從美國海軍阿利·伯克級 Flight IIA 導彈驅(qū)逐艦 (DDG 51) USS Stockdale 桅桿頂部看到的景色

現(xiàn)代戰(zhàn)艦上的桅桿集成對海軍建筑和作戰(zhàn)系統(tǒng)工程領(lǐng)域都提出了重大挑戰(zhàn)。目前，桅桿和上層建筑擠滿了用于電子戰(zhàn)、信息操作、通信和雷達功能的大量射頻孔徑。如此擁擠的環(huán)境意味著每個射頻系統(tǒng)通常都有自己的天線孔徑；集成這些獨立的系統(tǒng)需要額外的費用來修改船舶的電子設(shè)備、培訓操作員和后勤。

在有限的空間內(nèi)增加新功能的難度對于潛艇來說更為嚴峻。在這種環(huán)境下，射頻天線必須結(jié)構(gòu)緊湊，并且必須集成在密閉條件下。

長期以來，人們認為船舶桅桿集成面臨著許多困難。例如，多個射頻系統(tǒng)緊密安裝在一起，每個系統(tǒng)都需要無障礙地使用電磁頻譜，這不可避免地帶來電磁相互干擾/電磁兼容問題。由于需要安裝大量離散的射頻孔徑/天線，船舶的射頻信號特性和雷達截面很難管理。此外pg電子麻將胡了，對于新建船舶，新的通信和雷達要求增加了上甲板和桅桿的尺寸、重量和功率要求，從而推高了船舶尺寸、功率容量和成本。

這些障礙催生了將整體設(shè)計方法和先進技術(shù)相結(jié)合的研發(fā)活動，使未來的平臺從一開始就能夠設(shè)計出更加集成的桅桿架構(gòu)。這種方法的困難在于，集成桅桿必須使用多種工程原理，從復雜的電磁干擾/電磁兼容性（EMI/EMC）計算和計算流體動力學來預測桅桿氣流，到相對簡單的海上導航補給和生命部署——節(jié)省設(shè)備。

為了適應這些不斷變化且經(jīng)常相互沖突的要求，桅桿設(shè)計被視為一個協(xié)作的跨學科領(lǐng)域，涉及 EMI/EMC、信號特征管理、雷達和通信、安全管理和成本分析等學科。設(shè)計集成桅桿架構(gòu)必須進行協(xié)作，以平衡傳感器和通信性能、船舶信號特性、可靠性和 EMI/EMC 等多種要求。

此外，人們認識到艦載射頻系統(tǒng)的技術(shù)、工藝和架構(gòu)也必須同步發(fā)展，以實現(xiàn)傳感器、效應器和通信系統(tǒng)之間的射頻資源共享，實時動態(tài)分配資源和頻譜。這正是美國海軍試圖通過海軍研究辦公室（ONR）開展的集成桅桿（InTop）創(chuàng)新艦載原理原型（INP）項目解決的問題。

InTop INP項目于2009年啟動，旨在開發(fā)新技術(shù)和系統(tǒng)，以形成改進的、負擔得起的多功能能力，并使用開放式架構(gòu)來集成現(xiàn)有設(shè)備和其他InTop系統(tǒng)。這允許更靈活地調(diào)整平臺功能以響應快速變化的環(huán)境，支持通過模塊化開放接口集成附加功能，并能夠在不改變基本系統(tǒng)設(shè)計的情況下添加/刪除系統(tǒng)硬件和/或組件?；蜍浖?InTop項目還尋求將集成通信/傳感器系統(tǒng)引入船舶設(shè)計中，以優(yōu)化船舶的尺寸和性能參數(shù)。

InTop項目于2016年正式結(jié)束。但隨后的電磁機動作戰(zhàn)司令部（EMC2）項目繼承了InTop項目的工作。同時，InTop項目期間成熟的多項技術(shù)也被轉(zhuǎn)移到其他項目中。

射頻多功能系統(tǒng)

InTop借鑒了ONR的早期研發(fā)成果，特別是先進多功能射頻概念（AMRFC）測試平臺和多功能電子戰(zhàn)（MFEW）高級開發(fā)模型（ADM）。 AMRFC項目起源于1999年，是一個原理驗證示范項目，旨在開發(fā)一種通用寬帶射頻孔徑，可以同時執(zhí)行雷達、電子戰(zhàn)和低信號特性的通信功能。目的是顯著減少桅桿上的射頻孔徑數(shù)量，大幅降低 RCS，增強功能并增加帶寬。

實際上，AMRFC 是對集成桅桿概念的首次測試，集成了多功能收發(fā)器陣列、激勵器/接收器以及由海軍研究實驗室 (NRL) 和工業(yè)界開發(fā)的海軍資源分配管理器。 。集成于2004年在馬里蘭州海軍研究實驗室的AMRFC測試臺上完成，并向美國海軍研發(fā)和采辦部門充分展示了電子戰(zhàn)（主動和被動）、通信和雷達功能的同步運行。

繼AMRFC之后pg賞金大對決試玩版，ONR和NRL于2005財年啟動了MFEW未來海軍能力（FNC）項目pg電子娛樂平臺，旨在將關(guān)鍵電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)推進到全面工程開發(fā)階段。 MFEW結(jié)合了七個方面的性能要求：頻域和空域覆蓋；敏感性；系統(tǒng)響應時間（從信號檢測到輻射源報告）；電磁環(huán)境要求（船內(nèi)外輻射源）；信號到達角度測量精度；天線RCS；輻射源分級要求（包括誤報率）；對新出現(xiàn)的特定威脅的響應能力。此外，ONR要求設(shè)計必須模塊化、開放、可擴展，以滿足多種平臺的尺寸規(guī)格和運行要求，并實現(xiàn)電子戰(zhàn)功能的增量升級，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)資源分配管理器（RAM）的集成在實時控制下進入傳感器/通信系統(tǒng)。

2005年9月，諾斯羅普·格魯曼公司通過競標贏得了MFEW先進研制模型的開發(fā)合同。2007年10月，諾斯羅普·格魯曼公司將該模型交付給NRL進行安裝和測試。該模型展示了執(zhí)行多種電子支援功能的能力，包括高概率攔截、精確定位和源識別，以及與RAM和其他射頻系統(tǒng)的集成，并為水面電子戰(zhàn)改進項目（SEWIP）提供支持) 塊 2 技術(shù)。該解決方案提供低風險的架構(gòu)和技術(shù)，使SEWIPBlock 2能夠成功通過技術(shù)成熟度評估。

ONR還與DRS公司簽訂了合同，開發(fā)符合MFEWADM開放接口標準的射頻接收器模塊。 DRS在現(xiàn)有SI-9155的基礎(chǔ)上開發(fā)了類似的SI-9161裝置，該裝置與諾斯羅普·格魯曼公司的接口兼容。

MFEW原型機于2008年5月進行了最后的演示，隨后安裝在康斯托克號登陸艦上，并參加了2008年在夏威夷舉行的環(huán)太平洋軍事演習。演習期間，“康斯托克”號上的MFEW參加了TAPA II（反艦導彈計劃部署技術(shù)合作項目）技術(shù)演示，澳大利亞和加拿大也參加了演示。 MFEW 原型機在演習結(jié)束后返回 NRL，以支持 InTopINP 項目。

InTop 項目的目標

InTop項目在前期一系列多功能射頻系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，致力于開發(fā)一系列可擴展的多功能射頻系統(tǒng)和配套電子子系統(tǒng)，以實現(xiàn)雷達、電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)和通信功能。與傳統(tǒng)的多個離散系統(tǒng)相結(jié)合的方法相比，部署這種集成系統(tǒng)可以降低船舶建造成本、人員規(guī)模、工程量和維護成本。

ONR InTop 項目負責人貝齊·德隆 (Betsy DeLong) 表示：“當前的通信、電子戰(zhàn)和雷達功能都是單獨開發(fā)的，這些系統(tǒng)在桅桿上爭奪日益有限的空間?！?“最終的結(jié)果是，當你花費數(shù)百萬美元優(yōu)化一個系統(tǒng)后，還必須花費數(shù)百萬美元進行次優(yōu)化，才能使系統(tǒng)在擁塞和電磁頻譜干擾的環(huán)境中工作。

InTop 計劃從根本上改變了我們對海軍艦載射頻系統(tǒng)的看法。 InTop 項目將多種射頻功能集成到一個系統(tǒng)或系統(tǒng)中，可以在 HF 到 Q 頻段范圍內(nèi)共享孔徑和/或電子器件。這樣就無需為船舶所需的每個射頻功能購買一套專用設(shè)備（包括天線和甲板下電子系統(tǒng)）。這種方法可以顯著釋放船上空間，減輕系統(tǒng)重量，并減少后勤和維護工作量。此外，還提高了系統(tǒng)的頻率靈活性，因為它可以選擇不會產(chǎn)生相互干擾且不受干擾的頻率來執(zhí)行射頻功能，也可以簡單地選擇可以實現(xiàn)系統(tǒng)最佳性能的頻率在目前的條件下。 InTop 在天線和電子設(shè)備重新配置方面的靈活性使其能夠在任何條件下執(zhí)行最關(guān)鍵的功能。

InTop 的系統(tǒng)系統(tǒng)方法將射頻視為一種資源，不斷分配給最高優(yōu)先級的需求。 InTop希望利用自適應寬帶孔徑和信號處理的靈活性來控制電磁頻譜，在保證雷達/電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)/通信功能的同時，大幅降低系統(tǒng)成本。

ONR 通過 InTop 和 EMC2 項目資助一系列原型開發(fā)

動態(tài)控制射頻頻譜的想法可以分解為一系列互補的目標：開發(fā)、集成和演示新的多波束孔徑和子系統(tǒng)，以支持射頻多功能（雷達、電子戰(zhàn)、信號處理和通信） ;通過資源分配功能優(yōu)化射頻頻譜和硬件的使用，展示機載射頻功能的集成和實時協(xié)同控制；與海事系統(tǒng)司令部合作，將InTop的通信/傳感器集成系統(tǒng)引入船舶設(shè)計中，優(yōu)化船舶尺寸和性能；通過監(jiān)測和控制電磁相互干擾來提高無線電頻率頻譜可用性并開發(fā)新的無線電頻譜操作概念。

InTop項目的最終目標是開發(fā)多種技術(shù)、架構(gòu)和方法，包括：具有更大靈活性的模塊化、開放性、可升級的射頻架構(gòu)；軟件定義的功能，通過軟件升級快速適應新的威脅或滿足新的需求。需要；同步射頻功能，能夠支持任務并消除電磁干擾；更小的尺寸、重量和功耗（與傳統(tǒng)桅桿相比）；成本較低（與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比）；在桅桿上優(yōu)化部署更多射頻功能；天線桿和平臺架構(gòu)之間的無縫且兼容的集成。

技術(shù)演示

除了利用AMRFC和MFEW的成果外，InTop項目還利用了許多其他技術(shù)成果，包括許多固態(tài)電子器件技術(shù)發(fā)展和可以降低成本的新孔徑架構(gòu)（InTop項目最大的挑戰(zhàn)是開發(fā)經(jīng)濟實惠的寬帶陣列）。另一個重要成就是在“提康德羅加”級巡洋艦上展示的S波段接收孔徑。該孔徑可同時產(chǎn)生三束波束，用于“標準”導彈的遙測，比同等性能的導彈更具成本效益。碟形天線應該很低。

還有一個重要的研究基礎(chǔ)來自為期九個月的海軍/工業(yè)研究項目，涉及的公司包括 ATK Space Systems、BAE Systems、Ball Aerospace Technologies、DRS Signal Solutions、General Dynamics Advanced Information Systems、Lockheed Martin、M/A-COM 、諾斯羅普·格魯曼公司和雷神公司。該項目團隊于 2008 年確定了開發(fā)和交付開放式射頻架構(gòu)的最佳方式。

基于射頻系統(tǒng)的通用架構(gòu)，項目組成立了四個由海軍和工業(yè)部門組成的聯(lián)合小組：收發(fā)器孔徑子系統(tǒng)研究小組；射頻及中頻子系統(tǒng)研究團隊；數(shù)字信號處理器和數(shù)據(jù)處理/軟件子系統(tǒng)研究團隊Team；資源分配經(jīng)理/軟件/作戰(zhàn)系統(tǒng)子系統(tǒng)研究團隊。還成立了綜合桅桿項目監(jiān)督小組，以解決系統(tǒng)工程問題，并為另外四個小組提供技術(shù)和管理監(jiān)督。

團隊需要研究如何將四個常見架構(gòu)塊進一步劃分為模塊化硬件和/或軟件單元，并提供適合開放架構(gòu)的接口。然后分析這些模塊的架構(gòu)，以使它們適應通信和傳感器系統(tǒng)。

測試平臺

在InTop項目中，ONR承擔了一系列ADM/技術(shù)演示測試平臺的建設(shè)，用于測試不同的多功能射頻系統(tǒng)。這些平臺都繼承了以往多功能無線電頻率（包括電子戰(zhàn)、通信、雷達和信息戰(zhàn)能力）研究的基礎(chǔ)。

ONR 于 2010 年授予了兩份合同，開發(fā)集成多波束電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)/視距通信 ADM。該ADM將用于支持SEWIP Block 3項目的多功能、多頻段、多波束寬帶陣列（Block 3在Block 2電子支援系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電子進攻能力）。原型機的主要功能包括： 而衛(wèi)星通信只是輔助功能。

InTop項目還使用ONR高吞吐量網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)項目開發(fā)的低成本、窄帶相控陣技術(shù)來支持通用數(shù)據(jù)鏈路（CDL）通信功能。窄帶 CDL 和寬帶 InTop 陣列都能夠提供多波束功能，但 InTop 陣列在波束形成、干擾歸零和頻率覆蓋方面提供更大的靈活性。

接收陣列可以提供的波束數(shù)量取決于特定的數(shù)據(jù)鏈路通信需求。一個CDL陣列（每艘船四個陣列）單獨使用時可提供8個接收波束，使用音調(diào)分集接收時可提供4個接收波束（以消除多徑和大氣影響）。一組InTop接收陣列（每艘船4個陣列）最多可支持16條通信鏈路，在保證最大通信距離的前提下，還可支持4條通信鏈路。

ONR的多波束射頻多功能（電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)/通信）原型機包含四個寬帶AESA收發(fā)器陣列，覆蓋C波段到毫米波波段

同樣，傳輸陣列的大小必須根據(jù)支持的通信鏈路數(shù)量進行規(guī)劃。兩個陣列不僅可以單獨支持通信鏈路，還可以集成使用，實現(xiàn)通信冗余、多徑消除和頻率分集能力，利用空間隔離在現(xiàn)有頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)所需數(shù)量的通信鏈路。接收陣列資源配置加強了船舶頻率管理，避免頻率相互干擾和頻率沖突。

諾斯羅普·格魯曼公司于2012財年開始建造多波束電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)/通信ADM，建造團隊還包括哈里斯公司和波音公司。該模型于2014年交付給NRL切薩皮克灣分部。2015年10月和2015年11月，展示了電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)和通信的同時多功能。目前，該ADM已移植到SEWIPBlock 3項目中。

另一種射頻多用途模型是雷神綜合防御系統(tǒng)公司的 FlexRadar。該項目的合同于2014年上半年簽署。FlexRadar旨在展示基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)作和精確時間同步的新型雷達單元級數(shù)字波束形成功能。將先進的數(shù)字技術(shù)引入雷達前端，可以實現(xiàn)靈活、動態(tài)的多功能雷達，可執(zhí)行監(jiān)視、通信和電子戰(zhàn)等一系列任務。

雷神公司表示，F(xiàn)lexDAR 將開發(fā)增強未來雷達傳感器功能的技術(shù)，包括底層軟件定義的數(shù)字可重構(gòu)技術(shù)。 FlexDAR 將展示雷達功能和雷達間通信功能，從而實現(xiàn)雙基地交換和控制。雙基地雷達可以提供更遠的探測距離和穩(wěn)定的跟蹤距離，并且比現(xiàn)有的單基地雷達具有更好的電子防護能力。

FlexDAR的設(shè)計工作于2015年4月完成。雷神公司正在建造兩個相同的多功能陣列天線，未來將安裝在NRL進行演示。 DeLong 表示，F(xiàn)lexDAR 的前端陣列計劃于 2016 年底交付。 NRL 已經(jīng)完成了后端處理軟件，目前正在將其與雷神公司的前端集成。

洛克希德·馬丁公司承擔的潛艇和艦船加固衛(wèi)星通信項目也是InTop項目的一部分。該計劃完成了寬帶海底衛(wèi)星通信天線的最終設(shè)計，并于2012財年開始生產(chǎn)。目前，該天線的X波段發(fā)射陣列已在海軍水下作戰(zhàn)中心順利完成水壓測試，接收陣列正在進行調(diào)試最終集成和測試。對于堅固耐用的船上衛(wèi)星通信，ONR 已完成多種架構(gòu)的研究，并開發(fā)了多種新型波長縮放陣列和印刷陣列。這些工作都是為后續(xù)的ADM做準備。

NRL 的綜合桅桿設(shè)備

InTop 項目（稱為低頻帶強化信息戰(zhàn)/通信項目）的早期研究工作定義了 8 GHz 以下射頻系統(tǒng)的整體系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵系統(tǒng)要求。該項目后來更名為低頻段智能分配資源（LowRIDR），目前ADM子系統(tǒng)的開發(fā)工作屬于EMC2項目。

InTop 項目的另一個重要組成部分是低級資源分配管理器和架構(gòu)開發(fā) (LLRAM&ID)。該功能于2011年下半年交給諾斯羅普·格魯曼公司開發(fā)，主要管理系統(tǒng)內(nèi)部的資源分配、優(yōu)先級、校準和頻率沖突消除，以優(yōu)化射頻性能。軟件的維護將由 NRL 負責。

LLRAM&ID項目已完成，并與電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)/通信ADM集成，并已移植到SEWIPBlock3項目中。 FlexDAR 和 LowRIDR 中的相關(guān)研究工作仍在繼續(xù)，并成為 EMC2 項目的一部分。

技術(shù)改造

SEWIPBlock 2和Block 3的技術(shù)改造已經(jīng)有序進行。即將進行的一項重要改造是將通信功能（通用數(shù)據(jù)鏈是SEWIPBlock 3的基本要求）和資源分配軟件納入SEWIPBlock 3。此外，ONR正在尋求將海底衛(wèi)星通信技術(shù)轉(zhuǎn)化為先進的高數(shù)據(jù)評估項目并將 FlexDAR 升級為 AMDR（防空和導彈防御雷達）。

傳統(tǒng)船舶上層建筑與集成桅桿對比

德隆表示，將科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為裝備的最大挑戰(zhàn)是如何保持集成桅桿概念的完整。我們需要經(jīng)過充分測試、可靠且經(jīng)濟實惠的系統(tǒng)，既能滿足機隊當前的需求，又能保持開放的架構(gòu)，允許高效升級以滿足未來的需求。

ONR 的工作正在進行中，最近啟動了 EMC2 計劃，旨在進一步開發(fā)控制電磁頻譜的能力，以支持海軍的電磁機動戰(zhàn)概念。

EMC2：實施頻譜控制

繼 InTop 和其他早期技術(shù)開發(fā)工作之后，ONR 目前正在開展 EMC2 項目。該項目是美國海軍電磁機動戰(zhàn)（EMW）計劃的一部分。 EMW的前提是能夠快速、靈活、有效地利用電磁/網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 EMC2 計劃旨在提供開放式架構(gòu)系統(tǒng)功能，可根據(jù)目標平臺的規(guī)模和任務進行擴展，并通過資源分配管理器和頻譜管理器為美國海軍提供實時射頻頻譜敏捷性。

EMC2項目是在InTop項目的基礎(chǔ)上開發(fā)增量多功能能力和指揮控制能力，并通過系統(tǒng)的方式集成這些能力。在2015年11月6日發(fā)布的技術(shù)成熟度和風險降低（TM&RR）征集公告中，ONR提到EMC2項目將開發(fā)硬件和軟件密集型系統(tǒng)，以實現(xiàn)在較寬頻率范圍內(nèi)監(jiān)控無線電頻譜的能力。并將最佳頻率和資源分配給射頻功能，以適應電磁環(huán)境和操作要求的變化。

2016年4月，ONR向12家公司授予了無限期交付/無限期交付數(shù)量合同，其中包括：Lockheed Martin、Argon Saint、Northrop Grumman、Raytheon Integrated Defense Systems、EOIR Technologies、SI2 Technologies Inc.、S2 Inc.、Ocean Group Inc.、Leidos Inc.、Rockwell Collins Inc.、Physical Optics Group Inc. 和 TiCom Geomanics Inc. 這些公司可以競爭根據(jù)合同條款。這些合同的總價值可達8億美元。 ONR表示，EMC2原型機可具備射頻多功能和資源管理能力，為平臺提供更大的靈活性，以適應快速變化的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略環(huán)境。這些系統(tǒng)采用模塊化和開放式接口，可以在不影響系統(tǒng)基本設(shè)計的情況下添加或刪除硬件和/或軟件，因此可以更容易地集成新功能。

得益于InTop項目，EMC2項目涵蓋了研究、設(shè)計、制造、集成、測試和評估等一系列任務，可以支持原理樣機和子系統(tǒng)的開發(fā)和演示。通過采用從射頻、電路到軟硬件的模塊化、開放式、可升級的架構(gòu)，可以將電子戰(zhàn)、雷達、通信、信息戰(zhàn)等射頻功能集成到一套通用的多功能孔徑和電路中。

LowRIDRADM 也包含在 EMC2 項目中。 LowRIDRADM的目標包括：使用一組通用的共享孔徑和處理設(shè)備來實現(xiàn)HF至C頻段的通信和信息戰(zhàn)功能，從而減少HF至C頻段的專用天線數(shù)量； LowRIDR通用天線既可以提供定向波束，也可以提供傳統(tǒng)的全向波束；在LowRIDR和各用戶系統(tǒng)的接收器/發(fā)送器之間提供公共的開放式信號分配系統(tǒng)；更好地協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作頻段內(nèi)的多個射頻功能。

LowRIDR采用模塊化開放系統(tǒng)方式，可在系統(tǒng)控制器的控制下基于通用設(shè)備實現(xiàn)通信、敵我識別、塔康、信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)等功能。系統(tǒng)控制器使用InTop項目開發(fā)的資源分配管理器和基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)ONR公布的信息，LowRIDR ADM主要工作在100-525 MHz和0.5-2.7GHz兩個頻段?？梢詫崿F(xiàn)的射頻功能包括 Link16、敵我識別、TACAN、信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)和實時頻譜操作。

EMC2的另一個關(guān)鍵部分是指揮控制系統(tǒng)，它優(yōu)化了所有InTop原型機的使用，動態(tài)優(yōu)化所有射頻功能的性能，以在所有作戰(zhàn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)指揮官的意圖。 ONR目前正在與海軍作戰(zhàn)發(fā)展司令部合作開發(fā)新的作戰(zhàn)概念。

（《國際電子戰(zhàn)》編輯部供稿）

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