第三代預(yù)警機(jī)及其電子偵察系統(tǒng)的技術(shù)特征

摘 要： 總結(jié)了預(yù)警機(jī)近70年的發(fā)展歷史，提出了全部發(fā)展過程可分為三代的結(jié)論，從發(fā)現(xiàn)能力、識別能力和時間響應(yīng)能力三個方面對預(yù)警機(jī)及其ESM系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了分析，認(rèn)為在預(yù)警機(jī)的未來發(fā)展中，電子偵察系統(tǒng)作為其必不可少的重要組成部分，將繼續(xù)發(fā)揮新的重要作用。

關(guān)鍵詞： 預(yù)警機(jī)； 電子支援措施； 反隱身； 機(jī)載火控雷達(dá)； 打擊鏈

中圖分類號： TN95?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）15?0020?03

Technology characteristics of the 3rd generation early warning aircraft

and its electronic reconnaissance system

ZHEN Jun?yi

（China Academy of Electronics and Science， Beijing 100041， China）

Abstract： The 70 years development history of early warning aircraft in the world is summarized. The whole development process is divided into three generations. The development law of early warning aircraft and its ESM system is analyzed in three aspects， such as discovering， identification and time?response abilities. The electronic reconnaissance system is considered to be a necessary part in the future development of early warning aircraft and will continue to play the important part.

Keywords： early warning aircraft； ESM； anti?stealth； airborne fire control radar； kill chain

0 引 言

自1945年3月世界上第一種預(yù)警機(jī)——TBM?3W服役以來，預(yù)警機(jī)已經(jīng)走過近70年的發(fā)展歷程，可以認(rèn)為形成了三代產(chǎn)品。20世紀(jì)40年代中期到70年代初期是第一代，其技術(shù)特征有四個方面，一是探測手段比較單一，沒有無源探測系統(tǒng)，雷達(dá)是惟一的傳感器；二是由于雷達(dá)的“三高”技術(shù)尚未突破，脈沖多普勒體制尚未成熟，雷達(dá)只能在雜波不強(qiáng)的區(qū)域工作，且探測距離較近，小于由載機(jī)高度所決定的視距極限；三是雷達(dá)情報通過話音報告至地面指揮所；四是載機(jī)大多較小，以艦載為主。

20世紀(jì)70年代中后期到21世紀(jì)前十年的中期是第二代，此時的預(yù)警機(jī)已集預(yù)警探測、情報偵察、指揮控制、通信中繼等多種作戰(zhàn)能力于一體，既是空中情報站，更是一個不依賴地面指揮設(shè)施、獨(dú)立的、要素齊全的空中機(jī)動指揮所。其技術(shù)特征仍然有四個方面，一是探測手段比較豐富，既有有源探測手段，也有無源探測手段，并且能識別部分情報的敵我屬性；二是相控陣技術(shù)和固態(tài)器件開始在預(yù)警機(jī)上得到全面應(yīng)用，提高了預(yù)警雷達(dá)的能量與時間的利用效率和靈活性；三是通信從話音向數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換，普遍裝備了數(shù)據(jù)鏈，從而為預(yù)警機(jī)具備指揮控制功能提供了技術(shù)條件基礎(chǔ)；四是所選用的飛機(jī)平臺普遍較大，以滿足因功能增強(qiáng)所要求的更多設(shè)備量和人員需求。

在第二代預(yù)警機(jī)中開始加裝的ESM系統(tǒng)，其測向體制經(jīng)歷了從簡單比幅、干涉儀和時差測向的發(fā)展。AN/ALQ?59是世界上第一部用于預(yù)警機(jī)的機(jī)載電子偵察系統(tǒng)，1971年加裝在E?2C預(yù)警機(jī)上，采用簡單比幅體制，后來經(jīng)歷了從AN/ALQ?73和AN/ALQ?217的升級，采用干涉儀結(jié)合比幅的體制；EL/L?8300則是世界上第一部用于預(yù)警機(jī)的短基線時差測向系統(tǒng)，1993年安裝于以色列生產(chǎn)的“費(fèi)爾康”預(yù)警機(jī)上。由于受飛機(jī)所能提供的基線長度的限制，時差測向技術(shù)主要在大型預(yù)警機(jī)上應(yīng)用，而在中小型飛機(jī)上，主要應(yīng)用干涉儀體制來獲得更高的測向精度。

21世紀(jì)以來，機(jī)載火控雷達(dá)探測距離不斷增加，精度不斷提高；配置了各型空空導(dǎo)彈，低空進(jìn)入的巡航導(dǎo)彈威脅更加顯著，戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜；目標(biāo)和打擊方式的變化，帶來了作戰(zhàn)理念的變革。第二代預(yù)警機(jī)已經(jīng)難以滿足復(fù)雜戰(zhàn)場需求，自21世紀(jì)前十年末期開始發(fā)展的第三代，在功能上具備了新的“三高”特征（高發(fā)現(xiàn)能力、高識別能力和高時間響應(yīng)能力），開始構(gòu)建基于預(yù)警機(jī)的信息化作戰(zhàn)體系，并成為作戰(zhàn)體系的核心力量，在技術(shù)上具備網(wǎng)絡(luò)化、多元化、一體化和輕型化等四個特征，具體如表1所示。

表1 預(yù)警機(jī)功能及技術(shù)特征分代

[序號＼分類＼時間＼功能

特征＼技術(shù)特征＼1＼第一代＼20世紀(jì)

40—60年代＼雷達(dá)

升空＼1.單傳感器

2.普通脈沖體制，反雜波能力弱

3.莫爾斯代碼或話音進(jìn)行信息傳輸

4.載機(jī)選用小型飛機(jī)（起飛重量小于20 t）＼2＼第二代＼20世紀(jì)

60—90年代＼指揮

控制＼1.無源探測與有源探測相結(jié)合

2.相控陣與固態(tài)器件應(yīng)用

3.數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用具備了空中指

揮控制功能

4.載機(jī)選用大型飛機(jī)（起飛重

量大于100 t）＼3＼第三代＼新世紀(jì)＼“三高”

能力＼1.網(wǎng)絡(luò)化：以網(wǎng)絡(luò)為核心，可進(jìn) 行動態(tài)戰(zhàn)場管理

2.多元化：配備多傳感器，產(chǎn)品 多樣化

3.一體化：即天線與機(jī)身一體

化、射頻一體化、處理一體化

4.輕型化：中小載機(jī)，長航時，

甚至無人＼]

1 高發(fā)現(xiàn)能力及其所要求的電子偵察系統(tǒng)技術(shù)

特征

高發(fā)現(xiàn)能力以“反隱身”為核心任務(wù)。第二代預(yù)警機(jī)對隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力相比常規(guī)目標(biāo)縮減50%以上，而第三代預(yù)警機(jī)對隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力將達(dá)到第二代預(yù)警機(jī)對常規(guī)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)水平。預(yù)警機(jī)的反隱身能力不僅僅是雷達(dá)，更需要在系統(tǒng)層面上實(shí)現(xiàn)。在不斷提高雷達(dá)自身功率孔徑積、采用多頻段工作、雷達(dá)組網(wǎng)和采用分布式雷達(dá)探測等技術(shù)的同時，結(jié)合電子偵察、通信偵察、紅外、激光探測等多種手段以及來自體系內(nèi)其他協(xié)同作戰(zhàn)單元的信息，共同完成復(fù)雜電磁環(huán)境下反雷達(dá)隱身、紅外隱身和射頻隱身的作戰(zhàn)需要。

反隱身的作戰(zhàn)任務(wù)對預(yù)警機(jī)的電子偵察（ESM）系統(tǒng)提出了跨越式的技術(shù)發(fā)展需求，主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離副瓣偵收和空空定位兩個方面。第二代預(yù)警機(jī)上的電子偵察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對雷達(dá)輻射源的主瓣偵收，對地面/海面固定輻射源的偵收距離可達(dá)視距，對三代戰(zhàn)機(jī)的偵收距離則僅為100 km左右，與第二代預(yù)警機(jī)的預(yù)警雷達(dá)對三代戰(zhàn)機(jī)接近視距的發(fā)現(xiàn)距離不相匹配。在第三代預(yù)警機(jī)上，電子偵察系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對四代戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)的副瓣偵收，基于副瓣的偵收距離將與預(yù)警雷達(dá)對四代機(jī)的發(fā)現(xiàn)距離相當(dāng)。

實(shí)現(xiàn)基于副瓣的偵收要求電子偵察系統(tǒng)有較高的靈敏度，但隨著新型火控雷達(dá)抗截獲和抗干擾能力的提高，在較窄的帶寬內(nèi)（如數(shù)十兆至數(shù)百兆）實(shí)現(xiàn)較高靈敏度是沒有意義的，需要在高達(dá)4 GHz的瞬時帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)比主瓣偵收高30～40分貝的靈敏度，以彌補(bǔ)新型火控雷達(dá)平均副瓣電平相比主瓣的30～40分貝的差異。為了實(shí)現(xiàn)如此大帶寬條件下的高靈敏度偵收，需要采用寬帶光學(xué)多波束技術(shù)，在增大陣列口徑的同時，將信號處理擴(kuò)展至光波頻段進(jìn)行，利用電磁波頻率越高可利用帶寬越大的基本原理，獲得足夠的帶寬。

第二代預(yù)警機(jī)的電子偵察系統(tǒng)不具備對空中運(yùn)動目標(biāo)的定位能力，第三代預(yù)警機(jī)則能夠通過單機(jī)或多機(jī)協(xié)同實(shí)現(xiàn)空空定位。機(jī)載電子偵察系統(tǒng)對空中運(yùn)動目標(biāo)的定位，可以利用雷達(dá)輻射源的相位或多普勒數(shù)據(jù)，在理論上已經(jīng)證明是可行的；由于戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動性強(qiáng)，可以利用自身在短時間內(nèi)的姿態(tài)變化來獲得定位所需的相位或多普勒信息，因而在戰(zhàn)斗機(jī)上實(shí)現(xiàn)定位相對容易；但在預(yù)警機(jī)上，由于其機(jī)動性較差，要想獲得足夠的精度比較困難。因此，利用多機(jī)協(xié)同（如預(yù)警機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)與無人機(jī)、預(yù)警機(jī)與預(yù)警機(jī)）來實(shí)現(xiàn)空空定位，利用不同定位平臺位置上產(chǎn)生的足夠差異，有可能獲得對運(yùn)動目標(biāo)定位所需的各種合適參數(shù)。具體發(fā)現(xiàn)能力比較見表2。

表2 三代預(yù)警機(jī)ESM系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)能力比較

[序號＼分類＼發(fā)現(xiàn)能力＼1＼第一代＼沒有配備ESM系統(tǒng)＼2＼第二代＼主瓣偵收，對地/海輻射源距離可達(dá)由載機(jī)飛行高度決定的視距，對空中目標(biāo)偵收約為100 km＼3＼第三代＼可以通過副瓣偵收四代機(jī)＼]

2 高識別能力及其所要求的電子偵察系統(tǒng)

技術(shù)特征

高識別能力是實(shí)現(xiàn)從傳感器到“射手”的必要條件。第二代預(yù)警機(jī)以基于敵我識別器（IFF）的詢問和應(yīng)答為主要識別手段，保密性差、易被干擾，識別率較低。在伊拉克戰(zhàn)爭期間，由敵我識別錯誤造成的誤傷率大于10%。第三代預(yù)警機(jī)不再單純依靠詢問和應(yīng)答的交互直接對目標(biāo)屬性做出判定，而是以作戰(zhàn)體系內(nèi)的多源情報綜合為基礎(chǔ)，構(gòu)建自主、高可靠、多手段協(xié)同和機(jī)器到機(jī)器的自動目標(biāo)識別系統(tǒng)，具備“非合作目標(biāo)識別”和“網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證”功能，即使是在更為復(fù)雜的電磁環(huán)境下，由敵我識別造成的誤傷率卻可以降低一個數(shù)量級，達(dá)1%以下。

電子偵察系統(tǒng)是提高對非合作目標(biāo)識別能力的重要手段。高的識別能力要求預(yù)警機(jī)電子偵察系統(tǒng)具備三個方面的技術(shù)特征。

首先是進(jìn)一步提高測向精度，達(dá)到同雷達(dá)接近或相當(dāng)?shù)乃剑员憷秒娮觽刹炜色@得的信號特征以及平臺類型等屬性數(shù)據(jù)，向雷達(dá)航跡提供識別信息。目前的機(jī)載ESM系統(tǒng)所能獲得的方位數(shù)據(jù)精度，對于大型預(yù)警機(jī)（由于基線較長，利用時差測向可獲得較高精度），一般不會優(yōu)于1°，對于中小型預(yù)警機(jī)，一般不會優(yōu)于3°。特別是對于中小型預(yù)警機(jī)，寬帶采用時差測向、窄帶采用干涉儀測向則是較好的技術(shù)體制，相比單純采用時差測向以及寬帶采用比幅測向、窄帶采用干涉儀測向等方法，能夠獲得更好的測向精度。在提高測向精度的基礎(chǔ)上，對于地面或海面的固定輻射源，其定位精度相比第二代預(yù)警機(jī)可以提高1倍，并且能夠在工程上實(shí)現(xiàn)對空中運(yùn)動目標(biāo)的定位。

第三代預(yù)警機(jī)上電子偵察系統(tǒng)為提高識別能力，第二個技術(shù)特征是偵收對象的擴(kuò)展。第二代預(yù)警機(jī)普遍僅具備對雷達(dá)輻射源的偵收與識別能力，但第三代預(yù)警機(jī)可能具備對通信及諸如識別、導(dǎo)航等非通信信號的偵收與識別能力。以雷達(dá)隱身和射頻隱身為主要特點(diǎn)的四代機(jī)，其雷達(dá)開機(jī)時間高度可控，如果使得預(yù)警機(jī)電子偵察系統(tǒng)對非通信信號具備偵收能力，則在提高預(yù)警機(jī)識別能力的同時，既豐富了預(yù)警機(jī)對重點(diǎn)目標(biāo)或隱身目標(biāo)的探測手段，也提高了預(yù)警機(jī)對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力。

第三代預(yù)警機(jī)上電子偵察系統(tǒng)為提高識別能力，第三個技術(shù)特征是提高其在復(fù)雜電磁環(huán)境下的截獲、分選和識別能力。一方面，新體制雷達(dá)的低截獲設(shè)計要求使得信號脈間和脈內(nèi)特征復(fù)雜性大大增加，新型雷達(dá)普遍具備脈間重頻變化能力，且采用相位編碼、頻率編碼、寬帶調(diào)制等復(fù)雜的調(diào)制方式，加大了電子偵察系統(tǒng)的信號分選和識別難度；另一方面，復(fù)雜的、高密度的有意或無意輻射背景信號可能對第二代預(yù)警機(jī)上的電子偵察系統(tǒng)信號分選與識別資源帶來嚴(yán)重消耗，從而造成對背景信號的截獲距離近、分選與識別能力差等問題。具體偵收能力比較見表3。

3 高時間響應(yīng)能力及其所要求的電子偵察

系統(tǒng)技術(shù)特征

高的時間響應(yīng)能力是實(shí)現(xiàn)從傳感器到“射手”和發(fā)現(xiàn)即摧毀的必然要求。如果說高的發(fā)現(xiàn)能力與識別能力重點(diǎn)解決第三代預(yù)警機(jī)的態(tài)勢形成質(zhì)量問題，高的時間響應(yīng)能力則重點(diǎn)解決態(tài)勢形成的速度問題，主要體現(xiàn)在傳感器和鏈路兩個方面。

表3 三代預(yù)警機(jī)ESM偵收能力比較

[序號＼分類＼偵收能力＼1＼第一代＼沒有配備ESM系統(tǒng)＼2＼第二代＼僅具備對雷達(dá)輻射源的偵收能力＼3＼第三代＼可以偵收非通信號，對射頻隱身的

雷達(dá)具有偵收能力＼]

在傳感器層面對電子偵察系統(tǒng)的技術(shù)特征要求，就是實(shí)現(xiàn)“開機(jī)即截獲”，縮短電子偵察系統(tǒng)完成測向和定位的時間。第二代預(yù)警機(jī)已經(jīng)成熟應(yīng)用單機(jī)交叉定位技術(shù)，但由于如果要達(dá)到較高的定位精度需要預(yù)警機(jī)在先后不同位置保持對被定位目標(biāo)的足夠張角，由此要求預(yù)警機(jī)飛行數(shù)分鐘的時間，難以滿足未來作戰(zhàn)需要。通過在第三代預(yù)警機(jī)上采用單機(jī)快速定位技術(shù)，可以將耗時縮短一個量級。

在鏈路層面，第二代預(yù)警機(jī)基于數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)交換速率以Link 16為代表，只有不到1兆量級，且數(shù)據(jù)鏈的使用必須事先規(guī)劃，不能根據(jù)作戰(zhàn)需要實(shí)時動態(tài)組網(wǎng)；如果數(shù)據(jù)鏈中心一旦被毀，將導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)鏈的癱瘓。第三代預(yù)警機(jī)的信息交換速率將提高一個數(shù)量級，并且實(shí)現(xiàn)無中心、高抗毀、低延時。美軍基于IP和無中心組網(wǎng)（Ad Hoc）體制構(gòu)建的新型數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，將使得網(wǎng)絡(luò)重組時間在沒有進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的情況下不大于5 s、網(wǎng)絡(luò)延遲時間不大于2 ms、帶寬高達(dá)2 Mb/s、網(wǎng)絡(luò)吞吐量200個用戶、平臺最大允許工作速度為8馬赫。

從電子偵察系統(tǒng)的角度看，預(yù)警機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展帶來了數(shù)據(jù)鏈的完善，它所能提供的高精度時間基準(zhǔn)、足夠的帶寬以及不同格式的消息兼容性，為實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同定位、包括電子偵察情報在內(nèi)的本機(jī)傳感器的多源傳感器數(shù)據(jù)的自動綜合以及跨平臺多源數(shù)據(jù)的機(jī)器?機(jī)器自動綜合創(chuàng)造了技術(shù)條件。

4 結(jié) 語

第三代預(yù)警機(jī)所具備的“三高”特征，將解決在強(qiáng)干擾、強(qiáng)欺騙和強(qiáng)雜波等復(fù)雜電磁環(huán)境下隱身目標(biāo)、未知屬性目標(biāo)和時敏目標(biāo)/高機(jī)動目標(biāo)的打擊支持問題，使完成“發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識別、決策、打擊和評估（或偵、控、打、評）”的打擊鏈所需時間不斷縮短。如果以1991年的海灣戰(zhàn)爭作為信息化戰(zhàn)爭的開端，當(dāng)時的打擊鏈時間為100 min，到2003年伊拉克戰(zhàn)爭時的打擊鏈時間為10 min，第三代預(yù)警機(jī)所在的作戰(zhàn)體系將把打擊鏈時間再縮短一個數(shù)量級至數(shù)秒。第三代預(yù)警機(jī)在實(shí)現(xiàn)“三高”能力的過程中，電子偵察系統(tǒng)作為其必不可少的重要組成部分，將繼續(xù)發(fā)揮新的重要作用。

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