高級電子支援措施系統在現代潛艇上的應用＊

崔為耀

（中國艦船研究設計中心 武漢 430064）

1 引言

隨著時間的推移，世界海軍賦予現代潛艇（包括核動力和非核動力潛艇）的任務使命日益發生變化：即由原來的“藍水”遠洋作戰向“褐水”瀕海作戰和支援陸基作戰轉變[1]。這就要求潛艇能在瀕海復雜的電磁信號密集環境下進行隱蔽、偵察、秘密監視和搜集情報等活動。為了隱蔽地開展海上攻防戰術活動，潛艇既要保證自身安全，又要出其不意地打擊敵人，還要不被敵方各種偵察器材所發現，所以潛艇大部分時間均處于潛望深度或大潛深即“三不”（看不到，聽不到，摸不著）境地隱蔽航行。它們只有依靠自身裝備的水聲設備（聲吶）、光學設備（潛望鏡）及雷達電子設備等，來觀測、監聽與感知海上的戰場態勢。

隨著通信與信息技術的迅猛發展，促使現代潛艇逐漸從平臺中心戰的單一作戰平臺轉變為網絡中心戰的一個節點，這種轉變也得益于現代潛艇安裝了高級電子支持措施系統[2]。眾所周知，未來海戰將是一場高技術條件下的高強度局部戰爭。要想獲得這場戰爭的制勝權，主要依賴高技術手段（如電子戰系統）?，F代潛艇作為網絡中心戰的一個節點，利用帶有高級電子支援措施系統的現代作戰系統，就能遂行其特種任務使命。

電子戰系統主要包括三個方面：電子支援措施（ESM）、電子對抗措施（ECM）及電子反對抗措施（ECCM）。電子戰的主要任務是截獲、監測、測向、定位和識別敵方通信信號，進而采用通信干擾措施，達到阻止、破壞或削弱敵方的C4I系統，同時又要保護己方通信聯絡的暢通，是敵我雙方在通信領域爭奪電磁優勢而展開的電子對抗。

潛艇電子戰系統是潛艇防御的主要裝備。歷來受到各國海軍的普遍重視。電子戰設備可以提前發現目標、干擾敵方目標的監視與定位系統。電子情報、電子偵察及通信情報設備還可截獲敵方戰術電子作戰部署信息，用于編隊指揮和超視距目標定位。

電子支援措施系統是潛艇電子戰系統的主要組成部分之一。它不僅可以對敵方的電磁、輻射能量進行搜索、截獲、定位、分析和識別，而且還可以為電子干擾、電子抗干擾、潛艇規避、目標探測和其它戰術目的提供有效支援。

電子支援措施系統主要由電子偵察設備與告警設備組成。它們對潛艇作戰能力與生存能力起到很重要的作用。這種系統不僅能使攻擊性潛艇充分利用信號情報，而且還能將潛艇的C4I系統與海上聯合指揮信息系統（美海軍）提供的艦隊C3網絡系統相結合。本文重點介紹這類高級電子支援措施系統在現代潛艇的應用情況。

2 幾種典型的高級電子支援措施系統

2.1 美國研制的電子支援措施系統

2.1.1 AN／BLQ－10型電子偵察系統

該偵察系統第1套最先裝在美國海軍新型攻擊型核潛艇“弗吉尼亞”號（2004年入役）上。它是美國海軍性能最先進、功能最全面的一套新系統。它將雷達與通信融于一體，將威脅預警與情報搜索功能集于一身。它不僅能自動探測、處理及識別雷達頻段信號，而且能評估戰術態勢，使本艇對海上或陸上戰術態勢變化迅速做出反應，還具有為艇上遠程巡航導彈提供超視距目標的能力。

2.1.2 CS－3701型戰術電子偵聽設備

美國柯達系統公司曾為瑞典海軍“西約特蘭”級常規潛艇研制出CS－3701型戰術電子偵聽設備（圖1）。該設備為該級艇提供戰情態勢、目標瞄準、自我防御及秘密監視能力。這種偵聽設備的工作頻率為2GHz～18GHz，截獲率為100%。能同時跟蹤500種信號，數據庫能存儲10000條以上記錄。該系統由GPS天線、測向天線陣列、預放大器、CAL振蕩器、R370接收器、SP110型信號處理器、戰術顯示器與操控臺等所組成。通過以太網與對敵作戰系統的局域網接口相連。系統工作頻率可精確到3MHz，脈沖重復間隔時間1ns，動態范圍60dB，系統靈敏度－65dB，備用超外差式接收器，靈敏度80dBm，主機接口為Windows NT工作站。

圖1 CS－3701型電子支援措施系統結構

2.1.3 AR－900型自動雷達電子偵察設備

該型設備是美國阿古系統公司為智利海軍新型常規潛艇“蝎子”號專門研制的。它由1對數字式瞬時測頻裝置、1臺比幅雙脈沖方位處理器、1臺信號處理器與操控臺組成。操控臺包括帶鼠標的鍵盤、高分辨率彩色顯示器、3.5in軟盤驅動器、大容量只讀存儲器、打印機以及嵌入式計算機。信號處理器接收高分辨率測量數據，并接收數字式瞬時測頻裝置的連續波信號。而方位處理器提供每個到達脈沖的方位與振幅。該信號處理器可并行處理信息，可將收到的信號模型與數據庫的信號模式進行對比，從而能識別輻射體及其平臺。艇員在獲得信號的1s內可發出預警信號。該系統中的雷達輻射體數據庫對10000個雷達模式進行編程。

2.2 英國研制的高級電子支援措施系統

2.2.1 UAP－4型電子偵察系統

英國海軍從“快速”級核潛艇開始，就裝備了本國雷卡雷達防御系統公司研制的新型UAP系列的電子偵察系統。如UAP－1型系統裝在“快速”級和“特拉法爾加”級核潛艇上；UAP－3型系統裝在“前衛”級彈道導彈核潛艇上；UAP－4型系統被英國海軍采購了12套，其中7套用于“特拉法爾加”級艇電子偵察系統的換裝，其余5套將裝在新建“機敏”級核潛艇上。

20世紀90年代末期，英國海軍對該系統進行了中期改裝，旨在提高潛艇的瀕海作戰性能。重點研制了兩臺關鍵設備：新型信號處理器與性能優異的低截獲率雷達。無論是研制，還是改裝，該系統都大量采用商業現貨技術，采購的元件88%是通用的。另外，還引用了該國國防研究局開發成功的技術成果—新一代信號處理器與輻射體參考算法。通過研制與改裝，提高了增強型雷達輻射體識別能力與系統人機接口性能，使該系統達到英國海軍水面艦艇電子支援措施系統的相同水平。

2.2.2 “海獅”（Sea lion）型電子偵察系統

“海獅”型系統也是由英國雷卡防御系統公司研制的，土耳其海軍訂購了兩套，于上世紀90年代末裝在209／1200型“阿蒂萊伊”級柴－電潛艇上。該系統不僅適于裝在穿體式傳統桅桿上，又適于裝在非穿體式光電桅桿上。它由1根全向天線、1臺接收處理器和1臺小型操控臺組成。該接收器通過大規模集成電路并入高級電子支援措施處理器，以供在復雜的射頻信號環境中進行快速分析。與預編程序進行實時對比后，能對輻射體進行快速識別。該系統的操控臺采用高分辨率彩色顯示器，能以圖表形式顯示輻射體的特征、方位和威脅等級。該處理器能自動跟蹤連續變換狀態的2000個輻射體。

2.3 法國研制的高級電子支援措施系統

2.3.1 DR－3000U型電子偵察設備

DR－3000型設備是由法國湯姆遜－CSF公司雷達與電子對抗部研制的。于上世紀90年代初開始裝艇。起初該設備是為海上巡邏飛機設計的，后來用作水面艦艇的電子偵察設備。DR－3000U型（法國為 ARUR－13型）是潛艇專用型（圖2），裝在法國海軍“紅寶石”級核潛艇上，實際上，它是DR4000U型偵察設備的輕型化產品[3]。

該設備用來對敵方C－J頻段雷達進行探測、定向、識別和目標指示。它有一根潛艇用桅桿天線，在6方位比幅測向天線上裝有1根全向天線，潛艇專用型還有1根單獨的潛望鏡告警天線。該設備采用新技術，提高了靈敏度。天線上裝有低噪聲放大器，采用砷化鎵集成電路。該設備可在100萬／s脈沖信號環境下工作?？蓪⒔邮盏降男盘柵c已識別及跟蹤的信號進行比較。該系統具有192個平臺的數據庫、容量達4000個雷達模式。

圖2 法國DR－3000U系統原理圖

2.3.2 DR4000U型電子偵察設備

該型設備是DR－2000型（用于水面艦船）的發展型。法國潛艇用的設備型號為ARBR－17型。它由法國湯姆遜－CSF公司航空電子部研制。其主要功能是：在360°方位上，對C－J頻段雷達信號進行連續搜索、探測；提取需及時反應的威脅目標特征信號；用軟件識別目標信號，并以圖像與字符形式把結果顯示在彩色顯示器上，能自動變換信號，不斷更新所有參數等。

該系統是由天線陣列（1根全向天線與2根測向天線）、射頻信號處理機與操控臺組成。采取了容錯處理、精確分析與新型識別算法等有效措施，提高了設備的可靠識別性能。原始信號的方位以及坐標形式顯示在戰術態勢顯示器上，以不同顏色和形狀顯示信號的幅度與字符。字符形狀代表目標的類型與敵友等特征，不同的色彩代表不同等級的威脅。該系統通過點對點連接線或數據總線（1553B／STANA4156）與各種數據處理系統相連。另外，還為電子干擾器配有專用接口。

2.4 德國研制的高級電子支援措施系統

FL－1800型艦用電子偵察與干擾設備是德國海軍的標準化設備，它由德國德律風根公司系統技術分部研制。FL－1800u型偵察與干擾設備用于德國海軍212A級潛艇。該系統利用德國航空航天公司研制的USK800系列的電子支援措施子系統。該子系統可裝在現役潛艇的潛望鏡頂部和未來潛艇的光電桅桿上。聯合使用FL－1800u型偵察設備和USK800 1－5型測向傳感器，或者說兩種設備組合成一套偵察與干擾系統，將使其成為現代常規潛艇最先進的電子戰系統[4]。

圖3 USK800系列電子支援措施系統結構圖

潛艇專用的FL－1800u型電子偵察與干擾設備采用兩種天線陣列。一種是1根全向天線和1根測向天線裝在桅桿頂部；另一種是雷達、電子偵察、衛星導航及通信等天線裝在潛望鏡頂上。德國潛艇安裝的電子支援措施系統采用的是前一種天線陣列，即USK800系列測向傳感器。這種傳感器有五種規格不同的結構（圖3）。

2.5 以色列研制的一體化電子支援措施系統

圖4 TIMNEX II型系統結構圖

“蒂姆奈克斯”系統是以色列埃爾比計算機系統公司研制的。以色列海軍“蓋爾”級（即“維克斯”540型）常規潛艇裝有該公司的TIMNEX4CH（V）1型電子支援措施設備（圖4）。而1998年入役的3艘從德國進口的“海豚”級（即800型）潛艇則裝有TIMNEX4CH（V）2型一體化電子情報支援系統，包括1部預警雷達，該系列設備還出口到南非、以色列｀及澳大利亞等國[5]。

該系統既可作為獨立系統使用，又可作為集成系統的組件。它由一臺雷達預警接收器和一臺截獲率為100%的瞬時方位探測器組成。它既可開展瞬時測頻，又可進行電子情報信號分析，還可實時處理64個目標輻射體。該系統能根據已知的威脅目標／標識數據庫對預定目標進行識別，對威脅目標進行高比幅／等幅波報警。天線陣列包括1根全向天線與2根測向天線。該系統接收器能在整個頻率范圍內連續運行，并在密集電磁信號環境中進行高精度測頻。通過雙屏顯控臺進行操作，利用鍵盤及鼠標進行控制。

2.6 其他國家的高級電子支援措施系統

除了上述國家幾種典型電子支援措施系統應用比較廣泛外，還有俄羅斯、德國、南非、西班牙與日本等國海軍潛艇使用的電子支援措施系統也是較先進的。如俄羅斯的“白頭”、“烏賊頭”及“里姆帽”等電子支援措施設備已是成熟技術，不僅用于本國現役常規潛艇與核潛艇上，而且還出口到原蘇聯的一些衛星國家。其性能并不亞于西方國家的同類產品。

德國DASA國防與民用系統公司除了生產USK800系統外，最近又研制成功一種潛艇專用型電子支援措施系統：SPS－N500型。該系統既可作為獨立電子支援措施的模塊化系統，又可作為潛艇指揮系統的集成組件。南非海軍“桂樹神”級潛艇的DSCS－2型電子支援措施設備，包括安裝在桅桿上的探頭和顯控臺。西班牙海軍的“阿戈斯塔”級潛艇上安裝的BLQ－355型電子支援措施系統。該系統由西班牙印德公司供貨，并承接該系統加強型的研制合同，以便裝備下一代潛艇。日本海上自衛隊潛艇一直裝有ZLR－4／6型電子偵察設備與ZLR－3／5預警接收器。1988年后，新建潛艇均裝有NZLR－1型電子偵察設備等。

3 上述系統的異同點

為了便于分析研究上述典型系統的共性與特點，現將現代潛艇常用的高級電子支援措施系統匯編如表1所示。

3.1 共同點

1）工作頻率范圍大致相同。如表1所示，表中所列九種型號的電子支援措施系統的工作頻率范圍大多為2GHz～18GHz，最低工作頻率為美國 ANBLQ－10型設備50MHz；只有法國的DR－3000u型設備指定頻率范圍為 C－J頻段。

表1 世界現代潛艇電子支援措施設備一覽表

2）測向精度不相上下。表中所列系統的測向精度大多在2°～6°之間。美國AR－900型設備的測向精度以分段表示：即2GHz～6GHz范圍內，精度為3.5°，而在6GHz～18GHz范圍內，精度則為2°。德國的FL－1800u型系統的測向精度也是以分段表示：在0.5GHz～18GHz范圍內偵察時的精度為5°；而在7.5GHz～17.5GHz范圍內干擾時的精度為6°～8°。

3）上述電子偵察設備的構成基本相同：即由天線陣列（全向天線與測向天線）信號處理器與操控臺等組成。

4）截獲率均為100%；靈敏度在－50dB～－65dB之間。

3.2 不同點

1）上述系統的雷達輻射模式的數據庫容量有大有小。如美國的AR－900型與CS－3701型系統的數據庫容量分別為5000與10000個；英國的UAP－4型與“海獅”的數據庫容量為2000個；而法國的DR－3000u型與DR－4000u型容量為4000個。

2）上述系統有專用與兼用之別。有些系統專用于核動力潛艇，如美國的AN／BLQ－10型，英國的UAP4型等系統；而有些系統則專用于常規潛艇；如美國AR－900型及CS－3701型，英國的“海獅”型，德國的FL－1800u型及以色列的TIMNEX型等系統。而有些系統既可用于常規動力潛艇，又可用于核動力潛艇。如法國的DR－3000u－4000u型。巴基斯坦海軍“阿戈斯塔”90B、巴西海軍的“奧伯龍”級及209級等常規動力潛艇裝備該型系統，而法國海軍的“紅寶石”及“勝利”級彈道導彈核潛艇等也安裝了該型系統。

3）出口國家最多、應用最為廣泛的電子支援措施系統是美國的AR－900型系統與法國的DR－3000u型系統。美國阿古系統公司曾研制出多型系統如AR－700、AR－700S5、AR－740型等系統，先后出口到印度、、韓國、挪威、瑞典、澳大利亞及中國的臺灣省。如中國臺灣的“海龍”級潛艇裝有AR－700型系統，瑞典海軍A17型艇裝AR－700S5型，澳大利亞海軍的“柯靈斯”級艇裝有AR740型[5]。到了20世紀90年代，該公司又為智利海軍“蝎子”號艇研制了AR－900型自動雷達電子支援措施與測向系統。而法國的DR－3000u改進型系統將出口到巴西、巴基斯坦等8個國家，并將裝在海軍的水面艦艇、海上巡邏機及潛艇上。

4）美國AN／BLQ－10高級電子支援措施系統的主要特點。

該系統是美國洛克希德·馬丁公司為“弗吉尼亞”級核潛艇專門研制的新型電子支援措施系統。它是美國海軍第1套將威脅預警、情報搜集、雷達及通信集于一體的全集成電子支援措施系統，其特點是：

（1）該系統用來截獲、處理和識別雷達的普通帶寬的信號，并具有戰術態勢評估能力。使攻擊型核潛艇能迅速響應海上及岸上變化的戰術態勢，能為潛艇的遠程巡航導彈提供超視距的瞄準能力。

（2）該系統中的雷達電子支援措施子系統采用一對窄波段雷達協調器，并備有一臺獨立的寬波段接收器。通信電子支援措施子系統包括幾臺接收器，具有探測高頻（HF）、甚高頻（VHF）及超高頻（UHF）通信信號，以及來自網絡的低偵聽率信號的能力。

（3）該系統還采用一種新型綜合電子支援措施桅桿并與潛艇的光電桅桿、外部通信系統、聲吶、C3I系統和其它艦載系統連接。由于采用了電子支援措施桅桿，增大了信息吞吐量與頻率覆蓋范圍，并且在密集的電磁信號環境下，頻率捷變水平高。該系統天線放在一根新型通用桅桿內。

（4）該系統廣泛采用商用現貨技術（COTS）和非開發項目（NDI），從而既減少了費用，又降低了技術風險。它采用開放式系統結構，有92%的硬件與90%的軟件是COTS／NDI。該系統的總體規格比以前的系統減小很多，只需要5個機柜來放置。

5）德國FL－1800u型電子支持措施系統的主要特點。

（1）該系統是德國海軍燃料電池AIP潛艇電子戰系統的主要組件。USK800系列電子支援措施傳感器有五種不同規格。由于這些結構要耐受水壓，需要專用天線罩加以保護。全向天線與GPS接收天線共用一個天線罩。天線罩壁厚至少8mm，能承受水壓6×106Pa。

（2）該系統的傳感器不僅有2GHz～18GHz的寬帶全向通道，還有測向通道。采用4根寬帶螺旋天線，每根天線覆蓋1／4扇面，以實現該傳感器的測向功能，測向精度達6°～8°（均方根值）。

（3）該系統傳感器采用模塊化設計，可按照用戶要求定制一體化緊湊型傳感器。如USK800／5型系統除具有全向接收和測向功能外，還增加了VHF／UHF通信發射／接收天線（工作頻率為225MHz～400MHz），以便于潛艇導航與通信。而USK800／4型系統配備有通用雷達預警器或電子支援措施接收器，使系統靈敏度這到－50dB～－60dB。

圖5 裝在 Zalar－14型光電潛望鏡上的USK800系列傳感器天線

圖6 裝在OMS100型光電桅桿上的USK800－4型傳感器天線

（4）目前該系統的靈敏度為－50dB，能對遠程雷達進行探測。該系統靈敏度之所以這樣高，是因為在傳感器頭部安裝了低噪聲射頻放大器，補償了潛望鏡射頻長電纜與電子支援措施接收器電纜中信號的大幅衰減。假定一部威脅雷達的發射功率為50kW，天線增益為30dB，在自由空間下該系統對其探測距離超過20nmile。

該系統既可裝在現役潛艇的潛望鏡上，又可裝在未來潛艇的光電桅桿上，可用來探測海上巡邏機及反潛直升機等空中目標的威脅雷達，并及時發出預警。該系統現已裝在214級艇蔡司公司的“澤羅”（Zalar）－14光電搜索潛望鏡上（圖5），還裝在該公司研制的OMS100型光電桅桿上（圖6）。

4 結語

現代海戰場正在發生著深刻變化，從過去的“藍水”遠洋反潛作戰，轉變為“褐水”瀕海作戰。因此海軍潛艇的任務使命也在發生變化。其作戰樣式隨之發生著變化，即從過去的“平臺中心戰”向“網絡中心戰”轉變，而潛艇從單一平臺逐步成為網絡戰的一個節點。為滿足海軍網絡中心戰的要求，打贏一場高技術高強度對抗的局部海戰，有賴于現代通信技術與信息技術的發展。高級電子支援措施系統就是上述技術發展的成果，它成為潛艇電子戰系統的重要組件，是潛艇先敵發現，先發制人的“軟殺傷”武器之一。該系統安裝于現代潛艇（包括核動力或非核動力潛艇）上使其具有利用信號情報的能力，更重要的是，它能將本艇的指揮、控制、通信及情報系統與海上聯合指揮情報系統（JMCIS）提供的整個艦隊范圍的指揮、控制及通信網絡相融合，真正實現“網絡中心戰”。

[1]David Foxwell.ESM Supports new roles for submarines[J].Jane's Navy International，1998（12）：26－30.

[2]崔為耀.現代潛艇高級電子支援措施系統[J].國外艦船工程，1999（12）：12－14.

[3]周元和.現代海軍武器裝備手冊[M].北京：國防工業出版社，2001.

[4]海龍.德國潛艇用USK800系列電子支援測量系統[J].現代兵器，1997（5）：29－30.

[5]姜來根.簡明世界艦船年鑒[M].北京：海軍出版社，2002.