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指挥控制与仿真

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2025 , Vol. 47 >Issue 5: 155 - 160

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2025.05.022

外军动态

美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察探析

  • 毛泽 1, 2 ,
  • 吕明山 1 ,
  • 王龙涛 1
展开
  • 1 海军大连舰艇学院, 辽宁 大连 116018
  • 2 中国人民解放军92538部队, 辽宁 大连 116041

毛泽(1986—),男,硕士研究生,工程师,研究方向为电子对抗技术与应用。

吕明山(1975—),男,博士,教授。

收稿日期: 2025-05-21

  修回日期: 2025-06-12

  网络出版日期: 2025-09-25

收起

Analysis of electromagnetic denial against electronic reconnaissance via US Navy ship-aircraft coordination

  • MAO Ze 1, 2 ,
  • LYU Mingshan 1 ,
  • WANG Longtao 1
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  • 1 Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China
  • 2 No. 92538 Unit of PLA, Dalian 116041, China

Received date: 2025-05-21

  Revised date: 2025-06-12

  Online published: 2025-09-25

Fold

摘要

在联合电磁频谱作战概念加速演进的背景下,美海军高度重视分布式电子战实现舰机协同电磁拒止反电子侦察的理论研究和实践运用,更加注重水面舰艇与有人机/无人机协同对抗电子侦察威胁。基于舰机协同电子战基本方法,梳理了美海军舰机电子战的主要装备和运用方式,对其可能的应用场景及反电子侦察预期效能进行了研究,仿真结果验证了舰机协同电磁拒止对电子侦察机截获距离和截获概率的影响,可为我海军协同电子战理论研究、装备技术发展和作战应用提供借鉴和参考。

关键词： 美海军; 舰机协同; 电磁拒止; 反电子侦察

本文引用格式

毛泽 , 吕明山 , 王龙涛 . 美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察探析[J]. 指挥控制与仿真, 2025 , 47(5) : 155 -160 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2025.05.022

Abstract

Under the accelerated evolution of the Joint Electromagnetic Spectrum Operations (JEMSO) concept, the U.S. Navy has intensified its focus on theoretical research and practical implementation of distributed electronic warfare to achieve ship-aircraft collaborative electromagnetic denial and counter-electronic reconnaissance. This includes heightened emphasis on coordinated countermeasures against electronic reconnaissance threats through collaboration between surface vessels and manned/unmanned aircraft. Based on fundamental methodologies of ship-aircraft collaborative electronic warfare, this study systematically analyzes the primary equipment and operational tactics employed by the U.S. Navy. It further explores potential application scenarios and evaluates the anticipated effectiveness of counter-electronic reconnaissance. Simulation results validate that ship-aircraft collaborative electromagnetic denial significantly reduces both the interception range and interception probability of electronic reconnaissance aircraft. These findings provide critical insights for theoretical research, technological development, and combat applications of collaborative electronic warfare in China’s naval forces.

Key words： U.S. Navy; ship-aircraft collaboration; electromagnetic denial; counter-electronic reconnaissance

美海军在联合条令JP3-85《联合电磁频谱作战》指导下,着力打造集“攻击、利用、防护、管理”功能四位一体的电子战体系,在战术应用层面提出电磁拒止作战方式,通过电子战、定向能武器或电磁频谱控制手段,在特定海域实施电磁信号压制、干扰或阻断,以夺取电磁频谱优势[1-2]。对于美海军水面舰艇而言,舰机协同进行噪声干扰以对抗电子侦察是电磁拒止的一种重要方法,其运用舰载直升机或无人机、无人艇前出,协同舰载大功率干扰机,对敌电子侦察系统实施噪声干扰,能够在主要威胁方向形成高噪声区域,降低敌电子侦察体系效能,从而削弱敌侦察探测能力、掩护己方兵力行动。
文献[1-5]阐述了美海军电磁频谱相关作战概念,分析了美海军电磁频谱作战概念的发展和电子战装备能力建设情况,但尚未对美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察的可能作战方式及应用场景展开深入研究。
本文基于舰机协同电子战基本方法,梳理了美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察的主要装备和运用方式,对其可能的运用场景及预期效能进行了研究,仿真结果验证了舰机协同电磁拒止反电子侦察的效果,对我海军协同电子战理论研究、装备技术发展和作战应用具有启发和借鉴意义。

1 美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察基本情况

1.1 主要装备

美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察,主要依靠软杀伤协调系统(Soft Kill Coordination System, SKCS)和舰载AN/SLQ-32(V)6/7、直升机载AN/ALQ-248、机载AN/ALQ-99战术干扰吊舱等电子战设备来实现[6-8]。
(1)SKCS是嵌入美海军舰载作战系统协调框架的软件系统,主要功能是协调多平台软杀伤手段,通过将舰载系统、空中平台与无人集群的软杀伤能力动态整合,实现分布式协同干扰与欺骗。
(2)AN/SLQ-32(V)系列装备是美海军舰载标准电子战设备,目前“水面电子战改进计划” (SEWIP)最新型号分别是SLQ-32(V)6 和 SLQ-32(V)7,采取相控阵天线和新型干扰技术,可动态调整与集中功率应对多个目标,具备一体化电子攻击能力。
(3)AN/ALQ-248采用有源电扫描阵列发射机、小型化高灵敏度接收机,具备协同工作能力。协同模式下,通过 Link 16 数据链与舰艇共享威胁信息,通过SKCS与AN/SLQ-32(V)6/7、Nulka有源诱饵等协同工作。
(4)AN/ALQ-99采用电子扫描阵列、单波束固态全向发射体制,具备瞄准式、扫频式和噪声干扰多种样式,干扰频段覆盖0.064—18 GHz,单舱功率6.8—10 kW,可对敌方雷达实施宽带压制、窄带瞄准、双频干扰等。
(5)AN/ALQ-249是基于“下一代干扰机”(NGJ)项目开发的干扰吊舱,采用先进的有源电子相控阵天线阵列(AESA)、捷变频干扰技术,干扰频段覆盖0.03—40 GHz,辐射功率50—100 kW,波束宽度低至5°,新增变极化、连续波等干扰样式,具备多频段同步干扰和网络攻击能力,未来将逐步成为美海军机载电子战主力装备。

1.2 运用方式

基于战场联合侦察预警体系,美海军水面舰艇利用“宙斯盾”基线10系统、Link16数据链实现威胁目标情报信息共享和指挥控制指令传输,运用舰载软杀伤智能辅助决策系统整合可用干扰资源后自动生成初步方案,经优化综合时间、成本等因素快速形成决策方案,通过SKCS引导舰载干扰机和前出的MH-60R/S直升机或无人机、无人艇等低成本载荷,协同对重点威胁方向或指定区域实施宽波束宽频段高功率噪声干扰,抬升噪声能量基底,降低敌方被动传感器的灵敏度和参数测量精度,破坏或削弱敌方侦察体系的效能,构建时域、频域、空域上可控电磁屏障,营造单向透明的电磁拒止走廊,实现隐蔽兵力企图、改变战场态势的目的。

2 美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察效能分析

2.1 典型应用场景

美海军舰机协同电磁拒止反电子侦察的一种典型应用场景如图1所示。伯克ⅡA级驱逐舰、MH-60R直升机运用AN/SLQ-32(V)6、AN/ALQ-248设备构建网络化分布式电子战体系,对空域S内执行联合侦察任务的n架电子侦察机实施噪声干扰,以实现电磁拒止、掩护己方雷达。舰载、机载干扰机总数量为N,雷达、第i部干扰机与第p架电子侦察机之间的距离分别为Rrt、Rjti。
图1 典型应用场景

Fig.1 Typical application scenario

综合考虑侦察威胁方向、侦察接收机技术体制、掩护频带和相对位置关系等因素,舰载、机载干扰机在SKCS协调下,通过资源分配算法模块自主生成干扰方案,动态分配干扰资源,实施协同噪声干扰。美海军新型电子战装备采用AESA和数字波束形成技术,干扰波束指向可灵活调整、快速切换,能够同时干扰多个目标,因此,其在协同干扰资源分配和干扰策略上具有高度灵活性。主要协同策略为:
(1)面临单方向侦察威胁时,采取多对一形式协同,多部干扰机分时、分频段干扰同方向侦察接收机;面临多方向侦察威胁时,采取一对多、多对多形式协同,每部干扰机分时干扰多方向侦察接收机,或多部干扰机分时、分频段干扰多方向侦察接收机。
(2)针对全向天线宽带侦察接收机,多部干扰机以频率协同为主,面向侦察威胁来向分散部署;针对波束扫描或波束捷变天线窄带侦察接收机,多部干扰机以空域协同为主,面向侦察威胁来向集中部署。
(3)当掩护频带较宽时,不同干扰机覆盖不同频段,采取阻塞式、扫频式干扰方式,共同覆盖被掩护雷达工作频率;当掩护频带较窄时,多干扰机覆盖同一频段,干扰机采用瞄准式干扰,以提高干扰效率。
(4)当侦察接收机距离较近时,增大舰载干扰机功率、增加机载干扰机数量或缩短机载干扰机与侦察接收机距离,以提高有效干扰功率;当侦察接收机距离较远时,根据反电子侦察需求和干扰效果,动态调整干扰功率。

2.2 反电子侦察效能分析

对于舰机协同对抗电子侦察机而言,电磁拒止效果主要体现在降低其截获能力上。信号截获是电子侦察机发现辐射源并获取情报信息的基础和首要环节,必须同时满足能量域、时域、空域、频域的截获条件。能量域条件要求电子侦察机收到的雷达信号功率要超过其灵敏度,通常可由截获距离来表征。时域、空域、频域截获条件是一定条件下的概率事件,可采用截获概率来表征。

2.2.1 对电子侦察机截获距离的影响

假设电子侦察机采用全向天线、频率步进超外差接收机体制,且相互之间距离较远,各干扰机在SKCS协调下,采取同时对准同一目标、逐个目标轮流干扰的方式协同工作。暂不考虑空域失配情况,第i部干扰机对第p架电子侦察机有效干扰功率为[9]

Pjti= P j i G j i G t λ j i 2 γ j i 4 π 2 R j t i 2 L j t i· B t B j i

式中:Pji为干扰机发射功率;Gji为干扰天线增益;Gt为侦察天线增益;λji为噪声信号波长;γji为噪声信号对侦察天线的极化损失;Ljti为综合损耗系数;Bt为电子侦察机瞬时带宽;Bji为干扰信号带宽。
由于电子侦察机采用全向天线,侦察天线在各方向增益相同,N部干扰机对第p架电子侦察机总有效干扰功率为
Pjt= ∑ i = 1 NPjti
在噪声干扰状态下,电子侦察机截获距离为[10]

R'rmax=Rrmax N r o N r o + P j t 1 / 2

式中:Rrmax为无外部干扰时电子侦察机截获距离,Nr0为电子侦察机内部噪声功率。

Nr0=kT0Bt

式中:k为波尔兹曼常数,k=1.38×10-23 J/K; T0为标准噪声温度(290 K)。
综上分析可知,在舰机协同噪声干扰条件下,干扰功率可有效缩小电子侦察机截获距离,降低其截获能力。

2.2.2 对电子侦察机截获概率的影响

截获概率为典型的多维空间中几何概率计算问题,通常可采用窗口函数模型来分析。
若Rrt≤R'rmax,此时无论干扰波束是否对准电子侦察机,其接收到的雷达信号功率均满足能量域截获条件,可视为干扰无效,同时满足时域、频域、空域对准条件时可以实现截获,影响截获概率的窗口包括雷达时域、雷达空域扫描、电子侦察机频率搜索3个窗口。
若R'rmax<Rrt<Rrmax,此时干扰波束与侦察天线的地对准情况会直接影响电子侦察机截获状态。当干扰天线对准电子侦察机时,因不满足能量域条件而无法截获,当干扰天线未对准电子侦察机时才可能实现截获。因此,截获概率还要考虑干扰波束对准因素,为此增加干扰天线空域扫描窗口。
窗口函数及时间重叠见图2,图中F1 T 1 , τ 1表示雷达脉冲发射活动,F2 T 2 , τ 2表示雷达天线扫描活动,F3 T 3 , τ 3表示电子侦察机频率搜索活动,F4 T 4 , τ 4表示干扰天线波束扫描活动。
图2 窗口函数及时间重叠示意图

Fig.2 Schematic diagram of window function and time overlap

(1)Rrt≤R'rmax时
①雷达发射时域窗口函数F1 T 1 , τ 1:
T 1 = T P R I τ 1 = τ
其中,TPRI和τ1分别为雷达信号脉冲重复周期、脉冲宽度。
②雷达天线空域搜索窗口函数F2 T 2 , τ 2:
T 2 = T s τ 2 = Δ θ t θ t T s
其中,Ts、Δθt、θt和τ2分别为雷达天线扫描周期、波束宽度、扫描范围、波位驻留时间。
③电子侦察机频域搜索窗口函数F3 T 3 , τ 3:
T 3 = T r f τ 3 = B t B r T r f
其中,Trf、Br和τ3分别为电子侦察机频率搜索周期、频率搜索范围、频率驻留时间。
根据窗口函数理论可知[11]:
τ 0 = ∑ i = 1 3 1 τ i - 1 P 0 = ∏ i = 1 3 τ i T i T 0 = τ 0 P 0
其中,τ0、P0和T0分别为窗口重合的平均时间、各窗口任意时刻重合的概率、各次重合之间的平均周期。
则T时间内至少出现一次截获的概率为[11]

P1(T)=1-(1-P0)exp(-T/T0)

(2)R'rmax<Rrt<Rrmax时
应增加干扰天线波束空域扫描窗口函数F4 T 4 , τ 4:
T 4 = T j τ 4 = T j - τ j
其中,Tj、τj和τ4分别为干扰波束空域扫描周期、对第p架电子侦察机干扰同时驻留时间、未对准第p架电子侦察机的时间。
电子侦察机通常一次截获需要至少m个连续脉冲才能完成参数测量、识别、分选等任务,因此重合时间应超过最小截获持续时间d(d=mTPRI)。此时,窗口函数应予以修正,无须考虑F1 T 1 , τ 1的影响,用 τ i - d代替$\tau_{i}$[12]。此时:
τ ' 0 = ∑ i = 2 4 1 τ i - d - 1 P ' 0 = ∏ i = 2 4 τ i - d T i T ' 0 = τ ' 0 P ' 0
则T时间内至少一次连续截获m个脉冲的概率为
P'1 T=1- 1 - P ' 0exp(-T/T'0)

2.3 反电子侦察效能仿真分析

为验证舰机协同电磁拒止的有效性和可行性,具体研究干扰功率、干扰带宽、拒止目标数量对反电子侦察效果的影响,本文进行仿真分析。假设1艘驱逐舰、1架直升机协同干扰敌方n架电子侦察机,共同掩护本舰AN/SPY-1雷达。假设AN/SLQ-32(V)6、AN/ALQ-248干扰机在SKCS协调下分频段干扰,共同掩护雷达工作频率,采取同时对准同一目标、逐个目标轮流干扰的协同方式;雷达天线波束扇扫覆盖60°,波位驻留时间10 ms,波束宽度1.5°,脉冲重复间隔1 ms,脉宽1.2 μs;电子侦察机最大侦察距离400 km,瞬时带宽50 MHz,频率搜索范围0.25—18 GHz,频率驻留时间10 ms,连续截获脉冲数为3个;舰载、机载干扰机等效发射功率分别为200 kW、50 kW,干扰信号波长3 cm,干扰同时驻留时间10 ms,极化损失0 dB,信号损耗6 dB。
当干扰带宽均为800 MHz时,噪声干扰功率对电子侦察机截获距离的影响如图3所示,图中交点对应的距离为电磁拒止临界距离。当干扰距离大于临界距离时,电子侦察机截获距离小于目标距离,无法截获雷达信号;当干扰距离小于临界距离时,电子侦察机截获距离大于目标距离,有可能实现截获。由图3可知,干扰功率对电子侦察机截获距离影响很大,噪声干扰功率越大,电磁拒止临界距离越小。舰艇单独干扰时,若舰艇与电子侦察机距离超过265.5 km,电子侦察机即无法截获雷达信号;直升机单独干扰时,若要到达同样的拒止效果,直升机需至少前出105.3 km;舰机协同干扰时,临界距离缩小至219.4 km,对电子侦察机截获距离的压制效果更加明显。
图3 噪声干扰功率对截获距离的影响

Fig.3 The effect of noise jamming power on intercept range

舰载、机载干扰机噪声干扰带宽对电子侦察机截获距离的影响如图4所示。由图4可知,干扰机噪声干扰带宽越窄,与电子侦察机瞬时带宽匹配性越好,电子侦察机截获距离下降越明显,电磁拒止临界距离越小。
图4 干扰带宽对截获距离的影响

Fig.4 Impact of jamming bandwidth on intercept range

当舰机协同拒止3架电子侦察机时,无干扰(干扰无效)、噪声干扰条件下电子侦察机截获概率随截获时间变化情况如图5所示。由图5可知,电子侦察机截获概率随截获时间的增加而增大,由于干扰天线波束空域扫描增加了窗口数量,同等截获概率时干扰条件下截获时间明显增长。若截获概率要达到90%,噪声干扰条件下截获时间是无干扰时的约1.5倍。
图5 截获概率随截获时间变化情况

Fig.5 Variation of interception probability with interception time

当拒止目标(电子侦察机)数量分别为2、3、5时,电子侦察机截获概率随截获时间变化情况如图6所示。
图6 拒止目标数量对截获概率的影响

Fig.6 Impact of denied targets quantity on interception probability

由图6可知,干扰效果随电子侦察机数量增多而变差,电子侦察机数量越多,干扰天线波束空域扫描周期越长,对同一电子侦察机干扰间隔时间越长,相同时间下雷达被截获的概率就越高。当主要威胁方向或重点威胁区域电子侦察机数量较多时,应增加干扰机数量、减小雷达辐射功率和扫描周期,以降低被截获概率。

3 结束语

随着电子对抗侦察装备技术的迅速发展,辐射控制、低截获概率等传统反电子侦察技术手段面临效果下降、灵活性不足等挑战,雷达及其搭载平台面临的电子侦察威胁越来越严峻,反电子侦察需求也越来越紧迫。在美军电磁频谱作战概念深度实践情况下,美海军势必更加重视舰机协同电磁拒止的理论研究和实践运用,更加注重水面舰艇与有人机/无人机协同对抗电子侦察威胁。舰机协同电磁拒止反电子侦察作为一种分布式协同电子战的典型应用,能够有效拓展电子干扰运用范畴,为提升水面舰艇反电子侦察效能提供了新的方法手段,必将在未来海上协同电子战中得到广泛运用。

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