陳 亮 宮尚玉 王月悅
(中國船舶集團有限公司第七二三研究所 揚州 225101)
現(xiàn)代海戰(zhàn)中,新型反艦導(dǎo)彈攻擊距離進一步增大,綜合應(yīng)用隱身、降高、增速、機動、多模復(fù)合制導(dǎo)、跟蹤干擾源等多種手段提高突防能力,已發(fā)展成為射程遠、威力大、命中精度高、生存能力和突防能力強的水面艦艇殺手[1~2]。應(yīng)對此類先進導(dǎo)彈,最原始且最穩(wěn)妥的方式是發(fā)射攔截導(dǎo)彈予以摧毀。但是,采用攔截手段成本高昂,一般需要多枚攔截彈去攔截一枚來襲導(dǎo)彈。而且,導(dǎo)彈一旦采用新技術(shù)升級,反導(dǎo)系統(tǒng)攔截的成本會成倍增長。除攔截外,還可采用電磁手段干擾或欺騙導(dǎo)彈,達到艦艇防御目的。此種電磁手段經(jīng)過幾十年發(fā)展,已非常成熟,并在實戰(zhàn)中得到驗證。目前,歐洲各國海軍都已裝備了各種類型的艦載電子戰(zhàn)裝備。
歐洲各國電子戰(zhàn)工業(yè)基礎(chǔ)雄厚,具備獨立研制能力。英國航空航天(British Aerospace,BAE)公司、泰勒斯(Thales)公司、歐洲宇航防務(wù)集團(European Aeronautic Defense and SpaceCompany,EADS)和意大利電子公司(Elettronica Group)等防務(wù)公司是歐洲各國電子戰(zhàn)領(lǐng)域代表性企業(yè),都各自研發(fā)了多種型號的電子戰(zhàn)裝備,主要代表有“海王星”(Nettuno)系列、“維吉利烏斯”(Virgilius)、“警戒”(Vigile)系列以及UAT系列,代表了歐洲海軍艦載電子戰(zhàn)裝備的最高水平,下文將對上述裝備進行詳細介紹和分析。
“海王星”是意大利電子公司代表產(chǎn)品,最新型號為Nettuno 4100,能夠與艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)、電子支援設(shè)備(Electronic Support Measures,ESM)和其他軟殺傷設(shè)備集成。Nettuno 4100艦載干擾機由于采用模塊化設(shè)計和固態(tài)發(fā)射機技術(shù),只需調(diào)整設(shè)備數(shù)量和天線發(fā)射功率,便可適應(yīng)各型水面戰(zhàn)艦。該干擾機的干擾信號由數(shù)字射頻存儲器(DRFM)產(chǎn)生,頻率覆蓋范圍為 6GHz~20GHz[3]。DRFM具有存儲能力,可以復(fù)制雷達發(fā)射信號特征信息,有效地對現(xiàn)代雷達實施干擾[4]。另外,該干擾機能夠?qū)ν{目標的信號特征進行動態(tài)響應(yīng),這種動態(tài)響應(yīng)由計算機程序控制,根據(jù)特定的已知威脅目標信號特征,提前將相應(yīng)的響應(yīng)程序化。出現(xiàn)緊急情況,也可以通過人工指令進行控制。
圖1 Nettuno 4100干擾機
Nettuno 4100采用固態(tài)發(fā)射機,反應(yīng)快,功率大。相控陣天線技術(shù)的運用能夠應(yīng)對不同方向上的多個威脅目標。Nettuno 4100還采用了交叉眼干擾技術(shù),能夠使用兩部干擾天線在每個角扇區(qū)實現(xiàn)交叉眼干擾。兩部天線能夠以不同方式組合使用,干擾相同的目標,或者單獨使用,干擾不同的目標。同相多目標威脅干擾模式下,發(fā)射功率可比單部天線高6dB。
交叉眼干擾技術(shù)要求物理隔離的兩個干擾源協(xié)同發(fā)射幅度近乎相同而相位相差180°的兩路干擾信號,致使敵方雷達將接收到幅度失衡且相位相異的信號,引起波前畸變,導(dǎo)致跟蹤雷達瞄準點發(fā)生偏移,從而實現(xiàn)角度欺騙[5]。意大利電子公司從二十世紀八十年代末就已經(jīng)開始研究交叉眼技術(shù)并持續(xù)改進,取得不錯成果。
當前,基于Nettuno 4100和機載電子戰(zhàn)裝備的研發(fā)經(jīng)驗,意大利電子公司推出了最新一代基于氮化鎵(GaN)器件的電子戰(zhàn)裝備—Virgilius,頻率覆蓋范圍C~J(500MHz~20GHz)[6]。該裝備并非為海軍單獨開發(fā),而是能夠適應(yīng)包括固定翼/旋翼飛機、水面戰(zhàn)艦/潛艇以及地面車輛在內(nèi)的多種平臺。采用基于有源相控陣收發(fā)單元(Transmit/Receive Unit,TRU)的相控陣發(fā)射機,具備超快速波束切換能力,有效輻射功率(Effective Radiation Power,ERP)高且方位覆蓋廣,能夠同時應(yīng)對多個威脅;采用可重編程數(shù)字處理單元,便與后期升級;采用基于人工智能技術(shù)的先進時序安排,實現(xiàn)最佳干擾資源分配;采用多位幅度—相位DRFM技術(shù),能夠?qū)Πl(fā)射的干擾信號進行精確幅度和相位控制,實現(xiàn)交叉眼干擾增益最大化。另外,它把數(shù)字接收機和多位幅度—相位DRFM集成到同一響應(yīng)通道,通過雙極化接收和發(fā)射,可以有效對抗采用先進抗干擾措施的先進雷達。另外,該裝備的其他特征有超精確參數(shù)測量和輻射源身份識別、輻射源快速定位和高精度測向等。
圖2 Virgilius固態(tài)收發(fā)單元、多功能單元以及無源天線單元
“警戒”系列ESM裝備是法國泰勒斯公司研發(fā)的模塊化可縮放產(chǎn)品,采用數(shù)字處理技術(shù)對被截獲信號進行參數(shù)分析和測量,有能力在頻率覆蓋范圍內(nèi)分析一切復(fù)雜的射頻信號。此外,該設(shè)備能夠在密集電磁環(huán)境下,通過與其他傳感器和指揮系統(tǒng)集成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,提供準確的電子戰(zhàn)態(tài)勢圖。當前,“警戒”系列ESM設(shè)備已大范圍服役,并且利用新的研發(fā)成果不斷進行改進和更新,形成多種型號。
2.2.1 “警戒”100~400
“警戒”采用雙極化陣列天線,測向精度高且能夠?qū)崿F(xiàn)360°方位覆蓋。先進處理技術(shù)與陣列天線的結(jié)合使得設(shè)備能夠識別并抑制信號反射效應(yīng)和多路徑效應(yīng)。另外,該設(shè)備能夠處理單脈沖、捷變、多模式以及脈沖多普勒輻射源信號?!熬洹币蜷_放式架構(gòu)和眾多接口使得其可以與作戰(zhàn)管理系統(tǒng)集成,并且通過增減配置適配不同平臺,通過標準信息數(shù)據(jù)模式進行數(shù)據(jù)傳輸,戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力大幅提升。
“警戒”系列產(chǎn)品可以通過網(wǎng)絡(luò)賦予其不同能力,用戶可以自行配置。這些能力包括:擴頻(覆蓋頻率高至40GHz以及低波段)、低截獲概率輻射源探測能力、細粒分析能力、高精度測向以及無源定位。具體如下:“警戒”100(核心系統(tǒng))、“警戒”200(“警戒”100增加低波段頻率擴展)、“警戒”300(“警戒”200增加低截獲概率輻射源探測能力和細粒分析能力)以及“警戒”400(“警戒”300增加高精度測向能力)。表1[7]給出這幾型設(shè)備的基本參數(shù)。
表1 “警戒”100~400基本性能參數(shù)
2.2.2 “警戒”APX
APX是“警戒”的一種改進型號,基于商用現(xiàn)貨,集成數(shù)字接收機和天線,寬帶靈敏度得以提升,全周期成本低。該型號的天線和接收機都有不同配置用于適配不同平臺,因此很難從艦船桅桿的天線布置推測裝備性能?!熬洹盇PX當前的數(shù)字信號處理技術(shù)是泰勒斯的技術(shù),包括鈦寬帶接收機、碳數(shù)字接收機、密涅瓦(Minerval)解交錯技術(shù)和索隆迪爾(Thorondir)輻射源識別系統(tǒng)。“警戒”APX性能參數(shù)如表 2[7]所示。
表2 “警戒”APX性能參數(shù)
2.2.3 “警戒”DPX
“警戒”DPX出現(xiàn)于2012年在巴黎舉辦的歐洲海軍裝備展,主打外貿(mào)市場,基礎(chǔ)頻率覆蓋范圍為2GHz~18GHz,極大提升了接收和處理時域重疊信號的能力。DPX是一種軟件定義產(chǎn)品,便于后期升級。另外,有能力在存在干擾信號的情況下接收和處理威脅信號。該裝備采用的數(shù)字寬帶接收機直接對射頻范圍內(nèi)一切信號進行瞬時采樣,并在存在多種輻射源的情況下繼續(xù)正常工作,不出現(xiàn)性能損耗,仍能保持優(yōu)秀的處理能力。DPX通過精確解交錯和對特定輻射源或平臺的準確識別,測量截獲信號的頻率、相位和幅度,將這些數(shù)據(jù)寫進威脅數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)電子情報搜集?!熬洹盌PX性能參數(shù)如表 3[8]所示。
表3 “警戒”DPX性能參數(shù)
2020年6月,泰勒斯英國分公司開始生產(chǎn)一種新的緊湊型數(shù)字化天線組件,用于“警戒”DPX。[9]該天線相比于前代產(chǎn)品,尺寸、重量和功耗減少約50%,并且實現(xiàn)從天線到顯控臺的全數(shù)字化。
圖3 “警戒”DPX數(shù)字化天線
UAT ESM設(shè)備從20世紀90年代開始服役于英國皇家海軍的航空母艦、驅(qū)逐艦和護衛(wèi)艦等主要水面艦艇。UAT Mod 2.0是針對UAT ESM設(shè)備的升級項目,始于2003年,旨在通過數(shù)字天線和寬帶數(shù)字接收機技術(shù)開發(fā)新一代全數(shù)字ESM設(shè)備,以滿足在近海復(fù)雜密集電磁環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的需求[10]。英國國防部將該計劃的“達芙妮”(Daphne)項目和“數(shù)字先進接收機技術(shù)”(Digital Advance Receiver Technology,DART)項目委托給泰勒斯英國公司電子作戰(zhàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)部。
2009年,泰勒斯英國分公司研制出6GHz~18GHz的數(shù)字化Daphne演示器,可直接在天線端對射頻信號進行采樣并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。2011年,泰勒斯英國公司在DART項目技術(shù)的基礎(chǔ)上推出新型ESM設(shè)備UAT Mod 2.0,服役于英國海軍“勇敢”號驅(qū)逐艦。
與前代相比,UAT Mod 2.0改進了在密集射頻環(huán)境下的輻射源識別能力,并降低了全周期成本。另外,它通過對天線射頻信號的數(shù)字化,采用軟件算法實現(xiàn)大部分功能,所以系統(tǒng)便于不斷升級,以應(yīng)對威脅的發(fā)展。
FL1800電子戰(zhàn)系統(tǒng),完全自動化、模塊化,綜合了威脅探測、分析和干擾功能,能同時處理工作頻率和到達方向不同的多個威脅。ESM部分采用了英國雷卡(Racal)公司的“薩迪”(SADIE)處理器,該處理器的功能是脈沖分離、信號關(guān)聯(lián)、解交錯和輻射源識別。ECM部分采用了多波束天線陣,可選擇不同的干擾方式對抗威脅,并用“間斷觀察”方式驗證干擾效果。
圖4 FL1800S-II
該型裝備的第二階段研制工作已經(jīng)完成,即FL1800S-II,并已換裝完畢。主要是對信號處理和數(shù)據(jù)處理進行了大量改進,包括:用一部信道化接收機(用9個子波段)替換晶體視頻接收機,頻率覆蓋范圍為 0.5GHz~18GHz[11],且提高了頻率測量精度;采用兩部完全集成的超外差接收機用于脈沖分析和脈沖“指紋”提??;采用一部通過測量信號幅度估計距離的計算機,用于解算“拉姆”(RAM)導(dǎo)彈火控系統(tǒng)及目指信息。威脅數(shù)據(jù)庫的容量可通過重新編程模塊進行擴充。除此之外,F(xiàn)L1800S-II的ECM部分增加兩部行波管驅(qū)動的多波束陣列發(fā)射機,能產(chǎn)生噪聲與欺騙干擾,頻率覆蓋范圍為7.5GHz~17GHz[11]。采用了更快的跟蹤處理器,幾乎實現(xiàn)同步干擾。
英法德意四國是歐洲傳統(tǒng)強國,又同屬北約同盟國,武器裝備發(fā)展有相通之處,電子戰(zhàn)裝備亦是如此。結(jié)合上文所述,對英法德意四國艦載電子戰(zhàn)裝備發(fā)展特點作如下總結(jié)。
上文所述電子戰(zhàn)裝備均不是為某一型艦艇設(shè)計,而是采用了模塊化可縮放設(shè)計,通過增減設(shè)備配置,適合裝備不同類型艦艇,其中意大利電子公司最新的Virgilius更是能適應(yīng)海陸空不同作戰(zhàn)平臺。這種設(shè)計方法降低了研發(fā)成本,提高了生產(chǎn)效率,提升裝備有效度。后期只需修改一些功能結(jié)構(gòu)模塊便能實現(xiàn)升級。提高維修效率和質(zhì)量,降低對維修人員的技能要求以及減少維修費用。結(jié)構(gòu)模塊相對穩(wěn)定且能實現(xiàn)階梯上升,提升裝備可靠性。
上述所有電子戰(zhàn)裝備,無論是干擾機、ESM設(shè)備或是電子戰(zhàn)系統(tǒng),均能實現(xiàn)與其他傳感器或系統(tǒng)集成,進行數(shù)據(jù)交互。現(xiàn)實中,“海王星”4100干擾機能夠與多種ESM裝備集成,例如泰勒斯ABRB-21和“警戒”;而“警戒”采取的開放式接架構(gòu)和眾多接口使得其可以與作戰(zhàn)系統(tǒng)及其他傳感器集成并進行數(shù)據(jù)交互,極大擴展了其探測能力。這種集成交互的能力,將電子戰(zhàn)裝備納入到了更大的防御系統(tǒng),這種防御系統(tǒng)集各類傳感器、軟硬殺傷武器于一體,極大地提升了艦船防御能力。
從各國研發(fā)的裝備看,意大利主要關(guān)注干擾機的研發(fā),并在交叉眼干擾技術(shù)方面獲得突破。交叉眼干擾技術(shù)是一種有效對抗單脈沖角跟蹤雷達的干擾樣式[12],而在反艦導(dǎo)彈主動雷達導(dǎo)引頭角跟蹤中,通常采用兼具較高測角精度和較強抗干能力的單脈沖測角方式[13]。意大利電子公司從1988年就開始研究該技術(shù),但囿于技術(shù)手段,干擾效能有限。最新研發(fā)的Virgilius得益于多位幅度—相位DRFM技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制干擾信號的幅度和相位,實現(xiàn)干擾增益最大化。法國則注重ESM設(shè)備的研發(fā),主打產(chǎn)品“警戒”系列更新不斷,并在數(shù)字化和軟件定義的道路上大步向前。警戒”的數(shù)字化天線,實現(xiàn)了天線前端直接射頻采樣,降低設(shè)備尺寸、重量和功率。相較于傳統(tǒng)的外差結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)得到簡化,弱化設(shè)備自擾。各國在各自擅長的領(lǐng)域深度研發(fā),并且都有不錯的成果。此外,還借助他國的優(yōu)勢互補不足。例如意大利的干擾機和法國的ESM設(shè)備,經(jīng)常成對出現(xiàn)。
導(dǎo)彈、隱身戰(zhàn)機和無人機等威脅不斷更新發(fā)展,促使水面艦艇的艦載電子戰(zhàn)設(shè)備更新迭代。當前,隨著電磁頻譜戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)概念出現(xiàn),電子戰(zhàn)裝備的發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。隨著人工智能、新型元器件等技術(shù)的成熟化發(fā)展,電子戰(zhàn)裝備的發(fā)展必將找到新的方向。未來將持續(xù)跟蹤歐洲各國水面艦載電子戰(zhàn)裝備發(fā)展動向,希望能對我國相關(guān)裝備發(fā)展在某些方面某種程度起到幫助作用。