秦碧野 饒世鈞

（1.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)員五大隊(duì) 大連 116018）（2.海軍大連艦艇學(xué)院信息系統(tǒng)系 大連116018）

1 引言

未來(lái)信息化海上聯(lián)合作戰(zhàn)是作戰(zhàn)體系間的高強(qiáng)度對(duì)抗，水面艦艇作為海戰(zhàn)場(chǎng)的關(guān)鍵作戰(zhàn)平臺(tái)承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)越來(lái)越重，面臨的威脅也越來(lái)越多。而艦載電子設(shè)備作為水面艦艇的信息作戰(zhàn)裝備，必須保障艦艇在復(fù)雜電磁環(huán)境下全面掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，為本艦及編隊(duì)艦載武器系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的目標(biāo)指示，迅速準(zhǔn)確進(jìn)行電子進(jìn)攻和防御，及時(shí)完成目標(biāo)毀傷評(píng)估，掌握戰(zhàn)場(chǎng)信息主動(dòng)權(quán)。軍事需求推動(dòng)了世界多國(guó)進(jìn)行多功能綜合射頻技術(shù)的研究，發(fā)展勢(shì)頭較為迅猛，但從發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，其過(guò)程中依然存在諸多技術(shù)難點(diǎn)和不足之處，本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外艦載綜合射頻技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行闡述，并分析艦載綜合射頻系統(tǒng)作戰(zhàn)運(yùn)用需求及技術(shù)改進(jìn)難點(diǎn)，提出艦載綜合射頻系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展建議，能夠?yàn)榕炤d綜合射頻系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)提供參考。

2 艦載多功能綜合射頻系統(tǒng)發(fā)展情況分析

考慮到綜合射頻技術(shù)可在未來(lái)海戰(zhàn)中發(fā)揮出巨大作用，世界海軍強(qiáng)國(guó)紛紛進(jìn)行綜合射頻技術(shù)的研究與試驗(yàn)。

2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

由于我海軍艦載信息系統(tǒng)建設(shè)起步較晚，技術(shù)力量相對(duì)薄弱，發(fā)展過(guò)程中面臨的問(wèn)題較為突出：1）水面艦艇艙面以上各型天線較多，艦艇RCS普遍偏大；2）眾多輻射源堆集在空間有限的平臺(tái)上，經(jīng)常出現(xiàn)射頻遮擋以及電磁干擾問(wèn)題；3）各傳感器間相互搶占資源，難以統(tǒng)一管理調(diào)度分配；4）傳統(tǒng)信息系統(tǒng)設(shè)備尺寸、重量較大，功耗、成本較高；5）系統(tǒng)的非模塊化設(shè)計(jì)增大裝備的保養(yǎng)難度，需要投入大量的保障資源。

052C型驅(qū)逐艦相控陣?yán)走_(dá)的成功研制對(duì)于海軍艦載信息系統(tǒng)建設(shè)具有里程碑式的意義，大幅度提升了海軍艦載信息系統(tǒng)作戰(zhàn)能力，在其基礎(chǔ)上研發(fā)的052D型驅(qū)逐艦相控陣?yán)走_(dá)戰(zhàn)技性能有了較大的提升，055型驅(qū)逐艦多功能綜合射頻系統(tǒng)有效地解決了艦載信息系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，標(biāo)志著我海軍在綜合射頻技術(shù)領(lǐng)域邁出堅(jiān)實(shí)的一步，但距離實(shí)現(xiàn)艦載信息系統(tǒng)真正的“綜合一體化”還有很長(zhǎng)的路要走。

2.2 國(guó)外發(fā)展情況

2.2.1 美國(guó)海軍

美國(guó)海軍最早步入綜合射頻的研究軌道，在艦船上率先應(yīng)用多功能綜合射頻系統(tǒng)，并先后開(kāi)展多項(xiàng)相關(guān)研究和試驗(yàn)［1］。其中包括：快速反艦導(dǎo)彈綜合防御系統(tǒng)（Rapid Anti-ship Integrated Defense System，RAIDS）；艦艇自防御系統(tǒng)（Ship Self-Defense System，SSDS）；先進(jìn)綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)（Advanced Integrated Electronic Warfare System，AIEWS）；先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)（Advanced Multi-function Integrated RF System，AMRFS）；多功能電磁輻射系統(tǒng)（Multi-function Electronic Radiation System，MERS）；雙頻段雷達(dá)（Double Band Radar，DBR）；綜合桅桿技術(shù)（In Top）；綜合防空和導(dǎo)彈防御雷達(dá)（Air and Missile Defense Radar，AMDR）；波長(zhǎng)比例縮放陣列計(jì)劃（wavelength-scaled array，WSA）等。文獻(xiàn)［2～11］對(duì)上述項(xiàng)目和計(jì)劃中所進(jìn)行系統(tǒng)和設(shè)備的戰(zhàn)技性能研究分析較為全面透徹，在此不做贅述。

基于In Top和其它早期的項(xiàng)目研究工作，美國(guó)海軍研究辦公室（ONR）目前正在實(shí)施電磁機(jī)動(dòng)指揮與控制（Electronic Maneuvering Command and Control，EMC2）技術(shù)發(fā)展計(jì)劃［12］。該計(jì)劃是美國(guó)海軍電磁機(jī)動(dòng)戰(zhàn)（EMW）的組成部分。EMW的前提是能夠快速、靈活、有效地利用電磁/賽博環(huán)境，而EMC2的目的就是保證美國(guó)海軍在較為廣泛的頻率范圍內(nèi)管理和控制無(wú)線電頻譜的能力，并對(duì)任務(wù)要求和作戰(zhàn)區(qū)域電磁環(huán)境快速反應(yīng)，及時(shí)為實(shí)現(xiàn)不同功能分配最佳的資源和頻率。得益于In Top的研究成果，EMC2中的射頻部分、電路部分和軟硬件部分，都采用模塊化、開(kāi)放式、可升級(jí)的架構(gòu)，使系統(tǒng)可以靈活適應(yīng)平臺(tái)尺寸和任務(wù)變化。因此，系統(tǒng)可以將電子戰(zhàn)、雷達(dá)、通信和信息戰(zhàn)等射頻功能集成到一套通用的多功能孔徑和電路中，實(shí)現(xiàn)包括Link16、IFF、塔康、EW等射頻功能和實(shí)時(shí)頻譜行動(dòng)。同時(shí)，EMC2開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以使其與之前研究綜合射頻技術(shù)的成果（包括C4ISR）整合在一起，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源分配、頻譜管理、發(fā)射操控和電磁機(jī)動(dòng)的功能。EMC2另外一個(gè)關(guān)鍵部分是其指揮控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地優(yōu)化所有射頻功能的性能，以保證指揮官在所有作戰(zhàn)區(qū)域的意圖得以實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 其它國(guó)家海軍

英國(guó)皇家海軍采用先進(jìn)技術(shù)桅桿（Advanced Technology Mast，ATM）技術(shù)的45型驅(qū)逐艦，以及基于45型驅(qū)逐艦提出的明日戰(zhàn)艦UXV；德國(guó)海軍使用“集成多探測(cè)器桅桿”（IMSEM）技術(shù)的F125級(jí)護(hù)衛(wèi)艦，以及基于F125級(jí)護(hù)衛(wèi)艦IMSEM技術(shù)的FDZ-2020級(jí)未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦；法國(guó)海軍艦艇建造局（DCN）最近推出新一級(jí)正處于概念開(kāi)發(fā)階段的護(hù)衛(wèi)艦“劍艦”；荷蘭皇家海軍裝配I-MAST400艦用綜合桅桿的新型Holland級(jí)巡邏艦；意大利海軍裝備集成模塊化桅桿項(xiàng)目（MITOS）的新型多任務(wù)遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)巡邏艦PPA；西班牙海軍最近正在設(shè)計(jì)研發(fā)采用最新的綜合射頻技術(shù)成果和一體化桅桿設(shè)計(jì)理念的F110級(jí)衛(wèi)艦。文獻(xiàn)［13～15］對(duì)上述六個(gè)國(guó)家海軍綜合射頻技術(shù)的發(fā)展以及在艦艇上的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。

2017年6月，俄羅斯海軍20385型護(hù)衛(wèi)艦首艦下水。該艦采用了Zaslon公司前期研發(fā)綜合射頻技術(shù)的最新成果：被命名為Zaslon的“多用途海軍雷達(dá)系統(tǒng)”。系統(tǒng)主要由桅桿頂部的S波段旋轉(zhuǎn)雷達(dá)天線、桅桿上部X波段有源相控陣?yán)走_(dá)天線（4面）、桅桿下部無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)天線（4面）以及包括電子戰(zhàn)在內(nèi)的各類(lèi)用途小型天線組成。其綜合桅桿構(gòu)成如圖1所示。

Zaslon系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大：1）根據(jù)艦艇執(zhí)行不同任務(wù)劃分優(yōu)先級(jí)，并自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、分類(lèi)、威判；2）被動(dòng)探測(cè)無(wú)線電信號(hào)源并對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行偵收和甄別，對(duì)輻射設(shè)備的種類(lèi)和型號(hào)進(jìn)行分類(lèi)記錄；3）為武器火控系統(tǒng)提供目標(biāo)指示；4）為空中作戰(zhàn)平臺(tái)執(zhí)行任務(wù)提供信息支援；5）工作過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障排查。

3 艦載多功能綜合射頻系統(tǒng)的概念、組成及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

3.1 綜合射頻技術(shù)的概念和系統(tǒng)組成

綜合射頻技術(shù)是指用較少的分布式寬帶多功能孔徑取代目前平臺(tái)上為數(shù)眾多的天線孔徑，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、軟件編程，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［16］，從而實(shí)現(xiàn)資源共享。

結(jié)合綜合射頻技術(shù)基本概念及工作原理，艦載綜合射頻系統(tǒng)應(yīng)包括：1）綜合一體化天線孔徑；2）自適應(yīng)數(shù)字波束形成部件；3）各波段信號(hào)的產(chǎn)生與接收部件；4）系統(tǒng)功能軟件；5）系統(tǒng)自檢與校正部件。

圖1 俄羅斯海軍20385型護(hù)衛(wèi)艦及綜合桅桿構(gòu)成

3.2 艦載多功能綜合射頻系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

由上述綜合射頻系統(tǒng)的組成和功能需求可以看出，該系統(tǒng)是由軟件來(lái)定義的、可以執(zhí)行多樣化射頻任務(wù)的先進(jìn)射頻系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）集成度高，生存力強(qiáng)

通過(guò)集成技術(shù)將各個(gè)分系統(tǒng)高度集成為一體，大大減少了艦載傳感器的種類(lèi)和數(shù)量，改善頂部天線擁擠的局面，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)外形，有效降低了艦艇的體積重量。重要的是在大幅強(qiáng)化艦艇整體的電磁兼容性能的同時(shí)，降低艦艇RCS提升隱身性能。同時(shí)，基于數(shù)字陣列體制的艦載雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了超低副瓣和自適應(yīng)零點(diǎn)技術(shù)，此技術(shù)既減少干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)工作的影響，也減低射頻信號(hào)被截獲的概率，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電子對(duì)抗和對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈的能力［17］，大大提高了艦艇的生存力。

2）維護(hù)便捷，成本降低

由于系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)具備自檢與校正功能，維護(hù)較為便捷，維護(hù)成本有所降低。硬件方面：一體化設(shè)計(jì)降低了專(zhuān)用備件的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了射頻單元的共用，降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)，采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，功能模塊若有故障可立即更換，從而降低維護(hù)成本；軟件方面：系統(tǒng)功能主要由軟件定義，大量采用貨架技術(shù)，易于擴(kuò)充和升級(jí)，顯著降低了系統(tǒng)升級(jí)成本，同時(shí)，功能一體化設(shè)計(jì)大大減少了操作和維護(hù)人員，降低維護(hù)成本。

3）功能多樣，性能優(yōu)異

綜合射頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)設(shè)備、電子戰(zhàn)設(shè)備、通信設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，克服單一設(shè)備存在的固有缺陷和不足，最大限度發(fā)揮武器系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力。綜合射頻系統(tǒng)可以根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際需要，在頻率使用、功率發(fā)射、收發(fā)孔徑、頻帶寬度和極化方式等方面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的資源分配和管理，用統(tǒng)一的多功能射頻模塊構(gòu)建出一個(gè)兼具任務(wù)規(guī)劃、導(dǎo)航通信識(shí)別、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤識(shí)別、威脅判斷、態(tài)勢(shì)感知、交戰(zhàn)觀察等多種能力的艦載一體化綜合射頻系統(tǒng)，從而，可使水面艦艇更加出色的完成防空反導(dǎo)、對(duì)陸攻擊、反潛作戰(zhàn)、對(duì)海打擊、火力支援等多種作戰(zhàn)任務(wù)。

4）共享資源，操控簡(jiǎn)易

綜合射頻系統(tǒng)在后端資源管理設(shè)備的控制下，統(tǒng)一對(duì)資源進(jìn)行合理分配和調(diào)度，其過(guò)程不需要人工干預(yù)，自動(dòng)化程度較高，系統(tǒng)在良好的協(xié)同工作模式下可大大減少操作人員，可以想象，未來(lái)在AI技術(shù)和戰(zhàn)場(chǎng)自動(dòng)感知技術(shù)的加持下，系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人操控。

4 艦載多功能綜合射頻系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)

1）孔徑/天線綜合技術(shù)

孔徑/天線綜合是綜合射頻技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的前提，也是與傳統(tǒng)射頻系統(tǒng)的根本區(qū)別之處?？讖?天線綜合是指利用寬帶多波束技術(shù)將多個(gè)天線功能整合在一個(gè)（部）孔徑/天線中，消除天線數(shù)量過(guò)多導(dǎo)致的質(zhì)量大、占用空間多、布局雜亂等不利影響，提高天線的電磁兼容性和射頻綜合配置管理。

2）射頻綜合處理技術(shù)

由于系統(tǒng)的性能、成本、體積、重量等戰(zhàn)技指標(biāo)受到射頻部分不同組件之間集成度的影響，因此，系統(tǒng)需要多種功能模式滿(mǎn)足不同頻帶寬度、威力范圍、環(huán)境因素的綜合要求。就目前射頻綜合處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，普遍采用獨(dú)立設(shè)計(jì)的通道來(lái)滿(mǎn)足不同功能的需求。下一步，需要解決采用統(tǒng)一的通道來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)不同功能的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的射頻一體化設(shè)計(jì)。

3）高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)

綜合射頻系統(tǒng)根據(jù)雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)等不同功能產(chǎn)生大量自適應(yīng)數(shù)字波束以滿(mǎn)足不同任務(wù)需要，同時(shí)要對(duì)實(shí)現(xiàn)各功能所需處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速并行計(jì)算。因此，多功能綜合射頻系統(tǒng)大瞬時(shí)帶寬的產(chǎn)生需要超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，根據(jù)不同的任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分發(fā)同樣要求系統(tǒng)具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。因此，還需要開(kāi)展在高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)支持下進(jìn)行大吞吐率數(shù)據(jù)的分發(fā)、轉(zhuǎn)換和處理等方面的研究［18］。

4）系統(tǒng)資源協(xié)同調(diào)度技術(shù)

艦載綜合射頻系統(tǒng)需要根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和環(huán)境綜合協(xié)同調(diào)度各類(lèi)傳感器和電子設(shè)備執(zhí)行偵察預(yù)警、電子對(duì)抗、導(dǎo)航、通信、IFF等多樣任務(wù)。系統(tǒng)資源協(xié)同調(diào)度的主要功能是從系統(tǒng)各個(gè)部分接收事件請(qǐng)求信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)一系列算法根據(jù)時(shí)間、資源決定執(zhí)行或丟棄事件，同時(shí)將待執(zhí)行事件按照一定的排隊(duì)序列送到系統(tǒng)各模塊。因此，系統(tǒng)資源協(xié)同調(diào)度能力是能否最大限度靈活發(fā)揮出綜合射頻技術(shù)一體化優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。

5）系統(tǒng)自檢與校正技術(shù)

綜合射頻系統(tǒng)工作時(shí)要求所有模塊具有很高的一致性，因此，系統(tǒng)在正常工作的條件下必須能夠自檢出所有的誤差并及時(shí)進(jìn)行校正。自檢和校正對(duì)于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同功能準(zhǔn)確發(fā)射高可信度波束與接收低失真波形來(lái)說(shuō)是最基本的前提。因此，處于多種工作模式下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)自檢和自動(dòng)校正也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

5 發(fā)展建議

借鑒國(guó)外的研究成果和發(fā)展歷程，立足當(dāng)前存在的技術(shù)難點(diǎn)，著眼未來(lái)作戰(zhàn)體系的使用要求，對(duì)艦載綜合射頻系統(tǒng)建設(shè)提出幾點(diǎn)建議：

1）射頻前端需進(jìn)一步綜合

在當(dāng)前綜合射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)用一組綜合型天線替代大量的分立型天線，但天線/孔徑技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀還不能支撐一個(gè)（部）孔徑/天線完成所有的孔徑/天線功能。此外，在實(shí)現(xiàn)孔徑共享的同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)波束的自適應(yīng)形成和對(duì)其靈活的控制。因此，系統(tǒng)射頻前端的進(jìn)一步綜合，以及根據(jù)不同任務(wù)需要對(duì)天線子陣/全陣工作模式的轉(zhuǎn)換和天線重構(gòu)等問(wèn)題還需進(jìn)一步解決。

2）綜合調(diào)度技術(shù)與協(xié)同指揮能力需進(jìn)一步提高

雖然當(dāng)前各型相控陣?yán)走_(dá)都已用到資源協(xié)同調(diào)度技術(shù)。但是，這些資源協(xié)同調(diào)度技術(shù)和協(xié)同指揮能力已不能支撐綜合射頻系統(tǒng)在未來(lái)復(fù)雜電磁環(huán)境下完成高強(qiáng)度作戰(zhàn)任務(wù)。因此，需不斷推進(jìn)系統(tǒng)資源協(xié)同調(diào)度技術(shù)向前發(fā)展，要以作戰(zhàn)任務(wù)需求為牽引進(jìn)行資源綜合調(diào)度分配、多傳感器協(xié)同指揮，生成出與作戰(zhàn)任務(wù)匹配的靈活高效的作戰(zhàn)方案，以應(yīng)對(duì)未來(lái)海戰(zhàn)多樣化作戰(zhàn)任務(wù)、復(fù)雜的電磁環(huán)境和瞬息萬(wàn)變的敵我態(tài)勢(shì)等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3）系統(tǒng)綜合顯控設(shè)計(jì)需更加合理

當(dāng)前，綜合射頻系統(tǒng)的顯示控制端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中的信息進(jìn)行綜合顯示、系統(tǒng)操作控制等功能。操作者也可根據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)（防空反導(dǎo)、反潛、對(duì)海打擊等）提取所需態(tài)勢(shì)信息，但隨著未來(lái)海戰(zhàn)節(jié)奏、烈度的不斷升級(jí)，相同時(shí)間內(nèi)信息量成倍增加，怎樣根據(jù)不同任務(wù)合理地顯示出戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)、更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互以及增強(qiáng)指揮員戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知是綜合顯控設(shè)計(jì)需要解決的當(dāng)務(wù)之急。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外艦載綜合射頻系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，綜合射頻技術(shù)已成為世界海軍競(jìng)相爭(zhēng)奪的信息化制高點(diǎn)?？紤]到艦載綜合射頻系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大功能，艦載綜合射頻系統(tǒng)的發(fā)展必將為海軍信息化建設(shè)帶來(lái)革命性的進(jìn)步?？梢灶A(yù)見(jiàn)，艦載信息系統(tǒng)的迅速發(fā)展必將改變未來(lái)海上作戰(zhàn)方式。因此，艦載綜合射頻系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)只有沿著適應(yīng)未來(lái)信息化海上聯(lián)合作戰(zhàn)的思路不斷創(chuàng)新，克服關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，才能在未來(lái)海戰(zhàn)中奪取信息優(yōu)勢(shì)，贏得海戰(zhàn)勝利。