空中预警机的发展及关键技术分析

rf_001

经过几十年的发展，空中预警机（AWACS）已由早期仅有的监视、预警功能，发展成兼备
监视、跟踪、指挥、控制功能的完善系统，成为C4ISR系统的重要一环，是迅速获得有关
战场态势并据此作出正确决策的不可缺少的关键系统。F-117、B-2、隐身巡航导弹等低可
观测目标的出现以及未来严峻的电子战环境，促使空中预警机进一步完善和发展。
　　一、空中预警机发展状况
　　早期机载雷达性能较差，一般只能搜索、监视中高空和海上目标，对陆地低空飞行目
标探测能力较差，仅可预警，不具备指挥、控制功能；20世纪70年代后，随着计算机等技
术的发展，研制出了抑制地面杂波干扰的脉冲多普勒雷达，可探测低空和超低空飞行目标
；随着雷达及其相关技术的不断改进和完善，系统探测距离更远、精度更高、功能亦不断
扩展，进而发展成为现代空中预警机，可监视300～600km范围及从各个空域入侵的的空中
目标，并能引导和指挥己方战斗机升空拦截，已从单纯的空中警戒发展成集预警、指挥和
控制于一体的空中指挥中心。
　　目前，已有20多个国家/地区装备了300多架空中预警机，还有许多国表示了购买空中
预警机的意向。美国、俄罗斯、以色列等少数几个国家具有独立研制大中型空中预警机能
力。
　　（1）装备现状。目前装备的空中预警机大多为固定翼预警飞机，少量为预警直升机
。美国对空中预警机的研究较早，其空中预警机的数量和技术水平均处世界前列，如在美
国和其盟国装备的E-2、E-3等；俄罗斯、以色列、瑞典、英国等国对空中预警机的研制工
作也很早就展开了，并分别研制装备了A-50、费尔康、Saab-340 AEW&C和\"海王\"AEW2A 等
。
　　（2）技术现状。目前空中预警机能同时监视、跟踪数百个目标（如E-3、E-2C为600
个，A-50为50个），具有可靠的通讯、数据传输和敌我识别系统，其战术显示台可根据需
要按不同的比例显示某一方向或局部空域的空情，不仅能有效地指挥空战，也能监视两架
飞机之间的格斗过程。
　　二、空中预警机平、战时期作用分析
　　现代空中预警机在平、战时期执行战争预警、防空预警、空中拦截引导、指挥大规模
空战及协调战区中所有防空武器等任务，其作用在几次典型局部战争中已体现得淋漓尽致
。
　　1.和平时期战争预警
　　根据国际政治、军事态势的发展，可将空中预警机调往焦点地区或在本土上空、敌方
地空导弹火力圈之外、沿边界进行巡逻飞行，通过主/被动电磁侦察监视敌方部队的调动
、兵力集结等情况，凭此可判断其战备进程，推测进攻时间，以便适时发出战争预警。
　　2.战争期间空中预警机的作用
　　（1）防空预警。超低空突防、隐身、防区外发射、巡航导弹等技术的发展与应用，
使探测、拦截更为困难，需要早期预警，加大预警距离，外推拦截线。目前只有空中预警
机可担此重任。
　　（2）大规模空战中的指挥调度。在现代战争中，敌我双方参战飞机往往是多架次、
多批次、多机种参与复杂的大规模空战，没有空中预警机提供空情，适时引导，合理调度
，要想获胜是不可能的。
　　（3）防空作战中的统一协调。现代化战争战场纵深大，需要利用信息系统、各种火
力单元与电磁装备相互支援，多军兵种协同作战。空中预警机具有机动性好、可靠性高、
生存能力强、覆盖地域大以及兼有探测、指挥、控制之功能，特别适宜担负各地面防空兵
器的协调、指挥和控制任务。
　　总之，空中预警机的运用可大大提高战争的整体作战效率。据估算，一架空中预警机
如提供30分钟以上的预警时间，其工作效率相当于8～10个先进高性能大功率的地面雷达
，并可节省2～3个地面警戒雷达团的兵力。国外对防空系统的数学模拟亦表明，对配备空
中预警机的防空部队，其防空效率可提高15～30倍；拦截、击落来袭目标增加35%～150%
；把敌机袭击自己后方的次数减少15%～55%；在不降低战斗力的情况下，可大大减少截击
机的数量。据报道，E-3A的使用可使其防空截击机由原来的530架减到200架。
　　三、空中预警机关键技术分析
　　1.有源相控阵雷达技术
　　随着天线阵列、微波、信号和数据处理、微电子等各种技术的发展，相控阵技术得以
快速发展，在20世纪80年代，无源馈电机载相控阵体制获得初步应用，随后有源相控阵技
术也逐步进入机载雷达领域。由于该技术采用成百上千个独立的T/R模块和辐射单元构成
，具有可靠性高（据试验，10%单元失效，对系统性能无显著影响，不需立即维修；30%单
元失效，系统增益降低3db，仍可维持基本工作性能）、扫描波束快（达ms甚至μｓ级）
、抗干扰及区分近距离目标能力强等众多显著特点，是空中预警机为提高性能所追求的。
但由于该技术还在发展中，还存在一些诸如Ｔ／Ｒ模块的材料选择、体积、质量的控制等
需要解决的问题。目前以色列（\"费尔康\"空中预警机，Ｓ－ＰＡＲ雷达，具有７６８个单
元）、瑞典（\"地铁\"３ 空中预警机，具有２００个单元的ＰＳ－８９０\"埃里眼\"雷达）
、美国（Ｆ－２２的火控雷达）已初步采用了该项技术。
　　2.低可观测性目标探测技术
　　雷达反射面积（ＲＣＳ值）大幅减少的隐身舰艇、隐身战车、隐身巡航导弹、隐身飞
机等各种隐身目标的出现，对空中预警机探测技术提出了巨大挑战。据雷达工作原理，如
果目标ＲＣＳ值降低一个数量级，要保持雷达原来的探测距离，雷达的性能必须提高４个
数量级。可见探测低可观测性目标的技术难度很大。目前的技术主要有重新采用较低的频
段、开发更高的毫米波频段、雷达组网探测等技术，但是限于物理尺寸、质量、费用等方
面的原因，上述技术在短期内尚难全面在机载条件下使用。
　　3.多传感器信息融合技术
　　为更好地探测隐身目标、直升机、巡航导弹等ＲＣＳ值较小的目标，空中预警机利用
战术数据链把机内／外多传感器传来的各种数据和信息进行融合，以便得到更精确的目标
位置、速度等信息。但多传感器信息融合技术本身是新兴的发展很快的技术，对其结构、
算法还需要深入研究。
　　4.多目标识别技术
　　现代立体作战环境非常复杂，战线犬牙交错，为避免误伤己方或中立方目标，需要准
确识别、跟踪、指示所攻击目标。据报道，未来空中预警机将装备功能强大的大规模并行
计算机和大量数据库，以便更好识别目标和剔除干扰信号。但目前这一问题尚未很好解决
，如海湾战争以来所发生的几次较大规模的局部战争中都有误伤的报道就是很好佐证。该
技术实际上可以包括在多传感器信息融合技术中，但鉴于该技术的重要作用，在此重新作
为一条关键技术罗列出来。
　　四、空中预警机发展趋势
　　目前大部分空中预警机是依据２０世纪６０～７０年代作战环境和空中目标设计的，
目前及未来作战环境及探测对象已经发生或将要发生很大变化，使空中预警机对目标跟踪
、预警、监视、指挥难度加大。为适应新形势发展，这里对空中预警机提出几点讨论和展
望。
　　1.开发研制新系统
　　美、俄两军事大国，为了保持自己的军事优势，不断开发新型空中预警机。如美国正
在研制的Ｓ－３ＡＥＷ系统和波音ＥＸ，前者是在Ｓ－３基础上改装，其特点是在机身中
部上方用支架安装固定的符合气动要求的三角形机匣，机匣内装雷达及３个有源电子扫描
阵列；后者于１９８８年开始研制，布局呈连翼钻石型，布置在４个翼面上的全展长保形
有源相控阵天线能产生最佳效果，可扫描３６０°，二者均为代替Ｅ－２Ｃ而设计的。俄
罗斯研制的安－７１、卡－３１（卡－２９ＲＬＤ）空中预警机，前者平台为安－７２双
发涡扇短距起落多用途运输机机体，采用相干脉冲多普勒雷达，装备\"库兹涅佐夫\"航母，
但由于资金等原因，该计划已推迟；后者在卡－２９海上攻击直升机的基础上研制，采用
长为６．１ｍ的平板雷达天线，可旋转３６０°，起飞时天线紧贴机身，执行任务时由液
压作动筒使其在机身下展开，该机经过长期改造和试验后，于１９９５年加入俄罗斯海军
航空兵服役。
　　2.减少研制大/中型空中预警机
　　大/中型空中预警机性能优越，但存在研制周期长、费用高、风险大等问题，因此大
中型空中预警机的研制会减少，但会加大技术改进力度。如美国Ｅ－３Ａ 空中预警机的
雷达从预研到生产用了１５年，总经费１５亿美元；英国\"猎迷\"空中预警机在花费了１０
亿多英镑、用时１２年后，宣布放弃研制计划。目前大型空中预警机也仅在美、俄等少数
几个大国中使用。ＲＣＳ值很小的巡航导弹、隐身飞机的出现，会促使对现有大中型空中
预警机的不断改进。如美国空、海军通过对Ｅ－３、Ｅ－２的技术改进，使其分别至少服
役到２０２５年和２０１５年。
　　3.进一步发展小型空中预警机
　　空中预警机在几次大规模局部战争中发挥的重要作用使世界许多国家出现了研制、采
购空中预警机的热潮。但由于大型预警机在价格、技术、维护保养及使用费用方面的诸多
原因，使许多中小国家不敢涉猎，进而转到价格低廉、性能适中、使用费用低、维护方便
及对机场要求不高、具有一定的战术指挥能力、可满足现代局部战争的大部分作战任务的
小型空中预警机上。实际上小型空中预警机如果能与预警卫星配合使用，完全可满足现代
常规战争的需要。
　　4.加强空中预警机的自卫能力
　　Ｅ－３等大部分空中预警机缺乏相关的自卫设备，这样在执行任务时，尤其在前出基
地较远距离时，不得不依靠其他作战飞机的保护，因此必须加装必要的自卫设备。Ａ－５
０的某些性能虽然不及Ｅ－３，但其电子自卫能力却非常强大，并且足以对低空突击队的
敌机构成严重威胁。
　　5.加装CSM（通信情报支援措施）设备
　　在现代战争中，ＣＳＭ设备的重要作用不可忽视。据报道，如果隐身轰炸机机载雷达
不开机，采用后方无线电指挥通信（需要２０～２５次通信）引导，实施超低空突袭，此
时雷达和ＥＳＭ都不能发现目标，而ＣＳＭ设备可截获敌方之间通信，发现目标。ＣＳＭ
设备的重要作用主要表现在以下几方面。
　　（１）通过对地空、空中交通管制及空空通信侦察、测向、定位，可以远距离（大于
４００ｋｍ）早期发现机场的起飞情况，获得更长的预警时间。
　　（２）实战中，ＣＳＭ设备通过通信情况，可识别真假目标。
　　（３）利用ＣＳＭ设备可以截获敌通信情报，获得敌人的作战企图。
　　（４）ＣＳＭ设备可以监视敌方对己方通信链路实施的干扰信息，进行通信电子战效
能评估等。
　　6.改进通信和显示系统
　　勿容置疑，通信和显示系统在空中预警机中具有重要作用。美国空军针对海湾战争以
来出现的空中预警机机组人员处理信息能力和与其他飞机通信能力不足的问题，正在对空
中预警机通信和显示系统进行改进。美空军计划在２００９年前，在空中预警机上安装改
进的数字卫星通信系统，包括全球广播系统（ＧＢＳ）和情报广播系统（ＩＢＳ）等接收
机系统。其中ＧＢＳ可使机组人员在飞行中接收任务命令、天气和其他数据，实时查看本
地天气情况等；ＩＢＳ可使机组人员接收经过更新的威胁数据，系统采用波音公司新开发
的相控阵天线。对空中预警机显示系统的改进是安装较大的全彩色显示屏，ＧＢＳ和ＩＢ
Ｓ所提供的大量附加信息都可在显示屏上显示，从而减轻操作员负担。