“低-零功率”電磁頻譜戰能力需求與作戰模式*

楊 超 劉國亮

(海軍裝備部駐重慶地區軍事代表局 重慶 400042)

“低-零功率”電磁頻譜戰能力需求與作戰模式*

楊 超 劉國亮

(海軍裝備部駐重慶地區軍事代表局 重慶 400042)

基于“低-零功率”電磁頻譜戰的概念,分析了這種作戰對裝備網絡化、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現敵方和避免被探測與攻擊的低功率頻譜戰打擊的作戰模式。

電磁頻譜戰; 無源探測; 低-零功率

1 引言

電磁頻譜是現代戰爭最重要的作戰域之一[1]。電磁頻譜戰是指在電磁域中進行的軍事通信、感知和電子戰行動。盡管電磁頻譜戰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,電磁頻譜戰主要經歷了三個階段,即有源網絡與無源對抗措施的競爭,有源網絡與有源對抗措施的競爭以及隱身和低功率網絡的競爭。為了取得持久性優勢,在此基礎上,美軍最新提出了“低-零功率”電磁頻譜戰概念。所謂“低-零功率”電磁頻譜戰是指利用低功率的對抗措施來戰勝敵方的有源和無源傳感器,同時借助網絡使用無源或具有低截獲概率的傳感器和通信系統來降低己方被探測概率的軍事行動。

2 能力需求

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

2.1 網絡化

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

2.2 捷變性

未來的電磁頻譜戰系統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。傳感器和通信系統應在更大的電磁頻譜范圍內捷變,使敵方無法發現或延長己方被發現、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,采用了數字波束形成技術,已實現了對波束大小、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用戶共享頻譜的能力。

2.3 多功能

電磁頻譜戰要求在未來戰場上所有平臺和有效載荷都應成為電磁頻譜戰網絡的一部分,因此,需要開發單個電磁頻譜戰系統,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由于采用了寬帶發射機、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展,“區域拒止”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現的概率將顯著增大,并且作戰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。這些挑戰促使在對抗區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行多基地無源感知和低功率干擾和誘騙作戰任務,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射的紅外能量,同時使用定向射頻數據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射小型化誘餌實現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系統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、確定頻譜開放區域或敵方通信弱點的能力。未來自適應電磁頻譜戰控制系統將能根據指揮員的意圖控制頻譜感知,以任務優先級別來采取行動,把任務引導到其網絡中的敏捷、多功能頻譜戰系統上,使用頻譜感知來評估其在電磁環境中產生的效果以及敵方的電磁頻譜行為。自適應電磁頻譜戰系統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,并根據威脅目標在當前本地電磁環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。“低-零功率”電磁頻譜戰正是基于這一思想設計頻譜戰作戰的模式。

3.1 重點利用無源探測的零功率手段發現敵方

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。利用誘餌觸發敵方有源探測系統開機后,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,聯網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可對目標進行定位、成像和分類,精度優于雷達。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,無源探測系統可對其定位。如果存在特征明顯的輻射源,單個接收系統與多基地系統一樣能探測目標；如果缺乏特征明顯的輻射源,可利用多部聯網的接收機來評估潛在目標的所有回波。無源探測系統需要系統掌握周圍射頻環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、對現場平臺或投擲式傳感器電磁環境的實時評估。

3.2 避免被探測和攻擊的低功率頻譜戰打擊

突入拒止區域和對抗區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射制導武器,通過遙測設備獲取信息。基于這些情況,需要通過自衛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,平臺自衛系統在寬頻帶上探測威脅信號,對抗射頻、紅外和激光導引頭。引導自衛系統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。發射無源和有源誘餌以產生逼真而持續的欺騙干擾。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網后,會覆蓋更廣泛的各種地理和電磁頻譜區域,并能自動適應敵方傳感器的行為,將部隊隱藏在噪聲區域中。同時在另外區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域。

多部傳感器通過聯網能提供實時信息確定攻擊部隊位置,并可引導武器系統。對無線通信鏈路進行欺騙和干擾是阻斷敵方傳感器、發射裝置和武器之間通信網絡的有效措施,但許多地面傳感器之間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系統抵近目標干擾、欺騙或發射誘餌,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。使用網絡化的精確制導武器,能夠協調攻擊一組目標,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”電磁頻譜戰概念的提出和形成的相應的作戰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,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中意味著被發現的概率將增大。因此,各種聯網的無人平臺利用其“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模式。

[1] 南明星.美軍電磁頻譜管理轉型簡析[J].系統信息工程,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戰場 [J].電子對抗,2015(6):36-41.

[4] 白旭堯.美海軍網絡司令部發布新版戰略規劃[J].防務視點,2015(9):45-47.

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

[6] 宋建軍,方培兵.淺談復雜電磁環境下戰場電磁頻譜管理[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