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从二战到今天,美军电子战实力从未停止增长,都经历了哪些进化?

信息来源:dianzi.biz  时间:2019-03-08  浏览次数:23

美国海军拥有丰富的电子战经验,早在一个世纪前就使用过简单的测向设备,第二次世界大战期间开发部署了高频测向设备、无线电搜索接收机和无线电对抗设备,并开始在实战中运用电子战手段。

从二战到今天,美军电子战实力从未停止增长,都经历了哪些进化?

冷战时期,海军电子战装备和理论取得了持续进步。美国海军越来越清醒地认识到:电子战是一个潜在的非常重要的关键使能器,在支持战略情报搜集、战术态势感知、指示与告警、部队防御和平台自卫方面发挥了至关重要的作用。为了对部署情况进行保密或实现欺骗,严格实施射频辐射控制(EMCON)同样非常重要。

不过,在后冷战时期,美军对电子战的投资下降,电子战技能也不断退化。由于美军认为与同等对手发生冲突的可能性降低,其电子战装备的研制、运用和训练也逐渐落后。

过去十年间,世界局势发生了巨大变化,美国正失去对海洋的绝对控制权。美军太平洋舰队水面部队司令Tom?Rowden中将在水面部队战略《重获海上控制权》的引言中强调:“美国海军二十五年来的全球海上主导地位正受到大国力量变化的考验”。

此外,还有一个变化就是:人们认识到电磁环境和赛博空间本身就是作战域。

因此,美国海军在过去几年明确提出了重获电磁频谱的计划。2013年10月,在“老乌鸦”协会全国大会上,时任海军作战部长的Jonathan?Greenert上将用“电磁机动战”(EMW)一词描述了一种控制和利用电磁与赛博战领域的新方法。

Greenert上将的继任者John?Richardson上将也致力于同样的事业。2016年1月,Richardson上将在《维持海上优势的设计》一文中强调:必须进一步推进和深化信息战,并将电磁机动战概念扩展到包括太空和赛博空间的所有信息战领域。

电磁机动战的内涵是什么?美国海军并没有将电磁机动战描述为一个项目、系统或作战概念,而是一种新的作战方式,目的是要获得在电磁频谱中的决定性军事优势,使海军能在所有任务领域内自由行动。显而易见,这意味着要最大限度地利用电磁频谱和赛博空间来提供进攻与防御效果。

美国海军确定,成功需要一种整体的系统之系统方法。因此,电磁机动战必须在所有作战域中进行协调和同步集成。思维观念也是电磁机动战的重要组成部分,这涉及到要重新汲取经验教训、更新条令、了解关键网络及基础设施上技术的扩散与存在的薄弱点将使能力较弱的对手成为日益严峻的挑战。在一定程度上,这意味着要重新考虑辐射控制之类的老式战术与技术。

实施电磁机动战的先决条件是要感知电磁战斗空间,以提供对环境的理解。这一目的一旦实现,就必须利用这些信息更好地部署己方与盟军的兵力,同时改变对手对战斗空间的感知并将其在战场上的行动自由降至最低。最终目标是使美国海军能更有效地在反进入/区域拒止环境中作战,同时显著降低风险。

然而,不可否认的是:无论是以频率还是以波长来度量,电磁频谱的范围都是极其广阔的。此外,在这一广阔空间中运行的大多数系统占用的带宽非常有限,它们可能只是短暂地出现。如果雷达、通信、监视与侦察系统的工作频率跨越数兆赫兹(甚至在很少的情况下跨越几千兆赫兹),通常就被认为是宽带系统。但是,电磁机动战要求能在尽可能宽的频带上进行采样和精确测量。

美国海军水面战中心首席技术官Megan?A?Fillinich博士在2018年1月召开的海军水面研讨会上表示,未来的电磁机动战架构和电磁频谱的指挥控制主要取决于对数据的截获和破译,以将其转换为可用于行动的信息。“我们必须开发、完善、维护与顶层跟踪数据库相融合的电子战数据库。这个数据库必须能够采集整个舰队中多个频点上所有传感器的跟踪信息,目的是获得在电磁频谱中的决定性军事优势”。

要达成这一目标,就必须利用深度学习和神经网络等新兴的人工智能方法来解析大量的非结构化数据。与此同时,能实时表征自适应或未知辐射源的认知电子战方法,以及先进的自动化技术将提供在战术环境中主动控制频谱的能力。

动态监测多个频点的截获数据使得电磁机动战指挥控制能够应对电磁环境的变化,并能满足C4I和作战系统的更高要求。因此,这种动态频谱管理可以对资源进行优化,以最大限度地提高作战人员在所有任务领域的战绩和行动自由。协调多个项目和虚拟技术就能共享孔径和电源,从而实现频段的共享和优化。

电磁频谱的动态控制是构建实现分布式海上作战的兵力层设计的关键。新兴技术能对战术可能性的范围进行不可思议的扩展,导致在技术、平台和兵力层生成动态频谱的所谓“数字双胞胎”(Digital?Twin,指用数字化的方式拷贝一个物理对象、流程、人、地方、系统和设备)。开发和维护电磁机动战数字双胞胎是未来架构的关键组成,这种架构可以利用新兴的人工智能技术,并最大程度地优化动态电子战环境中的频率利用率。对电磁机动战“数字双胞胎”进行分析,就能根据威胁的紧急程度、新的战术方法和预测能力迅速确定需求。

Fillinich博士说:“我们绝对要能够同时执行任务,还要能整合软杀伤与硬杀伤能力。将人工智能技术应用于电磁机动战“数字双胞胎”,就能提高探测能力和预测性的识别能力。通过敏捷软件开发方法,可以随系统改进快速地开发和部署升级的软件。”电磁机动战“数字双胞胎”的概念不仅是确定需求的关键,而且也是快速验证这些需求的关键。“为了应对威胁,考虑到自动化等新技术带来的复杂性,我们必须采取灵活的测试方法。未来借助人工智能进行测试时,这种合理化的需求开发和测试方法与“数字双胞胎”相结合,就使快速部署到平台成为可能。”

不断升级的美海军“水面战改进项目”(SEWIP)被认为是电磁机动战的基石。SEWIP项目源于传统的AN/SLQ-32电子战系统,目前正在实施一系列螺旋式升级计划,目的是采用开放式架构逐步引入先进的电子监视与电子攻击能力。

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洛马公司目前正在全速生产SEWIP?Block?2,向美国海军提供AN/SLQ-32(V)6系统。该系统采用升级的天线和新型数字式接收机,通过扩展频率覆盖范围、提高灵敏度、引入精确到达角测量实现辐射源探测与测量精度的跃变。

此外,SEWIP系统架构被设计成可支持基于软件的快速插入能力。配备嵌入式软杀伤协调系统也是其另一个新特征。Fillinich博士认为,关键是要确保这些新特征和属性能够通过频繁的软件升级得以全部实现。“SEWIP将软、硬件分离进一步支持了这种升级方法和创新型软杀伤协调系统。

借助SEWIP软件的模块化架构,能够实现快速、高效费比的升级和能力提升,从而满足新的需求、应对新型威胁。”软杀伤协调系统使舰载电子攻击响应能与舷外诱饵充分协同。“随着舷外诱饵越来越小型化,就硬件而言,怎么才能突破目前器件的局限?宽带阵列能够扩展频率覆盖范围,先进的FPGA能够增强处理能力。”

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仅仅提高战场感知能力是不够的。因此,美国海军一直致力于投资重大的科技项目,以确保改善电子战任务规划与控制、作战指挥官频谱管理软件以及兵力层辐射管理工具。

早在美国海军高层领导阐明相关技术需求前,美海军研究办公室(ONR)和海军研究实验室(NRL)就研究开发了电子战战斗管理(EWBM)架构。从2009年开始,海军研究实验室就一直在设计并实施新型软件架构,以使其它程序更容易地与电子战战斗管理主干相互配合,从而能用一种通用语言和软件协议将多个舰载电子战系统连接在一起。这种架构还能跨越多个分类等级并且利用多个冗余通信链路将平台连接在一起。

目前,美国海军所有主要实验室以及霍普金斯大学应用物理实验室都在使用海军研究实验室的电子战战斗管理架构。美国海军空战中心也在利用这一架构将其航空电子和海军陆战队的电子战系统与水面海军的系统连接起来。

此外,电子战战斗管理软件和架构已经产生了重大的作战影响,一直部署在美海军几艘军舰上为海军作战部长指挥的紧急作战需求提供支持。自2012年以来,美海军多艘军舰都采用了电子战战斗管理技术,为多舰和多系统舰队电子战试验提供支持。美海军研究实验室认为,获得真实的海上数据、积累多舰与多系统电子战经验是非常重要的,可以为开发新功能提供支撑。

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另一项重大研究是美海军研究办公室的“对抗综合传感器的多信号网络仿真”(NEMESIS)项目。该项目旨在开发一种分布式系统之系统,能同步多种分布式平台以生成协同效应,从而模拟出现在敌方监视与目标瞄准传感器上的真实的海上力量。

NEMESIS项目于2014财年开始研发,2016财年完成硬件开发、技术和软件迁移、子系统级外场试验。2017财年启动综合系统级飞行试验和海上试验,计划2018财年底进行最终演示。美海军研究实验室开发的“网络化舷外微型有源诱饵”(NOMAD)低成本旋翼无人机是NEMESIS的一个组成部分。该诱饵可以快速部署,能提供无人化、持久的电子战能力。

美海军研究办公室开发的“电磁机动指挥与控制”(EMC2)项目旨在开发对跨平台和打击群的频率和功能的指挥与控制,为达成实时优化的协同与交互能力、运用电磁频谱实现所需功能奠定基础。最终目的是让攻击群在电磁频谱中协同工作,以使电子战、信息战、通信和雷达系统的性能达到最优。研究如何将指挥官的意图转化为一系列优先事项的初期工作也已经启动。

EMC2项目的前身是美海军研究办公室的“集成桅杆”(InTop)项目,它力求打破过去烟囱式的射频工程方法,避免造成电磁干扰与控制问题及雷达截面积漏洞、对关键舰载电子战、信息战和通信系统整体性能产生不利影响。

InTop项目研制出了综合一体、多功能和可升级的多波束桅杆孔径架构概念原型机,它采用模块化、开放式射频架构,具备软件定义功能以及同步、优化射频功能的能力,可减缓电磁干扰和电磁兼容问题。实际上,该项目确定了一个灵活、敏捷的射频基础设施,使美国海军能够在电磁频谱中进行机动。

作为InTop项目的组成部分,诺格公司研制了“多波束电子战/信息战/通信先进开发模型”,在交付美国海军研究实验室之前,该原型机演示了在X波段和Ku波段同时执行4项视距通信任务以及8项电子攻击任务。该原型机作为即将进行的SEWIP?Block?3电子攻击升级项目技术开发阶段的产品,将由诺格公司以AN/SLQ-32(V)7型号交付给美国海军舰队,并提供通过系统支持通信和信息战的能力。

InTop项目还开发了资源分配管理器(RAM),能够优化完成任务所需的射频资源。RAM模块将提供实时资源管理,可以为指挥官提供优于传统单个系统的能力。Fillinich博士表示,这些研究与技术开发工作将会成为电磁机动战的重要使能器:“随着数字固态系统和先进高功率能力的出现,我们必须有能力用我们的电子战、雷达和激光器系统创建一个兵力层综合传感器网络,所有这些系统都有助于提供综合通信和更强的战场感知能力,以发现、控制和预测敌方的行动。

我们还必须认知我们自己的辐射,并将其纳入到电磁机动战指挥控制的关键组成之中。这种综合传感器网络最终将提供在拥塞和对抗环境中构建机动空间的能力”。

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