基反導(dǎo)系統(tǒng)[2]，這也充分證明了海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)對(duì)國(guó)家安全的重要意義。近期，隨著其《21世紀(jì)海上力量合作戰(zhàn)略》的發(fā)布實(shí)施，美海軍將進(jìn)一步尋求全域介入能力，更將海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)其戰(zhàn)略目標(biāo)的核心能力之一，因此可以預(yù)見(jiàn)，美軍在未來(lái)仍將不斷增強(qiáng)其海上預(yù)警探測(cè)能力，拓展預(yù)警探測(cè)范圍，以服務(wù)于美國(guó)國(guó)家安全及海外攸關(guān)利益的需要。

目前，我國(guó)面臨的主要威脅來(lái)自海上方向，但我國(guó)的海上預(yù)警探測(cè)能力尚不足以滿足國(guó)家需要，海上預(yù)警探測(cè)體系建設(shè)和裝備發(fā)展需求迫切，本文研究了美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和建設(shè)理念，對(duì)于我國(guó)增強(qiáng)海上預(yù)警探測(cè)能力具有重要借鑒意義。

1美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)概況

美國(guó)從1983年就計(jì)劃開(kāi)展彈道導(dǎo)彈防御計(jì)劃(BMD)。1993年，克林頓政府將彈道導(dǎo)彈防御計(jì)劃分為國(guó)家導(dǎo)彈防御(NMD)和戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御(TMD)兩部分。隨后的小布什政府繼續(xù)發(fā)展彈道導(dǎo)彈防御計(jì)劃，建立了一體化多層次的BMD系統(tǒng)，分為助推段防御、中段防御和末端防御[3]。海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)在三段防御中都發(fā)揮著重要的作用。在助推段防御時(shí)，負(fù)責(zé)將探測(cè)到的威脅目標(biāo)信息傳遞給指揮中心并發(fā)出預(yù)警信號(hào)；在中段防御時(shí)，跟蹤和監(jiān)視目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡并回傳給指揮中心做研判；在末端防御時(shí)，協(xié)同武器系統(tǒng)對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行攔截打擊。除了針對(duì)空天目標(biāo)的預(yù)警探測(cè)外，部分海上預(yù)警探測(cè)裝備負(fù)責(zé)探測(cè)水下來(lái)襲目標(biāo)。與此同時(shí)，海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)在平時(shí)擔(dān)負(fù)著獲取電磁環(huán)境信息、搜集導(dǎo)彈信息、探測(cè)海洋環(huán)境信息等任務(wù)，為戰(zhàn)時(shí)做好準(zhǔn)備。

美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)可以分為三類：專用平臺(tái)系統(tǒng)、預(yù)警偵察船以及作戰(zhàn)艦艇預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)。專用平臺(tái)系統(tǒng)是指將雷達(dá)搭載在專用海上平臺(tái)上，平臺(tái)可以是固定的，也可以是可以動(dòng)的，多采用海上鉆井平臺(tái)進(jìn)行改造。根據(jù)平臺(tái)類型不同，可以分為固定式平臺(tái)系統(tǒng)和半潛式平臺(tái)系統(tǒng)。固定式平臺(tái)系統(tǒng)的代表是Texas Towers，半潛式平臺(tái)系統(tǒng)的代表是?；鵛波段雷達(dá)(SBX)。預(yù)警偵察船是指專門從事預(yù)警偵察任務(wù)的海上船舶，按照具體承擔(dān)的任務(wù)可以分為三類：海洋監(jiān)視船、海洋調(diào)查船和導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船。作戰(zhàn)艦艇預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)是指作戰(zhàn)艦艇上搭載的預(yù)警探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)。隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，艦載預(yù)警探測(cè)雷達(dá)的探測(cè)距離不斷擴(kuò)大，同時(shí)依靠作戰(zhàn)艦艇的前出部署，可以有效的擴(kuò)大預(yù)警探測(cè)范圍。目前美國(guó)作戰(zhàn)艦艇上搭載的預(yù)警探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)主要是AN/SPS-48系列三坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)、AN/SPS-49系列二坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)以及SPY-1系列相控陣?yán)走_(dá)。

下文將詳細(xì)介紹這些典型裝備的發(fā)展歷程和主要特點(diǎn)，并總結(jié)海上預(yù)警探測(cè)裝備的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

圖1　美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)組成

2專用平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)

美國(guó)在上世紀(jì)50年代開(kāi)始建設(shè)的專用平臺(tái)系統(tǒng)——Texas Towers 固定式海上預(yù)警探測(cè)雷達(dá)，是冷戰(zhàn)時(shí)期針對(duì)蘇聯(lián)研制的海基防空預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分。美國(guó)原計(jì)劃建造5座該雷達(dá)系統(tǒng)，部署在美國(guó)東海岸。自1957年開(kāi)始，美國(guó)相繼建造了3座該雷達(dá)，但是由于平臺(tái)抗毀性差，該計(jì)劃于1963年被迫終止。

隨著海洋工程技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能夠抵抗惡劣海上環(huán)境的半潛式海上平臺(tái)，為海上專用平臺(tái)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了支持。美國(guó)于2002年開(kāi)始發(fā)展以半潛式平臺(tái)為基礎(chǔ)的海基X波段雷達(dá)(SBX)，并于2006年開(kāi)始使用，目前部署于Adak港。

?；鵛波段雷達(dá)是將一部X波段雷達(dá)加裝在半潛式鉆井平臺(tái)上的預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)，平臺(tái)長(zhǎng)119 m，寬76 m，排水量達(dá)到5萬(wàn)噸，可以承受每小時(shí)208 km 的狂風(fēng)。該平臺(tái)可以依靠拖船進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時(shí)具備自我推進(jìn)能力，航速可達(dá)到每小時(shí)11公里。因此，?；鵛波段雷達(dá)可以針對(duì)不同的安全威脅機(jī)動(dòng)部署。SBX雷達(dá)采用了有源相控陣技術(shù)體制，對(duì)空探測(cè)距離可以達(dá)到4800 km，被稱為“海上巨眼”[4]。

圖2　?；鵛波段雷達(dá)

圖3　海基X雷達(dá)在導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的作用[6]

SBX是美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)典型裝備，它是美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)關(guān)鍵部分中段防御系統(tǒng)的主要組成部分，主要用于監(jiān)視近太空空間，辨別來(lái)襲的各種彈道導(dǎo)彈分彈頭及假目標(biāo)，為導(dǎo)彈攔截提供遠(yuǎn)程監(jiān)視、截獲和精密跟蹤。SBX的工作流程如圖3所示。SBX可以發(fā)現(xiàn)并跟蹤導(dǎo)彈，監(jiān)控導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)彈道數(shù)據(jù)，并通過(guò)在飛攔截彈通信系統(tǒng)(IFICS)將數(shù)據(jù)傳送給指揮中心，由指揮中心判斷是否為來(lái)襲目標(biāo)，并指揮陸基攔截系統(tǒng)(GBI)發(fā)射攔截武器(KV)。在攔截過(guò)程中，SBX可以對(duì)攔截效果進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估報(bào)告?zhèn)骰刂笓]中心。自SBX服役以來(lái)，參加了多次反導(dǎo)試驗(yàn)并發(fā)揮重要作用。2008年2月25日，SBX參加了衛(wèi)星摧毀實(shí)驗(yàn)并取得成功。雖然SBX的必要性及經(jīng)濟(jì)性仍然受到質(zhì)疑，但是SBX對(duì)美國(guó)國(guó)家安全的貢獻(xiàn)是不容忽視的[5]。

3預(yù)警偵察船

預(yù)警偵察船是指專門從事海上偵察預(yù)警活動(dòng)的艦船。預(yù)警偵察船活動(dòng)區(qū)域大，可以遠(yuǎn)航持續(xù)抵近目標(biāo)偵察，彌補(bǔ)了空中偵察和地面?zhèn)刹斓牟蛔?，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中獲取情報(bào)的主要手段之一。目前，美軍擁有現(xiàn)役預(yù)警偵察船20余艘，根據(jù)使命任務(wù)不同，可分為海洋監(jiān)視船、海洋調(diào)查船和導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船。

3.1海洋監(jiān)視船

美軍為監(jiān)視全球重要海域的潛艇動(dòng)向，在北美洲大陸東、西部沿岸、阿留申群島、日本海域、及格陵蘭、冰島、不列顛群島等海域部署了固定式的“音響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”(Sound Surveillance System, SOSUS)[7-9]。為配合SOSUS，美軍同時(shí)開(kāi)展了機(jī)動(dòng)式拖曳線陣監(jiān)視系統(tǒng)(SURTASS)的開(kāi)發(fā)，其中核心部分之一是UQQ-2型聲納，該聲納成為后來(lái)T-AGOS計(jì)劃的基礎(chǔ)。其中“T”字表示這些艦船是由隸屬于軍事海運(yùn)司令部具平民身份的船員操作，AGOS是“一般性輔助海洋監(jiān)視”(Auxiliary General Ocean Surveillance)的縮寫。海洋監(jiān)視船是美國(guó)T-AGOS計(jì)劃下的系列艦船，主要用于水聲監(jiān)聽(tīng)，其以幾千米每小時(shí)至十幾千米每小時(shí)的速度巡航，配合SOSUS可滿足美軍對(duì)全球關(guān)注海域潛艇動(dòng)向把控的需求。

美海軍海洋監(jiān)視船包括3種不同級(jí)別系列艦船——堅(jiān)強(qiáng)級(jí)(Stalwart)、勝利級(jí)(Victorious)以及完美級(jí)(Impeccable)，滿載排水量分別為2285 t，3380 t和5270 t，都配有UQQ-2型SURTASS被動(dòng)聲納，如表1所示。

堅(jiān)強(qiáng)級(jí)海洋監(jiān)視船是冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物，美軍為應(yīng)對(duì)蘇聯(lián)潛艇的威脅，前后共建造了18艘堅(jiān)強(qiáng)級(jí)海洋監(jiān)視船，主要使用SURTASS拖曳被動(dòng)聲納線陣在海上執(zhí)行常態(tài)化水下監(jiān)視任務(wù)，并將信息經(jīng)衛(wèi)星傳回美軍基地。后由于蘇聯(lián)解體，美軍水下監(jiān)視需求與堅(jiān)強(qiáng)級(jí)相比，勝利級(jí)海洋監(jiān)視船最大的不同在于為適應(yīng)水聲監(jiān)聽(tīng)的需求在船體設(shè)計(jì)上尋求了一些變化。勝利級(jí)采用了“雙船體”，即使用兩個(gè)相互平行的角狀船體構(gòu)成小水線面船型[11]，水線面積僅為同等排水量常規(guī)單船體船只的四分之一左右，大大減少了船體受海浪運(yùn)動(dòng)的影響，增加的船體穩(wěn)定性，有利于拖曳作業(yè)，同時(shí)，甲板面積增加40-50%，可搭載更多任務(wù)電子設(shè)備[12]?，F(xiàn)役4艘，于1991年8月至1993年7月間陸續(xù)服役，是美軍對(duì)我國(guó)華東、華南沿海和南沙群島附近海區(qū)進(jìn)行水聲監(jiān)聽(tīng)的重要力量。

表1　三型T-AGOS系列檢測(cè)船的技術(shù)數(shù)據(jù)[10]

發(fā)生變化，堅(jiān)強(qiáng)級(jí)海洋監(jiān)視船被改裝、出售，現(xiàn)已全部退役，由性能更強(qiáng)的勝利級(jí)、完美級(jí)海洋監(jiān)視船替代。

與勝利級(jí)類似，完美級(jí)海洋監(jiān)視船同樣采用了“雙船體”小水線面船型，同時(shí)除配有SURTASS被動(dòng)聲納外，還增加了LFA主動(dòng)聲納[13]，是美軍最為先進(jìn)的聲納系統(tǒng)，能力非常出眾：SURTASS拖攬1800 m，可探知150~450 m深度潛艇的方位和類型；LFA主動(dòng)聲納用以對(duì)付被動(dòng)聲納無(wú)法探知的“極靜”潛艇。這種主被動(dòng)配合的聲納系統(tǒng)，探測(cè)距離最遠(yuǎn)可達(dá)100海里[14]。聲納系統(tǒng)收集聲納數(shù)據(jù)后，將信息由衛(wèi)星傳至岸上基站進(jìn)行分析或引導(dǎo)反潛攻擊。

圖4　完美級(jí)T-AGOS——“無(wú)暇號(hào)”海洋監(jiān)視船

美國(guó)的海洋監(jiān)視船是美國(guó)水下預(yù)警防御的重要裝備，于此同時(shí)，也擔(dān)負(fù)著情報(bào)收集的使命。監(jiān)視船常年活動(dòng)在世界范圍內(nèi)的各大海域，探測(cè)潛艇并將情報(bào)給美國(guó)國(guó)內(nèi)?！盁o(wú)暇號(hào)”就常年活躍在我國(guó)東南沿海，伺機(jī)搜集我國(guó)潛艇、各類艦艇等情報(bào)。2009年3月8日，“無(wú)瑕號(hào)”在我國(guó)南海專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)從事情報(bào)搜集活動(dòng)，我國(guó)5艘船只對(duì)其進(jìn)行驅(qū)趕。

3.2海洋調(diào)查船

海洋調(diào)查船的最初功能是水深測(cè)量，隨著科技的發(fā)展，功能逐漸拓展為海底地形地貌探測(cè)以及海洋氣象水文調(diào)查等。海洋調(diào)查船最初主要用于科學(xué)考察，后來(lái)逐步加強(qiáng)了軍事應(yīng)用，主要為海軍提供海洋環(huán)境以及氣象水文保障。美國(guó)在20世紀(jì)90年代建造了6艘5000噸的“帕塞芬德”級(jí)海洋調(diào)查船(T-AGS 60～65)。每艘船上都裝備了回聲測(cè)深儀、海底淺層剖面儀、多波束系統(tǒng)、多普勒聲學(xué)測(cè)流儀、測(cè)掃聲納、重力儀、磁力儀等20多種海洋測(cè)量設(shè)備，可以完成30多種測(cè)量任務(wù)，詳盡準(zhǔn)確地探測(cè)海底地形、海底地貌、海底淺層剖面、海底表層底質(zhì)等多種戰(zhàn)場(chǎng)要素[15-20]。

部分海洋調(diào)查船在海洋測(cè)量的基礎(chǔ)上，發(fā)展了電子偵察功能，“瑪麗·西爾斯”號(hào)(T-AGS-65)就是典型代表。該船上配備了無(wú)線電接收機(jī)、雷達(dá)接收機(jī)、終端解調(diào)和記錄設(shè)備、信號(hào)分析儀器及電子干擾設(shè)備通過(guò)截收對(duì)方無(wú)線電臺(tái)、雷達(dá)或其它電子設(shè)備輻射的電磁信號(hào)，該船不僅能準(zhǔn)確查明這些電子設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和戰(zhàn)術(shù)性能，而且還可能獲得對(duì)方無(wú)線電臺(tái)、雷達(dá)或其它兵力兵器的部署甚至導(dǎo)彈的發(fā)射、飛機(jī)的起飛和艦艇出港等重要軍事情報(bào)。

美國(guó)海洋調(diào)查船主要擔(dān)負(fù)的軍事使命是戰(zhàn)場(chǎng)準(zhǔn)備和情報(bào)偵察。通過(guò)對(duì)世界各海域的測(cè)繪和考察，可以建立資料詳盡的海洋環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為作戰(zhàn)艦艇及潛艇的外出作戰(zhàn)提供了環(huán)境保障。同時(shí)，通過(guò)電子偵察獲得的情報(bào)，可以建立電子情報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)，分析可疑目標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)尋找敵方的電磁漏洞，為發(fā)動(dòng)賽博攻擊奠定基礎(chǔ)。

圖5　“瑪麗·西爾斯”號(hào)(T-AGS-65)

3.3導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船

導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船主要用于監(jiān)視美國(guó)及別國(guó)的彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)，搜集遠(yuǎn)程彈道的導(dǎo)航、射程及精度方面的情報(bào)。美國(guó)建造這種測(cè)量船主要出于兩個(gè)目的：一是出于安全考慮，火箭或者導(dǎo)彈試驗(yàn)大都是選擇向海洋發(fā)射，安裝有雷達(dá)天線和電子設(shè)備的測(cè)量船作為岸基跟蹤站的補(bǔ)充，可以增加測(cè)控范圍；二是美國(guó)出于監(jiān)視其他國(guó)家的火箭或者導(dǎo)彈發(fā)射的需要，在美國(guó)感興趣的國(guó)家發(fā)射火箭或者導(dǎo)彈期間，派遣一艘披著“民事科研”外衣的航天測(cè)量船到別國(guó)沿海收集射程情報(bào)[21]。

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)主要使用兩艘導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)——T-AGM-23“觀察島”號(hào)和T-AGM-24“無(wú)敵”號(hào)。“觀察島號(hào)”裝備了一部S波段“眼鏡蛇·朱迪”相控陣?yán)走_(dá)和一部X波段拋物面雷達(dá)?！把坨R蛇·朱迪”相控陣?yán)走_(dá)的天線為八角形平面陣列天線，可以覆蓋120度的扇形區(qū)域，探測(cè)距離超過(guò)3000km，能同時(shí)跟蹤100個(gè)目標(biāo)[4]，主要負(fù)責(zé)跟蹤洲際導(dǎo)彈。X波段拋物線雷達(dá)具有更高的分辨率，主要負(fù)責(zé)搜集彈道導(dǎo)彈在飛行末段的情報(bào)數(shù)據(jù)。“觀察島號(hào)”還配備了一套遠(yuǎn)程導(dǎo)彈射程精確測(cè)量系統(tǒng)，可以精確測(cè)量別國(guó)導(dǎo)彈的射程[22]。該船常年活動(dòng)在太平洋上，主要監(jiān)控我國(guó)和朝鮮的彈道導(dǎo)彈試射，從而獲取導(dǎo)彈參數(shù)及性能。另一艘導(dǎo)彈測(cè)量船“無(wú)敵號(hào)”配備了更先進(jìn)的“眼鏡蛇·雙子星”雷達(dá)，該雷達(dá)同樣工作在S波段和X波段兩個(gè)頻段，探測(cè)距離可以達(dá)到2000 km，可以作為美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的前置雷達(dá)，用來(lái)監(jiān)控可能來(lái)襲的導(dǎo)彈目標(biāo)[23]。

2014年3月25日，“觀察島”號(hào)正式退役，由T-AGM-25“霍華德·洛倫岑”號(hào)接替它擔(dān)負(fù)導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)的使命。“霍華德·洛倫岑”號(hào)全長(zhǎng)162 m，寬27 m，排水量為10264 t，搭載了新式彈道導(dǎo)彈跟蹤雷達(dá)“眼鏡蛇王”?！把坨R蛇王”雷達(dá)是有源相控陣?yán)走_(dá)，包括X波段和S波段兩部雷達(dá)，在后部船橋煙囪后面較高處安裝的是S波段雷達(dá)，后側(cè)甲板處安裝的是X波段巨大旋轉(zhuǎn)式相控陣?yán)走_(dá)，如圖6所示。與退役的“眼鏡蛇·朱迪”相比，“眼鏡蛇王”具有更高的分辨率，S波段雷達(dá)可以跟蹤更多目標(biāo)，同時(shí)X波段雷達(dá)不僅可以觀測(cè)普通高速移動(dòng)對(duì)象物，還可以獲知彈頭朝向[24-25]。

圖6　“霍華德·洛倫岑”導(dǎo)彈監(jiān)測(cè)船

4作戰(zhàn)艦艇預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)

作戰(zhàn)艦艇預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)主要指對(duì)空搜索雷達(dá)系統(tǒng)，用于發(fā)現(xiàn)及跟蹤來(lái)襲的空中目標(biāo)。由于作戰(zhàn)艦艇可以大范圍前出、機(jī)動(dòng)靈活部署，因此可以有效的增加預(yù)警探測(cè)的范圍，同時(shí)可以加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的預(yù)警探測(cè)能力，對(duì)整個(gè)海上預(yù)警探測(cè)體系具有重要意義。

20世紀(jì)40年代，美國(guó)海軍在“加利福尼亞”號(hào)裝備了第一部艦載雷達(dá)——CXAM對(duì)空搜索雷達(dá)，從此海上預(yù)警探測(cè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。1953年，美國(guó)研制出第一部頻率掃描陣列雷達(dá)AN/SPS-26，該雷達(dá)為三坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了三維立體搜索和目標(biāo)探測(cè)。但AN/SPS-26雷達(dá)不具備對(duì)“黃銅騎士”、“韃靼人”等導(dǎo)彈的跟蹤制導(dǎo)能力。為了解決這一問(wèn)題，美國(guó)海軍相繼研制出了具備導(dǎo)彈制導(dǎo)能力的AN/SPS-39三坐標(biāo)雷達(dá)以及可以與海軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)接的AN/SPS-42三坐標(biāo)雷達(dá)。

隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，AN/SPS-48系列三坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)逐步取代了AN/SPS-39和AN/SPS-42系列雷達(dá)，成為裝備美國(guó)海軍艦艇的主力裝備。該型雷達(dá)工作在E/F頻段(2.9 GHz—3.1 GHz)，探測(cè)距離可以達(dá)到400 km，可以提供空中目標(biāo)的三坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)指示[4]。目前美國(guó)“尼米茲”級(jí)航母以及大部分導(dǎo)彈巡洋艦和驅(qū)逐艦都裝備了AN/SPS-48E雷達(dá)。它是美國(guó)海軍中遠(yuǎn)程防空的關(guān)鍵設(shè)備，能夠?qū)?fù)雜電磁環(huán)境中來(lái)襲的小型反艦?zāi)繕?biāo)提供預(yù)警，同時(shí)可以向“標(biāo)準(zhǔn)-II”型導(dǎo)彈提供中途制導(dǎo)及目標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖7　AN/SPS-48三坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)

在裝備AN/SPS-48系列雷達(dá)同時(shí)，美國(guó)海軍同時(shí)還裝備了AN/SPS-49二坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)進(jìn)行補(bǔ)充探測(cè)。AN/SPS-49雷達(dá)工作在頻率更低的C頻段(850MHz-942MHz)，因此具有更大范圍的對(duì)空探測(cè)能力、提供更長(zhǎng)的預(yù)警時(shí)間。另外，由于902-928MHz頻段受海雜波影響較小，AN/SPS-49雷達(dá)能夠更好地克服海雜波的影響，對(duì)低空飛行的來(lái)襲目標(biāo)具有更好的探測(cè)效果，有效地彌補(bǔ)了AN/SPS-48在這方面的不足[26]。

圖8　AN/SPS-49二坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá)

AN/SPS-48、49系列雷達(dá)都是通過(guò)旋轉(zhuǎn)天線實(shí)現(xiàn)360度全方位覆蓋，掃描速度遠(yuǎn)不及電掃雷達(dá)。隨著相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，美國(guó)海軍于1969年開(kāi)始研制AN/SPY-1系列多功能相控陣?yán)走_(dá)。該雷達(dá)由四面陣構(gòu)成，每一陣面覆蓋90度方位角，工作在S波段，探測(cè)距離約為500 km，能夠自動(dòng)搜索、跟蹤多個(gè)目標(biāo)，具備“標(biāo)準(zhǔn)”導(dǎo)彈的制導(dǎo)能力，是美國(guó)海軍“宙斯盾”系統(tǒng)的核心裝備[4]。1983年，AN/SPY-1A雷達(dá)裝備首批12艘“提康德羅加”級(jí)導(dǎo)彈巡洋艦。1991年開(kāi)始，“阿利伯克”級(jí)驅(qū)逐艦已經(jīng)全面裝備具有更強(qiáng)雜波抑制能力、可以兼容改進(jìn)型“海麻雀”導(dǎo)彈和“標(biāo)準(zhǔn)II”導(dǎo)彈的AN/SPY-1D型雷達(dá)。目前，AN/SPY-1雷達(dá)已發(fā)展了AN/SPY-1A、B、D、F、K等多種型號(hào)，如表2所示。近年來(lái)，通過(guò)配備雷達(dá)信號(hào)與數(shù)據(jù)處理機(jī)，該雷達(dá)能夠跟蹤、識(shí)別彈道導(dǎo)彈真假目標(biāo)，增加了有限的中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈攔截能力，使其能更好的融入到預(yù)警防御體系中，發(fā)揮更大的作用。

表2　SPY-1系列各型雷達(dá)情況[4]

圖9　AN/SPY-1相控陣?yán)走_(dá)

5海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，海上作戰(zhàn)的作戰(zhàn)形態(tài)和作戰(zhàn)樣式都發(fā)生了巨大的變化。現(xiàn)代海上對(duì)抗更注重信息化的對(duì)抗，對(duì)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)提出了更高的要求。為應(yīng)對(duì)信息化條件下的新挑戰(zhàn)，海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢(shì)。

功能集成化：傳統(tǒng)作戰(zhàn)艦艇上裝備了探測(cè)、導(dǎo)航、制導(dǎo)、火控、引導(dǎo)等多種任務(wù)雷達(dá)，占據(jù)了大量的空間，同時(shí)需要多名操作人員，經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性都較差。目前雷達(dá)的研制越來(lái)越注重多任務(wù)化，希望能夠同時(shí)兼顧對(duì)空、對(duì)海搜索、早期預(yù)警、防空自衛(wèi)及對(duì)海對(duì)地作戰(zhàn)所需的跟蹤、瞄準(zhǔn)、火控等多種任務(wù)。例如美國(guó)目前研制的新型防空反導(dǎo)雷達(dá)AMDR，具備X和S雙波段工作模式。其中，X波段雷達(dá)負(fù)責(zé)水平搜索、精確跟蹤、導(dǎo)彈通信和末端照射功能，S波段則負(fù)責(zé)立體搜索、跟蹤、彈道導(dǎo)彈識(shí)別。一部雷達(dá)同時(shí)兼顧防空和反導(dǎo)任務(wù)，縮短了響應(yīng)時(shí)間，提高了作戰(zhàn)效能[27][28]。

雷達(dá)數(shù)字化：隨著近些年數(shù)字技術(shù)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)型數(shù)字零部件普及率不斷提高，雷達(dá)數(shù)字化程度逐步向射頻端前移，為數(shù)字陣列雷達(dá)的發(fā)展提供了有力的支撐。數(shù)字陣列雷達(dá)具有幅相控制精度高、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍大、空間自由度高、波束形成靈活等特點(diǎn)，具有探測(cè)復(fù)雜目標(biāo)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、地形適應(yīng)能力強(qiáng)、探測(cè)精度高等性能優(yōu)勢(shì)。由于數(shù)字陣列雷達(dá)具有技術(shù)體制上的優(yōu)勢(shì)，因此它可以有效的應(yīng)對(duì)復(fù)雜的海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效的海上預(yù)警探測(cè)性能[29]。

結(jié)構(gòu)模塊化：模塊化的設(shè)計(jì)思想近年來(lái)不斷在工程領(lǐng)域得到推廣。模塊化的開(kāi)放式系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)便于維護(hù)，同時(shí)降低了成本，縮短了研發(fā)周期，使系統(tǒng)更新管理具有高度的靈活性，方便系統(tǒng)以最小的成本及時(shí)更新?lián)Q代，更快的適應(yīng)新的軍事斗爭(zhēng)需求。現(xiàn)代雷達(dá)中可模塊化的產(chǎn)品包括天線、接收發(fā)射裝置、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理器、二次電源等硬件以及信號(hào)處理解算軟件等[30]。

天線一體化：隨著艦船平臺(tái)上的電子設(shè)備增多，天線數(shù)量不斷增加。復(fù)雜的電磁環(huán)境給全艦的電磁兼容性設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的困難，同時(shí)由于反射面積增大，也使艦船的隱身性能下降。為解決這一問(wèn)題，美國(guó)海軍最早開(kāi)始開(kāi)展了綜合射頻技術(shù)研究，將幾個(gè)分布式寬帶多功能孔徑取代目前數(shù)目繁多的天線孔徑，采用模塊化、開(kāi)放式、可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系架構(gòu)，并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法、軟件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)與通信、導(dǎo)航、識(shí)別等多種射頻功能[31]。在利用綜合射頻技術(shù)減少天線數(shù)量的同時(shí)，注重雷達(dá)陣面與平臺(tái)的共形設(shè)計(jì)，達(dá)到天線與船體的一體化，進(jìn)一步提高了艦船整體的隱身性，提升了綜合作戰(zhàn)效能。美國(guó)新型DDG-1000級(jí)驅(qū)逐艦就是采用這種設(shè)計(jì)理念建造的，它的雷達(dá)反射截面積明顯比CG-47級(jí)和DDG-51級(jí)驅(qū)逐艦小很多。

探測(cè)網(wǎng)絡(luò)化：由于被探測(cè)目標(biāo)在不同方向上的雷達(dá)反射截面積不同，因此利用不同艦船上的探測(cè)雷達(dá)協(xié)同工作，通過(guò)增大雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的夾角，可以更有效的探測(cè)隱身目標(biāo)。與此同時(shí)，多雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)探測(cè)，可以多角度探測(cè)同一個(gè)目標(biāo)，提高了系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)概率，也為目標(biāo)的精確識(shí)別提供了重要依據(jù)。目前雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測(cè)需要突破的關(guān)鍵技術(shù)包括空間同步、時(shí)間同步、相位同步、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)萚32]。

6結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)已逐漸成熟。在不斷提升自身探測(cè)性能的同時(shí)，美國(guó)海軍更注重預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)與其他武器裝備協(xié)同工作的能力，建立一套完整的預(yù)警探測(cè)體系，承擔(dān)了日常預(yù)警探測(cè)、敵方數(shù)據(jù)情報(bào)收集以及戰(zhàn)時(shí)導(dǎo)彈攔截等多種使命任務(wù)。美國(guó)海上預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展歷程值得我海軍借鑒，在深入研究數(shù)字陣列雷達(dá)、綜合射頻、協(xié)同探測(cè)等預(yù)警探測(cè)技術(shù)的同時(shí)，要注重海上預(yù)警探測(cè)體系建設(shè)，合理、高效、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)，保障我國(guó)海上方向安全。

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梁延峰(1986—)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，主要研究方向?yàn)榫C合電子信息系統(tǒng)等；

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楊云祥(1986—)，男，山東濟(jì)寧人，博士，主要研究方向?yàn)榫C合電子信息系統(tǒng)等。

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The Research of American Sea Based Early Warning and Detection System

LIANG Yan-feng, YANG Yun-xiang

(China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041, China)

Abstract:Sea based early warning and detection systems play important role in the American ballistic missile defense system. In this paper, as the typical early warning and detection systems, sea based X band radar, early warning and investigation ships and shipboard early warning radar are introduced in detail. Then the development characteristics of sea based early warning and detection systems are summarized. Multi-functional radar, digital array radar, modularized design, integrated antenna and networked radar detection will be the development trends.

Key words:early warning and detection; sea based X band radar; early warning and investigation ships; shipboard radar

作者簡(jiǎn)介

中圖分類號(hào)：E3/7，TN95

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5692(2016)01-007-08

收稿日期：2015-11-30

修訂日期：2016-01-23

doi:10.3969/j.issn.1673-5692.2016.01.002