055型大型驱逐舰领先美国驱逐舰的“撒手锏”——综合射频系统

我军新型055万吨级大型驱逐舰是我国完全自主研制的新型万吨级驱逐舰,先后突破了大型舰艇总体设计、信息集成、总装建造等一系列关键技术,装备有新型防空、反导、反舰、反潜武器,具有较强的信息感知、防空反导和对海打击能力,是海军实现战略转型发展的标志性战舰。

但055型驱逐舰的最大优点,并不仅仅是“排水量大、发射单元数量多”,它绝不是052D“中华神盾”舰的简单放大版,信息集成技术,是其最大亮点。055型驱逐舰的信息集成技术,以综合射频和双波段雷达两大标志性技术为代表,使得中国海军水面舰艇信息化水平,一跃成为世界前列。

何谓综合射频技术

随着舰载电子设备的快速增长,当前舰艇在对应导弹攻击上存在的主要问题有以下三个方面。首先,大量的雷达、电子战和通信系统设备天线集中在舰艇上部特别是桅杆上,相互干扰严重,极大地限制了雷达系统对来袭目标的探测能力,同时电子干扰设备会与其它电子设备抢占频谱资源,干扰效果会降低。其次,即便是许多雷达天线和电子设备不布置在桅杆上,也要分别布置在舰艇各处,这样一来由于大量的雷达、电子战与通信天线的使用,导致舰艇的雷达截面积变大,增加了舰艇被敌方电子侦察设备与导弹制导系统的发现概率。最后,舰载电子设备的电磁辐射信号各自使用、各自为战,无法进行统一管理,有源辐射过多,极易被反辐射武器及无源探测雷达截获。

为了解决这一问题,就出现了综合射频技术,所谓综合射频,就是指把各种雷达、传感器、电子设备的天线及发射机/接收机设备以及其发射和接受的射频信号综合起来,进行综合设计、综合组织和综合管理。综合射频体现在在舰载平台空间上,就是首先要将多部雷达的功能结合,有源探测和无源探测相结合,多艘舰艇的雷达相互组网,实现雷达的多功能化、数字化、软件化;其次要将雷达、电子战、通信和导航功能相结合,电子设备一体化;最后,在天线系统设计时应与舰体系统设计相结合,使舰体隐身化。从国外的成功经验来看,通过综合射频技术,利用分布式多功能射频孔径取代舰艇上大量分散的射频传感器,采用开放式、可重构、模块化、共形化的射频系统,结合软件上的功能控制和资源管理,以实现舰艇上雷达、电子战、通信和导航的功能综合。

055型驱逐舰如何进行综合射频设计

具体到055型驱逐舰上,我们可以看到,其在舰船电子技术和武器系统等功能上,与052D型驱逐舰有很强的技术继承关系,但从055型驱逐舰的外表看去,我们已经基本看不到052D上那些熟悉的雷达和天线型号了,那么这些雷达和电子设备是完全消失了吗?实际上并非如此。它们纷纷被集成到了舰船包括综合集成桅杆在内的各处综合射频设备里进行集成,天线发射器共用天线口径,多种传感器进行传感器融合,多种不同频段的处理器共用处理后端,部分数字信号处理、数据处理和射频功能软件化(硬件功能通过软件功能来实现)。具体而言我们可以看到,除集成了塔康雷达、天气气象雷达、综合电子战系统、多频段通信系统和X波段雷达的综合集成桅杆外,在舰桥顶端边缘处,布置了三个条状天线;在舰桥两侧侧面,各有一个凸起的矩形阵列天线,在机库前,布置有一个球形的天线整流罩,在舰船后部机库侧面,也有一个更小尺寸的凸起矩形阵列天线。加上双波段雷达的8个阵面,整个055型驱逐舰的阵面天线数量达到12个。

具体而言,综合射频系统的出现,将原本现代舰艇上50到60个主要功能的独立雷达天线和传感器,按照不同的功能群,将其中功能类似、或射频频段相近的雷达和电子设备划分为多个不同的射频集成系统,这些射频集成系统加在一起,就构成了舰载综合射频系统。

第一,舰艇自防御系统。舰艇自防御系统是由多种电子设备和攻击武器构成了一个从电子侦察、光电探测到多层拦截反舰导弹等目标的舰船自防御系统。这种系统将多传感器信息融合技术、资源调度与优化技术、火力与指挥控制相结合。它主要是将舰载的光电侦察、火控雷达、警戒雷达等集合在一起,共用天线孔径,以前一个730近防炮,光电雷达和火控雷达分别独立分列左右,系统非常复杂。而采用综合射频技术后,舰艇自防御武器,如055型驱逐舰上的1130近防炮等,都共用同一个完整的“舰艇自防御系统”。

第二,快速综合防御系统。该系统的总体构想是:通过对主动和被动传感器的集成,实现对威胁目标的快速检测、识别和定位。提高舰艇在严重威胁环境下的指挥、控制和操作水平;并将综合利用各种有源和无源电子干扰,实现分层设防,提高舰船的防御能力。早先舰艇电子防御系统的各种有源、无源对抗手段,都采用不同的天线和设备,独立安装在船上,现在将其集成在一起,反应处理速度更快,综合处理能力更强,能够使舰船更早反应来袭导弹、战机等武器的威胁。

第三,先进综合电子战系统。该系统将红外系统与雷达系统相结合,实现对威胁目标的搜索与跟踪,融合多个传感器的数据,并将获得的空情信息上报火控系统。

第四,先进多功能射频系统。其主要的目的是将雷达、通信、电子战三种射频系统实现一体化设计。这样可以减少舰船上的天线数量,是舰船的雷达反射截面积变小。这种先进的多功能射频系统主要通过共用射频孔径和软件控制来实现。

一体化桅杆

应该说,055型驱逐舰标志性的一体化桅杆,恰恰是综合射频技术的具体应用成果之一。055型驱逐舰项目论证之初,设计者们就意识到了:舰上的雷达、通信、电子干扰等各种设备都自带天线,导致舰上天线林立,不但不美观,也给电磁兼容设计带来很多的问题。要解决这一问题,就需要采用天线集成化设计,将天线进行充分的融合。

因此,人民海军在055型驱逐舰立项时,就已经编制了《舰载综合射频系统统一设计要求》和《通用综合信息处理规范》。瞄准雷达对抗一体化目标,将舰上主战电子装备通过嵌入式开放体系形成一个多传感器有机融合的整体,开创了舰上电子装备由独立作战到成体系作战的先河,这是055型驱逐舰的一大标志。055型驱逐舰一体化桅杆和通用集成天线的研制成功使得舰面较之以往的凌乱状态有了很大的改观:桅杆上配置了多种数据链系统如JIDS系统、综合数据链系统和宽带高速数据传输系统等等,能提供抗干扰、高速率、大容量、保密的数字、语音、数据通信和定位功能,而功能齐备的各类常规通信方式和卫星通

信、水中通信系统使得该舰具备了强大的通信信息能力。

从外观上看,055型驱逐舰没有传统意义上带有支架和横梁的主桅,塔型一体化桅杆之上有一根集成了多种电子战系统和数据链天线的信号桅,外面用频率选择性透波材料外罩保护,兼有降低雷达反射的作用。信号桅根部两侧有两台圆柱型干扰机,和052C/D上的一样,只是位置提高了很多。

由于舰载综合射频系统的大量采用,055型驱逐舰的外观格外整洁大方

综合射频系统的优点

(1)减少顶部天线的数量,从而减少舰体雷达截面积和红外特征,同时降低各天线间干扰。

(2)在不增加新的孔径的条件下,增大了未来增加新设备的潜能。

(3)通过更加智能和灵活的频率管理,加强了电子干扰和兼容性问题的控制。

(4)功能主要由软件定义,显著降低了升级成本,射频系统共用,降低了专用备件的数量,功能一体化减少了操作和维护人员。

(5)能根据功能在线需求,在频率、发射功率、收发孔径、带宽和极化方式等几个方面动态地分配和管理系统(易于实现有源探测和无源探测的转化;易于实现单基地雷达和双多基地雷达功能转化;易于实现信息系统组网和MIMO雷达等新体制的应用)。

综合桅杆上的X波段火控雷达

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