電子戰及其試驗與評估技術的一些發展

馮潤明，吳若無

(電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室, 河南 洛陽 410073)

0 引言

未來的戰爭將不僅僅在陸、海、空、天等傳統作戰領域，還將在賽博空間、在電磁頻譜領域進行，且為多域作戰、一體化聯合作戰。受各種威脅、技術和信息速度的發展影響，現代作戰越來越依賴于信息和電磁頻譜，主宰電磁頻譜已成為所有現代作戰任務的基線需求，或者說新的高地。為實現電磁頻譜的主宰，電子戰(EW)各元素之間的平衡、賽博電磁行動(CEMA)、情報以及作戰行動都是必須研究的。特別是由于現代戰場電磁頻譜更為復雜(網絡化&錯綜復雜的波形)、擁擠、競爭且不斷變化的(動態的)，如何通過探測各種行為而不僅僅利用信號情報來管理頻譜活動、如何通過大量可得的數據篩選明智決策所需的精確信息、如何準確理解并可視化戰場綜合態勢，已成為實現電磁頻譜主宰所需解決的首要問題。而電子戰技術、戰術及其試驗與訓練等能否適應或超前雷達、通信、導航、制導以及作戰平臺等等相關用頻裝備領域的快速發展，更影響著電磁頻譜主宰的實現。

1電子戰的一些發展趨勢[1-4]

1.1 開發、采辦與投入

北約組織中的國家受經費預算的限制，其電子戰能力的開發、采辦更多采用升級而不是開發新系統的模式，更多采用多功能和集成的方案、軟件和硬件模塊化以及增量式的方法。為了保證適宜性和有效性并獲得合適的能力，采辦項目通常是聯合的且短于18個月。在開發試驗和作戰試驗與評估中使用螺旋式的過程，設計一點、開發一點、測試一點，而不是傳統的系統工程方法。要想獲得合同，不能僅靠最好的技術，而是要有最好地解決用戶需求的技術。從技術角度來說，分布式協作和互操作性是必須的，需要開放的體系結構和公共標準，不能產生更多的煙囪，且聚焦于能力。此外，隨著定向能武器(DEW)和高功率射頻武器(HPRF)發展成具有網絡使能、多頻譜特性的高速武器(系統)，EW將進入可硬摧毀、省錢的時代。

比如美國，一方面由于技術的快速變化，另一方面經費有限，需要更多的創新(如第三次抵消戰略)來重返EW技術領先(不必是新的裝備)的地位。美國第三次抵消戰略始于2014年11月，主要投資創新性和雙重用途的技術，包括反介入和區域拒止(A2/AD)能力(30億美元)；抗干擾制導武器(5億美元)；水下戰，包括無人潛艇(USV)(30億美元)；人機交互，包括使用無人機作戰(30億美元)；電子戰和賽博戰，包括賽博電磁行動(CEMA)(20億美元)；作戰推演，包括新的作戰概念(5億美元)；定向能武器(243.1億美元)。只有大約25%的經費會花費在傳統的EW上。美國還增加了賽博戰專家的人數，到2016年已達到6000多人，預算也從2014年的4.47億美元增加到2016年的55億美元，并且EW和賽博戰已經實現融合。在電子戰的發展中，政府和工業部門等之間需要聯合才能形成標準；而建模和仿真也變得更加重要，它可能是獲得對電子戰二階效應理解的唯一方法。

1.2 電子戰系統

電子戰系統和平臺的變化有以下表現：

1)從單一功能發展到模塊化、高度可重配置的、多用途的系統；

2)從預先編程發展到靈活的(頻率、功率、時間、波束方向和形狀等可機動)、自適應的、認知的；

3)從大型、專用、昂貴的系統發展到低尺寸/質量/功率/費用(SWAP-C)、模塊化、高度可重編程、分布式和協作式的微型系統；

4)從模擬的發展到數字的、越來越軟件定義的(可自適應)；

5)從高功率感知/電子攻擊(EA)，發展到低功率至無功率感知、低功率EA；

6)從單站感知發展到多站感知；

7)從機上發展到機下/角度欺騙；

8)每個平臺/武器從單一頻率感知，發展到多譜系統(射頻(RF)和光電/紅外(EO/IR)陣列)；

9)從遠距離支援干擾(SOJ)(非外科手術式，也會干擾己方)，發展到伴隨式干擾(SIJ)(外科手術式)；

10)從動能干擾發展到物理毀傷的DEW和HPRF等。其中，高能激光(HEL)比對抗簡易爆炸裝置(IED)系統的高功率射頻武器更成熟。

11)從單一電子戰發展到賽博電磁行動(EW和賽博的融合)；

12)從傳統的被動反應發展到基于認知的先發制人。

電子戰平臺已從平臺為中心(節點)發展成聯網、由系統組成的系統(SoS)、系統族(FoS)，每個平臺都作為一個網絡統一整體中的一個節點運行(如現代戰機多功能集成的射頻系統(MIRFS)、現代戰艦集成的甲板上部結構(INTOP)等支持平臺網絡中心戰)。如美國從聚焦于低密度/高要求的EW平臺轉向分布式、平臺不可知的戰略，使每個平臺都作貢獻/充當傳感器、射手、共享者，包括EW，并正利用新興技術集成多個平臺、負荷、節點和能力，給指揮官提供有組織的和持久的EW能力。由美國海軍研究實驗室(NRL)開發的軟件可重編程載荷(SRP)是一個開放體系結構、政府擁有的、用于靈活的、使用中可重新配置的軟件無線電參考設計[4]，是一個使具有不同協議的空中和地面部隊之間能數字互聯的關鍵使能器。SRP增量1支持當今的聯合使命；SRP增量2增加了4種廣泛使用的波形，即：機載聯網波形(ANW)2，支持地面作戰元素(GCE)；戰術瞄準網絡技術(TTNT)，支持IWCC(信息戰協調單元)；LINK-16，支持空中管制；通用數據鏈(CDL)，支持全運動視頻。SRP還可升級通信和網絡能力，而不用在平臺上集成新設備。美國空軍的電子戰平臺也發展成大量是軟件定義的、從系統體系(SoS)轉向系統族(FoS)狀態(從平臺上發展到平臺上下，具有特定的網絡能力)。如F-35戰機87%的作戰能力是軟件定義的，它有2千萬行代碼(其中一半是機下(大多數在地上))，用于滿足其FoS能力。

這種作戰平臺的網絡化、電磁頻譜多功能集成化的發展，也使得電子戰可以在賽博空間作戰，電磁頻譜是其進入賽博空間的入口，反過來賽博戰也可以在網絡化的電磁頻譜領域發揮作用。如今，EA通過無線連接將惡意代碼發送到賽博空間中，即通過電子戰發起計算機網絡攻擊，這已成為下一代干擾機(NGJ)的主要功能之一。新一代的電子攻擊系統可以在三個層次上發起賽博攻擊[3]，即通過使用經典的技術(如阻塞、點噪聲、梳狀干擾等等)對通信物理層進行電子攻擊的標準干擾；通過利用網絡弱點(如時間同步、信標等等)對通信網絡層(基礎設施)進行電子攻擊的靈巧干擾；利用“假身份”或“人在中間”等技術對通信信息層進行電子攻擊的認知干擾。因此，今后的雷達等抗干擾除了要設計加固對抗傳統的電子干擾外，還需考慮防護拒絕服務(DOS)等賽博空間的攻擊。

1.3 電子戰相關的系統

電子戰的發展與電磁相關的(威脅)系統環境的發展密不可分，電子戰要想適應或超前威脅電磁環境的發展，就必須跟蹤了解相關的系統技術的商業化發展和趨勢。

1)作戰平臺和無人飛行器。除了俄羅斯的T-50戰機、美國的Ghost隱形戰艦、波蘭的PL-01戰車等等作戰平臺值得關注外，下一代無人飛行器(UAV)也猶為值得關注。下一代UAV將具備隱形能力、高性能引擎、高級負荷、可重配置、可自治，載荷將包括干擾機(干擾IED、通信、雷達&導航定位授時(PNT))、HPRF、空對空導彈、還可潛水艇發射等。UAV的市場從2015年的40億美元預計到2024年將擴大到140億美元。預計在隨后的10年間軍用UAV的研究與開發(R&D)花費將額外增加300億美元，C4I負荷預計從2015年31億美元增加到2024年64億美元。

2)武器彈藥。從非制導武器彈藥發展到精確的、可徘徊的武器彈藥。典型的如美國陸軍的精確155大炮彈(GPS制導)；自殺式無人機/攻擊武器，如以色列UVision Air Ltd公司的英雄系列，優化用于壓制敵方防空的IAI Harop可徘徊無人機等；美國的滑翔導彈(Seaglider)；波音公司的高空反潛艇戰武器能力(HAAWC)；GBU-53/B小直徑炸彈，具備GPS和慣導系統，毫米波雷達，非冷卻紅外成像(IIR), 半主動激光&數據鏈；寶石路(Paveway)IV，具有數字式半主動激光導引頭、帶選擇性可用反欺騙模塊(SAASM)接收機的GPS輔助慣性導航系統(GAINS)、數據鏈、可編程的引信、距離擴展套件等。

3)導彈。從單一傳感器發展到多頻譜(包括無源的)傳感器、帶數據鏈、具有遠距離、隱形、超音速的特點。典型導彈如遠距離反艦導彈(LRASM)、Kh-58UshE反輻射導彈(ARM)、MBDA公司的SPEAR導彈等。便攜式導彈(MANPADS)則從單一探測器發展到多色探測、敵我識別(IFF)，再到成像制導。

4)雷達。從單一功能發展到多功能(有源電掃陣列(AESA))；從高功率發展到低功率(無功率)；從低分辨率發展到高分辨率；從單基地發展到雙基地、多基地、多輸入多輸出(MIMO)；從網絡化、靈活、低功率發展到低截獲概率/低探測概率(LPI/D)、隨隊干擾機(SIJ)。典型的有意大利Finmeccanica集團的OSPREY分布式AESA雷達(256個收發模塊和120°覆蓋)；Leonardo-Finmeccanica公司的RAVEN ES-05雷達，用于瑞典薩博(Saab)公司的GRIPEN E戰機； 美國的可重配置收發機可伸縮毫米波體系結構(SMART)項目，圓片規模集成了用于雷達和通信的射頻和微波收發模塊(44 GHz)；歐洲的硅基超緊湊劃算系統(SUCCESS)項目實現“系統在芯片上(SoC)”雷達，工作頻率超過100GHz；單個芯片上集成32單元60 GHz的收發相控陣。

5)通信。從軍用電臺發展到5G商用通信、物聯網(IoT)，任何機器都將彼此相連，頻譜分配可根據互聯的需要，實時動態地智能理解需要并分配網絡資源(地面的或衛星)。

6)定位導航授時(PNT)。從地圖發展到全球導航衛星系統(GNSS)，再到GNSS的替代方案(如授時&慣性測量單元(TIMU)、全球精確時間分發(超快激光科學與工程項目)、量子輔助感知與讀出(光原子鐘)等)；相應的GNSS干擾機的發展，以及GNSS干擾降低的發展(如空基增強系統(SBAS)、地基增強系統(GBAS)、PNT傳感器集成、波束形成/調零天線等)。

1.4 電子戰行動及訓練

電磁頻譜已從靜態管理(固定的頻率分配)發展到動態管理，再到電磁作戰管理(EMBM)，傳統的信號情報(SIGINT)能力不足以刻畫新出現的各種威脅，靈活的環境更需要精確的、實時的電子支援。北約16個國家參與的NATO MACE trials 2016演練，獲得的主要電子戰空戰經驗是：對于射頻，只使用機載自衛(相干、非角度欺騙)肯定不行，多個隨隊干擾機的運用可提高戰機存活能力；對于紅外，對抗紅外成像導彈90%的效能證明了有效戰法是先用定向紅外對抗(DIRCM)，隨后使用頻譜匹配的曳光彈。

對于電子戰訓練而言，像作戰那樣訓練/像訓練那樣作戰是不變的原則，逼真性是關鍵。為了保持非對稱性優勢，需要在逼真的環境中跟伙伴聯合訓練演練(JI2M)，包括對抗的全電磁頻譜環境、定向能、高功率射頻武器、GNSS、反輻射導彈、網絡攻擊等等所有方面。其中，建模與仿真成為訓練新出現的(甚至是尚未出現的)威脅系統的關鍵，需從模擬的轉向數字化的系統、平臺、概念。如態勢感知(SA)方面，美國陸軍使用概念開發、實驗&仿真(CDE&S)來確定開發數字化公共作戰畫面(COP)的各個層次的細節和需求，包括部署、準備和維護概念，而CDE&S需要真實的(L)、虛擬的(V)、構造的(C)和嚴肅游戲(LVC-G)等各類仿真訓練和混合學習。但仿真不等于廉價，仿真的真正價值通過合格訓練來體現。

簡言之，電磁(威脅)環境永遠在變化，將變得越來越復雜，EW的發展必與之相適應。理解未來威脅電磁環境的最好方法是密切關注商業化的技術和趨勢。EW和傳感器系統的發展將具有以下屬性：網絡化(分布式)；靈活(功率、頻率、空間和時間方面可機動)；多頻譜和多功能；低尺寸(空間)/質量/功率/費用(SWaP-C)；自適應(模塊化、可伸縮、可升級/軟件定義的)。電子戰的未來將是：跟賽博集成；分布式協作；認知電子戰；電磁作戰管理(EMBM)；DEW；HPRF武器；低到無功率的傳感器和效應器，等等。

2 美軍加強電子戰試驗能力建設的技術項目[5]

以美國為首的北約國家采用貫穿于采辦全壽命周期、階段式的過程方法對電子戰裝備進行試驗與評估(T&E)，相應運用的試驗設施包括計算機建模與仿真(M&S)、測量設施(MF)、系統集成實驗室(SIL)、硬件在回路試驗設施(HITL)、平臺安裝的系統試驗設施(ISTF)、野外靶場(OAR)，以及綜合利用以上各類設施構建分布式的LVC環境(LVC-DE)的分布式試驗能力。地面各類實驗室試驗環境提供劃算的早期發現、組件和系統級的試驗，野外靶場飛行試驗以及LVC-DE分布式試驗則通常支持任務級、單機或多機作戰完全端到端的性能評估和效能試驗。

但是，隨著美軍NGJ、F-35、F-22、B-2、F-15等平臺電子戰系統、小型空射誘餌彈/干擾機(MALD/MALD-J)及其他電子戰項目的試驗需要，美軍深感已有的電子戰試驗能力不足。2009年，美國國防部長辦公室(OSD)指示進行的三軍電子戰試驗能力研究(TEWTCS)，表明需要在所有的試驗領域(M&S、MF、SIL、HITL、ISTF、OAR)建立平衡的投資；需要加強物理使命環境和威脅環境的標準化、公共的M&S表示，從而加強各試驗領域的試驗結果之間的相關性；需要從數量和質量上充分逼真地表示已有的和新出現的威脅(如俄羅斯的現代化綜合防空系統(IADS)威脅)；同時需增強綜合利用各類試驗設施、基于LVC-DE環境的分布式試驗能力，如加強聯合使命環境試驗能力(JMETC)、聯合分布式紅外對抗地面試驗系統(JDIGS)、聯合信息作戰靶場(JIOR)等能力，以便最佳使用有限的高價值試驗資源、支持在逼真的任務環境下試驗SoS/FoS的系統性能和作戰效能。

為此，美國批準開發了一個平衡的投資策略，并計劃了大約4億5千萬美元的中心試驗與評估投資項目(CTEIP)預算，通過電子戰基礎設施改進項目(EWIIP)在FY14-18財年進行開發，以切實提高FY17-20財年及以后開發、試驗和部署高級技術EW能力的水平。除此以外，CTEIP還有支持EW能力聯合改進與現代化的長期投資項目(JIM-EW)。EWIIP項目由美國防部試驗資源管理中心(TRMC)跟各軍種以及科學與技術情報(S&TI)中心協作，共同致力于確定并解決電子戰試驗資源的能力不足，下文介紹其主要計劃。

2.1 野外靶場(OAR)計劃

2.1.1 雷達信號等效模擬器(RSE)開環發射機工程

開發和部署高逼真度的S和C波段的雷達威脅信號模擬器，可重編程、可重部署，采用基于氮化鎵(GaN)的AESA技術，每個發射機可表示多種威脅，需高逼真度地模擬威脅信號集(有效輻射功率(ERP)/掃描模式/復雜波形/信號密度)，主要用于解決當前OAR對當前和將出現的威脅特別是西太平洋威脅不能精確模擬的不足。在經費支持下，將研制14—18套系統，計劃最先部署到空軍內華達試驗訓練靶場(NTTR)并用于F-35初始作戰試驗與評估(IOT&E)，2018—2019年時間段再部署到海軍等其他靶場，支持F-35、NGJ、B-2 DMS、F-15 EPAWSS以及FY16-20時間段的其他電子戰項目的試驗。

2.1.2 高級對抗空中威脅模擬器-批次B(AATS-B)

采用無源電子掃描陣列(PESA)空饋天線，提供可重配置的接收機和信號處理能力，支持單一威脅到多威脅模擬，可高逼真度模擬威脅信號集(ERP/掃描模式/復雜波形/信號密度)，具有搜索、跟蹤和導彈飛行功能。將部署到海軍電子作戰靶場(ECR)、NTTR，支持F-35、NGJ、B-2 DMS、F-15 EPAWSS以及FY16-20時間段的其他電子戰項目的開發試驗/作戰試驗(DT/OT)。

2.2 地面試驗設施改進

2.2.1 下一代電子戰環境生成器-批次B(NEWEG-B)

NEWEG支持高逼真度的電子戰信號生成，具有模塊化、開放體系結構、可伸縮、可重配置特性，信號可直接注入，也可空間輻射，與電子戰集成可重編程數據庫(EWIRDB)接口，支持OAR、ISTF以及硬件在回路試驗設施(HITL)的開環和閉環試驗。直接注入配置將部署到海軍的空戰環境試驗與評估設施(ACETEF)、電子作戰仿真與評估實驗室(ECSEL)以及空軍的貝利菲爾德暗室設施(BAF)等；自由空間暗室輻射配置將部署到BAF和ACETEF；還可部署OAR作為威脅發射機。

2.2.2 對CEESIM改進與現代化-生命周期延長(CIMPLEX)

升級由諾斯羅普-格魯曼公司研制的已有的作戰電磁環境仿真(CEESIM)系統發射車，以適應更高密度的作戰想定，提供橋接能力以滿足近期試驗顧客的需要，升級其控制計算機(CC)和數字化生成系統(DGS)，并增加高級脈沖生成器(APG)射頻源。

2.2.3 高級動態發射陣列(ADTRA)

為BAF提供12部高級射頻發射吊車，用于在BAF中生成密集且多樣化的威脅環境。采用AESA技術取代喇叭天線，復制RF威脅信號的功率、帶寬、動態波束模式和極化，可跟NEWEG和已有的CEESIM互操作。

2.2.4 時間分段BAF升級方法CIMPLEX/ADTRA/NEWEG (C-A-N)

重點針對空軍BAF的整體能力提升，采用時間分段、逐步升級的方法，最終將C-A-N能力依次綜合集成到BAF中。

2.3 電子戰情報/分析計劃

2.3.1 綜合防空系統(IADS)增強

圖1 EA-18G機載NGJ攻擊現代綜合防空系統(IADS)的簡單作戰想定

為了給OAR及M&S環境提供對快速發展的威脅IADS的指揮、控制和通信(C3)能力的逼真模擬，該項目利用經過情報中心(IC)確認的指揮所模型，對數字綜合防空系統(DIADS)基線進行升級，并在海軍ECR部署經過升級的威脅IADS C3模擬能力。該項目還跟多源綜合技術評估與分析(ITEAMS)項目緊密結合，并考慮情報源數據不確定性對威脅模擬的影響。

2.3.2 ITEAMS

對各情報中心的多源情報進行綜合技術評估和分析，刻畫威脅的國外裝備開發國所使用的技術/技巧，開發支持威脅建模與仿真項目(TMAP)的“權威情報基線”模型，產生詳細的設計以支持相應威脅的模擬器開發工作，以支持其他的CTEIP項目如用于作戰試驗的IADS以及IADS增強項目。

3 基于LVC-DE環境試驗NGJ對抗現代IADS的方法[6-7]

以美軍EA-18G機載電子攻擊(AEA)系統NGJ攻擊現代綜合防空系統(IADS)的任務級試驗為例。設想美軍典型的AEA系統作戰體系(AEA SoS)主要包括天基情報偵察監視系統、空基前沿偵察傳感器系統、空中指揮與控制系統、航母艦隊、遠距離支援干擾/打擊系統、B-52轟炸機、近距離干擾/打擊系統。

設想敵方的一種現代IADS系統體系參見圖1，包括目標截獲雷達/電子戰系統(TAR/EW)、目標截獲雷達1(TAR 1)、目標截獲雷達2(TAR 2)、地面指揮所、上級指揮所、地空導彈1/目標交戰雷達(TER SAM 1)、地空導彈2/目標交戰雷達(TER SAM 2)、地空導彈3/目標交戰雷達(TER SAM 3)。顯然，通過OAR有限的真實資源，無論是完整地表示AEA SoS還是完整地表示IADS SoS，通常情況下都是很困難的。這時，利用分布在各地的已有真實的、虛擬的、構造的(LVC)仿真資源的恰當混合，構建LVC-DE，可以經濟高效地實現逼真任務條件下的系統試驗。

作為例子，這里簡化AEA SoS的作戰想定(見圖1)，一架戰斗機對敵方IADS防護的目標執行打擊任務，一架EA-18G/NGJ提供遠距離支援干擾 另一架EA-18G/NGJ提供伴隨式干擾或遠距離干擾支援。在此作戰想定下試驗NGJ系統對抗敵方IADS威脅時，通過OAR的真實環境也是很難全部復制敵方IADS的體系組成的，但通過綜合利用來自OAR的真實環境、來自實驗室的虛擬環境、來自一個或多個場所的計算機仿真，構建LVC-DE，可以逼真地表示以上作戰想定。

這種作戰想定的一種LVC-DE環境表示如圖2所示。可在某個野外靶場(如內利斯空軍基地)飛行一架配備一套NGJ吊艙的真實EA-18G戰機， 執行遠距離支援干擾任務；靶場同時部署敵方IADS的真實TER SAM 1；執行目標打擊任務的戰機也采用真實戰機，飛臨靶場上空并面對真實的地面威脅TER SAM 1。作戰想定中的另一架EA-18G/NGJ則可采用位于海軍穆古角基地的硬件在回路(HITL)試驗設施表示(即虛擬的EA-18G/NGJ)；而敵方IADS中的地面指揮所、上級指揮所、以及TER SAM 2、TER SAM 3、TAR 1、TAR 2、TAR/EW系統都可采用位于不同的實驗室(如愛德華茲空軍基地、海軍中國湖基地、陸軍紅石兵工廠導彈與空間情報中心(MSIC)等)中的虛擬的或構造的仿真表示。這些位于OAR和不同地點的實驗室中的各種LVC仿真實體之間，可使用TENA、HLA或DIS協議并通過JMETC或JIOR網絡實現互聯、互通和互操作，邏輯上就像它們完全是真實的系統試驗一樣。

圖2 基于LVC-DE環境逼真表示機載NGJ干擾IADS的作戰想定試驗環境

在以上真實的、HITL虛擬仿真以及計算機構造仿真的IADS系統及EA-18G/NGJ干擾的作戰想定試驗中，到IADS指揮所的各方向的數據流格式是相同的，每個方向的數據流也都可分析。利用這種試驗環境，通過回放多種場景的真實數據并修改仿真的參數，還可以進行效能試驗。但在試驗之前，必須對試驗環境進行校核、驗證與確認(VV&A)，必須對每個實體進行V&V。通過跟情報界合作并在構造的系統中使用其模型，同時盡可能地利用真實的試驗數據對HITL和仿真的系統進行V&V，通常可以取得較好的效果。

4 結束語

以上只基于公開文獻介紹了國際電子戰及其試驗與評估領域的一些代表性的發展，更全面的技術戰術發展情況有待更深入的跟蹤研究。特別是美國欲重拾電磁頻譜領域主宰地位的創新戰略行動，以及俄軍正大力強化新型電子對抗力量的建設和運用，無不啟示著我們必須更加重視而不是削弱電子戰及其相關領域的創新發展。■