看不见的电磁战场——详解美军海上电子战系统，覆盖空中和水下

美国海军非常重视电子战系统的发展和建设，构建了包括舰载电子战系统、舷外电子战系统和舰载机电子战系统在内的立体电子战体系。继《决胜电磁波》报告和《决胜灰色地带》之后，美国战略与预算评估中心（CSBA）发布了《决胜无形战争—赢取电磁频谱中的持久优势》报告。后续美国海军将进一步加大在技术研发和装备升级上的力度。从中，我们可以对美军电子战系统的冰山一角进行窥探。

一、舰载电子战系统

AN/SLQ-32具备截获概率高和总反应时间短的特点。系统采用晶体视频接收测向和瞬时测频相结合的方案，采用介质透镜馈电多波束天线阵，用于接收的阵列共有16个波束，用于发射的每个阵列有35个阵元，共有140个50W功率的行波管，整个天线辐射的合成脉冲功率可达1MW。

AN/SLQ-32经过多年的发展已经形成了7种主要型号且部分型号已形成装备。最新推出的两个型号分别是SLQ-32V(6)和SLQ-32V(7)。

SLQ-32V(6)是水面电子战改进项目(SEWIP)Block 2项目的一部分，用于提供早期预警、威胁警告、分析和对抗来袭反舰导弹，可在公海和濒海地区使用，SEWIP Block 2最大的变化是将原本SLQ-32(V)3/4的多个接收和干扰天线阵面统一用一个天线阵面取代；SLQ-32(V)6已于2016年10月获准开始全速生产。

SEWIP Block 2的安装位置

SLQ-32V(7)是SEWIP Block 3项目，目前正在研制的SEWIP Block 3旨在为新建平台以及所有装备AN/SLQ-32(V)3和AN/SLQ-32(V)4的巡洋舰、驱逐舰、航空母舰和两栖攻击船提供通用的电子攻击能力。Block 3将引入综合电子攻击能力(包括新的发射机、天线阵列以及相关的干扰技术)，从而使舰船免受射频制导导弹的威胁。

SEWIP Block 3阵列

二、舷外电子战系统

AN/ALQ-248旨在提供一种持续时间长的新型软杀伤能力，为海上战斗群提供持续可扩展的电子战功能。AN/ALQ-248吊舱可以利用持续、可扩展电子战功能所提供的持续时间长的新型软杀伤能力来为战斗群提供支持。

AN/ALQ-248将生成和发射复杂射频的技术作为分层反舰导弹防御（ASMD）的一部分。此外，它能够与美国海军“舰载水面电子战改进计划”（SEWIP）中部署的舰载AN/ALQ-32(V)6和AN/ALQ-32(V)7电子战系统紧密协作。

AN/ALQ-248吊舱

AOEW AMP开发阶段的初始投标于2014年12月提交，洛•马公司旋翼及任务系统部于2017年1月获得2000万美元的合同。按合同要求，洛•马公司将AOEW AMP吊舱集成到MH-60R/MH-60S航空电子设备操作程序中。这项工作包括整合支持AMP（装载于MH-60S飞机的左右扩展武器舱中以及MH-60R飞机的左右扩展吊架上）的系统软件。

AN/ALQ-248系统的制造于2019年开始，并计划在2021年完成形成初步作战能力的目标。

AOEM AMP示意图

作为先进舷外电子战（AOEW）项目计划的一部分，长航时AOEW平台（LEAP）项目的研制分为消耗型航母自动诱饵和射频载荷开发两部分。预计在2026-2027年实现低速生产。

ONR于2019年4月在两个相关的技术领域（TA）中发布了LEAP概念设计工作的招标书，即LEAP自主航空母舰（TA1）和LEAP RF有效载荷（TA2）。ONR已将LEAP RF有效载荷表征为一种封装的模块化RF系统，该系统能够维持电磁频谱中的态势感知，与主机平台进行通信，并在主机指挥系统的控制下自主运行。

2019年8月，雷神公司获得了604，000美元的合同，以开发LEAP紧凑型光电红外有效载荷。

2019年9月，ONR授予BAE Systems信息和电子系统集成公司TA2项下的733，000美元合同。对于EO/IR有效载荷，ONR正在进行设计，包括可见光和红外接收器、内部精确指向控制、控制电子设备、处理器和本地惯性导航系统。

三、舰载机电子战系统

EA-18G“咆哮者”电子攻击机（EA-18G Growlercarrier-based electronic warfareaircraft），是在F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机的基础之上搭载各类电子战任务系统发展而来的。作为美军网络中心战体系的重要组成部分，EA-18G配备了“多任务先进战术终端”（MATT）、“多功能信息分发系统”（MIDS）和Link-16数据链等，拥有完备的电子作战能力。EA-18G以其强大的电子战能力可对敌防空武器进行全面的电磁压制，并且实施反辐射打击。

EA-18G电子战任务系统的构成（electronic warfare mission system，EWMS）是EA-18G航电系统的核心，主要包括AN/ALQ-218V(2)战术接收机系统、AN/ALQ-227通信对抗系统、AN/ALQ-99战术干扰吊舱系统等，以及MIDS、MATT、卫星通信和Link-16数据链路在内的网络中心战任务系统，各系统布置如下图所示。

EA-18G电子战任务系统

各电子战和网络战任务系统与飞机平台之间通信和数据接口采用电子攻击单元（EAU）连通，EAU负责协调飞机平台的导航数据，并完成向飞行员提供电子战数据的显示和文件记录功能。在整个作战过程中，电子战任务系统占据着最高优先级的主导地位，并在其他航电系统的紧密配合下完成各种电子战作战任务。其主要系统和功能如下表。

EA-18G电子战任务系统的组成和功能

四、舰载高功率微波近程防御系统

2018年1月，BAE系统公司展示了舰载高功率微波近程防御系统，如下图所示。

舰载高功率微波近程防御系统展示图

舰载高功率微波近程防御系统的微波源安装在舰艇甲板下面，发射天线安装在Mk38近程防御火炮的基座上。该系统已完成了针对各种目标的能力测试，不会因雨、雾和战场障碍等环境条件受到严重影响。目前该系统仅是针对小型船只、无人机以及部分飞机和导弹系统有效，尚未进行海上环境验证。

据推测，该系统的跟瞄系统与密集阵近程防御武器使用相同的雷达系统，整合在发射天线上部的保护罩内部，包括一个Ku波段雷达和一个前视红外雷达。同时，该系统也具有高度可扩展性，可以根据需要调整配置攻击范围和攻击强度，以适应战场环境使用或者商业船只自卫使用。如果BAE公司的舰载高功率微波近程防御系统能在未来的海上环境验证试验成功，这将是近程防御系统的一个巨大突破。

MK38近程防御火炮

五、潜艇电子战系统

为满足潜艇在濒海区域复杂电磁环境中隐蔽侦察、监视、情报搜集任务的需要，提高网络中心战中对地作战的信息支持能力，美军提出先进潜艇战术ESM系统（Advanced Submarine Tactical ESM Combat System，ASTECS）的作战需求，由洛克希德•马丁公司MS2分部负责研制。2004年该系统研制成功，型号为AN/BLQ-10（V）1，装备弗吉尼亚号潜艇（SSN-774）。衍生型号包括（V）2，（V）3和（V）5等，以替换洛杉矶级、海狼级、俄亥俄级潜艇上的WLR-8（V），BRD-7，WLQ-4（V）1等电子战系统。

AN/BLQ-10（V）电子战系统

AN/BLQ-10（V）是一种综合雷达、通信ESM的系统，同时具备威胁告警与情报搜集能力。为实现与作战系统集成、减少设备数量、便于技术插入等目标，该系统采用开放式体系架构，如下图所示。该系统主要由天线单元、信号分发单元、通信ESM子系统、雷达ESM子系统、操作员工作站等5部分组成，通过以太网与艇上其他系统连接。雷达信号天线单元具有高度集成化与模块化的特点，安装于综合ESM桅杆（IETM）和光电桅杆上。

通信ESM子系统由多个接收机组成，除传统HF、VHF和UHF频段短波通信信号外，还可侦收蜂窝式无线通信信号。雷达ESM子系统由1对窄带接收机和1部宽带接收机组成。宽带接收机提供100%的截获概率；窄带接收机灵敏度高，测量距离远，可实现对低截获概率（Low Probability of Intercept，LPI）雷达的侦察。系统与潜艇C3IS系统连接在一起，从而可以显示海上指挥信息战略/系统数据，修正潜艇的观察情况。

LQ-10(V)系统结构

操作员工作站能够显示包括工作任务、信号预警、测向轨迹、截获信号辐射源摘要、通信信息分析、接收机控制、通信发送、合同管理，以及地理位置等多种信息，通过多传感器数据融合与综合电子海图系统构建出完整的战场态势图，从而为潜艇提供一种类似水下监听的对海面的电磁监视能力。

2019年2月，洛马公司赢得美国海军2000万美元合同，为其提供AN/BLQ-10潜艇电子战系统的设计及相关服务。该合同为无交付期限/无交付数量的固定价格合同，用于AN/BLQ-10电子战系统的“技术插入”-20（TI-20）、“技术插入”-22（TI-22）、“技术插入”-24（TI-24）的测试、集成与升级服务。

小结

为了保持电磁频谱的绝对优势，美海军持续发展多平台、多手段的持久全谱电子侦察、强化全面的电子进攻和保持领先的水面电子防护能力。电磁频谱战、网络中心战等新概念层出不穷，电子战技术与装备不断推陈出新。在以美国为首的军事强国的高度重视下，未来全球电子战进入了新的快速发展阶段。

尺寸、重量和功率（SWaP）限制条件下的无人机系统 RF和微波设计

无人机系统（UAS）的电子设备体积继续缩小。尺寸、重量和功率（SWaP）减少需求正在推动射频（RF）和微波设计人员提出创新方法来提供降低的SWaP，同时提高性能并增强平台的性能。

军用无人机系统（UAS）已经成为多任务平台，执行诸如情报、监视和侦察（ISR）、电子战和信号情报等任务。将所有这些功能打包到每个UAS有效载荷中会给RF和微波设计人员带来压力，他们必须应对降低的SWaP要求，这些要求始终伴随着更多功能的需求。

“今天的无人系统从小型无人机到大型系统 - 如全球鹰 - 并带来了巨大的挑战，”MACOM战略副总裁道格卡尔森（马萨诸塞州洛厄尔）表示。

一个主要障碍：“下一代传感器正在收集更多数据，需要数据链路子系统来支持更高的数据速率和传输范围，”马萨诸塞州Mercury Systems射频与微波解决方案集团副总裁兼总经理Kevin Beals解释。

RF和微波设计人员在处理已经受SWaP约束的系统时会考虑这种整体平台设计。“从更广泛的角度来看，无人系统越来越普遍，并将更多的能力包含在不断缩小的外形中，”比尔斯表示。

另一个复杂因素是，用户“现在正在寻求适应曾经用于大型平台的技术，如用于飞机的电子战（EW），用于无人系统，”Beals补充道。

有趣的是，“设计趋势在过去十年中保持相对不变 - 尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）是每个军事客户和设计的关键考虑，”MACOM的卡尔森指出。“多年前，MACOM首款MMIC [单片微波集成电路]解决方案之一是用于小型无人机数据链路的Ku波段设备，其目标是使其小巧轻便。”

然而，在比较当时和现在的DoD要求时，“今天的要求是 - 射频元件必须更小，集成度更高，并且比以前更轻，”Carlson解释道。“在频谱的一端，无人机的小平台受到主要的空间和功率限制，没有高效集成、紧凑和轻量级的组件，它无法履行其使命。”

Cobham先进电子解决方案（宾夕法尼亚州兰斯代尔）先进技术技术总监David Markman表示，除了空间限制外，“今天，大多数射频和微波信号都是以数字方式生成和检测的。这允许客户实时重新配置系统。这种趋势与商用无线、SATCOM [卫星通信]和军事系统类似。“

“射频和微波设计的趋势不能完全与数字领域分离，”比尔斯表示。“对于像无人驾驶车辆这样的空间受限的应用，我们也看到了射频和数字技术的融合。”

Mercury Systems构建了“围绕模块化开放系统架构的预集成RF和数字解决方案，包括OpenVPX和OpenRFM，”Beals说。

功率也是无人系统设计中的一个大问题。“另一方面，更大平台上的有效载荷更大，但在功率方面仍然存在相当大的挑战，”卡尔森指出。“无人机任务通常包括某种类型的传感，可能采用雷达或红外传感器的形式，以及通过虚拟实时向目的地或决策者发送信息的通信链路。”

最终，这些挑战对RF和微波界产生了影响 - SWaP-C要求比以往任何时候都更加极端。我们的军事客户正在寻求更高的性能和效率、较小的外形;、通过规模经济节省成本，“比尔斯说。

成本始终是设计这些系统的一个主要决定因素，因为“向无人机添加传感系统应该具有经济意义，而不是平台成本的10倍，”卡尔森指出。“因此，高效、集成、成本敏感、紧凑的射频组件仍然是无人系统的基本要素。”

SWaP环境可带来定制解决方案

如果不考虑设计SWaP约束环境，就无法进行无人系统设计。“需要优化系统性能以实现当今的SWaP要求，这促使像MACOM这样的公司利用多种技术的异构集成进行创新，以实现最佳的集成水平，在所需的空间内实现理想的效率水平，”Carlson说。“这可能包括，例如，合并二极管开关，GaAs LNA [砷化镓低噪声放大器]，GaN-on-Si PAs [氮化镓硅功率放大器]，甚至SOI等技术的组合。基于绝缘体的硅基控制元件，所有这些都在一个封装解决方案中。“

SWaP环境的设计现实意味着定制解决方案。Carlson补充道，“通常在军事领域，射频元件解决方案往往针对特定的终端系统应用进行高度定制，而不是采用商业现货（COTS）方式”。（图1。）

图1：减小尺寸，重量，功耗和成本的设计现实：定制的RF元件

定制解决方案意味着用户的任务目标决定了设计。“SWaP和成本是当今大多数设计的主要考虑因素。在许多情况下，这些参数是固定的，导致客户问，“考虑到这些SWaP和成本限制，我们可以达到什么样的性能？”Markman说。

不幸的是，这个问题意味着成本实际上确实受到了冲击并成为设计挑战。需要这种定制解决方案的UAS不仅会影响我们的设计策略，还会影响我们的制造流程，“Beals表示。“对于后者，我们的设计师正在与我们的制造团队更紧密地合作，以确保无缝，经济高效的过渡，从而将初始概念加速到批量生产。”

事实上，“无人系统的设计限制推动了RF界的创新，”Beals解释道。“无人系统正在推动我们的设计工程师将技术、先进的非线性建模和可制造性融合在一起，以实现我们多年前认为不可能实现的目标。作为一个例子，我们开发了一种GaN固态功率放大器，可以毫不妥协地实现三个看似相互竞争的优先级：高效率，高可靠性和扩展范围。

“随着时间的推移，我们为这些极受SWaP约束的应用开发并改进了一套独特的技术构建模块，”Beals补充说参考RF BGA器件（图2）。这将节省成本：“作为一个例子，我们采用先进的封装技术将多层电路板与球栅阵列技术商业化，以实现极小的外形尺寸和高封装密度。这是最初为面向SWaP约束的更大平台开发的创新示例，但基本构建模块也为无人系统的设计者提供了巨大的SWaP优势。

随着任务要求的不断发展，挑战将继续存在; “基于任务要求，我们优化了我们创新的RF和数字构建模块的集成，以同时解决性能和SWaP约束，”Beals说。“我们在设计和制造之间的紧密联系确保了SWaP-C中的'C'在整个程序生命周期中针对规模进行了优化。”

ISR及EW的考虑

UAS有效载荷正在推动在某些应用中使用RF和微波元件。“有人可能会说，与无人机通信相比，ISR [情报、监视和侦察]有效载荷通常包含最高的RF内容，”卡尔森说。“ISR系统通常以阵列的形式实现 - 驱动内容。无人机通信本质上是一个带有单个射频频道的无线电。“

雷达和电子战系统也越来越多地将射频和微波融入无人系统，以实现更快、更多样化的任务。“立即想到两个应用 - 雷达和电子战。无人驾驶车辆需要在任何类型的天气条件下穿越复杂的环境，“比尔斯说。

Markman指出，“大批量生产的通信终端也会驱动RF内容”，并补充说“大型有源相控阵具有大量的元件含量，这与元件数量成正比。”

“这些环境既包括静止物体，也包括其他潜在的无人驾驶系统，”Beals补充道。“现在需要避免无人驾驶车辆之间的碰撞和通信。对于无人驾驶飞行器，还有另外考虑提高着陆方法的精度。将毫米波技术嵌入无人系统，可以在充满挑战的环境条件和/或拥挤的环境中成功完成任务。

“虽然我们通常不会将EW功能与无人驾驶车辆联系起来，但它对未来来说是一个改变游戏规则的行动，特别是当被保护的资产具有高价值或战略价值时，”Beals说。“仅作为一个例子，小型数字RF存储器模块形式的自我保护能力提高了面对电子攻击时任务成功的几率。大型平台上的任何EW功能都代表了将小型化技术移植到无人系统的机会。这是引入平台的全新RF内容。“

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