舰船电子装备特点及其发展

　　摘 要： 本文阐述舰船电子装备的内涵，从技术和管理两个方面叙述舰船电子装备的特点，同时简要分析舰船电子装备的发展趋势。
　　关键词：舰船 电子装备 特点及发展
　

1 引言
　　现代战争是海陆空天多维立体战争，海洋权益是现今世界争夺的热点。对我国的现实威胁很大程度上来自海上。按照我国确定的新时期军事战略方针，把军事斗争准备的基点放在打赢现代技术特别是高技术条件下的局部战争上，这对舰船及其编队的武器装备提出了更高的要求。马岛战争、海湾战争、科索沃战争，以及美国9.11事件后的袭击阿富汗的军事行动表明，海上局部战争的胜负，在很大程度上取决于以舰船电子装备为基础的各种舰船软/硬武器系统、保障系统和作战管理系统的优势地位。

2 舰船电子装备的内涵及范围
　　舰船是航行在宽广无垠的海洋中的、需要长期全方位服务的、具有战斗功能的独立移动平台。海洋是人类的第二生存空间，既有别于陆地又不同于天空。舰船的独立性体现在它必须在仅有极少部分外援、补给的情况下自持。其长期性体现在自持时间长达几周甚至数月。其全方位服务需求体现在生活工作和作战环境的全方位。 就生活工作而言，它是一个移动的社会； 就作战而言，它的进攻和防御涉及空、天、水面和水下，是同时从事多维战斗的独特而典型的武器平台。舰船电子装备产生和形成于这种特定的环境和需求之中。
　　舰船电子装备的形成和发展是计算机技术、电子技术、舰船工业、海军武器装备的相互作用、相互促进的结果，是技术推动和需求牵引的必然。
　　上世纪20年代发明无线电通信，40年代电子计算机面世，40年代末和50年代出现了半导体技术和微电子技术。自90年代以来，通信技术、网络技术、仿真技术的发展与计算机技术相结合，使舰船装备中的控制系统和电子装备系统的数字化程度空前提高，大大促进了舰载武器系统的信息化和舰载信息系统的武器化发展。电子技术和光电技术的发展，以及在舰船上的应用，出现了警戒探测、电子侦察、搜索跟踪、目标指示、导航定位、精确制导、电子对抗等舰载软/硬件武器装备。它们都正在采用不断涌现的高技术，朝着网络化、个性化、智能化的方向发展。
　　随着科学技术的进步和海军舰船装备的需求，计算机技术和电子技术已广泛应用于海上作战信息的侦察、探测、收集、处理、传输，作战指挥、武器控制，舰艇导航定位，舰艇操纵，水中兵器精确制导等方面。为了干扰敌方、隐蔽自己，又广泛应用于雷达对抗、水声对抗、通信对抗、光电对抗等电子对抗(或泛称电子战)装备中。可见舰船电子装备是将微电子、计算机、通信、光电、激光、自动控制、干扰、抗干扰、人工智能等信息/电子技术，结合海洋环境、海上作战(作业)等军事实践、科学实践和生产实践中所积累的技术经验而发展起来的，为海军所需的各种电子系统和设备。
　　舰船电子装备涉及的范围几乎遍及舰船工业的各个方面。从信息技术的观点来看，主要有：
　　①信息探测收集：用于监视、预警、搜索、跟踪的雷达、光电和水声设备以及卫星等。
　　②信息传输：长波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信、 光纤通信、水声通信和高速宽带网络等。
　　③信息管理：空中信息管理、水面信息管理、水下信息管理、 全舰管理信息系统(MIS)等。
　　④指挥控制：指挥自动化、武器导引、指控、火控等， 已发展到综合多节点控制，如编队C3I系统。
　　⑤对抗：电子侦察(ESM)、电子干扰(ECM)、电子反干扰(ECCM)、 无源干扰、水声对抗、光电对抗、通信对抗等。
　　⑥导航与自动控制：导航、舰船操纵自动化、机舱自动控制等。
　　⑦仿真：为开发大型系统和设备，已广泛采用计算机网络系统和相应接口、监控设备，进行方案论证和设计的仿真演示以及性能检测、系统联调试验等工作。
　　⑧共用技术：局域网(LAN)、广域网(WAN)、高性能加固计算机和工作站、 并行计算机、容错计算机、计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)、转换模块、计算机操作系统及其他支援软件等。

3 舰船电子装备的特点
　　舰船电子装备的特点是由舰艇及其作战环境所决定的。舰艇是处于海洋中的运动的作战平台，其作战对象来自陆上、空中、水面、水下和空间，是立体全方位和全谱的。由于舰艇吨位的限制加上多功能的要求，使其设备和系统的配套种类多、密集度高，兼容性要求强，海上隐蔽性条件苛刻，在海洋环境中的横摇纵倾以及温度、湿度、盐雾等恶劣条件，带来了对舰载装备的特殊要求。
　　从工程技术上讲，舰船电子装备具有使用环境恶劣、种类繁多、设备密集、干扰严重、难于隐蔽等特点。从工程管理上讲，舰船电子装备具有研制周期长、协作配套广、生产批量少、所需经费多等特点。归纳起来有下述九个特点。
3.1 环境恶劣
　　海洋环境恶劣，要求各类舰船电子设备能承受周期为9～12s的横摇±45°，长期横倾±15°，长期纵倾±10°，一般在6级海情下正常工作，8级海情下不被破坏；具有防湿热、防盐雾、防霉菌性能，能在环境温度为＋65℃～-28℃、 相对湿度为85%～99%的温湿度交变频繁的环境中正常工作。
　　为此，舰用电子设备必需在安装前根据国军标要求完成高低温、湿热、盐雾、霉菌、淋雨、积水、振动、冲击、倾斜、摇摆、耐压等项目的严格试验。
3.2 种类繁多
　　舰船电子设备种类繁多。主要表现在：
　　雷达：舰载对海、对空警戒雷达、舰载对海、对空警戒及目标指示雷达、舰载对海、对空警戒及目标指示三坐标雷达、舰载微波主/被动超视距雷达、舰载多功能相控阵雷达、舰载机着舰指挥雷达、舰载低截获概率警戒雷达、舰载空海近程搜索雷达、舰载跟踪雷达、舰载搜索跟踪雷达、舰船(艇)载导航雷达、潜艇攻击/导航雷达、舰(艇)载雷达敌我识别器、岸基对海对空警戒雷达等等。
　　声呐：舰用综合声呐、舰用侦察声呐、舰用拖曳变深声呐、舰用拖曳阵声呐、潜用综合声呐、潜用测距声呐、潜用侦察声呐、潜用拖线阵声呐、潜用舷侧阵声呐、吊放声呐、探雷声呐、猎雷声呐、规避声呐、通信声呐、声呐浮标、岸基固定声呐、岸基锚定声呐等等。
　　光电方面：舰载红外警戒系统、舰载光电火控系统、舰载光电跟踪仪、光机潜望镜、潜(舰)用光电安全系统、光电潜望镜、潜用光电浮标、光电桅杆、舰载轻型光电导弹防空系统、舰载直升机红外吊舱、舰载直升机光电吊舱等等。
　　对抗方面：舰载雷达侦察设备、舰载雷达有源干扰设备、舰载无源/有源干扰弹发射装置、舰载通信侦察设备、舰载通信干扰设备、舰载通信抗干扰设备、舰载光电侦察告警设备、舰载光电有源干扰设备、舰载激光侦察设备、舰载激光对抗设备、自航式诱饵、拖曳式诱饵、悬浮式诱饵、火箭助飞诱饵、高低频噪声干扰器、火箭助飞式声干扰器、气幕弹等等。
　　通信方面：舰船(艇)内部通信系统、舰船(艇)外部通信系统、舰船(艇)通信天线、舰船(艇)通信收发设备、舰船(艇)通信终端设备、舰船(艇)卫星通信系统、舰船(艇)遇险救生通信系统、舰船(艇)综合控制宽带传输系统、舰船(艇)数据链系统、舰船(艇)无线数据通信网、舰船(艇)信息安全与保密设备、舰船(艇)超快速通信系统等等。
　　导航方面：惯性导航系统、静电陀螺监控器系统、平台罗经、捷联式定位定向系统、捷联式航姿基准及变形测量系统、重力仪、重力梯度仪、方位水平仪、电罗经、惯性敏感器，舰(艇)无线电定位导航系统及设备、卫星导航设备、潜(舰)用天文导航系统、磁罗经，计程仪、船舶气象仪、气象传真接收机、卫星云图接收机等等。
　　指挥控制方面：单舰、单艇、编队和区域作战指挥控制系统等。
　　火控方面：导弹火控、火炮火控、鱼雷火控、深弹火控、软武器控制乃至综合武器控制系统等。
3.3 设备密集
为了完成使命任务以及防御来自空中、水面、水下的攻击，往往需要在一艘中型水面舰艇上装备多种类型的雷达、声呐、对抗、通信、火力控制等设备，形成复杂的舰载电子设备体系。以驱逐舰为例，有雷达10余部、电子战(侦察和干扰)4～6部，通信30～40台(套)、声呐1～2部、电子显控台数十台、天线数十根。舰面天线林立，舱室内设备密集，强弱信号、不同功率电缆纵横交错。因此要求电子设备体积小、重量轻，并充分考虑冷却、通风、供水、供气及各种电缆敷设、波导馈线架设等问题。
3.4 干扰严重
　　舰艇内狭小的舱容布置众多的电子设备，带来了严重的电磁兼容问题。常常出现雷达不能同时工作，通信线路不能同时开通。
　　海岛、近海的渔船、海洋生物、海浪和海面上空多变的云层，形成多种多样的海面杂波，分布异常密集，严重影响了电子设备对目标的探测。对于舰载低空防御雷达而言，除了必须具有极强的海杂波抑制能力外，还要克服海面回波所造成的多路径效应的干扰。声波在海水中传播的非线性以及水下礁石、浅滩、水温、盐份等因素引起的水中混响，影响和干扰了声呐对目标的探测。因此在舰船雷达和声呐上必须采取克服干扰的特殊技术措施。
　　舰艇的运动(尤其是机动)和摇摆会干扰雷达和声呐对目标的探测和跟踪，因此需要复杂的稳定设施或措施。
3.5 难于隐蔽
　　雷达反射面积(RCS)主要来自舰体和上层建筑，尤其是天线。一艘中型舰船，其雷达反射面积为3～5万平方米。而战斗机的雷达反射面积为0.5～5平方米，轰炸机为1～10平方米，导弹仅为0.01～0.5平方米。以电子手段掩护舰船远比掩护陆上一般目标和飞行体困难得多。无论是采用有源干扰和无源干扰，还是采用伪装和隐身，要使舰艇隐蔽都是极其困难的，这对舰船电子对抗系统和设备提出了比陆用和空用电子对抗难度大得多的高要求。
　　电子干扰需要载体平台的机动相配合，而舰船与导弹、飞机相比，机动性是最差的。从速度上看，导弹约1～3马赫，飞机约1000km/h，而舰船，即使是小型高速舰艇，最快也不过是50～80节左右。这给电子对抗也带来了难度。
　　舰船电子设备由于种类数量多，配置密集，功率较大，其电磁泄漏较陆用(由于分散配置)和空用(由于设备量较少、功率较小)设备严重得多。 由此对电子对抗和电子设备的电磁兼容提出了更高的要求。
3.6 研制周期长
　　由于舰船电子系统和设备有上述特殊问题，因此无论是国内还是国外，研制周期都很长。以舰载雷达为例，美国的AN/SPY-1舰用相控阵雷达研制14年，我国的354雷达9年，515雷达15年，360雷达14年。
3.7 生产批量少
　　在和平时期，世界各国海军的舰艇订货量都不大。我国的导弹驱逐舰平均每年建造不到2艘，同种型号的电子设备一般最多研制2台左右，平均每年的批量一般为4台左右。而随着技术的进步，后续舰艇的装备又有了改进提高。因而同类型舰艇的同种设备少有完全相同的。
3.8 所需经费大
　　由于环境复杂、使用要求高、技术难度大、研制周期长、生产批量少，因此研制舰船电子系统和设备所需的经费较多。美国AN/SPY-1舰用相控阵雷达耗资达10亿美元，AN/SLQ32(V)舰用电子战系统耗资3～4亿美元。据报道，发达国家舰船电子系统和设备的费用已占整艘舰艇总费用的50% 左右。从经费投入角度来看，舰船电子装备已成为整个舰船工业的重要组成部分，发挥着举足轻重的作用，从某种意义上讲舰船电子装备的经费投入与舰船的现代化水平成倍比。
3.9 可靠性要求高
　　舰艇的寿命长达数十年，执行一次任务可能在海上独立航行数周至数月。舰载电子系统和设备种类繁多、使用环境恶劣，从而对舰载电子系统和设备的可靠性提出了高要求。在舰载电子系统和设备的可行性论证、选型和设计时就要充分考虑其系列化、标准化和模块化，考虑关键元器件、部件的长期稳定供应，考虑日后功能的完善和扩充，考虑系统和设备的更新，考虑高新技术的进一步采用。
　　综上所述，舰船电子系统和设备在舰船的特殊环境之中完成各自的使命任务，同时又互相联系、互相制约，并与其他舰载系统和设备一起完成整个舰艇、编队的使命任务。舰船电子装备的上述特点体现了它的系统性、综合性、特殊性、复杂性和适装性，说明舰船电子装备的发展是舰船技术发展的必然。

4 舰船电子装备的发展
　　二战以来，舰船电子技术最主要的应用和组成部分--舰艇作战装备，从单一走向系统，从单舰(艇)指挥控制发展到编队综合指挥控制，从单一兵种作战发展到海、空、陆协同作战。就海战而言，如果说，第一次世界大战是舰炮战，第二次世界大战是航母战的话，未来战争就将是电子信息战。
　　美、俄、英、法等先进海军国家都建立了相对独立的海军电子装备科研体系，相当数量的研究成果处于三军装备前列。如美海军的海空协同作战"CEC"系统技术成果是"战区导弹防卫系统(TMD)"最先获得成功的部分。美、英等国的海军已开始进入"数字化"时代。
　　海湾战争中以美国为首的多国部队，集中了36个国家，80万军队，百余种性能各异的武器装备系统。美军以其高技术电子装备的优势，建立了卓有成效的战区C3I系统，形成了对多国部队的统一指挥、密切协同、协调一致的作战关系。此外，舰艇电子系统还与空间系统紧密联系，通过侦察、通信、导航、卫星和预警机，获得大量情报(约占总情报量的70%)。 同时从舰上和空中对伊拉克展开强大的电子攻击，使其武器装备失去作用，以极小的代价取得了战争的胜利。
　　实践证明，舰船电子装备不再是作战辅助系统，而已成为重要的作战支柱。因此，世界各国海军都大量投资，竞相发展舰船电子技术，研制出各级各类先进的舰船电子装备，其先进性突出体现在早期发现、快速反应、合成指挥和远程独立作战能力上。
　　国外舰船电子技术和装备在几个主要方面的发展情况如下。

4.1 探测技术方面
　　各国舰载防空武器系统中雷达系统的配置主要有两种类型。一种是以大型多功能相控阵雷达系统为中心集远程警戒、搜索、跟踪、制导于一体的综合性立体防空系统。另一种是以一部或多部中远程多功能三坐标雷达为主战雷达，与跟踪制导、近程防御、火控雷达等一起构成分布式区域防空系统。在雷达组网、信息交换和共享、固态化、低副瓣天线和副瓣消隐、频率捷变、频率分集、脉冲压缩、脉冲多普勒、多站反隐身、超视距定位和攻击等技术方面进展迅速，已进入实用阶段。
　　红外警戒系统的探测距离、指示精度、处理目标数量及光电跟踪仪的跟踪距离、跟踪精度和反应时间都有较大提高。传统的潜望镜已发展为同时具有多种功能的光电桅杆。美国已经研制出第三代光电桅杆；英国、法国和德国也已研制成功，并装备潜艇。
　　水声装备已开始采用相控技术，并在水声环境与信道匹配、水声信号处理与目标分类、新型水声换能器、反隐身、水下小目标探测以及快速反应等技术的研究方面取得了大量研究成果，进入应用。

4.2 通信技术方面 
　　通信技术正在向综合化、数字化、高速化、智能化的方向发展。通过数字化，不但可将不同的通信业务如话音、数据、图像综合在一起，而且可实现交换、传输、控制的自动化和智能化。如安装在美国"艾森豪威尔"号航母上的HYDRA综合通信系统，可提供飞行甲板、损管、保安、灭火、船只协调、船只到船只、船只到岸站等领域的通信，采用FDMA(频分多址)技术，可传输模拟话音、数字话音和数据，近期准备升级为采用TDMA(时分多址)或F-TDMA(频分－时分多址)技术。通信网络正在向应用ATM(异步传输模式)技术发展，采用ATM技术可克服话音、数据、视频网络相互独立的缺陷，便于形成统一的综合业务数字网。通信设备正在向多频段、多功能方向发展，做到设备减少功能倍增，同时使其具有完备的抗毁、抗干扰和安全保密性能，以提高反对抗能力。

4.3 信息网络技术方面
　　国外海军作战信息网络系统的发展各有特点，但水平最高且最具代表性的当推美国海军。二战后美国海军耗巨资开发和建设C3I系统，获得显著发展。 其特点在于整体性和先进性。整体性表现在上自全国最高当局，下至舰艇和作战飞机组成了完整的指挥控制系统，即全球军事指挥控制系统(WWMCCS)和海军指挥控制系统(NCCS)。在NCCS中，各岸基指挥控制系统与海上指挥控制系统构成整体。先进性集中体现在远程独立作战、快速反应和合成指挥效能方面。美海军为适应未来网络中心战的需求，制定了耗资100亿美元的IT-21信息技术计划，用以构筑指挥、控制、通信、计算机、情报、监视、侦察(C4ISR)综合系统。
　　值得注意的是台湾海军也已建成"大成网"，集指控、管理、通信、情报于一体，形成综合性指挥控制系统。

4.4 对抗技术方面
　　20世纪70年代以来，随着电子计算机和微电子技术的迅速发展，在雷达、通信、水声新体制和精确制导武器、C3I系统不断发展的同时，电子战技术也有了迅速提高， 在电子战系统综合化、电子战工作频谱展宽、隐身技术研究等方面都有很大进步。一批在复杂电磁环境下电子侦察/告警、决策和有源/无源干扰综合管理的综合电子战系统相继问世，成为现代各种战舰的综合电子战中心。根据国外报道，未来十年各国舰艇隐身技术将有重大进展，海上综合电子战系统也将向多信息资源有机融合，智能化，作战效果评估和决策优化，通信、雷达、光电、水声、红外、激光全频段探测告警，多目标有源干扰功率管理，无源干扰作战样式优化管理的方向进一步发展，逐步建成在高密度电磁环境下有侦察定位和编队电子战管理能力的新一代高智能海上综合电子战系统。

　　除了上述舰船主要电子系统和设备的专业技术发展以外，从总体上来说，舰船电子装备主要是围绕着信息的综合利用、指挥控制和电磁能谱控制权发展的。经过几十年的发展，舰船电子装备在信息多样、范围多维、相互对抗、顶用可靠几个方面取得了突飞猛进的发展：

　　一是获取信息的手段日益增加。当前已可通过雷达、声呐、光电、卫星等技术手段获得各种形态(声、光、电、磁、热等)各种形式(信号、报文、数据、图形、图像、语言等)的信息。

　　二是探测、传输信息的距离和范围日益扩大，速度迅速提高。距离已从千米级发展到千公里乃至万公里级，范围已从空中、水面、水下发展到全球和外层空间，速度已达到秒、微秒、毫微秒级。

　　三是日益重视软对抗，即在雷达对抗、通信对抗、水声对抗、光电对抗等方面加强研究，力图控制电磁能谱权。

　　四是广泛使用计算机技术和网络技术，强调信息的综合利用，形成多层次、开放式的综合网络体系。光纤嵌入式网络(SAFENET)的传输速率已达到百兆位/秒(100Mb/s)。以传输、组网、多路复用和交换等技术为内容的异步传输模式(ATM)的宽带高速数据网技术的开发应用，将为海军提供更加有力的通用信息平台。

　　五是可靠性、维修性、可用性获得较大提高。由于微型元器件的采用，对舰船环境的适应性有很大提高，增强了可靠性；由于综合化多功能结构的设计方法，当某些硬件故障时可采用软设备作功能性替代，增加了可维性；由于采用智能化可随机构筑系统，大大提高了可用性。