第三代预警机其电子侦察系统的技术特征

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摘 要：总结了预警机近70年的发展历史,提出了全部发展过程可分为三代的结论,从发现能力、识别能力和时间响应能力三个方面对预警机及其E系统的技术发展规律进行了分析,认为在预警机的未来发展中,电子侦察系统作为其必不可少的重要组成部分,将继续发挥新的重要作用.

关 键 词：预警机；电子支援措施；反隐身；机载火控雷达；打击链

中图分类号：TN9534文献标识码：A文章编号：1004373X（2013）15002003

Technologycharacteristicsofthe3rdgenerationearlywarningaircraft

anditselectronicreconnaissancesystem

ZHENJunyi

（ChinaAcademyofElectronicsandScience,Beijing100041,China）

Abstract：The70yearsdevelopmenthistoryofearlywarningaircraftintheworldissummarized.Thewholedevelopmentprocessisdividedintothreegenerations.ThedevelopmentlawofearlywarningaircraftanditsEsystemisanalyzedinthreeaspects,suchasdiscovering,identificationandtimeresponseabilities.Theelectronicreconnaissancesystemisconsideredtobeanecessarypartinthefuturedevelopmentofearlywarningaircraftandwillcontinuetoplaytheimportantpart.

Keywords：earlywarningaircraft；E；antistealth；airbornefirecontrolradar；killchain

0引言

自1945年3月世界上第一种预警机——TBM3W服役以来,预警机已经走过近70年的发展历程,可以认为形成了三代产品.20世纪40年代中期到70年代初期是第一代,其技术特征有四个方面,一是探测手段比较单一,没有无源探测系统,雷达是惟一的传感器；二是由于雷达的“三高”技术尚未突破,脉冲多普勒体制尚未成熟,雷达只能在杂波不强的区域工作,且探测距离较近,小于由载机高度所决定的视距极限；三是雷达情报通过话音报告至地面指挥所；四是载机大多较小,以舰载为主.

20世纪70年代中后期到21世纪前十年的中期是第二代,此时的预警机已集预警探测、情报侦察、指挥控制、通信中继等多种作战能力于一体,既是空中情报站,更是一个不依赖地面指挥设施、独立的、要素齐全的空中机动指挥所.其技术特征仍然有四个方面,一是探测手段比较丰富,既有有源探测手段,也有无源探测手段,并且能识别部分情报的敌我属性；二是相控阵技术和固态器件开始在预警机上得到全面应用,提高了预警雷达的能量与时间的利用效率和灵活性；三是通信从话音向数据链转换,普遍装备了数据链,从而为预警机具备指挥控制功能提供了技术条件基础；四是所选用的飞机平台普遍较大,以满足因功能增强所要求的更多设备量和人员需求.

在第二代预警机中开始加装的E系统,其测向体制经历了从简单比幅、干涉仪和时差测向的发展.AN/ALQ59是世界上第一部用于预警机的机载电子侦察系统,1971年加装在E2C预警机上,采用简单比幅体制,后来经历了从AN/ALQ73和AN/ALQ217的升级,采用干涉仪结合比幅的体制；EL/L8300则是世界上第一部用于预警机的短基线时差测向系统,1993年安装于以色列生产的“费尔康”预警机上.由于受飞机所能提供的基线长度的限制,时差测向技术主要在大型预警机上应用,而在中小型飞机上,主要应用干涉仪体制来获得更高的测向精度.

21世纪以来,机载火控雷达探测距离不断增加,精度不断提高；配置了各型空空导弹,低空进入的巡航导弹威胁更加显著,战场环境日益复杂；目标和打击方式的变化,带来了作战理念的变革.第二代预警机已经难以满足复杂战场需求,自21世纪前十年末期开始发展的第三代,在功能上具备了新的“三高”特征（高发现能力、高识别能力和高时间响应能力）,开始构建基于预警机的信息化作战体系,并成为作战体系的核心力量,在技术上具备网络化、多元化、一体化和轻型化等四个特征,具体如表1所示.

表1预警机功能及技术特征分代

[序号＼&分类＼&时间＼&功能

特征＼&技术特征＼&1＼&第一代＼&20世纪

40—60年代＼&雷达

升空＼&1.单传感器

2.普通脉冲体制,反杂波能力弱

3.莫尔斯代码或话音进行信息传输

4.载机选用小型飞机（起飞重量小于20t）＼&2＼&第二代＼&20世纪

60—90年代＼&指挥

控制＼&1.无源探测与有源探测相结合

2.相控阵与固态器件应用

3.数据链的应用具备了空中指

挥控制功能

4.载机选用大型飞机（起飞重

量大于100t）＼&3＼&第三代＼&新世纪＼&“三高”能力＼&1.网络化：以网络为核心,可进行动态战场管理

2.多元化：配备多传感器,产品多样化

3.一体化：即天线与机身一体

化、射频一体化、处理一体化

4.轻型化：中小载机,长航时,

甚至无人＼&]

1高发现能力及其所要求的电子侦察系统技术

特征

高发现能力以“反隐身”为核心任务.第二代预警机对隐身目标的发现能力相比常规目标缩减50%以上,而第三代预警机对隐身目标的发现能力将达到第二代预警机对常规目标的发现水平.预警机的反隐身能力不仅仅是雷达,更需要在系统层面上实现.在不断提高雷达自身功率孔径积、采用多频段工作、雷达组网和采用分布式雷达探测等技术的同时,结合电子侦察、通信侦察、红外、激光探测等多种手段以及来自体系内其他协同作战单元的信息,共同完成复杂电磁环境下反雷达隐身、红外隐身和射频隐身的作战需要.

反隐身的作战任务对预警机的电子侦察（E）系统提出了跨越式的技术发展需求,主要体现在远距离副瓣侦收和空空定位两个方面.第二代预警机上的电子侦察系统实现了对雷达辐射源的主瓣侦收,对地面/海面固定辐射源的侦收距离可达视距,对三代战机的侦收距离则仅为100km左右,与第二代预警机的预警雷达对三代战机接近视距的发现距离不相匹配.在第三代预警机上,电子侦察系统能够实现对四代战机雷达的副瓣侦收,基于副瓣的侦收距离将与预警雷达对四代机的发现距离相当.

实现基于副瓣的侦收要求电子侦察系统有较高的灵敏度,但随着新型火控雷达抗截获和抗干扰能力的提高,在较窄的带宽内（如数十兆至数百兆）实现较高灵敏度是没有意义的,需要在高达4GHz的瞬时带宽内实现比主瓣侦收高30～40分贝的灵敏度,以弥补新型火控雷达平均副瓣电平相比主瓣的30～40分贝的差异.为了实现如此大带宽条件下的高灵敏度侦收,需要采用宽带光学多波束技术,在增大阵列口径的同时,将信号处理扩展至光波频段进行,利用电磁波频率越高可利用带宽越大的基本原理,获得足够的带宽.

第二代预警机的电子侦察系统不具备对空中运动目标的定位能力,第三代预警机则能够通过单机或多机协同实现空空定位.机载电子侦察系统对空中运动目标的定位,可以利用雷达辐射源的相位或多普勒数据,在理论上已经证明是可行的；由于战斗机机动性强,可以利用自身在短时间内的姿态变化来获得定位所需的相位或多普勒信息,因而在战斗机上实现定位相对容易；但在预警机上,由于其机动性较差,要想获得足够的精度比较困难.因此,利用多机协同（如预警机与战斗机、预警机与无人机、预警机与预警机）来实现空空定位,利用不同定位平台位置上产生的足够差异,有可能获得对运动目标定位所需的各种合适参数.具体发现能力比较见表2.

表2三代预警机E系统发现能力比较

[序号＼&分类＼&发现能力＼&1＼&第一代＼&没有配备E系统＼&2＼&第二代＼&主瓣侦收,对地/海辐射源距离可达由载机飞行高度决定的视距,对空中目标侦收约为100km＼&3＼&第三代＼&可以通过副瓣侦收四代机＼&]

2高识别能力及其所要求的电子侦察系统

技术特征

高识别能力是实现从传感器到“射手”的必要条件.第二代预警机以基于敌我识别器（IFF）的询问和应答为主要识别手段,保密性差、易被干扰,识别率较低.在伊拉克战争期间,由敌我识别错误造成的误伤率大于10%.第三代预警机不再单纯依靠询问和应答的交互直接对目标属性做出判定,而是以作战体系内的多源情报综合为基础,构建自主、高可靠、多手段协同和机器到机器的自动目标识别系统,具备“非合作目标识别”和“网络认证”功能,即使是在更为复杂的电磁环境下,由敌我识别造成的误伤率却可以降低一个数量级,达1%以下.

电子侦察系统是提高对非合作目标识别能力的重要手段.高的识别能力要求预警机电子侦察系统具备三个方面的技术特征.

首先是进一步提高测向精度,达到同雷达接近或相当的水平,以便利用电子侦察可获得的信号特征以及平台类型等属性数据,向雷达航迹提供识别信息.目前的机载E系统所能获得的方位数据精度,对于大型预警机（由于基线较长,利用时差测向可获得较高精度）,一般不会优于1°,对于中小型预警机,一般不会优于3°.特别是对于中小型预警机,宽带采用时差测向、窄带采用干涉仪测向则是较好的技术体制,相比单纯采用时差测向以及宽带采用比幅测向、窄带采用干涉仪测向等方法,能够获得更好的测向精度.在提高测向精度的基础上,对于地面或海面的固定辐射源,其定位精度相比第二代预警机可以提高1倍,并且能够在工程上实现对空中运动目标的定位.

第三代预警机上电子侦察系统为提高识别能力,第二个技术特征是侦收对象的扩展.第二代预警机普遍仅具备对雷达辐射源的侦收与识别能力,但第三代预警机可能具备对通信及诸如识别、导航等非通信信号的侦收与识别能力.以雷达隐身和射频隐身为主要特点的四代机,其雷达开机时间高度可控,如果使得预警机电子侦察系统对非通信信号具备侦收能力,则在提高预警机识别能力的同时,既丰富了预警机对重点目标或隐身目标的探测手段,也提高了预警机对复杂战场环境的适应能力.

第三代预警机上电子侦察系统为提高识别能力,第三个技术特征是提高其在复杂电磁环境下的截获、分选和识别能力.一方面,新体制雷达的低截获设计要求使得信号脉间和脉内特征复杂性大大增加,新型雷达普遍具备脉间重频变化能力,且采用相位编码、频率编码、宽带调制等复杂的调制方式,加大了电子侦察系统的信号分选和识别难度；另一方面,复杂的、高密度的有意或无意辐射背景信号可能对第二代预警机上的电子侦察系统信号分选与识别资源带来严重消耗,从而造成对背景信号的截获距离近、分选与识别能力差等问题.具体侦收能力比较见表3.

3高时间响应能力及其所要求的电子侦察系统技术特征

高的时间响应能力是实现从传感器到“射手”和发现即摧毁的必然要求.如果说高的发现能力与识别能力重点解决第三代预警机的态势形成质量问题,高的时间响应能力则重点解决态势形成的速度问题,主要体现在传感器和链路两个方面.

表3三代预警机E侦收能力比较

[序号＼&分类＼&侦收能力＼&1＼&第一代＼&没有配备E系统＼&2＼&第二代＼&仅具备对雷达辐射源的侦收能力＼&3＼&第三代＼&可以侦收非通信号,对射频隐身的

雷达具有侦收能力＼&]

在传感器层面对电子侦察系统

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在链路层面,第二代预警机基于数据链的数据交换速率以Link16为代表,只有不到1兆量级,且数据链的使用必须事先规划,不能根据作战需要实时动态组网；如果数据链中心一旦被毁,将导致整个数据链的瘫痪.第三代预警机的信息交换速率将提高一个数量级,并且实现无中心、高抗毁、低延时.美军基于IP和无中心组网（AdHoc）体制构建的新型数据链网络,将使得网络重组时间在没有进行网络规划的情况下不大于5s、网络延迟时间不大于2ms、带宽高达2Mb/s、网络吞吐量200个用户、平台最大允许工作速度为8马赫.

从电子侦察系统的角度看,预警机网络化的发展带来了数据链的完善,它所能提供的高精度时间基准、足够的带宽以及不同格式的消息兼容性,为实现多机协同定位、包括电子侦察情报在内的本机传感器的多源传感器数据的自动综合以及跨平台多源数据的机器机器自动综合创造了技术条件.

4结语

第三代预警机所具备的“三高”特征,将解决在强干扰、强欺骗和强杂波等复杂电磁环境下隐身目标、未知属性目标和时敏目标/高机动目标的打击支持问题,使完成“发现、跟踪、识别、决策、打击和评估（或侦、控、打、评）”的打击链所需时间不断缩短.如果以1991年的海湾战争作为信息化战争的开端,当时的打击链时间为100min,到2003年伊拉克战争时的打击链时间为10min,第三代预警机所在的作战体系将把打击链时间再缩短一个数量级至数秒.第三代预警机在实现“三高”能力的过程中,电子侦察系统作为其必不可少的重要组成部分,将继续发挥新的重要作用.