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一、引言
随着舰载平台对通信、雷达、导航、火控、敌友识别、电子对抗和飞机作战等电子系统的依赖日益增加，人们认识到复杂多样的甲板上的电子设备是毫无用处，除非有性能良好的天线与之相匹配。因此，以前的天线设计和顶部结构布置的方法不再适用，需要进行精心的的科学规划。
对于海军作战平台，基本的最低要求传感器是从HF到UHF的通信天线、导航雷达、监视雷达、IFF、火控雷达、ESM、干扰机、光电传感器系统和导弹上行链路。在极其有限的空间内，这些天线在提供数量众多、种类繁杂服务的同时，也带来了许多其他技术学科所没有出现的非常困难和不同的问题。在如此狭小的空间内聚集如此多的天线，加上同时发射和接收的必要性，以及与船上其他金属物体的电磁耦合和再辐射，这带来船上最棘手的系统集成问题。因此，必须努力与上层建筑所有竞争的子系统达成妥协，以使整体性能的降低最小。二、桅杆类型
安装各类舰载电子系统天线或传感器的最佳位置是舰船桅杆，为此，海军舰船设计人员设计出多种天线和传感器桅杆，如柱形桅杆、三脚架桅杆、格子形桅杆、烟囱(MACK)桅杆和封闭式桅杆等。
格子形桅杆
烟囱(MACK)桅杆
柱形桅杆
三脚架桅杆
封闭式桅杆
海军不断变化的需求和技术发展催生各种类型的桅杆。在所有这些桅杆中，电镀桅杆，即使比格子桅杆更重，在大多数情况下仍是首选，因为它具有更低的雷达RCS、改善的全寿命周期维护（由于封闭结构）、振动小和能够承载重量更大的现代设备。然而，桅杆的设计并不仅限于传感器的放置。桅杆的设计直接关系船舶本身的设计，因为它的重量将影响船舶的稳定性，空气阻力将影响船舶的航速，天线的布置将影响顶部的电磁环境和辐射危险。在设计时，需要在结构上将桅杆与船舶集成，以确保船体受到静载荷和动载荷（船体撞击、空气阻力、冲击引起的摆动载荷）时的强度，提供通道、动力和冷却空气，并研究排气口/烟囱的热喷流对天线的影响。下图显示了烟囱靠近船上桅杆的效果。
桅杆上雷达周围的区域变黑
传统的舰船桅杆存在各种缺点，其中包括大量的钢材使船顶变重，导致重量增加；暴露在外的传感器，由于传感器/桅杆的相互作用而产生的电磁感应，由于虚假反射而产生的噪声，以及由于遮挡和反射而产生的强雷达信号，这都带来昂贵的维护成本，这促使设计师们寻找替代品。
因此，近年来，人们对复合材料桅杆的概念产生了浓厚的兴趣，各种各样的设计正在开发之中。这些设计旨在将传感器和天线置于桅杆的保护之下，并电磁屏蔽措施，使传感器能够”看到”桅杆的面板结构，从而提供更好的信号和覆盖范围。这些措施主要包括:由美国设计并于 1995 年启动的先进封闭式桅杆/传感器(AEM/S) 系统，这是一个六边形（用于USS Radford DD-968）或八边形（用于USS San AntonioLPD-17) 结构。它封闭了现有的雷达和其他敏感设备，保护它们免受环境影响，从而减少维护要求。AEM/S 系统的下半部分用于支撑上半部分。为了满足设计要求，桅杆的下半部分部分包括使用反射金属屏蔽的电磁 (EM) 屏蔽舱。上半部分包含定制的夹层复合材料，包含由泡沫芯、频率选择材料以及结构层压板。
由英国设计的先进技术桅杆(ATM) 由一个钢制下部结构组成，该结构覆有先进的纤维增强塑料 (FRP) 复合板，其中包含雷达吸收层。传感器安装在包层内的可互换模块中。桅杆的设计理念旨在支持未来水面舰艇的设计和对现有舰艇的改造。传感器和无线电设备完全封闭在雷达反射桅杆结构中。桅杆看起来像无支撑的杆桅杆，具有非常大的矩形横截面，从底部到顶部逐渐变细。
由荷兰设计的集成桅杆（I-MAST）是一种与传统传感器布局完全不同的设计方法。这种桅杆将传感器集成到结构本身中。中央桅杆结构包含雷达、光电、通信传感器和天线以及所有机柜和外围设备。集成桅杆概念改善了船舶在全部完工后必须为其配备传感器和天线的不良情况。在I-MAST中，桅杆和设备在船舶建造期间进行建造和测试。当船舶准备就绪时，桅杆作为成套系统安装在船舶上。它与船舶电源、冷却水供应、作战系统和机械甲板结构的接口相对简单，使安装成为即插即用操作。
桅杆本身是一个完全密封的模块，构成舰船堡垒的一部分，提供针对冲击、爆炸、振动、太阳辐射、温度、电磁辐射以及化学、生物、放射性或核武器的环境保护。采用外部承重钢结构，便于集成不同类型的传感器和通信，设备布置在四个甲板层（上甲板、上天线甲板、下天线甲板和设备甲板）。屏蔽管道或“主干”将电缆和冷却电路向上穿过桅杆中心，为单个设备提供服务。所有处理柜都位于设备甲板上。这也是桅杆模块的底板。通过一个单人入口舱口和装有左舷和右舷的两个电缆入口面板与船舶平台相连接。通过这些面板提供的服务包括水、空中、本船数据、电源、监测和控制、双向通信、视频和作战系统总线以及辅助接口。
I-Mast 中的所有雷达和天线不仅具有完整的 360° 视野，而且还可以同时工作而不相互干扰。这些雷达是非旋转的四面有源相控阵雷达，这本身就是一个重大的性能增强。由于四个阵面同时工作，其探测时间是旋转阵面的四倍。水面监视雷达（Seastar）就是专门为此目的而开发的，它能够探测和跟踪波浪之间的小物体（例如潜水员的头部），极大地提高了沿海环境中的态势感知。安装在 I-Mast 中的传感器的详细信息如下：SeaMaster 400 （也称为 SMILE）是一款非旋转 S 波段雷达，具有四个阵面，用于空中和水面监视。它源自成熟的 SMART 和 APAR 雷达系统。SM400 具有四个主动扫描阵面，独特的多波束体搜索概念，确保以高刷新率和极低的虚警率同时执行所有操作任务。SM400 还提供直升机方向和进场能力，并具有三个火控通道。该系统的大量并行发送和接收通道提供了高度冗余。
Seawatcher （也称 SEASTAR）是一种用于海面监视的四面非旋转 X 波段有源相控阵雷达。这款高分辨率的雷达能自动检测和跟踪非对称威胁和非常小的物体，如水雷、潜望镜。Seawatcher 也可用于直升机导航。
Gatekeeper是一种基于红外/电视技术的 360° 全景光电监视和告警系统。Gatekeeper 旨在应对小船和蛙人等新出现的不对称威胁，提高沿海环境中的近程态势感知能力。
集成通信天线系统(ICAS) 使用标准的 VHF/UHF 通信设备，配备了Link 16 ，提供了良好的发射/接收隔离，为 GSM/GPS 等辅助天线提供空间，是为未来的发展而设计的。
非旋转敌我识别 (NR IFF) 为一个安装在上层建筑顶部的圆柱阵列。它被设计用于标准询问/应答器系统。它针对非旋转主雷达的运行进行了优化。
五、集成桅杆的需求
鉴于高密度的自然和人为杂波、拥挤的商用空中和海上航线、沿海岸线的车辆，以及异常传播对传感器性能的影响，沿海环境极为复杂。使问题进一步复杂化的是，近年来日益出现的非对称的威胁集（无人机、近岸快速攻击艇、滑翔机、小艇、蛙人和水雷），这些威胁集本质上难以在高杂波背景下检测。为了解决这些问题，形成了集成主要监视传感器和通信系统的集成桅杆概念。通过解决传统顶部天线布置固有的电磁冲突和视线障碍，集成桅杆旨在提供通畅的视野，减少横截面；减少电磁冲突并简化船上集成。这反过来在改进操作性能和可用性、缩短造船时间、降低维护要求和大幅节省甲板下体积等方面提供了显著的好处。在集成式桅杆中，各种天线与电子设备一起集成在桅杆本身的设计中，作为一个单元“集成”在桅杆中。其结果是一个桅杆，它是一个结构上互为支撑的模块。集成桅杆采用集成传感器概念技术，具有以下巨大优势：结论
近年来出现了各种先进的桅杆设计，本文对其进行了讨论。所有这些都经过了环境和冲击载荷下的结构性能测试。可以肯定地说，“集成桅杆”的概念今天已经从一个技术示范项目变成了现实。虽然它肯定是未来船舶设计中不可缺少的部分，但集成桅杆对船舶设计的影响等诸多问题仍需深入研究。人们还需要研究诸如桅杆的材料选择、通道布置以及结构整合和稳定性等问题，这是其中的关键。最后，集成桅杆设计者自身将继续面临如何设计一个桅杆或一系列桅杆的挑战，这些桅杆或桅杆系列提供了一种足够灵活的解决方案，以适应各种船舶尺寸并满足不同的客户要求。－ The End －
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