国内外雷达及电子对抗技术应用与发展趋势

国内外雷达及电子对抗技术应用与发展趋势

 电子对抗(Electronic Warfare,EW)又被称为电子战斗或电子斗争,是敌对双方围绕电磁频谱的控制权和使用权而开展的斗争。电子对抗对象是那些在电磁频谱域为获取、传输和利用信息的电子设备和系统,包括各类侦查监视传感器、通信系统、指挥控制中心和信息化武器系统等,涉及雷达、通信、导航、精确制导、遥测遥控、敌我识别、无线电引信等。针对不同作战对象采用不同的电子对抗技术,因此常常根据作战对象和技术特征将电子对抗分为雷达对抗、通信对抗、光电对抗、导航对抗和空间电子对抗等。

 

  电子对抗是当前军事的热门话题。随着时代的发展,电子对抗包含的内容也在不断扩展。自二次世界大战以来,电子战在国际上历次战争和大的冲突中都发挥了巨大的威力,越来越引起人们对它的关注。近几年互联网技术的迅速发展与广泛应用,使电子战涵盖的内容更加丰富,涉及领域也逐渐增多。

 

  雷达(RADAR)是当前最重要的探测设备,广泛应用于对空对海搜索监视、导弹探测预警、武器制导、成像侦查以及救援反恐等各个任务领域。雷达主要分为搜索雷达与跟踪雷达、相控阵雷达、合成孔径雷达和机载截击雷达等。

 

Elements of Electronic Warfare

 

  信息化战争中,所有的电子设备之间的信息共享、命令传输均采用通信技术,利用短波、微波、中波等传输信息和指挥命令,并且由于通信技术自身特点,其也是电子对抗中最容易受到破坏的地方。通信对抗是电子对抗在通信领域中的一个分支,通信对抗主要内容包括通信干扰、通信侦查、通信抗干扰等方面,通信对抗的主要目的是接收和破译敌方密码,获取敌方的军事部署信息;获取通信传输相关的战术参数,掌握敌方的军力部署、作战指令等情报信息。通信对抗可以造成敌方的设备通信暂时失效,从而导致军事指挥系统部分或完全瘫痪,抑制对方的军事行动,保证我方军事通信系统的有效性。军事设施通信收发地相距较远,因此信息传递中保密性、安全性、干扰性方案较为复杂,因此通信对抗过程中,需要提高电子通信的抗干扰能力,保证我方电子通信的可靠运行,目前常用的电子通信对抗技术包括自适应技术、跳频技术等。电子对抗中使用的雷达新技术包括米波三坐标雷达、量子雷达等。

 

  雷达及电子对抗技术未来发展趋势主要为认知化方向和综合射频与一体化设计方向。

 

  认知化方向

 

  认知化已是电子战技术发展的必然趋势。尽管认知电子战(Cognitive EW,CEW)是近几年发展起来的新概念,目前重点放在ECM、ECCM和ESM上的认知研究,很多工程实践问题还处于探索之中,但一些先进国家已经取得较大进展。认知电子战技术与认知无线电(Cognitive radio)、认知雷达(Cognitive radar)技术的发展相关。

 

 

  认知无线电是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境,并使用人工智能技术从环境中学习,通过实时改变传输功率、载波频率和调制技术等参数,使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化,以达到任何时间、任何地点可靠地进行通信和对频谱资源有效利用的目的。

 

  认知无线电具备认知能力和重构能力两个基本特征。认知能力就是能够从工作的无线电环境中捕获或者感知信息,从而可以在特定的时间和空间内找到未使用的频谱资源(频谱空穴),并选择最适当的频谱和工作参数。重构能力就是可以根据无线电环境动态编程,采用不同的无线传输技术收发数据。

 

  认知雷达是在认知无线电技术的基础上发展起来的一种具有高度环境适应能力的雷达体制,其发射模式和传统雷达有着很大的区别。认知雷达与传统雷达不同,在发射端,每次都会根据获取的信息改变发射波形,以实现和环境的最优匹配从而提高雷达的抗杂波、抗干扰能力,这比一般的自适应雷达又前进了一大步。

 

  认知电子战系统也是基于认知无线电技术发展起来的。传统的射频电子战系统能够识别固定频谱工作的威胁系统,利用预先编程的对抗技术有效对抗预定的威胁。但面对应用认知技术的雷达和通信系统,电子战必须从固定模式向自适应模式发展,从而发展到认知电子战。

 

  认知电子战系统的主要功能特点是:

 

 

  通过环境态势感知、作战效能评估与动态知识库的融合,实现电子战攻防的闭环,结合对抗策略的优化,提升信息对抗的作战效能。

 

  综合射频与一体化设计方向

 

  当前各类战术导弹武器上的射频系统种类繁多,一般都有雷达导引、通信、导航、电子战及敌我识别等全部系统或其中的大部分系统。今后若采用先进的宽带数字阵列技术和软件无线电体制,通过共用射频孔径的方式,进行一体化设计,将同时具有通信对抗、导航对抗、敌我识别对抗、雷达对抗、目标探测等多项功能,做到“一机多用”、“一机多能”,可有效解决电子对抗装备品种复杂、数量庞大的装备体制问题。

 

  更重要的是,基于综合射频的一体化电子战系统不仅具有对抗敌军的通信、导航、敌我识别系统的功能,还能在不增加系统硬件的前提下,只是通过增加软件,实现兼具目标探测和敌我属性识别的能力,可在一部装备上统一实现“发现目标”、“识别目标”、“攻击目标”、“评估攻击效果”等多项功能,通过对目标的侦察、探测和识别,引导有限的电子对抗资源在空域、时域、频域、极化域、码域和能量域上准确对准目标,实现精确电子攻击。

 

 

  国内外雷达及电子对抗技术应用情况:

 

  美国

 

  美国毫无疑问是当今世界电子对抗技术最发达的国家。美军高度重视雷达电子对抗前沿技术研究,不仅保持了技术上连贯性和发展性,更保持了在该领域技术的垄断性。综合来看,美国电子对抗的发展总方向是装备种类减少、增加通用装备,各军兵种和不同平台将尽量使用标准化装备,并大量采用商业现成技术和设备,以便能节省研制投资、缩短研制期、减轻后勤支援压力。

 

  美国等西方国家正在大力发展综合电子战系统(IEWS)。美国的新一代超音速隐形战机F-35采用的综合电子战系统性能更是名列世界军机的榜首。F-35的电子战系统综合了机载AN/APG-81有源电扫相控阵雷达,通信、导航、识别系统(CNI)和光电分布式孔径系统(EODAS),具有雷达告警、信号收集和分析、被动式辐射定位和电子对抗能力。且该综合电子战系统与战斗机的机载有源相控阵雷达AN/APG-81和光电传感器系统达到高度融合,可最有效地向飞行员提供战场态势,从而使F-35在战场上远离危险的境地。

 

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F-35的电子战系统示意图

 

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  美国的隐身无人攻击机更是处于世界领先水平,无人机载SAR也在美国的电子对抗中快速发展和广泛运用。美军先后研制装备了多型无人机载SAR侦察遥测系统,如“全球鹰”系统、“捕食者”系统、和“火力侦察兵”系统等,装备在空军、海军、陆军等多兵种进行使用,装载的SAR系统也在不断地升级改造以适应多任务类型。

 

  在空间电子对抗方面,美军同样高度重视相关技术,快速攻击识别、探测与报告系统(RAIDRS)就是其研制的防御敌方对空间平台攻击的一套攻击预警探测系统,它是利用设置于多个空间平台的受攻击和环境异常传感器构成的网络式的综合性预警系统;还有自感知空间态势感知系统(SASSA)是美国正在开展的航天电子攻击预警技术验证项目,主要用于确定激光攻击与无线电干扰。载荷包括覆盖可见光与射频谱段、探测人为威胁与环境威胁预警的一系列传感器。且美国军用通信卫星的微波抗干扰技术发展较快,其导航卫星(GPS)抗干扰技术也在加紧研制中,典型的采用抗干扰措施的军用卫星有国防通信卫星DSCSⅢ、军事星Milstar和GPSⅢ等。

 

  欧洲

 

  欧洲的雷达与电子对抗技术也紧随美国之后,处于不断快速发展当中。如在无人机载SAR技术、雷达共形天线技术、米波三坐标雷达技术等方面均有造诣。法国曾研制出米波综合脉冲孔径雷达(RIAS),采用全向天线单元稀疏布阵,宽脉冲全向辐射。德国研制的米波圆阵列雷达MELISSA,采用全新体制,抗干扰能力十分强。

 

 

  欧洲在无人机通信对抗载荷研发方面,法国、德国、英国都具备相当强的实力。欧洲有源相控阵雷达应用较广,主要安装和使用在“台风”战斗机升级、法国“阵风”和瑞典JAS-39E/F战斗机上;通信对抗载荷如综合信号情报载荷(ISIS)、ATR-8000 通信情报载荷系列、MoRIS、ASX系列、Hyper Wide、TRC-274 V/UHF通信干扰机等产品,分别可搭载于小型、中型、大型,以及中、高空航长时无人机上。近年来欧洲开展了具有新型工作模式的SAR技术研究,以获取地物的高度图像,即3维成像系统。德国FGAN-FHR研制了一款无人机载3维成像雷达系统,法国研制了针对小型无人机研制的DRIVE系统。

 

FGAN/FHR的相控阵多功能成像雷达PAMIR

 

  在反辐射导弹方面,如英国阿拉姆(ALARM)、法国阿玛特(ARMAT)和阿尔夫(ARF)、德国阿米格(ARMIGER)等典型产品,其中,ARF和ARMIGER导弹均采用了复合制导技术。这些型号在作战能力方面均有很好表现。

 

  欧洲电子战大会(EW Europe)是美国著名电子战行业组织“老乌鸦协会”(The Association of Old Crows)欧洲分部组织的重要电子战会议,2016年,该会议有来自35个国家的640多名代表参加,40个大会发言报告涉及了电子战作战、政策和技术等多个方面,取得了圆满的成功。2017年的欧洲电子战大会将于伦敦举行。

 

2017年的欧洲电子战大会将于伦敦举行

 

  俄罗斯

 

  俄罗斯电子对抗能力世界一流,并呈现日益增长之势。俄罗斯的希比内(Khibiny)电子对抗系统曾使黑海的美国驱逐舰瘫痪、对飞机进行雷达干扰、对无人机进行GPS干扰以及中断乌克兰的军事通信。除此之外,俄罗斯的机载火控雷达也实力不俗,并独树一帜,拥有自己的发展特色。其在有源相控阵雷达起步较晚,但已经有一定的实力,将逐步在米格-35、米格-29升级、T-50飞机上安装和使用。新型“甲虫-ME”机载火控雷达将出售给印度,用于其米格-29K和米格-29SMT战斗机。

 

  图-214R侦察机是俄罗斯空天部队目前装备的最先进的侦察机,以取代老旧的伊尔-20侦察机。其装备了侧视合成孔径雷达、MRC-41雷达系统,包括电子情报传感器、PTK-MPK-411多频率雷达系统和“片段”高分辨率光电系统,可进行大规模电子情报和信号情报收集/侦察、扫描地面目标和探测导弹发射等任务。图-214R侦察机的雷达系统可探测到隐藏在积雪、树冠甚至地下的设施,甚至可以发现干燥沙土地下数十米的设施;不仅可以截获飞机雷达和其他无线电信号,而且能够监听卫星和手机通话。

 

  俄罗斯雷达与电子对抗技术紧跟国际发展大趋势,尤其在米波雷达研制方面技术十分先进,研制了多种机动式米波三坐标雷达系统,包括55G6-l(NEBO)、55G6-UE(NEBO-UE)、55Zh6-l(NEBO)、55K6-3和“共振”雷达等。“天空”(NEBO)家族的米波三坐标雷达后续型号主要有“天空”SVU、“天空”MRLM-ME和“天空”UME,这些型号都采用了有源相控阵体制。

 

  俄罗斯的保护和隐蔽防空工具及地面设施克拉苏哈-2(Krasukha-2)可对军队在行军过程中进行全面保护,可向敌方预警机发出半径达250公里的干扰辐射波,扰乱其飞行任务。

 

克拉苏哈-2(Krasukha-2)

 

  俄罗斯也在注重反辐射导弹的发展,如Kh-58UShK安装新型导引头,不仅可携带于米格-35、苏-30MK、苏-34和苏-35等战斗机的外置挂架上,还计划装载第五代战斗机T-50 PAK-FA的内埋弹舱。还有Kh-31P反辐射导弹不仅在本国军队服役,还出口到众多国家。

 

  中国

 

  目前我国对雷达与电子对抗也越来越重视,并处于积极向上不断发展的态势。在2016年的珠海航展中,我国展示出了三款新型雷达,均是美军隐形战机的克星。它们分别是JY-27A对空警戒雷达,YLC-8B型机动式预警相控阵雷达以及SLC-7多功能相控阵雷达,其中YLC-8B型机动式预警相控阵雷达被传曾在东北跟踪过美国F22战机转场,因此证明我国不仅拥有了隐形战机,而且还拥有了成熟的反隐形手段。

 

  我国的机载有源相控阵火控雷达也迅速发展,整体技术水平可与国际顶尖同类产品相媲美。中国电科14所研制的KLJ-7A型机载有源相控阵火控雷达在2016年航展展出,这也是珠海航展20年历史中首度有国产的此类雷达展出,弥补了航展的一项空白。

 

  我国在无人机载SAR领域也有相应的应用成果。中国科学院电子学研究所先后研制了多型无人机载SAR,形成首部用于无人机的D3000多功能机载SAR系列,其能够通过快速灵活配置,构成具备不同工作体制、工作模式与性能指标的SAR系统,且具有多种工作模式,可在轻小型、中型无人机上进行安装。但我国微小型无人机载SAR系统研究起步时间晚,但已有了相关进展,研制出了D3160型SAR是一种采用连续脉冲新体制的微小型SAR系统,已加装在飞行器上进行了测试。还有我国的KLC-11型机载多功能监视雷达是一款新型的合成孔径雷达,将主要用于无人战机平台。其优点突出,与国外同类型产品总体性能相当,具有超高的性价比。

 

  我国在量子雷达新技术上有了较大突破,2016年8月,中国电科首部基于单光子检测的量子雷达系统在14所研制成功,达到国际先进水平,取得阶段性重大研究进展与成果。

 

  我国在电子对抗技术设备研发方面一直不断的追赶美国、俄罗斯等军事大国,并研制出了较为先进的相控雷达、SAR系统、量子雷达等。但与国外相比,我国的雷达与电子对抗技术的发展在信息处理技术、关键部件及机载技术,以及整体军事力量上都存在一定的差距。

 

  我国雷达与电子对抗装备未来为获得进步,必须在以下方面得到提高:

 

  在雷达与电子对抗技术的自主知识产权上要增强意识

 

  在雷达与电子对抗信息技术资源利用上要扩大范围

 

  在雷达与电子对抗相关技术上要同步提高

 

  在雷达电子对抗技术装备研究和运用上要消除壁垒

 
技术系统电子雷达

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