“低-零功率”电磁频谱战能力需求与作战模式*

杨 超 刘国亮

(海军装备部驻重庆地区军事代表局 重庆 400042)

“低-零功率”电磁频谱战能力需求与作战模式*

杨 超 刘国亮

(海军装备部驻重庆地区军事代表局 重庆 400042)

基于“低-零功率”电磁频谱战的概念,分析了这种作战对装备网络化、小型化、自适应、多功能和捷变性等能力需求,探讨了重点利用无源探测的零功率手段发现敌方和避免被探测与攻击的低功率频谱战打击的作战模式。

电磁频谱战; 无源探测; 低-零功率

1 引言

电磁频谱是现代战争最重要的作战域之一[1]。电磁频谱战是指在电磁域中进行的军事通信、感知和电子战行动。尽管电磁频谱战这一名词还尚未广为人知,但在电磁频谱中的军事行动却由来已久。在过去一百多年来,电磁频谱战主要经历了三个阶段,即有源网络与无源对抗措施的竞争,有源网络与有源对抗措施的竞争以及隐身和低功率网络的竞争。为了取得持久性优势,在此基础上,美军最新提出了“低-零功率”电磁频谱战概念。所谓“低-零功率”电磁频谱战是指利用低功率的对抗措施来战胜敌方的有源和无源传感器,同时借助网络使用无源或具有低截获概率的传感器和通信系统来降低己方被探测概率的军事行动。

2 能力需求

新一代电磁频谱战系统必须是网络化、可捷变、小型、多功能,并具有自适应能力的系统,以保障攻击部队在“低-零功率”电磁频谱战模式下有效作战[2]。

2.1 网络化

网络化电磁频谱战行动依赖两个关键的技术要素:控制系统和保密的低截获概率数据链。前者对分布式参与方的行动进行管理和协调,后者对在对抗区域作战的己方部队和装备之间进行互联。如EA-18G“咆哮者”飞机可单独或通过“海军综合火控网络”与其它飞机协同使用无源电子侦察系统对威胁辐射源定位,并将定位信息经Link16保密数据链传送至E-2D飞机的机载预警与控制系统,然后经“协同交战能力”数据链传送地面(海面)作战部队,使其能利用远程巡航导弹攻击目标。为了满足网络化的需求,F-35、 F-22和E-2D飞机还分别采用了多功能先进数据链、机间数据链和战术目标瞄准网络技术。

2.2 捷变性

未来的电磁频谱战系统应该能够灵活改变频率、波束方向、天线方向图、辐射功率电平和辐射时间,以保障有效对抗敌方的电磁频谱行动,同时降低被探测的概率。传感器和通信系统应在更大的电磁频谱范围内捷变,使敌方无法发现或延长己方被发现、干扰、诱骗的时间。以APG-77和APG-81为代表的有源电扫阵列系统,采用了数字波束形成技术,已实现了对波束大小、形状和方向的特性进行综合,并能将功率调节到所需的最小值,从而降低被敌方探测和利用的风险。另外,还应关注红外频段的捷变能力,有效对抗低红外频段传感器能力和提高无源红外传感器的精度和探测距离。在电磁频谱正变得日益拥挤的今天,这种在空域、时域和频域中捷变的能力还会提高军方与商业用户共享频谱的能力。

2.3 多功能

电磁频谱战要求在未来战场上所有平台和有效载荷都应成为电磁频谱战网络的一部分,因此,需要开发单个电磁频谱战系统,使其能够履行通信、感知、干扰、诱骗或照射目标等功能。多功能的要求需要在频率范围、功率电平、动态范围以及工作带宽等特性进行折中与平衡。目前有源电扫阵列系统由于采用了宽带发射机、宽带接收机和综合射频技术,在大部分情况下可同时完成上述功能。另外,新型半导体技术已为工作在红外、可见光或紫外电磁频谱波段的多功能焦平面阵打下工程化的基础,基于光的传感器和通信由于具有窄波束的视距传输能力,而且没有射频信号天线阵固有的“副瓣”,可在更大的频率范围上提供低截获概率通信,并充当多基地红外(紫外)传感器。

2.4 小型化

随着远程地空导弹、巡航导弹和弹道导弹的快速发展,“区域拒止”的范围越来越大。对攻击部队来说,远距离上更高功率的有源传感器和对抗措施意味着被发现的概率将显著增大,并且作战飞机和舰艇平台提供的功率有限,另外,远距离上的无源传感器的探测精度也会下降。这些挑战促使在对抗区域使用小型投掷式无人机和带有动力的任务载荷,以及自主无人水面舰艇和水下装置抵近执行多基地无源感知和低功率干扰和诱骗作战任务,因此,小型分布式阵列和设备小型化的需求凸显。例如,如果是分布式阵列,单架无人机就可以发射用红外激光器照射目标的导弹,无人机用一个阵列接收发射的红外能量,同时使用定向射频数据链通过另一个阵列与准备攻击被照射目标的有人平台进行通信。另外,各种抵近的无人平台还可发射小型化诱饵实现低功率干扰和诱骗目的。

2.5 自适应

目前自动化电磁频谱战系统并不具备真正的自适应能力。它们通常不能识别或对抗不在其威胁库中的新型威胁,也不能快速转换管理不同的功能,还缺乏在大频率范围中评估电磁频谱探测威胁、确定频谱开放区域或敌方通信弱点的能力。未来自适应电磁频谱战控制系统将能根据指挥员的意图控制频谱感知,以任务优先级别来采取行动,把任务引导到其网络中的敏捷、多功能频谱战系统上,使用频谱感知来评估其在电磁环境中产生的效果以及敌方的电磁频谱行为。自适应电磁频谱战系统将不仅产生对抗已识别的威胁雷达的干扰信号或将频谱移到无竞争的部分,还将基于特征、位置、意图来识别威胁,并根据威胁目标在当前本地电磁环境中的探测或对抗友方部队的可能性来确定采取什么行动。

3 作战模式

美军目前正采用“辐射控制”措施和隐身技术努力降低平台的射频特征,为了突防进入拒止和对抗区域,还要降低平台的光电和红外特征,以提高平台的生存概率[3～4]。重要的是,降低信号特征还应由无源或低功率有源探测和对抗措施提供补充,进一步从多手段上隐蔽信号特征或保证以低功率形成更加逼真的假目标和其它有效的干扰。“低-零功率”电磁频谱战正是基于这一思想设计频谱战作战的模式。

3.1 重点利用无源探测的零功率手段发现敌方

利用无源传感器或多基地技术来探测敌方的射频和红外辐射。利用诱饵触发敌方有源探测系统开机后,通过对分散的多个有人或无人平台上的无源传感器接收的辐射信号进行三角测量,或对无源传感器接收信号的多普勒频移进行分析,可确定敌方辐射源的位置。还可以从一个平台向可疑目标发射射频或红外信号,由己方其它平台上的无源传感器接收,联网可使己方接收机知晓辐射源的位置及其脉冲特征。为了防止被反探测,可利用投掷式载荷向可疑目标发射信号。

利用低截获概率的激光装置来进行多基地或单平台探测。与雷达射频信号相比,激光波束更窄且没有射频天线的旁瓣特征,并能将功率精确地调整到满足需要的电平,因此,更难被探测。单平台上的激光探测与测距系统可对目标进行定位、成像和分类,精度优于雷达。也可以多基地方式对目标进行探测,即激光照射装置装在与无源光电接收机分离的平台上。敌方会通过降低平台的诸如红外等辐射或调节有源传感器的功率来降低其平台被探测的风险,此时需要经济型无人平台携带无源传感器抵近探测。

利用非合作反射信号对威胁目标定位。利用威胁目标对电视、无线广播,甚至太阳等辐射源的反射信号,无源探测系统可对其定位。如果存在特征明显的辐射源,单个接收系统与多基地系统一样能探测目标；如果缺乏特征明显的辐射源,可利用多部联网的接收机来评估潜在目标的所有回波。无源探测系统需要系统掌握周围射频环境以及其中明显的辐射源特征。为了采用此方法提供精确的位置信息,需要进行行动前的射频信号准备、高保真建模、对现场平台或投掷式传感器电磁环境的实时评估。

3.2 避免被探测和攻击的低功率频谱战打击

突入拒止区域和对抗区域的部队可能会遭遇敌方舰载、机载或地面无源电子支援设备、雷达或红外传感器以及导引头的探测、定位和打击。敌方还可能向目标发射制导武器,通过遥测设备获取信息。基于这些情况,需要通过自卫和诱骗提高生存概率的同时打击敌人。

为了对抗敌方有源传感器,平台自卫系统在宽频带上探测威胁信号,对抗射频、红外和激光导引头。引导自卫系统天线波束精确对准目标,仅在需要干扰时工作,并将其辐射功率迅速降低到所需最小功率电平,以保证低截获概率特征。发射无源和有源诱饵以产生逼真而持续的欺骗干扰。敌方智能传感器和导引头可能会改变频率、波形并在有源和无源模式之间切换以避开对抗措施,这需要自卫干扰机有更高的自适应能力。

为了降低敌方无源传感器的灵敏度,使用无人装置或投掷式载荷发射低功率干扰噪声,或者使用低功率激光装置迷惑光电/红外传感器[5]。这些无人装置上的设备与低截获概率通信链联网后,会覆盖更广泛的各种地理和电磁频谱区域,并能自动适应敌方传感器的行为,将部队隐藏在噪声区域中。同时在另外区域使用其它无人装置和载荷,携带能模拟己方电磁频谱特征的诱饵,将敌方传感器引诱到远离攻击部队区域。

多部传感器通过联网能提供实时信息确定攻击部队位置,并可引导武器系统。对无线通信链路进行欺骗和干扰是阻断敌方传感器、发射装置和武器之间通信网络的有效措施,但许多地面传感器之间的通信链路是基本难于干扰的电缆和光缆,因此,需要分别对抗各个传感器。在对抗区域中使用无人空中、地面(水面)和水下平台携带低功率电磁战系统抵近目标干扰、欺骗或发射诱饵,会对传感器和无线通信形成对抗效果。

抵近威胁目标的假目标或诱饵可触发敌方火控雷达开机,为反辐射制导武器攻击提供机会。另外,在精确制导武器上安装的小型射频干扰机,可以迷惑导弹的导引头,或者增大齐射的精确制导武器周围的总体电磁频谱噪声,以提高其生存能力。使用网络化的精确制导武器,能够协调攻击一组目标,它们能够传递目标信息,并在飞行中自适应地重新确定目标,以提高打击效果[6]。

4 结语

“低-零功率”电磁频谱战概念的提出和形成的相应的作战模式虽然有利于需要远距离投送兵力的攻击方,但也是攻击方的无奈之举。随着防御方区域拒止范围的不断扩大,迫使攻击方只能从更远的距离开始作战,因此需要更高功率的有源传感器和对抗措施。而机载和舰载装备的功率不可能无限增大,并且更高的功率在电磁频谱作战中意味着被发现的概率将增大。因此,各种联网的无人平台利用其“低-零功率”装备抵近探测、欺骗、干扰和攻击将会是一种重要的作战模式。

[1] 南明星.美军电磁频谱管理转型简析[J].系统信息工程,2015(10):98-99.

[2] 吴海.美国防科学委员会研究美军电子战能力缺陷问题[J].防务视点,2016(1):26-30.

[3] 肖霞.美国空军模拟频谱战战场 [J].电子对抗,2015(6):36-41.

[4] 白旭尧.美海军网络司令部发布新版战略规划[J].防务视点,2015(9):45-47.

[5] 袁仕继.体系作战中无人机系统频谱管理研究[J].飞航导弹,2015(5):29-33.

[6] 宋建军,方培兵.浅谈复杂电磁环境下战场电磁频谱管理[J].电子对抗,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

杨超,男,博士,高级工程师,研究方向:电子对抗。刘国亮,男,硕士,工程师,研究方向:电子对抗。

O44

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.03.035