复杂电磁环境对水面舰艇电子信息装备的影响及对策研究

王 宇 杨 光

(91404部队 秦皇岛 066000)

复杂电磁环境对水面舰艇电子信息装备的影响及对策研究

王 宇 杨 光

(91404部队 秦皇岛 066000)

未来作战中,水面舰艇电子信息装备将不可避免地面临复杂电磁环境,并且随着新装备的不断更新和发展,这种环境将越来越复杂。在分析水面舰艇作战面临复杂电磁环境的特点及对水面舰艇电子信息装备作战能力影响的基础上,提出了适应复杂电磁环境水面舰艇电子信息装备的建设思路。

复杂电磁环境; 电子信息装备; 水面舰艇

Class Number TP391.9

1 引言

现代战争的形态已经由机械化向信息化方向转化,在未来作战中将投入大量的电子信息装备,使战场上电磁信号变得高度密集,电磁辐射信号种类繁多,导致电磁环境变得异常复杂,影响舰艇电子信息装备的作战效能[1]。在新研和装备改进时,必须充分考虑到复杂电磁环境下对其作战效能的影响因素,通过技术手段,尽可能地消除复杂电磁对其作战效能的影响,才能发挥其最大作战效能,提高水面舰艇的生存能力。

2 水面舰艇作战面临复杂电磁环境的特点

2.1 电磁信号密度高、频域宽

在未来信息化海战场上,交战双方将投入大量电子信息装备,在有限可用的电磁频段中,将产生大量电磁辐射,使信息流量剧增、电磁信号密度加大,使得海战场环境中信号频谱密集。随着信息技术的发展,预警探测使用的频段正逐步向电磁频谱的高端和低端扩展;信息传输的频段则覆盖极长波到微波乃至光波波段,大量电子信息装备辐射的电磁信号几乎容纳了全部电磁频谱,使海战场电磁环境频域变宽。

2.2 电磁信号复杂

海上辐射源为了在频域、时域和空域上反侦察反干扰,几乎毫无例外地采用了各种复杂的信号调制样式,其中包括频率捷变、频率分集、重频参差、重频抖动、重频编码、脉冲压缩、脉内调频、调相以及相位编码等[2],并且还采用边扫描边跟踪、群脉冲发射、同时发射、猝发脉冲短暂发射、连续波等方式。除上述辐射电磁信号本身复杂外,不同种类、不同用途的电磁信号,在不同的海域传播,由于各海域的自然环境不同,体现出不同的反射变化,从而使本身复杂的电磁信号更加复杂多变。

2.3 电磁信号在空域、时域、频域、能量域上交迭, 动态多变

海战场电磁信号交迭是指各个种类的电子信息装备发射的各种类型、功率不等、频率不同的电磁波在空域、时域、频域、能量域上相互交迭的特点[3]。在空域上纵横交错,无处不在。海战场上,交战双方的电磁辐射源来自空中、海上、地面、水中等,不同的作战平台,各个不同的辐射源信号,密布在交战的海域,形成了复杂的电磁辐射态势。在时域上持续不断,密集交迭。海战场上利用电磁实施的侦察与反侦察、干扰与反干扰持续进行,大量的电磁信号是在人为控制下产生的,使得交战双方的电磁辐射活动从未间歇,时而对抗突显,时而相对平静,由此导致海战场电磁环境始终处于剧烈的动态变化中。在频域上密集重叠。在实际应用过程中,能够使用的电磁频谱只有有限范围,军用频段更少,交战中敌对双方都只能使用有限的频谱,这就使密集的电磁波拥挤在狭窄的频段之中。在能量域上随机多变,密度不均。在作战的全过程,敌对双方都会根据作战目的和毁伤要求,频繁调控变换着辐射能量的强弱及形式[4]。

2.4 己方电磁信号互扰严重

现代水面舰艇无一例外,均装备了各种类型和体制的电子信息装备,而且新型水面舰艇上的电子设备数量增长趋势不可逆转。其频谱从长波到短波,从米波到毫米波,直至激光波段,几乎涵盖了电磁频谱的所有可利用范围。然而,这些电子信息系统在水面舰艇上可部署的空间十分有限,致使水面舰艇上的电磁频谱空间和能量空间异常拥挤,并出现不同电子信息装备的工作频段重叠或相近的现象,在作战中这些装备同时使用,造成内部严重的相互干扰。由于编队协同作战的需要,编队内各种舰载电子信息装备往往要同时或有衔接地进行工作,由于频谱宽度有限,数量众多的电子信息装备使用同一频段,在作战中会产生严重的互扰现象。

3 复杂电磁环境对舰载电子信息装备影响

3.1 复杂电磁环境对舰载雷达装备作战能力的影响

舰载雷达在作战中主要承担着预警探测、目标跟踪、瞄准引导等任务。复杂电磁环境对其影响主要体现在己方互扰及敌方主动干扰两个方面。

3.1.1 己方影响

在有限的舰艇空间范围内,装备着多种种类的雷达、电子对抗装备,这些装备在作战中经常同时使用,由于其工作频段重叠,通过空间辐射等途经,会出现电磁互扰情况。在对空作战时,电子对抗装备和舰载目标指示雷达需要同时工作,有源干扰装备对敌方末制导雷达干扰的同时,会影响己方目标指示雷达的工作,使其不能准确引导舰空导弹工作;无源干扰装备在释放箔条弹对导弹末制导雷达实施干扰的同时,会影响己方低空跟踪雷达的工作,使其不能发现低空目标。

在编队内部,同型级舰艇装备着同型号的雷达设备,其工作频率同属一个频段,工作时机与作用相同,所产生的相互干扰在频谱分布上也基本重合。在进行对空和对海作战时,各舰为了给自身的舰空导弹、反舰导弹或者舰炮指示目标,必须开启相应的搜索雷达和火控制导雷达,编队内同型雷达之间的同频干扰将覆盖整个工作频段,从而很难发现目标[5]。

3.1.2 敌方影响

雷达干扰是海战场电磁斗争的主要内容,也是交战双方削弱对方获取情真实目标信息的主要手段。有源的压制性干扰、欺骗性干扰和无源干扰是影响雷达获取真实目标信息的主要方法。在作战中已方往往采用机载有源干扰装备对另一方舰载雷达实施干扰。

在对空作战中,一方对空搜索雷达工作,敌方机载雷达将对其实施压制性干扰,受干扰的雷达同时接收目标回波信号和干扰信号,当干扰强度达到一定等级时,目标回波信号完全被干扰信号遮盖住,使其完全不能发现目标;虽然雷达干扰不能完全使对方丧失侦查能力,但对雷达的发现概率和发现距离同样起到了一定的影响,降低了其作战能力[6]。

3.2 复杂电磁环境对舰载电子对抗装备作战能力的影响

舰载电子对抗装备在作战中主要承担侦察和干扰的任务。复杂电磁环境对其影响主要体现在侦察和干扰两个方面。

3.2.1 对舰载电子侦察装备的影响

舰载电子侦察装备的主要任务就是搜索、截获、分选、分析和识别对方雷达辐射源信号,其具有侦察作用距离远、隐蔽性强等优点,是信息化战争中目标情报侦察的重要手段。但在复杂电磁环境下,其能力将严重下降。

海战场电子信号密集、复杂程度是影响电子侦察能力的主要方面。具体表现为:在同一时刻和同一方向上,存在着连续波、高重频、频率捷变、脉宽变化、极化捷变、单脉冲、主被动复合等雷达信号以及干扰机发射的各种噪声和欺骗干扰信号,同时由于平台周围有多艘舰船、高海情、悬浮或漂浮箔条等引起这些信号的反射,使信号复杂度进一步加剧。电子侦察接收机的瞬时工作频带范围内,同时接收到数量众多、体制不同的复杂信号[7]。时间上的拥挤,超出了电子侦察接收机分选能力和信号处理能力之时,就必然导致对真正有价值信号的漏侦、漏判;信号的多次反射,容易引起错误的参数测量,造成信号增批。为了降低信号密度的不利影响,往往需要通过降低接收机灵敏度来减少同时进入接收机的信号数量,但这样一来,则必然增大了信号漏侦概率,降低了侦察的及时性和真实性。同时舰载侦察设备主要考虑反应时间,所以普遍采用的是基于识别数据库的模式识别技术,基本上没有把雷达的指纹特征作为识别要素,所以只能做到雷达型号的识别,很难做到个体识别。

3.2.2 对舰载电子干扰装备的影响

舰载电子干扰装备的主要任务就是干扰敌方搜索警戒雷达,导弹末制导系统。在复杂电磁环境下,其能力将产生不同程度的下降。

海战场电子装备技术、体制复杂度是影响电子干扰能力的主要方面。为了增加抗干扰能力,雷达采用了多种新体制和抗干扰技术(相控阵、单脉冲、频率捷变、频率分集、主被动复合、红外雷达复合、边扫描便跟踪、跟踪杂波、智能识别),降低了干扰装备的作战效能。例如红外雷达复合制导体制使无源干扰实施后,舰艇机动方向很难把握,影响了干扰效果;跟踪杂波技术使有源干扰实施后,尽管可对其距离跟踪系统实施有效干扰,导弹依然能跟踪其杂波,在方向上依然跟踪舰艇[8];使有源干扰效果极大降低;频率捷变和频率分集技术使瞄准式干扰基本无效;智能识别技术可有效甄别箔条云和舰艇,使箔条干扰无效。

海战场多威胁辐射源也在不同程度上影响干扰装备的作战能力。一方面体现在舰载有源无源干扰装备同时对付多威胁目标数量有限,达不到同时干扰多威胁目标的能力;另一方面使有源干扰功率分散,干扰效果下降,使无源干扰实施后舰艇机动方向很难把握,影响了干扰效果。

4 舰载电子信息装备建设思路

4.1 舰载雷达装备建设思路

采用抗同频干扰技术(变重复周期、变频)对已有舰艇雷达进行改造,解决编队内部同型雷达间同频干扰问题。加大不同雷达抗不同干扰技术(提高雷达捷变的带宽和速度、伪随机、自适应捷变等)的研究,提出不同类型雷达抗不同类型干扰的具体技术措施,并把研究成果及时用于装备改造和新研装备中,提高舰载雷达的抗干扰能力。

大力开展雷达组网技术应用研究。建立海上编队内部,岸基雷达之间、海上编队与岸基雷达和机载雷达之间情报融合和资源共享网络[9];对海上编队内雷达频段、体制进行合理配置,对编队内雷达的工作时序进行管理,提高整个编队雷达抗干扰能力。

舰载雷达装备定型试验应在复杂电磁环境中进行,用干扰装备及干扰模拟器构建复杂电磁环境,检验其复杂环境的适应力;同时装备的定型试验应在不同海区和气象条件下进行,检验其自然环境的适应力。

4.2 舰载电子对抗装备建设思路

加大舰载雷达侦察机信号处理技术的研究,提高信号处理能力,进而可提高其适应复杂电磁环境的能力。采用数字信道化接收机,可解决瞬时测频接收机对同时到达信号处理能力弱的问题;采用聚类的信号分选方法,并且增大内存,利用绝对到达时间消除方位错误,建立合理的分选准则,提高信号分选的速度和准确率;采用指纹特征提取技术,提高侦察机辐射源识别能力,雷达脉内细微特征是雷达信号细微特征最集中、最重要的表现。

舰载平台面临的最大威胁依然是反舰导弹,目前的导引头通常采用单脉冲技术,加大舰载有源干扰技术的研究(交叉极化、间断、边频、镜频),提高其干扰单脉冲体制雷达的能力。加强有源干扰对策研究,找出对付不同体制雷达有效的干扰样式,提高干扰效果的针对性。发展舷外有源诱饵,建立平台内外协同自卫体制[10],提升有源干扰机与诱饵假目标战术协同使用能力。加大编队内有源协同干扰技术研究,合理分配干扰资源,提高整个编队的干扰能力。

无源干扰是目前对付反舰导弹最有效的手段,针对采用复合制导方式的多威胁目标,应研制出适合干扰多方向、不同制导方式的无源干扰手段和与其配套使用的作战应用软件;增加无源干扰手段,加快角反射器等无源干扰装备的研制;利用舰艇多余的空间增加无源干扰发射装置的数量,提高单舰反导效果。

5 结语

随着电子信息技术的不断发展,在未来战争中,交战双方将投入越来越多的信息化武器,使海战场电磁环境的复杂度加据,对舰载电子信息装备作战效能产生更大的影响,因此,必须不断研究出现的新情况、新问题,要求舰载电子信息装备在研制和改进时,充分考虑到复杂电磁环境对其作战效能的影响因素,通过技术手段,尽可能地消除这种影响,才能使舰载电子信息装备适应复杂电磁环境,正常发挥其作战效能。

[1] 唐世庆,李云龙,徐梦夏.信息系统实战化训练电磁环境构建[J].信息系统工程,2014,5(20):40-41.

[2] 陈松海.美国海军舰载电子战系统及发展趋势[J].国防科技,2006(3):6-10.

[3] 汪辉,杜红梅,杨亮.复杂电磁环境对兵器试验靶场测控装备的影响[J].四川兵工学报,2012,33(8):92-94.

[4] 邓恰.战场复杂电磁环境中动态背景信号生成系统的设计与研究[D].长沙:国防科学技术大学,2007.

[5] 王伟中,罗小明,王洪.复杂电磁环境对雷达作战能力的影响及应对措施[J].四川兵工学报,2011,32(3):154-156.

[6] 林象平,赵国庆,丁鹭飞,等.雷达对抗原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1985:98-99.

[7] 王汝群,胡以花.战场电磁环境[M].北京:解放军出版社,2006:47-48.

[8] 杨万海.协同作战能力简析[J].火控雷达技术,2004,6(6):58-62.

[9] 顾东杰.智能舰艇编队指挥控制系统体系结构设计[J].指挥控制与仿真,2009,31(2):92-95.

[10] 宋伟,等.美海军协同作战能力[J].舰船电子对抗,2009,30(3):9-12.

Influence of Complex Electromagnetic Environment on the Surface Ship Electronic Information Equipment Countermeasure

WANG Yu YANG Guang

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao 066000)

In future combat, surface ship electronic information equipment will inevitably face a complex electromagnetic environment, and with the constantly update and development of new equipment, the environment will become more and more complex. On the analysis of characteristics of complicated electromagnetic enviroment faced by surface ship combat and influences on combat capabilities of surface ship electronic information equipment, suggestions for surface ship electronic information equipment to adapt to complicated electromagnetic environment are proposed.

complex electromagnetic environment, electronic information equipment, surface ship

2016年8月11日,

2016年9月30日

王宇,男,助理工程师,研究方向:电子信息。杨光,男,工程师,研究方向:作战系统试验。

TP391.9

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.003