0 引　言

随着海上战争模式和作战体系的不断更新和变化，为了保证在多任务形势下的综合战斗力，水面舰船对雷达侦测、通信、电子战等射频功能的需求越来越多，因此水面舰船上层建筑设计将面对越来越多的挑战^[1]。这些挑战主要体现在：若采用传统设计方法，上层建筑将会布设有大量离散的射频孔径及天线，上层建筑的隐身性很难被控制，难以满足要求；不断新增的通信和雷达设备会增加上层建筑及桅杆的空间需求、重量及电力消耗，同时也会导致船型不断增大和建造成本增加；考虑到每个射频设备都需要在其工作角域内无障碍传播，且要避免电磁干扰现象发生，射频设备的布置难度不断加大；由于每个系统或设备会对操作和维修的人员培训、维护保养和备品备件等提出需求，这无形中会增加后勤保障方面的问题。

面对以上困难，美国海军通过其海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）牵头组织的集成上层建筑（Integrated Topside，InTop）演示验证项目予以解决。该项目作为创新海军样机计划（Innovative Naval，INP）之一，其研究的重点是开发一个通用化、模块化、可扩展的电子战、雷达和通信的设备和平台，以支持多种舰船综合射频设计^[2]。

本文通过对InTop项目的前期研究基础、研制的基本情况、后续衍生项目进行介绍和分析，梳理该项目的组成和研制特点，给出了该项目的思考和启发，为我国舰船在综合集成上层建筑设计及综合射频方面的研制工作提供参考。

1 前期研究基础

InTop建立在ONR前期开展的先进多功能射频概念（Advanced Multi-function Radio Frequency Concept，AMRFC）和多功能电子战争（Multi-Function Electronic Warfare，MFEW）先进发展模型的研究基础之上^[4]。

1）AMRFC项目

AMRFC由海军研究实验室（Naval Research Laboratory，NRL）牵头实施。该项目的研究目的是解决当时水面舰艇电子设备和天线数量急剧增加所带来的一系列问题。该项目提出了在宽带有源相控阵体制上实现电子设备的雷达、通信、电子战等多功能、多任务综合一体化设计的概念，被认为是集成上层建筑概念的第1次尝试。

在这个项目中，NRL和相关工业部门对通用化的激励/接收器阵面进行研制，并开发了射频资源分配管理器（Resource Allocation Manager，RAM）。在NRL的切萨皮克湾分部（Chesapeake Bay Detachment，CBD）的试验台上，这些装备进行总装^[5]，见图2。基于该试验平台，AMRFC通过采用独立的接收阵面和发射阵面，在共用6～18GHz综合射频孔径、波形产生与发射器、核心系统软件、综合射频软件等条件下，完成了电子战（主动和被动）、通信和雷达探测等方面的演示试验。

AMRFC项目最终实现了利用1套通用和隐身化的雷达孔径、通用的信号处理设备及通用的数据处理设备来模拟实现大量的雷达、电子战和通信的功能。

2）MFEW项目

AMRFC项目之后，ONR和NRL在2005年开展了MFEW未来海军能力（Future Naval Capability，FNC）计划。ONR对MFEW项目提出了几个关键指标：频率和空间覆盖、灵敏度、系统响应时间、电磁环境需求、信号到达角AOA、天线的RCS、对抗特殊新兴威胁的性能提出要求。此外，ONR要求MFEW的设计是模块化、开放式和可拓展的，这样才能够满足不同操作平台的需求，能够胜任未来不断增加的电子战功能的能力。

MFEW样机演示了可执行多种电子支援功能的能力（包括高概率窃听、精确方位搜寻和特殊的发射器识别），同时还展示了对RAM和其他射频系统集成的能力^[6]。在完成陆上演示验证后，MFEW样机被安装在美国海军的船坞登陆舰“康斯托克”号上，并参加了当年的环太平洋联合军演。

2 InTop项目基本组成

在InTop项目的名义下，ONR构建了一系列致力于处理各种多功能射频系统的样机/技术演示项目，具体可见表1和图3。

1）多波束电子战/信息战/视距内通信样机

多波束电子战/信息战/视距内（Line of Sight，LOS）通信样机的开发集成合同种具有多波段、多波束、宽频带功能的原理样机，主要功能包含了X到Ka波段的电子攻击、电子攻击支援、“鹰链”（Hawk link）系统备份、通用数据链路、视距内数据交换功能、SEI/ES支援和信息战支援，以及卫星通讯（SATCOM）增强等附属功能。该多波束样机原理样机包含了4个覆盖C波段到Ka波段宽波段的传输/接收AESA阵面，如图4所示。

该方案通过利用ONR开发的低成本、窄频带的相控阵技术来支持通用数据链波段范围内的通信。这种相控阵技术也是高处理网络基础设施（High Throughput Networking Infrastructure）项目的一部分。InTop的阵列在波束构型、降低干扰和频率覆盖范围上拥有更多的灵活性。

基于通信数据链的特殊需求，当每艘船列装4个通用数据链路阵面时，在独立使用模式下能提供多达8个接收波束；在海拔多样性模式下，为减轻多径现象及大气效应，可提供4个波束；在进行最遥远距离的数据链接时，有潜力去支撑最多16个或最少4个传播波束。

多波束电子战/信息战/视距内通信样机通过对阵列进行集成，可提供更多的数据链冗余，降低了多路径和频率分离现象，在现有频率的限制下来实现军方期望的数据链路数量。这种阵列有效减少天线孔径资源，增强舰船的频谱管控能力，防止电磁干扰的情况发生。

目前这个多波束电子战/信息战/通信样机已经转变为水面电子战改进（Surface Electronic Warfare Improvement，SEWIP）研究中的Block Ⅲ项目。

2）灵活分布阵列雷达

“灵活分布阵列雷达”（Flex DAR）的演示验证的目的是：在结合网络协调和时间精确同步情况下，验证雷达单元的数字波束成型技术带来的新性能^[9]。

Flex DAR开发出一种能够增强雷达传感器性能的技术，即软件定义的在根基水平上的数字可重构能力。通过将先进数字技术引入雷达的前端，Flex DAR可执行各种包含监视、通信和电子战的动态多任务雷达能力，显著提高雷达前端的功能灵活性。

Flex DAR项目验证了雷达之间的通信功能，实现了收发分置的改变及控制，这将增加雷达探测和稳定追踪的距离，同时该项目还针对现有单站雷达电子防护能力进行提高。

3）潜艇和水面舰船的联合卫星通信系统

潜艇和水面舰船的联合卫星通信项目实现了除UHF外的全频段卫星通信，能够支撑4～8个通信链路的同时链接，并具备信息战/电子战支援的能力。

面向潜艇的宽带卫通X波段传输阵列已经成功地完成了海军水下战争中心的空气测试。对于水面舰船的联合卫星通信，ONR目前已经完成了几个构架和新型波长衡量阵列及印刷阵列的研究和发展。

4）LLRAM&ID模块

资源分配管理和基础设施开发（LLRAM&ID）模块是InTop的重要研究内容，该模块的功能是通过管理射频资源的分配、优先次序、标校和全系统频率干扰消除来优化射频功能。该模块目前已集成到水面舰船多波束电子战/信息战/视距内通信样机。

5）其他研究

InTop项目还开展了其他发展工作，例如开发了许多固态电子器件技术，开发了支持其他射频功能的宽频带水面舰艇通信阵列，开发了企业级通用资源分配管理器和全数字阵列雷达以演示相参雷达网络化和控制。

3 InTop后续相关项目 3.1 水面电子战改进项目SEWIP

水面电子战改进项目SEWIP是美军的核心电子战项目，旨在通过模块化、开放式的体系方法来升级AN/SLQ-32电子战系统，最终实现针对反舰导弹的预警检侧、分析、威胁告警和防护的功能。

SEWIP项目分为4个阶段进行改进研究: Block Ⅰ阶段旨在提升系统的反舰导弹防御能力、反定位和反监视能力；Block Ⅱ系阶段引入InTop项目中的灵活分布阵列雷达项目和LowRIDR，增强辐射源探测能力和测量精度，以适应战场新威胁的发展；Block Ⅲ阶段新增了电子攻击能力，同时也应用InTop项目中多波束电子战/信息战/视距内通信样机和LLRAM&ID模块技术；Block 4阶段将为AN/SLQ-32系统提供先进的光电与红外（EO/IR）侦察能力。

3.2 EMC2项目

利用InTop的科研成果，海军研究办公室目前正在开展EMC2工程样机研制工作。作为电磁频谱战的推动者，EMC2项目旨在提供开放式构架系统的系统功能，可扩展任务目标的大小和承载平台，并融合资源分配管理器和频谱管理系统，从而实现实时适应各种射频系统，使美国海军获得快速频谱分配能力。

EMC2原理样机能够支撑射频多功能和射频资源管控，在面对不同装载平台时更灵活性，且能更好适应快速变化的战略和战术环境。EMC2在不影响整个系统的基本设计情况下，通过模块化、开放式接口和增加/删除（缩比）硬件或软件等形式实现对新增功能的集成能力。EMC2建立一系列的研究、设计、制造、集成、试验和评估任务，支撑了多个原理样机及其部件/子系统的发展和演示验证，其中比较典型的是LowRIDR样机。

LowRIDR样机研制目标是：尽可能的将更多的功能集成到一个通用的前端射频设备和后端处理设备上，以减少从HF到C波段的专用的通信/信息战天线的数量。根据ONR所发布的信息，LowRIDR样机工作主要集中于100～525 MHz和0.5～2.7 GHz两个波段的射频集成。通过采用模块化开放式的构架，LowRIDR样机可实现的射频功能包括了Link 16、敌我识别、塔康、信息战设备、电子战设备和实时频谱操作设备。

此外，EMC2建立了命令和控制（C2）系统，这个C2系统可以优化所有InTop原理样机的使用性能，也可以来优化InTop样机的射频功能，使得舰船射频功能在不同作战区域内都能够满足指挥官的使用要求。

4 InTop项目的思考和启发

在以往舰船射频设计和总体规划时，每个通信、电子战和雷达设备都由各设备单位独立开发，每个设备的每个功能都需要完成大量的测试工作。这些独立设备还要在拥挤的上层建筑上竞争安装空间。当每次舰船新增某项射频功能时，都要花费大量经费和时间对全船射频系统进行优化和电磁兼容试验。InTop项目从根本上改变了海军舰船射频系统设计思路：

1）InTop项目的核心是研发一部能够适应海军作战需求变化和时代技术变化的模块化、开放式的体系架构。通过模块化和开放式设计，InTop在不影响基本系统设计的情况下添加或缩减射频硬件/软件，在不同舰船平台的扩展上有更大的灵活性。

2）InTop关注于将更多射频功能集成到单个射频系统或射频体系中。通过开发能够支持射频多功能（雷达/电子战/信息战/通信）、多波段、多波束宽波段阵列，实现共享从H波段到Q波段的天线或电子设备的集成，在保持原有射频功能下，有效缓解舰船在总体资源、经费、后勤维护等方面的需求。

3）InTop将射频功能作为一种资源，并利用资源分配器去管理这些射频功能，使射频资源能够实时灵活调配，能够在当时给定的工况和使用需求下，提供最佳的射频性能。此外资源管理器也为重新配置天线孔径和电子器件提供了更多的灵活性，能够在给定的时间里来支撑最紧急的功能，且不断地优化射频资源以满足最高优先级的需求。

4）相对于传统上层建筑设计，InTop系统显著缩减了上层建筑的尺寸、重量，显著地降低了采购和全寿命使用费用，能够在上层建筑上赋予更多的射频功能。通过阵面设计，实现雷达孔径与承载平台的结构框架的无缝的贴合，有效提高上层舰船的雷达波隐身性能。

5）InTop开发了一批统一的接口标准，并在整个行业中推荐使用。这样可以让更多的供应商具备系统集成和升级能力。这些统一接口使得各系统之间更易于相互操作、交换和构建，能够通过软件升级来实现对新威胁或新需求的快速更新换代，以促进舰船在更高经济效益基础上实现对最先进射频技术的升级。

5 结　语

随着舰载综合射频技术不断成熟，上层建筑综合集成设计将是未来先进水面舰船的重要特征之一。针对舰船射频集成工作的种种挑战，美国海军通过InTop样机等一系列研制工作，实现了船载多功能多波段多波束宽波段阵列、模块化开放式的射频构架设计、软件控制的动态资源分配器的研制，提高舰船射频集成效率，并有效解决解决电磁干扰和兼容性问题，使美国海军在电磁频谱战中的作战能力大幅提高。同时InTop样机作为一个开放架构的综合集成系统，具有开放式、模块化和可缩放三大特点，可无缝集成到新平台的设计和结构中，可满足未来新的作战要求和功能升级。通过借鉴美国海军在InTop项目上的研究思路、管理经验和研制经验，可为我国舰船在上层建筑综合集成设计及综合射频方面的研制工作提供参考。