“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)能力需求與作戰(zhàn)模式*

楊 超 劉國亮

(海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局 重慶 400042)

“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)能力需求與作戰(zhàn)模式*

楊 超 劉國亮

(海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局 重慶 400042)

基于“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)的概念,分析了這種作戰(zhàn)對裝備網(wǎng)絡化、小型化、自適應、多功能和捷變性等能力需求,探討了重點利用無源探測的零功率手段發(fā)現(xiàn)敵方和避免被探測與攻擊的低功率頻譜戰(zhàn)打擊的作戰(zhàn)模式。

電磁頻譜戰(zhàn); 無源探測; 低-零功率

1 引言

電磁頻譜是現(xiàn)代戰(zhàn)爭最重要的作戰(zhàn)域之一[1]。電磁頻譜戰(zhàn)是指在電磁域中進行的軍事通信、感知和電子戰(zhàn)行動。盡管電磁頻譜戰(zhàn)這一名詞還尚未廣為人知,但在電磁頻譜中的軍事行動卻由來已久。在過去一百多年來,電磁頻譜戰(zhàn)主要經歷了三個階段,即有源網(wǎng)絡與無源對抗措施的競爭,有源網(wǎng)絡與有源對抗措施的競爭以及隱身和低功率網(wǎng)絡的競爭。為了取得持久性優(yōu)勢,在此基礎上,美軍最新提出了“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)概念。所謂“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)是指利用低功率的對抗措施來戰(zhàn)勝敵方的有源和無源傳感器,同時借助網(wǎng)絡使用無源或具有低截獲概率的傳感器和通信系統(tǒng)來降低己方被探測概率的軍事行動。

2 能力需求

新一代電磁頻譜戰(zhàn)系統(tǒng)必須是網(wǎng)絡化、可捷變、小型、多功能,并具有自適應能力的系統(tǒng),以保障攻擊部隊在“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)模式下有效作戰(zhàn)[2]。

2.1 網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡化電磁頻譜戰(zhàn)行動依賴兩個關鍵的技術要素:控制系統(tǒng)和保密的低截獲概率數(shù)據(jù)鏈。前者對分布式參與方的行動進行管理和協(xié)調,后者對在對抗區(qū)域作戰(zhàn)的己方部隊和裝備之間進行互聯(lián)。如EA-18G“咆哮者”飛機可單獨或通過“海軍綜合火控網(wǎng)絡”與其它飛機協(xié)同使用無源電子偵察系統(tǒng)對威脅輻射源定位,并將定位信息經Link16保密數(shù)據(jù)鏈傳送至E-2D飛機的機載預警與控制系統(tǒng),然后經“協(xié)同交戰(zhàn)能力”數(shù)據(jù)鏈傳送地面(海面)作戰(zhàn)部隊,使其能利用遠程巡航導彈攻擊目標。為了滿足網(wǎng)絡化的需求,F-35、 F-22和E-2D飛機還分別采用了多功能先進數(shù)據(jù)鏈、機間數(shù)據(jù)鏈和戰(zhàn)術目標瞄準網(wǎng)絡技術。

2.2 捷變性

未來的電磁頻譜戰(zhàn)系統(tǒng)應該能夠靈活改變頻率、波束方向、天線方向圖、輻射功率電平和輻射時間,以保障有效對抗敵方的電磁頻譜行動,同時降低被探測的概率。傳感器和通信系統(tǒng)應在更大的電磁頻譜范圍內捷變,使敵方無法發(fā)現(xiàn)或延長己方被發(fā)現(xiàn)、干擾、誘騙的時間。以APG-77和APG-81為代表的有源電掃陣列系統(tǒng),采用了數(shù)字波束形成技術,已實現(xiàn)了對波束大小、形狀和方向的特性進行綜合,并能將功率調節(jié)到所需的最小值,從而降低被敵方探測和利用的風險。另外,還應關注紅外頻段的捷變能力,有效對抗低紅外頻段傳感器能力和提高無源紅外傳感器的精度和探測距離。在電磁頻譜正變得日益擁擠的今天,這種在空域、時域和頻域中捷變的能力還會提高軍方與商業(yè)用戶共享頻譜的能力。

2.3 多功能

電磁頻譜戰(zhàn)要求在未來戰(zhàn)場上所有平臺和有效載荷都應成為電磁頻譜戰(zhàn)網(wǎng)絡的一部分,因此,需要開發(fā)單個電磁頻譜戰(zhàn)系統(tǒng),使其能夠履行通信、感知、干擾、誘騙或照射目標等功能。多功能的要求需要在頻率范圍、功率電平、動態(tài)范圍以及工作帶寬等特性進行折中與平衡。目前有源電掃陣列系統(tǒng)由于采用了寬帶發(fā)射機、寬帶接收機和綜合射頻技術,在大部分情況下可同時完成上述功能。另外,新型半導體技術已為工作在紅外、可見光或紫外電磁頻譜波段的多功能焦平面陣打下工程化的基礎,基于光的傳感器和通信由于具有窄波束的視距傳輸能力,而且沒有射頻信號天線陣固有的“副瓣”,可在更大的頻率范圍上提供低截獲概率通信,并充當多基地紅外(紫外)傳感器。

2.4 小型化

隨著遠程地空導彈、巡航導彈和彈道導彈的快速發(fā)展,“區(qū)域拒止”的范圍越來越大。對攻擊部隊來說,遠距離上更高功率的有源傳感器和對抗措施意味著被發(fā)現(xiàn)的概率將顯著增大,并且作戰(zhàn)飛機和艦艇平臺提供的功率有限,另外,遠距離上的無源傳感器的探測精度也會下降。這些挑戰(zhàn)促使在對抗區(qū)域使用小型投擲式無人機和帶有動力的任務載荷,以及自主無人水面艦艇和水下裝置抵近執(zhí)行多基地無源感知和低功率干擾和誘騙作戰(zhàn)任務,因此,小型分布式陣列和設備小型化的需求凸顯。例如,如果是分布式陣列,單架無人機就可以發(fā)射用紅外激光器照射目標的導彈,無人機用一個陣列接收發(fā)射的紅外能量,同時使用定向射頻數(shù)據(jù)鏈通過另一個陣列與準備攻擊被照射目標的有人平臺進行通信。另外,各種抵近的無人平臺還可發(fā)射小型化誘餌實現(xiàn)低功率干擾和誘騙目的。

2.5 自適應

目前自動化電磁頻譜戰(zhàn)系統(tǒng)并不具備真正的自適應能力。它們通常不能識別或對抗不在其威脅庫中的新型威脅,也不能快速轉換管理不同的功能,還缺乏在大頻率范圍中評估電磁頻譜探測威脅、確定頻譜開放區(qū)域或敵方通信弱點的能力。未來自適應電磁頻譜戰(zhàn)控制系統(tǒng)將能根據(jù)指揮員的意圖控制頻譜感知,以任務優(yōu)先級別來采取行動,把任務引導到其網(wǎng)絡中的敏捷、多功能頻譜戰(zhàn)系統(tǒng)上,使用頻譜感知來評估其在電磁環(huán)境中產生的效果以及敵方的電磁頻譜行為。自適應電磁頻譜戰(zhàn)系統(tǒng)將不僅產生對抗已識別的威脅雷達的干擾信號或將頻譜移到無競爭的部分,還將基于特征、位置、意圖來識別威脅,并根據(jù)威脅目標在當前本地電磁環(huán)境中的探測或對抗友方部隊的可能性來確定采取什么行動。

3 作戰(zhàn)模式

美軍目前正采用“輻射控制”措施和隱身技術努力降低平臺的射頻特征,為了突防進入拒止和對抗區(qū)域,還要降低平臺的光電和紅外特征,以提高平臺的生存概率[3～4]。重要的是,降低信號特征還應由無源或低功率有源探測和對抗措施提供補充,進一步從多手段上隱蔽信號特征或保證以低功率形成更加逼真的假目標和其它有效的干擾?！暗?零功率”電磁頻譜戰(zhàn)正是基于這一思想設計頻譜戰(zhàn)作戰(zhàn)的模式。

3.1 重點利用無源探測的零功率手段發(fā)現(xiàn)敵方

利用無源傳感器或多基地技術來探測敵方的射頻和紅外輻射。利用誘餌觸發(fā)敵方有源探測系統(tǒng)開機后,通過對分散的多個有人或無人平臺上的無源傳感器接收的輻射信號進行三角測量,或對無源傳感器接收信號的多普勒頻移進行分析,可確定敵方輻射源的位置。還可以從一個平臺向可疑目標發(fā)射射頻或紅外信號,由己方其它平臺上的無源傳感器接收,聯(lián)網(wǎng)可使己方接收機知曉輻射源的位置及其脈沖特征。為了防止被反探測,可利用投擲式載荷向可疑目標發(fā)射信號。

利用低截獲概率的激光裝置來進行多基地或單平臺探測。與雷達射頻信號相比,激光波束更窄且沒有射頻天線的旁瓣特征,并能將功率精確地調整到滿足需要的電平,因此,更難被探測。單平臺上的激光探測與測距系統(tǒng)可對目標進行定位、成像和分類,精度優(yōu)于雷達。也可以多基地方式對目標進行探測,即激光照射裝置裝在與無源光電接收機分離的平臺上。敵方會通過降低平臺的諸如紅外等輻射或調節(jié)有源傳感器的功率來降低其平臺被探測的風險,此時需要經濟型無人平臺攜帶無源傳感器抵近探測。

利用非合作反射信號對威脅目標定位。利用威脅目標對電視、無線廣播,甚至太陽等輻射源的反射信號,無源探測系統(tǒng)可對其定位。如果存在特征明顯的輻射源,單個接收系統(tǒng)與多基地系統(tǒng)一樣能探測目標；如果缺乏特征明顯的輻射源,可利用多部聯(lián)網(wǎng)的接收機來評估潛在目標的所有回波。無源探測系統(tǒng)需要系統(tǒng)掌握周圍射頻環(huán)境以及其中明顯的輻射源特征。為了采用此方法提供精確的位置信息,需要進行行動前的射頻信號準備、高保真建模、對現(xiàn)場平臺或投擲式傳感器電磁環(huán)境的實時評估。

3.2 避免被探測和攻擊的低功率頻譜戰(zhàn)打擊

突入拒止區(qū)域和對抗區(qū)域的部隊可能會遭遇敵方艦載、機載或地面無源電子支援設備、雷達或紅外傳感器以及導引頭的探測、定位和打擊。敵方還可能向目標發(fā)射制導武器,通過遙測設備獲取信息?；谶@些情況,需要通過自衛(wèi)和誘騙提高生存概率的同時打擊敵人。

為了對抗敵方有源傳感器,平臺自衛(wèi)系統(tǒng)在寬頻帶上探測威脅信號,對抗射頻、紅外和激光導引頭。引導自衛(wèi)系統(tǒng)天線波束精確對準目標,僅在需要干擾時工作,并將其輻射功率迅速降低到所需最小功率電平,以保證低截獲概率特征。發(fā)射無源和有源誘餌以產生逼真而持續(xù)的欺騙干擾。敵方智能傳感器和導引頭可能會改變頻率、波形并在有源和無源模式之間切換以避開對抗措施,這需要自衛(wèi)干擾機有更高的自適應能力。

為了降低敵方無源傳感器的靈敏度,使用無人裝置或投擲式載荷發(fā)射低功率干擾噪聲,或者使用低功率激光裝置迷惑光電/紅外傳感器[5]。這些無人裝置上的設備與低截獲概率通信鏈聯(lián)網(wǎng)后,會覆蓋更廣泛的各種地理和電磁頻譜區(qū)域,并能自動適應敵方傳感器的行為,將部隊隱藏在噪聲區(qū)域中。同時在另外區(qū)域使用其它無人裝置和載荷,攜帶能模擬己方電磁頻譜特征的誘餌,將敵方傳感器引誘到遠離攻擊部隊區(qū)域。

多部傳感器通過聯(lián)網(wǎng)能提供實時信息確定攻擊部隊位置,并可引導武器系統(tǒng)。對無線通信鏈路進行欺騙和干擾是阻斷敵方傳感器、發(fā)射裝置和武器之間通信網(wǎng)絡的有效措施,但許多地面?zhèn)鞲衅髦g的通信鏈路是基本難于干擾的電纜和光纜,因此,需要分別對抗各個傳感器。在對抗區(qū)域中使用無人空中、地面(水面)和水下平臺攜帶低功率電磁戰(zhàn)系統(tǒng)抵近目標干擾、欺騙或發(fā)射誘餌,會對傳感器和無線通信形成對抗效果。

抵近威脅目標的假目標或誘餌可觸發(fā)敵方火控雷達開機,為反輻射制導武器攻擊提供機會。另外,在精確制導武器上安裝的小型射頻干擾機,可以迷惑導彈的導引頭,或者增大齊射的精確制導武器周圍的總體電磁頻譜噪聲,以提高其生存能力。使用網(wǎng)絡化的精確制導武器,能夠協(xié)調攻擊一組目標,它們能夠傳遞目標信息,并在飛行中自適應地重新確定目標,以提高打擊效果[6]。

4 結語

“低-零功率”電磁頻譜戰(zhàn)概念的提出和形成的相應的作戰(zhàn)模式雖然有利于需要遠距離投送兵力的攻擊方,但也是攻擊方的無奈之舉。隨著防御方區(qū)域拒止范圍的不斷擴大,迫使攻擊方只能從更遠的距離開始作戰(zhàn),因此需要更高功率的有源傳感器和對抗措施。而機載和艦載裝備的功率不可能無限增大,并且更高的功率在電磁頻譜作戰(zhàn)中意味著被發(fā)現(xiàn)的概率將增大。因此,各種聯(lián)網(wǎng)的無人平臺利用其“低-零功率”裝備抵近探測、欺騙、干擾和攻擊將會是一種重要的作戰(zhàn)模式。

[1] 南明星.美軍電磁頻譜管理轉型簡析[J].系統(tǒng)信息工程,2015(10):98-99.

[2] 吳海.美國防科學委員會研究美軍電子戰(zhàn)能力缺陷問題[J].防務視點,2016(1):26-30.

[3] 肖霞.美國空軍模擬頻譜戰(zhàn)戰(zhàn)場 [J].電子對抗,2015(6):36-41.

[4] 白旭堯.美海軍網(wǎng)絡司令部發(fā)布新版戰(zhàn)略規(guī)劃[J].防務視點,2015(9):45-47.

[5] 袁仕繼.體系作戰(zhàn)中無人機系統(tǒng)頻譜管理研究[J].飛航導彈,2015(5):29-33.

[6] 宋建軍,方培兵.淺談復雜電磁環(huán)境下戰(zhàn)場電磁頻譜管理[J].電子對抗,2015(5):7-10.

Capability Requirements and Operational Modes of Low-to-no Power EMS Warfare

YANG Chao LIU Guoliang

(Military Representative Bureau of Naval Equipment Department in Chongqing Region, Chongqing 400042)

Based on the concept of low-to-no power EMS warfare, the capability requirements for the EMS warfare systems such as networked, agile, small, multifunctional and adaptive are analyzed, the operational modes that find enemy forces using passive detection and protect penetrating forces form detection and attack are discussed.

EMS warfare, passive detection, low-to-no power

O44

2016年9月6日,

2016年10月17日

楊超,男,博士,高級工程師,研究方向:電子對抗。劉國亮,男,碩士,工程師,研究方向:電子對抗。

O44

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.03.035