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来源:高端装备产业研究中心 导读 本文在对美国未来电子战顶层设计以及电磁频谱管理(EMBM)架构进行分析的基础上,调研了美国重要电子战系统的网络化、智能化最新升级进展,并进一步对引领网络化、智能化发展方向的NEMESIS复仇女神项目、认知型电子战重大相关计划/项目等进行了分析。可以看出:未来EMBM将更具前瞻性态势感知能力,使得整个军事梯队能够对敌方是否使用电磁频谱迅速作出决策,并实现有效机动,从而掌握主动权;AN/ALQ-217电子战支援系统的最新升级将提升战斗识别联网电子战能力,从而与其他航母舰载机联队飞机实现多站地理空间定位并探测先进的威胁雷达系统;SEWIP项目将在完成Block 3、Block 4升级之后将更为先进的电子监视与电子攻击能力引入美海军舰队,以大幅增强舰载电子战能力;NEMESIS复仇女神项目则将基于网络化协同电子战概念,将不同系统集成,利用无人分布式电子战平台/诱饵的集群实现大规模协同电子战;自适应雷达对抗(ARC)项目、自适应电子战行为学习(BLADE)、“破坏者SRx”认知电子战系统以及“反应式电子攻击措施”(REAM)项目等侧重点各不相同,将从不同层面对电子战的自适应、自动化以及智能化能力进行提升。 美国未来电子战的顶层设计及EMBM架构 2020年5月22日美国国防部签署了《JP 3-85:联合电磁频谱作战》条令,该新版条令中最大的亮点是将“电子战”相关术语替换为“电磁战”,这不仅仅是美国这一条令的重大变化,更透露了美军电子战发展的重要风向标。该条令主要包括四部分内容,如下表所示。 图表:《JP 3-85:联合电磁频谱作战》主要内容 由该条令可以看出,美军不断迭代发展电子战概念与理论,正致力于突破电子装备/系统的局限性,从电磁频谱的角度,加快构建新型“电子战”体系——电磁频谱作战体系。而电磁频谱是成功实施指控、机动与动态交战的重要因素所在,电磁战斗管理(EMBM)架构则是协助联合部队指挥官进行电磁频谱作战计划的拟定与行动指挥的关键。 与电磁频谱作战相关的EMBM概念 随着电磁环境的日益复杂化,美军方也对EMBM提出了更高要求: EMBM在能够判断静态频谱计划合理与否的同时,还需能够实时、动态地调整电磁频谱的机动性; 用于执行EMBM的方法必须能够突破高级别指挥工具的限制,能够与军种的次级别能力进行集成,从而使得各级司令部均可以做出指挥控制的相关决策; 能够实现可视化电磁频谱,使得指挥官能够主动发起行动,目前美国已经设计了多种新型EMBM相关工具提高电磁频谱的可视化能力; EMBM能够对频谱管理与电子战规划进行最优整合,并能够实现动态机动; 为EMBM建立能够同步电磁频谱中所有工作的接口与标准,从而使得EMBM能够控制各种分布式系统,实现有效机动; 建立EMBM体系架构以应对连接间断,或者传感器处于不利位置等不利情况下,利用可视化工具实现战场态势感知,从而使指挥官能够迅速做出决策并掌握主动权; 利用成熟的现有数据、模型以及算法等,使得EMBM能够支持及时乃至实时的决策与执行。 总而言之,未来EMBM将更具前瞻性态势感知能力,使得整个军事梯队能够对敌方是否使用电磁频谱迅速作出决策,并实现有效机动,从而掌握主动权。 除了颁布联合条令,建立EMBM架构之外,美国还对AN/ALQ-217电子战支援系统和水面战长期改进计划(SEWIP)进行了升级,并开展了“对抗综合传感器的多元素信号特征网络仿真”(NEMESIS)项目,以及自适应雷达对抗(ARC)项目、自适应电子战行为学习(BLADE)、“破坏者SRx”认知电子战系统、“反应式电子攻击措施”(REAM)项目等认知型电子战技术研究,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等的能力提升,最终实现网络化、智能化联合电子战。 重要电子战系统的网络化、智能化升级 AN/ALQ-217电子战支援系统 2020年1月,美国海军授予洛克希德·马丁公司一份金额为4300万美元的合同,用于升级E-2D舰载预警机的AN/ALQ-217电子支援设备(ESM),包括改进战斗识别联网电子战,从而与其他航母舰载机联队飞机实现多站地理空间定位并探测先进的威胁雷达系统。 E-2D舰载预警机 E-2D舰载预警机是美国海军航空兵现役最先进的舰载固定翼预警机,而AN/ALQ-217电子战支援系统作为无源传感器系统,则能够自动扫描环境,通过探测、拦截和定位射频信号为E-2D提供广域态势感知,并识别武器系统,能够在低、中、高三个频段实现360°完整采集。 此次升级将为E-2D当前配装的AN/ALQ-217D电子支援设备采用洛克希德·马丁公司提供的高级数字式接收机/处理机、有源前端和天线等武器可更换组件,以增强E-2D在信号密集的沿海与开放海洋环境中的态势感知能力,并实现完全自主性,美军计划于2023年9月前完成发展和试验,于2021年~2024年交付。 AN/SLQ-32电子战系统——Block3/Block4/AOEW升级 “水面战改进项目”(SEWIP)基于AN/SLQ-32电子战系统,多年来持续进行增量升级,旨在通过Block1、Block2、Block3与Block4四个不同增量逐步将更为先进的电子监视与电子攻击能力引入美海军舰队,以大幅增强舰载电子战能力,在此分别对SEWIP的历次升级以及最新升级进展情况进行梳理。 图表:SEWIP历次升级 由上表可以看出,SEWIP的历次升级主要针对过时的关键器件以及电子监视能力的进一步提升;Block2适用于各型舰船,并且修改后的软件能够与现有的舰船作战系统建立一个统一的界面;SEWIP Block1B3与Block2共同组成的AN/SLQ-32(V)6系统,则已经在DDG-51驱逐舰上投入使用,并将逐步用于装备巡洋舰以及濒海战斗舰等。 在不断升级提高AN/SLQ-32电子战系统电子监视能力的基础上,SEWIP的下一个增量Block3将由诺斯罗普•格鲁曼公司进行设计和开发,旨在采用集成的电子攻击子系统,结合SEWIP Block 1B3与Block 2构成AN/SLQ-32(V)7系统,以使舰船免受射频制导导弹的威胁。 SEWIP Block4则将为所有装备AN/LQ-32(V)6和AN/LQ-32(V)7的水面战人员和非战斗人员提供通用的EO/IR监视和对抗能力,以及选择新的硬件平台;计划中还包括直升机主动舷外电子战(AOEW)主动任务有效载荷(AMP)舷外电子攻击系统的开发。 其中: 诺斯罗普·格鲁曼公司计划于2020年将SEWIP Block3系统运送到瓦勒普斯岛,由美国政府进行测试,于2020~2024年展开SEWIP Block3 EA子系统和辅助设备的全速生产,届时会将每个EA子系统与政府提供的AN/SLQ-32(V)6集成为AN/SLQ-32(V)7系统进行交付。 SEWIP Block4将于2021年开始设计与开发。 美海军还计划为AN/SLQ-32(V)7系统嵌入一个软杀伤协调系统(SKCS),SKCS通过link16能够提供一种提示和控制AOEM计划中AMP舷外电子攻击系统的方法,从而为舰载和非舰载软杀伤效应器提供指导与调度。 AOEW计划中的AMP系统通过射频对抗措施用以提供对抗空对面导弹的监视和电子战能力,预计AMP系统将于2021年实现初始运营能力, 电子战网络化、智能化项目概况 网络化协同电子战的先行者——NEMESIS(复仇女神)项目 “对抗综合传感器的多元素信号特征网络仿真”(NEMESIS,复仇女神)项目是美海军近五年致力于完善的一个重要项目,不同于传统电子战诉求的个别或局部电子战能力的实现,该项目将致力于将多种前沿电子战概念予以融合,即基于网络化协同电子战概念,将不同系统集成,利用无人分布式电子战平台/诱饵的集群实现大规模协同电子战。在此从项目主旨、系统主要组成、系统能力等几方面对该项目进行梳理,如下表所示。 图表:“复仇女神”项目梳理 当然,“复仇女神”系统的电子战技术与能力构建方是该项目的重中之重,未来该系统将具备如下能力: 能够提供火力和通信支持,还能够构造逼真的假目标,增加敌军必须交战的潜在目标数量; 可模拟真实平台的射频辐射和雷达回波,包含红外诱饵和模拟部署部队计算机网络活动的概念和能力; 还包括水下高保真声学诱饵,生成敌军必须识别或攻击的额外目标,水声诱饵包括无线电模拟器,将被用于模拟螺旋桨或其他推进系统以及水面/水下平台特定装备的噪声。 然而,截至目前“复仇女神”系统的确切构成尚无详情披露,仅从涉及“复仇女神”的官方文件可以获悉分布式诱饵和干扰机蜂群是该项目的核心组成,其中的分布式诱饵可以快速部署,能提供无人化、持久的电子战能力。据此推断美海军研究实验室开发的“网络化舷外微型有源诱饵”(NOMAD)低成本旋翼无人机有可能是NEMESIS的组成之一。 总之,“复仇女神”将突破传统电子战系统的局限,融合多种前沿电子战概念,形成创新型联合电子战系统,不仅能在指挥与控制环节干扰敌军能力,还能针对战斗空间的敌方传感器实施欺骗,实现大规模网络化、智能化的联合电子战。 智能化电子战探索——认知型电子战技术研究 现代战场的电磁环境日趋复杂,美军针对电子战领域对自适应、自动化、智能化日逾提高的要求,针对认知电子战作战开展了大量相关研究,其中较具代表性的研究主要包括自适应雷达对抗(ARC)项目、自适应电子战行为学习(BLADE)、“破坏者SRx”认知电子战系统以及“反应式电子攻击措施”(REAM)项目等,每个项目各有侧重点,在此将各个项目的主要技术特点进行梳理,如下表所示。 图表:典型认知型电子战技术相关项目技术特点梳理 自适应雷达对抗(ARC)项目 ARC项目由DARPA负责,其将基于软件无线电技术,主旨在于开发能够对抗敌方自适应雷达信号的电子战系统。未来一旦部署,嵌入ARC技术的平台既能独立工作,也能在具备ARC能力的网络化系统中工作。 ARC项目电子战系统工作示意图 ARC项目的主旨、作战对象、主要要求等如下表所示。 图表:ARC项目 总之,ARC项目的最终目标是建立具有信号分析与表征、对抗措施综合、对抗措施效能评估功能的闭环系统,其能够针对新型、未知或自适应雷达信号,自动、近实时地生成有效对抗措施,不仅具备对抗新型雷达威胁的自我学习能力,还允许操作员接收系统的反馈,并且该系统将按照下图所示的流程开展工作。 最终,该项目的相关技术将会被移植到现有的电子战系统与下一代干扰机中。 自适应电子战行为学习(BLADE)项目 自适应电子战行为学习(BLADE)项目由DARPA负责,旨在开发一种能够在短时间内进行检测、分析并对抗的自适应无线通信系统。 有关该项目的主要目标、核心技术以及所包含的3个功能模块的具体内容,如下表所示。 图表:BLADE项目 BLADE项目不仅仅强调实现自主干扰功能,还强调了人机交互能力在系统中的重要性,即电子战作战人员应能够控制整个系统并从中接收反馈信息,从而具备战场态势感知能力。 此外,DARPA称BLADE项目的软件程序将采用开放式标准进行编写,其相关算法均能集成到现有电子战设备中,其最终目标在于装备了BLADE所开发的算法的系统不仅能够独立工作,还能够成为BLADE系统网络的一部分,系统的性能会随着网络节点数量的增加而不断提高,并将有望在多个电子战节点之间实现信息共享。 目前BLADE项目已经进行了样机演示,正逐步由对抗方法的实验室开发阶段向应用阶段推进。 “破坏者SRx”认知电子战系统 “破坏者SRx”电子战系统是下一代电子战技术之一,是目前唯一达到商用现货成熟条件的认知电子战系统。 “破坏者SRx”电子战系统由美国Exelis公司开发,基于软件无线电技术,十分注重认知侦察环节,能够适应复杂多变的电磁环境,具备自适应、可编程功能,具备多功能电子战的特点,并且能够实现在各功能之间进行实时切换,使系统面对不断变化的任务需求能够立即做出响应,其主要特点的相关描述如下表所示。 图表:“破坏者SRx”认知电子战系统的主要特点 此外,该系统由于采用了微机电系统而具备小型化特点,非常适用于小型无人平台电子战载荷,并且能够在复杂、争夺激烈的电子环境中做出响应和调整。 “反应式电子攻击措施”(REAM)项目 “反应式电子攻击措施”(REAM)项目是美国海军未来海军能力(FNC)项目之一,于2016年启动,旨在开发信号探测和分类技术,用于识别敏捷雷达威胁,并改造DARPA的“自适应雷达对抗(ARC)”项目的机器学习算法,支持电子战支援、电子攻击能力。 REAM项目还开展了获取频谱知识的技术、满足尺寸/重量/功耗限制的频谱学习技术、生成电子攻击方案的频谱推理技术,以及执行电子攻击措施的频谱攻击技术的相关研究。自2018年以来该项目更是针对机器学习算法、相关软件套件以及应用等开展了相关研究,其主要研究内容如下表所示。 图表:REAM项目2018年以来的主要研究内容 由上表可知,目前认知电子战技术正逐步转入工程应用的研制阶段。美国海军还将继续为认知型电子战技术的相关项目提供支持,以开展3~5年的持续性基础研究,以将技术成熟度提高到6作为最终目标,预计REAM系统将于2021年进入应用阶段,并有望于2025年投入海军舰队中队应用。 未来该技术中的机器学习算法将应用于EA-18G舰载电子战机上,以对抗敏捷、自适应和未知的敌对雷达,将补足目前美海军电子侦察装备的能力短板,并提升海军装备自主作战的水平,大幅提高电子战装备的作战效率,尤其是在复杂电磁环境中,能及时调整干扰措施,充分发挥电子战装备的能力。 小结 加快构建电磁频谱作战体系,实现电子战智能化将是美军电子战的发展方向所在。美军致力于通过电子战系统升级提高E-2D舰载预警机在信号密集海洋环境中的态势感知能力与完全自主性;将更为先进的电子监视与电子攻击能力引入美海军舰队,大幅提升舰载电子战能力;致力于基于网络化协同电子战概念,集成不同系统,利用无人分布式电子战平台/诱饵的集群实现大规模协同电子战;对电子频谱战中自适应化/认知化技术与能力格外重视,深入研究有关在传统电子战系统中增加目标认知、智能决策、自主学习等功能的研发项目,部分项目已经进入试验验证阶段,这都将进一步提高美国未来电子战的多功能、网络化与智能化能力。