電磁頻譜技術:撬動無形戰場

圖爲“小精靈電子戰無人機羣示意圖。

隨着戰爭形態演進、作戰環境變化和新技術發展電磁頻譜戰場信息獲取、傳輸的重要載體,逐漸演變爲繼陸、海、空、天、網之後的新質作戰域。作爲奪取戰場制電磁權、有效掌控電磁頻譜的新型作戰概念,電磁頻譜戰得到廣泛關注和深入研究

有觀點認爲,電磁頻譜戰是電子戰的延伸。一些專家將傳統電子攻防拓展爲“電子戰+電磁頻譜控制”,上升爲電磁頻譜領域整體的戰爭。

近年來,爲獲取電磁頻譜戰優勢,世界軍事強國不斷推進認知無線電、人工智能捷變頻、自適應選頻、動態頻譜接入等電磁頻譜技術的開發與應用。

用於戰場的電磁頻譜技術走過百年曆程

“電磁頻譜戰”概念,於2015年由美軍在《電波制勝:重獲美國在電磁頻譜領域的主宰地位》報告中首次提出。不過,在電磁頻譜領域開展軍事作戰行動由來已久,可追溯到無線電臺發明與應用初期,距今已有上百年曆史。

100多年來,在新興技術發展驅動下,電磁頻譜戰的方式發生了巨大變化,可歸納爲四個重要階段

――“有源網絡”與“無源對抗”措施競爭階段。自從無線電臺發明後,就出現了電磁頻譜領域的對抗行爲。1905年日俄戰爭中,日方就有意識地用電臺干擾俄方無線電通信。在第一次世界大戰中,這種早期的電子對抗行爲得到進一步應用。1930年,無線電探測與測距系統(即雷達)開始在戰場部署,利用艦船飛機等大型目標反射的無線電波確定目標位置。

該階段的電磁頻譜戰主要表現爲:主動使用有源電臺網絡協調部隊行動並引導火力打擊,以及使用無源測向設備定位或監聽敵方無線電傳輸,形成以無線通信爲代表的“有源”手段和通信偵察爲代表的“無源”手段的競爭。

――“有源網絡”與“有源對抗”措施的競爭階段。隨着導彈、航空、航天等技術的進步,電子干擾和電子欺騙技術以及有源對抗措施在飛機和艦船上得到越來越多應用。戰鬥人員在截獲和利用敵方電磁頻譜信息傳輸的同時,也有阻斷這些傳輸的迫切需求。遠程有源傳感器、近程有源自衛對抗系統、有源紅外對抗措施系統等有源對抗措施,隨着戰場需求的加大得以全面發展。

――“隱身”與“低功率網絡”的競爭階段。該階段開始於冷戰後期,主要利用隱身技術降低平臺的雷達散射截面積,使用無源傳感器以及波形和功率可調的傳感器,降低隱身平臺的電磁信號輻射。自20世紀80年代起,美軍相繼研製出F-117“夜鷹”隱身攻擊機、B-2“幽靈”轟炸機、F-22型戰鬥機等。俄羅斯等國也加強了低可探測平臺、先進傳感器和通信網絡以及針對“隱身”與“低功率網絡”能力的對抗措施研究。

――“低-零功率”網絡對抗措施的競爭階段。該階段始於2015年“低-零功率”電磁頻譜戰新型作戰概念的提出。主要使用無源工作模式或低截獲概率/低探測概率技術,降低自身被發現的概率,最大化發揮自身的探測效能,並迷惑或壓制敵方探測能力,強化己方突防攻擊能力。無源傳感器、電子反對抗、抗擾抗毀的無線通信網絡等新技術的發展應用,爲提升“低-零功率”網絡能力提供了支撐。

如數字射頻存儲干擾技術,能將接收到的信號數字化並稍加修改,然後向敵方傳感器發送假信號。該技術的應用,推動了雷達對抗措施的發展。

電磁頻譜技術應用如火如荼

技術的迅猛發展是電磁頻譜戰演進發展的內在驅動力。據報道,俄羅斯、美國、以色列等國積極開展電磁頻譜技術創新,不斷加強網絡化信息化智能化、自適應等電磁頻譜戰裝備在軍事領域中的應用。

當前,俄軍電磁頻譜戰手段以電子戰系統爲主,應用於電磁壓制、電磁干擾、戰場偵察等軍事行動。“克拉蘇哈”電子戰系統是一款典型的俄軍電磁頻譜戰裝備,分爲“克拉蘇哈”“克拉蘇哈-2”“克拉蘇哈-4”等系列裝備,具備電子壓制、電磁干擾、電磁防護等多功能的高機動平臺,不僅能實時造成電磁殺傷,還可迅速規避打擊。今年1月,俄國防部正式列裝一款隱身多功能戰鬥機――蘇-57戰鬥機。該戰機採用低可探測性技術,配備有源電掃陣列一體化多功能雷達系統、光學傳感器系統、無線電偵察和對抗系統等,能在不打開雷達、不暴露自己的情況下,發現敵人並實施干擾。

近年來,美軍相繼開展認知電子戰、人工智能、主動電子掃描陣列、自適應雷達對抗、動態頻譜接入等技術研究,掌握了電子戰規劃與管理、多功能電子戰、防禦性電子攻擊、電磁指揮與控制、機載電子偵察等手段,並注重電子戰系統和頻譜管理工具之間的融合集成,實現以電子戰和頻譜管理爲基礎的聯合電磁頻譜作戰。

隨着武器裝備越來越依賴於電磁頻譜,頻譜管理已成爲電磁頻譜戰中日益複雜而又關鍵的要素。在提升頻譜管理效率方面,美軍採取在傳統電臺上增加硬件或軟件插件的辦法,使之具備動態頻譜接入能力。此外,美軍在下一代無線通信計劃等項目中,深入研究應用動態頻譜接入技術,通過靈活選擇數字化頻譜策略,自動快速地調整頻率,實現裝備自主有序用頻。

以色列也投入巨資發展電磁頻譜戰能力。研製人員用最新電子戰技術升級F-35I戰機的通信、控制系統,掛載自行研製的空空、空地精確制導武器,安裝先進的電子情報系統,大幅提升了原機瞄準和探測干擾能力

電磁頻譜技術發展令人矚目

隨着戰爭形態向信息化、智能化演進,世界軍事強國在電磁頻譜領域不斷開展技術創新,新一代電磁頻譜戰系統將更加精確、智能、敏捷,支撐電磁感知、預警探測、導航定位、電子對抗、頻譜管控等電磁頻譜作戰行動實現能力躍升。

――網絡化頻譜自主協同。在電磁頻譜域作戰行動中,各類管頻、用頻系統採用自組網自主選頻模式一體化運行,將有助於共享電磁頻譜感知信息,高效協同電磁空間頻譜行動。其作戰效能將遠超單系統獨立運用。

近年來,無人作戰蜂羣受到廣泛關注,“小精靈”電子戰無人機羣就是一款具有網絡化頻譜自主協同特徵的典型電磁頻譜戰系統。從技術實現的角度分析,“小精靈”是由大量功能單一的小型低成本異構無人機組成的無人化作戰集羣,通過突破人工智能、認知電子戰精確感知與協同、自適應電子戰行爲學習、自適應雷達對抗等關鍵技術,未來可實現空中發射、空中回收、分佈式空中作戰、多平臺間協同配合,以羣體高效協作的方式完成作戰任務。

――認知化頻譜動態共享。軍事電磁頻譜領域,認知無線電、認知電子戰等新概念不斷涌現。其中,認知電子戰重點發展基於目標信號的威脅感知、基於認知的干擾策略優化、干擾效果的在線評估等關鍵技術,通過實時共享電磁頻譜感知信息,實現高效靈活的電磁頻譜戰系統認知對抗能力。認知無線電是一種以軟件無線電爲平臺的智能無線通信技術,通過軟件無線電臺、先進傳感器和自主機器學習的融合,能從簡單的頻譜感知或自適應,轉變爲智能認知化無線電通信能力,進而提高頻譜資源利用率,提升裝備作戰效能。

“認知”實質上就是智能,認知技術將助力電磁頻譜作戰行動朝着動態、自主、智能的方向發展。

――敏捷化頻譜行動控制。未來電磁頻譜戰系統需要適應激烈對抗的複雜電磁環境,及時調整頻率、波束方向、功率電平等用頻參數,實現在電磁頻譜域中作戰行動自由,從而奪取並保持制電磁權。通過引入“策略捷變”概念,發展敏捷化頻譜行動控制技術,可提升動態頻譜管控效率,實現自主有序用頻,高效服務於電磁頻譜域作戰行動。

對提升電子對抗能力來說,策略捷變不僅能敏捷地對抗敵方的傳感器或通信系統,還能降低敵方無源傳感器的探測概率。未來,相關技術可應用於導彈和小型無人機上,以提升電磁頻譜機動能力。(邵芳李戈韓峰