温哥华的鱼 海外看南海（1）
字全看懂系列之海外看南海（1）海外看南海（1）
Original 温哥华的鱼 温哥华的鱼 1 week ago
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2020年7月，美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室发表了迈克尔·达姆（J. Michael Dahm）撰写的《南海军力研究报告》。达姆是该实验室的高级国防研究员，专注于外军能力、作战概念和技术方面的研究。在加入约翰·霍普金斯大学之前，他在美国海军情报部门服役长达25年，历任美军太平洋总部中国战略小组高级分析师、北京美国大使馆助理海军武官和海军情报局负责对华情报的高级情报官，以中校军衔退役，是一位资深情报专家和中国通。虽然达姆目前是民间学者身份，但是他的军方背景和经验非常深厚，这份报告可以看作是美国半军方智库对南海研究的主流意见。不过他在研究中使用的卫星照片全部来自Maxar Technologies/Digital Globe公司的公开出版渠道，并没有涉及美军的机密情报来源。
这份报告一经发表就引起了广泛关注，因为过去在公开渠道还没有见过如此全面细致解读南海岛礁上非杀伤性设施分布、种类、功能和作用范围的专著。对热心关注南海的普通国内读者来说这份报告就更显宝贵了，让我们得以在专业人员的引导下从一个平时很难得的角度审视这一颗颗南海明珠的建设情况。而且报告还很贴心地科普了相当多的雷达、无线电知识，让非专业人士也能理解其中专业名词的含义。
虽然该报告是在约翰·霍普金斯大学网站上公开发表的（https://www.jhuapl.edu/NewsPublications/Publications），既不需要付费也不用注册，但因为各种客观限制，国内能接触到这份报告的途径还是不多。受《舰船知识》之托，我编译整理了该报告的全文，最初精简成一篇8千字的文章，后来因为当期改做南海专题，又扩充到4篇2万字，已经于十月底出版。
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报告原有7个部分：①简介、②对空与对海雷达、③电子战与信号情报、④高频通信、⑤渚碧礁反隐身雷达深度分析、⑥岛礁间通信和⑦海底光缆与卫星通信，今天打开上面那个网站才发现最近又增加了2个新的部分，分别是《强化反侦察基础设施及战场环境管理》和《特种任务飞机和无人机系统》，看来作者还在继续补充新的内容，不仅仅局限于电子设备。
本来我不打算把这几篇发在公众号上的，因为其中一些内容对国内来说还是有点敏感的，不过一来舰船知识已经发行一个月了，目前很多网站论坛也都转载了其中部分内容和图片，算是大白天下，我也就没太多顾忌了；二来最近实在太忙，没时间写新的东西，得到圣诞前后才能空下来，这一篇就是手头最后的存货了，所以还是分享给大家。
舰船知识上的内容和我的初稿是有改动的，因为某些原因没有提及文章的来源是约翰·霍普金斯大学的这份报告，现在发的这篇才是最原汁原味的原始报告（不过我还是做了不少修改的，原文写得相当平实易懂，没有堆砌晦涩的专业术语，但也有一点不足，就是比较啰嗦，不同的地方对同一个主题反复提及，不够精炼）。正文部分完全是美方报告的编译，一些用语也是美式的提法，我增加了一些注释图片。文章很长，我会分3-4篇发，我个人的点评则在最后一部分（看来后面我还要再加一篇新增的2个部分）。
说明，所有资料及图片均来自公开网络，所有分析均为个人观点，不存在泄密问题，如有不实不妥之处，敬请指正。
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南海军事能力概览
这一系列军事能力研究调查了南沙群岛中国控制岛礁上部署的军事技术和系统。自2014年开始，中国在南沙群岛的7座岛礁上实施了规模庞大的人工岛兴建计划，工程于2018年基本完工。
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这些岛礁如今已成为解放军的重要军事基地，为今后中国在具有领土争议的南海地区展开军事行动提供了有力的支持。其中最大的3座岛礁（永暑岛、渚碧礁和美济礁）共拥有12平方公里的填海造陆面积，其余4座（华阳礁、南薰礁、东门礁和赤瓜礁）总面积约0.5平方公里。
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> 中国人造岛礁等比例尺度对比
中国对“九段线”内的几乎整个南海提出了主权要求，中国控制的这7个岛礁和其它60多个有人居住的岛屿、礁石和水上平台混杂在一起，越南、马来西亚、台湾和菲律宾都声称拥有南海的部分主权，其中也包括中国的岛礁，这让该区域内的任何军事对手都面临十分复杂的双边甚至多边挑战。这些竞争者也在他们的岛礁上维持着军事存在，不过四者的总和与解放军在巨型人工岛礁上部署的部队相比完全不值一提。
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> 南海岛礁实控情况
一些军事分析师断言这些岛礁基础设施和军事能力只需一波导弹打击就能被抹去，然而他们都低估了中国人工岛礁的规模，和华盛顿特区的面积进行对比，美济礁的礁湖横跨阿灵顿国家公墓到国会山的距离，永暑岛的尺寸则和阿纳卡斯蒂亚-波林联合基地或者里根国际机场相仿。
中国南海岛礁相对紧凑的面积使它们成为一个富有吸引力的研究课题，每一座岛礁都能用一幅高精度卫星照片完整拍摄下来，上面所有基地设施都聚集在一起，清晰呈现。而在中国本土，雷达和通信设施都被分散布置在远离机场和港口的位置。
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> 美济礁、永暑岛和华盛顿地区的尺寸比较
对中国岛礁军事能力的研究可以揭示出解放军信息化的战略。根据中国的军队学说，信息战能力在作战能力基础要素中排名第一，比工业化时代的火力或者机动性更加重要。基于这种信息化战争理念，中国建设南海基地的主要目的不是为了加强常规军事力量，而是通过坚实的C4ISR（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视及侦察）与反C4ISR能力在该地区建立起战术、战役和战略层面的信息战优势。这些岛礁为覆盖大半个南海的传感器和通信网络提供了良好的平台，岛上雷达和以岛礁为基地的侦察机可以监视相当于整个美国东部的广阔区域，从东海岸直到密西西比河。
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> 南海岛礁雷达覆盖范围（探测高度1万米），紫色轮廓为美国东部地区
中国南海前哨上的这些移动与固定式信息战设施将在军事行动之前和行动中协同使用，以便在南海战场上维持解放军的信息获取能力，同时阻止对手获取信息。在解放军的作战构想中一直强调机动性和杀伤力，但是仍然缺乏远程精确制导武器，岛礁C4ISR系统的建设在很大程度上弥补了这一缺陷。
这一调查将揭示南海岛礁作为信息“硬”节点的作用和信息战能力，包括：可靠且安全的指挥、控制、通信、计算机能力（C4），强大且分层级的情报、监视及侦察能力（ISR），战场环境监控与反侦察能力，有效的干扰和打击能力。这些能力展现了一个集成化信息战体系（SoS）的地面部分，也反映出解放军的信息战战略 – C4ISR体系必须争夺战场的信息控制权，以赢得体系对抗的优势。
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> 永暑岛北部的信息战设施
持久的侦察监控能力令解放军在南海树立起一种新的“生活模式”– 搜集该地区每一艘舰船、每一架飞机、外军行动、外国岛礁通信、补给模式、气象条件、渔业与商业活动等等各个方面的详细资料。从情报学的角度看，这些岛礁向解放军提供了如同本国内海一样等级的情报资源，事实上北京也是这样看待几乎整个南海的。解放军岛礁上的设施协同作业以获得信息优势，它们协同组网形成的作战效能远大于单一分系统所产生的作用。
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> 中国南海岛礁信息战能力潜在的协同效应
在这系列研究中描绘的信息战能力包括进攻和防御打击能力，以保护岛礁上的C4ISR设施。在今天这个信息时代，中国相信战争的胜利取决于争夺信息控制权。南海岛礁上的C4ISR及反C4ISR能力建设正是实现这一战略的重要一环，在南海地区建立起面对任何对手的绝对信息优势，进而折射出中国本土所具备的更强大的信息战能力。
报告附录中列出了三大岛的设施一览图，下图为永暑岛：
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渚碧礁：
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美济礁：
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第一部分、对空与对海雷达
【 常规雷达 】
中国岛礁上部署的雷达系统覆盖了从甚高频（VHF：30-300兆赫）到X波段（8-12吉赫）的频率范围。解放军在南沙群岛共有27座大型雷达罩，容纳了各种对空、对海监视雷达。3个大岛礁上各有7部大型雷达，其它小岛礁上也有一两部。
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> 截至2018年6月已发现的雷达位置
安装在高塔上的雷达罩容纳了工作在各种波段的大型高功率对空搜索雷达，另外一些则是大型多功能雷达或水面搜索雷达。还有很多类似船用导航雷达的常规水面搜索雷达因为尺寸太小而无法辨认。
提升雷达的安装高度可以减轻地面干扰，扩展搜索范围，对探测低空飞行目标尤为有利。中国岛礁上最高的雷达基座高达36米，雷达罩直径16米，分别位于永暑岛、美济礁和华阳礁。
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> 永暑岛上的对空搜索雷达
3座大岛礁上各有一组3座雷达罩，基座高度从26米到30米，可能混合布置了对空和对海搜索雷达，并覆盖不同频率。
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> 渚碧礁（左上）、永暑岛（左下）和美济礁（右侧）的雷达群
【 航空管制雷达 】
在三座大岛礁的机场建筑附近安装有航空管制雷达。这些雷达用于中国军机的飞行管制，同时也可能作为中国飞行管制网络的一部分监视飞越南海上空的国外军用和民航飞机。
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> 渚碧礁上的航空管制雷达
【 目标跟踪雷达或低空监视雷达 】
在三座大岛礁的地对空导弹设施附近都发现了目标跟踪雷达或者低空监视雷达，这些安装在高塔上的雷达可以捕捉巡航导弹、飞机或直升机等超低空飞行目标，直接向防空导弹系统提供目标数据，甚至可能拥有火控能力，使地空导弹连的常规火控雷达得以保持静默。
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> 南海岛礁上的地空导弹设施和雷达
【 美济礁巨型雷达罩 】
在美济礁最东端有一座直径达到28米的雷达罩，它内部可能是一部巨型VHF或UHF波段雷达。这部雷达罩的直径比南海其它岛礁上的任何雷达罩都要大11米以上。要从俯视卫星图上判断雷达罩的高度比较困难，不过内部净高可能在20-22米之间。
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> 美济礁大型雷达罩及估计的雷达尺寸
中国的研究机构为解放军制造了多种大型低频雷达，这些雷达天线阵都需要足够的旋转空间，美济礁这个巨型雷达罩内可能就装备了其中一种。尺寸最大的雷达是中国电子科技集团第32研究所研制的VHF波段JY-27A雷达，假设雷达基座高2-3米，那20米高的JY-27A会超过雷达罩内部高度。和L波段（1-2吉赫）SLC-7雷达尺寸接近的雷达还有好几种，但它们对于28米高的雷达罩则显得过于矮小。尺寸最合适的是UHF波段（300-1000兆赫）YLC-8B雷达，也叫609型情报雷达，它曾在2018年珠海航展上露面。
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> 公开展出的大型监视雷达：JY-27A（左）、YLC-8B（中）、SLC-7（右）
根据中国电子科技集团公司第14研究所的宣传，YLC-8B不仅优化了对空中目标的早期预警功能，探测精度也足够用于目标跟踪，较低的UHF工作频率令其可以跟踪隐身飞机。同级别的三坐标UHF雷达还可以远程发现并跟踪雷达反射面积很小的巡航导弹、弹道导弹和其它近空间目标。
【 渚碧礁巨型反隐身雷达 】
解放军在渚碧礁南端安装了一套被称为综合脉冲与孔径雷达（SIAR）的天线阵列，据报道工作在VHF波段，西方中国分析师认为它具有强大的隐身飞机探测与跟踪能力。截至2020年中，这是南沙岛礁上唯一一座SIAR雷达。
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> 渚碧礁SIAR阵列
法国科研人员于上世纪70年代开始研发SIAR雷达技术，汤姆逊公司在法国北部建造了一座实用化的圆形SIAR天线列阵，工作在50兆赫的甚高频低端。这座天线阵直径超过500米，巨大的尺寸令它难以进行实战部署，而且当时的计算机性能也不足以处理雷达接收到的海量信号数据。德国工程师在80-90年代也对昵称为“LARISSA”的甚高频圆形天线阵进行过试验。
中国则是从90年代开始研制反隐身雷达的，论文引用显示中国的科研人员充分利用了上述欧洲早期研究成果。西电雷达信号处理国家实验室的陈伯孝和中电科第38研究所副所长兼首席科学家吴剑旗领导了中国SIAR雷达的研制工作。吴剑旗在90年代曾被38所派往西电进行雷达技术研究，两人很可能于那个时候相遇共事。
传统甚高频雷达常常受到地面杂波干扰、多径干扰、角分辨率低、无法有效测定目标高度等问题的困扰，只能探测到隐身飞机的大致方位而无法做到精确跟踪用于地空导弹的火控。在1999年B-2隐身轰炸机轰炸中国驻南斯拉夫大使馆后，打击隐身飞机成为解放军“新三打三防”中的重要组成部分，他们的研究工作明显得到了升级加速，解决了大量甚高频雷达应用多输入多输出技术（MIMO）的难题。2011年国防工业出版社出版了他们两人合作出版了一本400页厚的SIAR基础技术书籍，并于2014年推出英文版。
2018年吴剑旗在央视二套《对话》栏目中作为嘉宾展示了一种三层圆形天线列阵的模型，和渚碧礁上的雷达列阵形式相同，但当时吴剑旗没说明这是一部SIAR雷达，只是笼统地称之为米波反隐身雷达。他指出隐身飞机通常针对地空导弹火控雷的频率进行隐身优化设计，这种新型雷达工作在较低的甚高频波段，对隐身飞机可以产生回波。同年在安徽大学（似乎是指中国科技大）的一个反隐身讲座上显示一座VHF雷达已经部署到南沙岛礁上。2019年《环球时报》的中、英文报道声称中国的SIAR雷达可以引导导弹摧毁隐身飞机。
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中国的这些科技文献资料解释了SIAR雷达的运作原理和模式：在SIAR系统中每个发射单元同时发送一个独特的正交相调配编码脉冲，接收单元接收反射回来的特殊脉冲，将单个信号用脉冲合成技术合成为波束；系统中的合成孔径雷达利用逆合成孔径技术分析被探测物体相对于天线列阵位移所产生的多普勒频移，将合成脉冲和合成孔径数据综合处理可以生成四维的目标轨迹–距离、方位、高度和速度。如果多源天线阵列的收发单元高度相同，会因为信号相互耦合而干扰每一个单元的辐射模式，进而严重降低对高度的探测精度。将天线单元按优化的随机高度布置可以减小旁瓣尺寸，解决耦合干扰的问题，甚至具有抑制地面杂波的超低空探测能力，探测来自巡航导弹、隐身飞机等低雷达反射面积目标的微弱回波信号。
渚碧礁的SIAR天线阵具有3层同心圆结构，直径32米的中圈为发射单元，直径21米的内圈和41米的外圈为接收单元，每圈各有25具高度不等的天线。这些参数都和过去中电科第38所公开展示过的反隐身雷达设计方案非常相似。
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从现有的渠道无法探测渚碧礁SIAR雷达的实际工作频率。中电科第38所曾经建造过一个直径90米的双环试验阵列，各有25个发射和接收单元，工作频率100兆赫，每个发射单元发射功率为1千瓦。渚碧礁上的这座实用化雷达很可能也工作在相似的甚高频中段。2017年末到2018年初，该雷达从原址向西移动了500米，原因可能是产生的电磁辐射过于强烈，干扰了附近的防空导弹和高炮设施。
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中国研制反隐身雷达已有20多年，在本土部署有更多雷达阵列，并在国防部网站的演习照片上公开展示过，因此虚构其反隐身能力几乎是不可能的。中国对反隐身雷达技术的宣传相当透明，就是为了让威胁中国国家利益的对手相信解放军拥有探测、跟踪隐身飞机的能力，阻止它们接近中国本土或者南沙岛礁。
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> 部署在海南岛的唯一一个海军防空旅展开实弹射击演习的画面，背后可以看到一座SIAR雷达
【 雷达探测范围 】
受地球曲率限制，雷达对空、对海的探测距离通常就是雷达波直线照射的范围。确定雷达的探测范围需要综合考虑雷达频率、目标对于该频率的雷达反射面积、雷达发射功率、天线增益、信号处理、大气衰减等很多要素。同时运作不同型号、不同波形、不同频率的雷达可以降低气象或者隐身、电子干扰等对抗措施对探测效果造成的影响。
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> 中国岛礁雷达可能的覆盖范围
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> 岛礁陆基雷达和机载雷达的探测范围对比
在拥有足够的功率、天线增益和信号处理能力时，中国在南海部署的这些雷达可以在数百公里范围内探测到小雷达反射面积的目标。这个雷达网络对民航机或者美国海军P-8A反潜巡逻机这类更大型的目标将拥有很好的态势感知能力。
【 机载雷达 】
本次调查主要针对中国岛礁上的陆基对空、对海雷达，不过从这些岛礁起飞的有人或无人驾驶飞机同样拥有雷达探测能力，它们包括空警-500预警机和运-9Q反潜巡逻机。在2020年4月拍摄的商业卫星照片上可以看到永暑岛机场停有这两种飞机。
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机载雷达的探测距离同样受到目标雷达反射面积和大气衰减的限制。一架在南沙群岛上空盘旋的空警-500和2架在南海大范围巡逻的运-9Q基本上能雷达覆盖整个南沙海区的范围。
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> 空警-500和运-9Q的机载雷达覆盖范围
【 微波超视距雷达 】
南海岛礁上可能部署了7座超视距雷达，对水面舰艇目标的探测距离可能高达450公里。在三座大岛礁上各有一对外观相同的建筑，9米x15米见方，顶部有一座小型圆柱体雷达罩，两座建筑被布置在岛礁的两端以尽量拉开距离，达到更好的信号三角测量效果；在华阳礁上还有一座同样的建筑。
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它们都布置在海岸边，对海视野不受遮挡。基于建筑外观、相对位置、视野和距离海平面的高度，可以判断它们是和俄罗斯Mineral-ME（北约代号“音乐台”）或MonolitB超视距雷达系统相似的主/被动微波超视距雷达系统。中国通过1990年代进口的2艘现代级驱逐舰获得了Mineral-ME雷达的技术，并应用到自行设计的“第四代”H/LJQ-366超视距雷达上，现在中国海军大部分水面舰艇都装备了这型雷达。
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> 华阳礁（左）、渚碧礁南部（中）和永暑岛北部（右）的超视距雷达
俄罗斯的超视距雷达分为舰载（Mineral-ME）和岸基（MonolitB）两个系列，用于海洋监视和反舰导弹跟踪。系统包括三个部分：一部8-10吉赫X波段有源雷达、一部1-12吉赫被动雷达和一套数据链，利用大气波导效应（海洋表面水蒸气造成的电磁波折射率梯度异常）进行超视距探测，有源探测距离为250公里，被动探测距离达到450公里。
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> 现代级舰桥顶上最大的一个雷达罩就是“音乐台”超视距雷达的有源雷达部分
中国的H/LJQ-366雷达具有同样的性能，岛礁上的这7座超视距雷达位置和方向都设置得非常合理，相互之间达到最大间隔以拉长探测基线，还可以通过数据链和附近配备366型雷达的军舰交换雷达/电子信号进行目标三角测量定位。
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> 2019年10月“太原”舰访问东京时网友拍摄的舰桥顶部366雷达特写
俄制舰载Mineral-ME雷达的数据链有效工作距离在视距范围内（约35公里），而这些岸基雷达可依靠岛际通信系统在远得多的距离上交换目标数据。南海岛礁上的气象站提供了高精度的天气与水文预报以增强这类超视距雷达的大气波导利用效率。
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> 南海岛礁超视距雷达覆盖范围
【 结论 】
解放军依靠整个多样化、高冗余、频谱无缝衔接的雷达网络而不是其中的任何单一系统来探测外国军舰和飞机，获取战场的信息控制权。这些以岛礁为基地的探测系统和其它太空、机载、舰载、水下传感器相互连结，构成一张巨大的、分布式的传感器网络。同时在全频谱范围内对解放军的传感器网络进行电磁干扰将是非常困难的，需要一个高度集成的干扰体系，包括各种移动的和固定式的干扰手段。由舰队和飞机组成的雷达网可以极大地增强南海地区的空中/水面态势感知能力。
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> 各类雷达相互叠加的探测范围
本文无法验证中国反隐身雷达对付西方隐身飞机的有效性，但是渚碧礁的天线阵列以及大量的公开资料都显示解放军已经充分掌握了相关技术并且进行了实地部署。隐身飞机采用的外形设计和吸波材料通常针对更高频率的雷达系统，如果能够达到中电科第38所声称的三坐标探测精度，那渚碧礁上的这部雷达确实可以帮助发现隐身飞机并引导导弹进行攻击。同时它还能和其它岛礁上及周边的其它类型探测系统一起提供一幅跨频谱的综合战场态势全景画面。
下一篇：南海岛礁的电子战与信号情报
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