对抗“低-零功率”电磁频谱战技术需求分析

电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology2019,34(4) 中图分类号:TN97 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2019)04-0060-05收稿日期:2018-09-26;修回日期:2018-10-26作者简介:游屈波(1980 ),男,福建建瓯人,博士,高级工程师;吴耀云(1980 ),男,云南昆明人,博士,高级工程师㊂对抗 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析游屈波,吴耀云,王松煜,赵　斌(电子信息控制重点实验室,成都610036)摘要:电磁频谱战正随着技术发展越发显示出其重要性,美军正在大力推进其发展,明确提出了 低-零功率”电磁频谱战,并在实战作战系统中逐步实施㊂为了在未来 低-零功率”电磁频谱战中赢得主导权,在分析美军 低-零功率”电磁频谱战作战模式基础上,针对其关键环节,提出对抗 低-零功率”电磁频谱战的核心关键技术㊂关键词:低-零功率;电磁频谱战;无源探测DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2019.04.012Technical Requirements Analysis of Fighting Against Low -to -No Power Electromagnetic Spectrum WarfareYOU Qu-bo,WU Yao-yun,WANG Song-yu,ZHAO Bin(Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chengdu 610036,China)Abstract :With the rapid development of information technology,the electromagnetic spectrum (EMS)warfare has been considered more and more important in the modern war.The itary is vigorously promoting its development.The low-to-no power EMS warfare is explicitly proposed,which is gradually applied in actual combat.Aiming at taking the lead in the future low-to-no power EMS warfare,based on analysis of the itary low-to-no power EMSwarfare,the key critical technics are proposed according to the vital procedures.Key words :low-to-no power;electromagnetic spectrum warfare;passive detection1　引言电磁频谱战的主导权可谓大国重器,电磁频谱领域的作战方式也随着传感器和网络技术的发展与应用而不断变化㊂介于电磁频谱的重要性与优先地位,美国近年来频繁推出电子战战略与政策,建立管理机构,加大电子战投入,推动新的电子战作战概念与技术开发㊂2014年2月,美国国防公布了新版‘电磁频谱战略“㊂战略指出,美国防部的陆㊁海㊁空㊁天和赛博行动,以及所有联合功能-机动㊁火力㊁指挥控制㊁情报㊁防护与供给均依靠应用频谱的能力㊂电磁频谱需求不断增加,已成为当前军事行动的先决条件;而电磁频谱日益拥塞㊁竞争愈加激烈,使其成为重要的国家战略资源㊂2015年3月,美国国防部成立了电子战执行委员会,督导美军电子战的发展,拓展联合电磁频谱作战的范围㊂同时,美各军兵种相继行动,空军提出 频谱战”概念,海军提出 电磁机动战”概念,陆军司令部发布‘FM3-38赛博电磁行动“野战手册㊂2017年1月,美国国防部正式发布了‘电子战战略“,阐述了美国防部如何实施电子战以及含义更广的电磁频谱战,描述了未来电子战或电6电子信息对抗技术㊃第34卷2019年7月第4期游屈波,吴耀云,王松煜,赵　斌对抗 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析磁频谱作战所需的能力,如网络化㊁自适应㊁敏捷性㊁多功能和小型化㊂同时,也正在推动电磁频谱成为一个作战域㊂未来战争是信息化战争,信息获取㊁信息传输㊁信息处理与信息应用日益依赖于电磁频谱,电磁频谱的利用与控制已成为信息化战争的核心要素㊂为了赢得未来战争主导权,本文从美军电磁频谱战发展历程中引出 低-零功率”电磁频谱战及其典型作战系统;针对 低-零功率”电磁频谱战的关键环节,提出对抗 低-零功率”电磁频谱战的核心关键技术㊂2　美军电磁频谱战发展历程 军事行动中的电磁频谱战行动由来已久,一个多世纪以来,美国陆海空三军都在使用电磁频谱能力为作战行动提供支援㊂但在过去100多年里,美国军方实施电磁频谱战的方式却发生了巨大变化㊂这些变化可以分为三个重要阶段(有源网络与无源对抗措施的竞争㊁有源网络与有源对抗措施的竞争㊁隐身与低功率网络的竞争),每个阶段对有源和无源电磁能力及其电磁对抗措施的侧重各不相同,如图1所示㊂图1　电磁频谱战的三个阶段其中,隐身与低功率网络的竞争阶段开始于冷战时期,主要表现为利用隐身技术降低平台的RCS,同时使用无源传感器以及波形和功率可调的传感器来降低隐身平台的电磁信号辐射㊂然而,美军隐身和低功率电磁频谱能力的转型随着冷战结束也戛然而止㊂相比于美军在冷战后电磁频谱战停滞不前,中国㊁俄罗斯开展各自低可探测平台㊁先进传感器和通信网络㊁以及设计针对美军冷战时期电磁频谱战能力的对抗措施㊂面对这些挑战,2015年12月2日,美国战略与预算评估中心(CSBA)发布了‘决胜电磁波:重塑美国在电磁频谱领域的优势地位“[1]的研究报告,明确提出了 低-零功率”电磁频谱战新型作战概念㊂该概念的核心思想有两方面:第一,利用 低-零功率”手段对抗敌方无源和有源传感器,即利用诱饵或抵近式干扰迷惑/压制敌方的探测能力;第二,利用低截获概率或低探测概率(LPI /LPD)的传感器和通信方式降低被探测概率,即降低有源辐射的功率以减小被敌方探测的可能性,并最大化发挥 零功率”无源探测手段的探测效能㊂为了适应 低-零功率”电磁频谱战新型作战概念,报告明确提出 低-零功率”作战系统需要具备网络化㊁捷变性㊁多功能㊁小型化和自适应五个能力特点㊂2017年10月5日,美国战略与预算评估中心(CSBA)发布了‘决胜灰色地带:利用电磁战重获局势掌控优势“[2]的研究报告,明确指出了电磁战是应对中俄灰色地带挑衅的解决措施,建议美国利用电磁战,通过小型导弹㊁巡飞弹和无人机携带电磁战系统对付中俄的远程传感器和武器网络,重新获得对灰色地带局势的掌控优势㊂3　典型电磁频谱战作战系统 从‘决胜电磁波:重塑美国在电磁频谱领域的优势地位“和‘决胜灰色地带:利用电磁战重获局势掌控优势“可以看出,在2030~2040作战环境下,必将面对美军的 低-零功率”电磁频谱作战系统㊂当前, 低-零功率”电磁频谱战理念已经渗透进美军正在发展研制的典型作战系统,如:美海军集成火控-防空系统(NIFC-CA)㊁集群无人机作战系统㊁穿透型协同制空系统(如:穿透型制空战斗机㊁穿透型电子战机)㊁防区外打击系统(如:武库机)㊂3.1　美海军集成火控-防空系统(NIFC-CA )美军近年来提出并发展了海军集成火控-防空系统(NIFC -CA),该系统是以协同交战系统(CEC)为基础,通过网络化协同,形成了以情报雷达和预警机为主体的预警探测网,以通信中继节点和综合指控中心为主体的指挥控制网,以及以舰载防空制导雷达㊁照射制导雷达㊁导弹发射架为主体的制导拦截网,实现防空体系从预警探测到指挥控制再到拦截打击的完整作战链㊂其主要技术特点如下㊂一是具备灵活的体系调整能力㊂通过多舰组16游屈波,吴耀云,王松煜,赵　斌对抗 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析投稿邮箱:dzxxdkjs@ 网对战场时空频多重覆盖,雷达之间的相互引导可实现目标的快速截获㊂同时,任意一个节点未被干扰,均可向全网其他节点提供战场态势,即组网探测系统 一个存活,全网有效”㊂当负责火力拦截平台的雷达受到干扰时,NIFC-CA可通过其他平台的引导或者通过多个平台交叉测向定位方式,实现对目标的跟踪制导㊂二是火力闭环速度快,发现即打击㊂通过体系集成后,火力闭环速度大幅提升,火力闭环时间从传统的数十分钟量级缩短到数十秒㊂三是远程交战与视距外拦截能力大幅提升㊂在预警机和 宙斯盾”系统协同后,NIFC-CA系统的低空目标防空区域从30千米提升到370千米左右,可拦截舰载平台视距外的目标(如图2所示)㊂在美海军作战中,EA-18G 咆哮者”可利用NIFC-CA系统,将无源目标定位信息经Link-16数据链传送至E-2D预警机,再经CEC系统传送至地面作战人员,使其能采用远程巡航导弹攻击目标㊂2016年9月12日,美国海军在白沙导弹靶场成功进行了F-35与NIFC-CA系统协同实弹验证,F-35射频传感器探测超视距威胁,并将数据回传至 沙漠舰”(LLS-1)陆基舰艇仿真平台,后者发射 标准”-6对目标成功实施拦截㊂图2　NIFC-CA系统打击范围3.2　集群无人机系统针对蜂群这类低成本分布式无人机,当前国外的研究比较火热㊂国外对于人工蚁群㊁蜂群㊁鸟群等集群智能算法㊁多无人系统协同控制的研究开展较早,成果显著,这类集群智能算法的实现架构将会显著的影响蜂群系统架构的研究㊂同时,国外对于蜂群这类低成本无人机的作战效能开展了长期的研究,如图3所示㊂在2000至2010年间,美国国防部高级研究计划局(DAR⁃PA)㊁联合部队司令部(JFCOM)阿尔法计划实验室㊁空军研究实验室(AFRL)㊁空军技术研究院(AFIT)㊁海军研究局(ONR)等机构对多无人机㊁多无人水下滑翔机等多无人系统集群协同作战进行了一系列效能研究㊁仿真验证,证明了集群无人系统在战场态势感知㊁协同突防㊁协同定位侦察等任务下较之于常规作战方式具备优异的作战效能㊂自2010年起,微型化无人系统作战载荷的实现㊁分布式自组织网络,以及低成本无人系统平台的研究成果使美国已能够开展面向集群战场感知㊁协同搜索㊁集群突防等作战任务的多无人系统的实战研究㊂图3　小型无人机与集群编队作战概念蜂群无人机(如:小精灵)可携带低功率电子对抗系统㊁低截获概率/低检测概率传感器㊁低截获概率/低检测概率通信系统,适合 低-零功率”电磁频谱作战㊂4 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析 未来的信息化战争,必将面对美军 低-零功率”电磁频谱战作战系统,敌我双方必将是 低-零功率”电磁频谱体系作战㊂因此,需要针对 低-零功率”电磁频谱战作战模式的关键环节,提出对抗 低-零功率”电磁频谱战的核心关键技术㊂4.1 低-零功率”电磁频谱战作战模式图4显示了美军针对高端对手的 低-零功率”电磁频谱战作战模式㊂为击败敌方传感器并进入对抗性区域,美军将从攻击飞机中发射干扰机和诱饵(也有可能从其它平台投放,比如潜艇和无人水下装置利用其抵近目标区域的能力来发26电子信息对抗技术㊃第34卷2019年7月第4期游屈波,吴耀云,王松煜,赵　斌对抗 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析射大量小型近程诱饵和干扰机),从而压制敌防空系统㊂突防到对抗性区域后,美军监视与打击系统可能使用诱饵和低功率防区内干扰机掩盖进攻编队的真实位置,并且对敌防空系统生成虚假目标,触发敌地空导弹系统的火控雷达开机,从而为发射反辐射制导武器提供机会㊂此外,还需要利用无源传感器定位发射电磁能量的敌方目标㊁利用敌方目标的反射电磁能定位电磁静默目标㊁利用自适应频谱控制和低截获手段保护突防编队不被探测和攻击㊂图4　美军 低-零功率”电磁频谱战作战模式4.2　对抗 低-零功率”电磁频谱战的核心关键技术从上小节可以提炼出 低-零功率”电磁频谱战关键环节:(1)利用 低-零功率”手段对抗敌方无源和有源传感器,降低敌方搜索与目标瞄准传感器的性能;(2)利用低截获概率或低探测概率传感器和通信方式降低被探测概率;(3)使用小型投掷式无人机㊁导弹和巡飞弹,提高美军武器到达目标的能力,使能规模更小㊁更精确的攻击齐射㊂为了对抗 低-零功率”电磁频谱战,必须对其关键环节实施对抗:(1)针对 低-零功率”探测手段,绝对不能随意实施电磁辐射,对抗关键点是:具备 低-零功率”电磁战斗管理/对抗能力㊁快速威胁目标认知能力;(2)针对低截获概率或低探测概率传感器和通信方式,对抗关键点是:具备快速识别威胁并电子干扰能力㊁通过扰乱局部电磁场降低传感器性能能力㊁直接损坏传感器能力㊂(3)针对使能规模更小㊁更精确的攻击齐射,对抗关键点:具备 无线弹药”㊁同时多目标快速拦截能力㊂针对以上对抗关键环节需要的能力,提出对抗 低-零功率”电磁频谱战的核心关键技术有:(1) 低-零功率”电磁战斗管理技术面向2030~2040年的信息化作战,战场电磁环境非常复杂,呈现出频谱宽㊁空域覆盖广㊁信号特征复杂㊁信号时敏特性强等特性[3]㊂面对实际的战场态势,往往需要同时并发多个电磁域作战任务㊂因此,需要通过有效的电磁战斗管理,将分布在不同平台上的电磁域传感器㊁电磁攻击系统㊁信息处理设备㊁信息传输链路有机地结合起来,形成体系化联动,最终实现区域的 低-零功率”电磁频谱控制㊂(2) 低-零功率”对抗技术在与强敌的 低-零功率”电磁频谱战对抗中,辐射就意味着暴露㊂因此,需要深入研究无源探测为主㊁有源探测为辅的探测技术;以抵近式低功率干扰为主的对抗技术㊂基于空射诱饵尽可能创造无源探测的条件;抵近式低功率干扰生成虚假目标,触发敌探测系统持续开机;通过多机无源协同探测手段,实现快速高精度无源探测;侦收外辐射源照射的反射信号,实现对电磁静默目标的有效探测;并结合无源探测为主㊁有源探测为辅的技术手段,实现探测性能与辐射控制的平衡㊂(3)威胁目标的认知对抗技术随着技术发展,作战对象也在快速更新换代,未来信息化作战中,必将面临未知辐射源或已知作战对象的战时 未知信号”,传统威胁评估方法无法适应复杂多变的战场环境,无法有效应对战场信息的不确定性㊂针对这一威胁,以电子战无源探测和目标识别能力为基础,综合雷达㊁红外㊁IFF 等多元目标探测识别信息,采用基于大数据和深度学习的人工智能技术,实现对新体制威胁辐射源的精确威胁识别和未知目标的智能推理识别,进而确定最佳干扰样式㊂(4)小型化电磁武器打击技术卫星㊁无人机和有人驾驶飞机上的雷达侦察/36游屈波,吴耀云,王松煜,赵　斌对抗 低-零功率”电磁频谱战技术需求分析投稿邮箱:dzxxdkjs@通信侦察/光电/红外传感器可以提供对关注区域的广域持久侦察㊁监视㊂而原有的ECCM手段,无法对这些无源传感器产生损坏,只是让其产生暂时假情报或者短暂失效㊂小型化电磁武器可以直接以光速聚能毁伤无源传感器,让其永久性无法使用㊂此外,电磁武器在末端防御中,可以对抵近蜂群无人机㊁导弹㊁来袭飞机以光速实施多目标拦截㊂(5)局部电磁环境控制技术电磁频谱战本质上还是在电磁场进行博弈对抗,无法剥离电磁环境㊂局部电磁环境控制技术是通过深入研究电磁环境效应(器件级㊁系统级㊁大系统级)[4],通过电磁微波吸收和散射,达到隐身效果;通过电磁环境局部扰乱,实现无线通信中断㊁传感器探测精度大幅度下降或失效㊂5　结束语 当今,美军率先提出了 低-零功率”电磁频谱战,并已经开始在实战作战系统中逐步实施,如海军集成火控-防空系统(NIFC-CA),以再次获得相比未来对手的显著优势㊂在未来的信息化作战中,必将面对美军的 低-零功率”电磁频谱作战系统㊂为了赢得主导权,本文针对 低-零功率”电磁频谱战的关键环节,提出了五大核心关键技术㊂ 低-零功率”电磁频谱战作为崭新的领域,还有巨大的发展空间,本文提出的关键技术希望能起到抛砖引玉作用,吸引更多科研人员投入到 低-零功率”电磁频谱战研究中来㊂参考文献:[1]　CLARK B,GUNZINGER M.Winning the Airwaves:Regaining America’s Dominance in the Electromagnet⁃ic Spectrum[R].USA:Center for Strategic and Budg⁃etary Assessment,2016.[2]　CLARK B,GUNZINGER M,SLOMAN J.Winning inthe Gray Zone:Using Electromagnetic Warfare to Re⁃gain Escalation Dominance[R].USA:Center for Stra⁃tegic and Budgetary Assessment,2017. [3]　王雁涛.海战场电磁频谱控制技术面临的挑战及发展[J].舰船电子工程,2016,36(4):7-9. [4]　王满喜,汪连栋,曾勇虎.电子信息系统复杂电磁环境效应机理研究方法初探[J].电子对抗,2018(3):9-20.(上接第39页)5　结束语 本文从ECM的角度出发,对机载火控雷达空空工作模式进行了状态分类,提出通过使用支持向量机对雷达AST的类型特征和波形CPI的变化规律进行综合分析的状态识别算法,对RWR 和引导ECM措施具有重要的实战意义㊂通过数据仿真来看,在信噪比条件满足的情况下,使用支持向量机对多种参数特征的分类识别具有较高的识别准确率㊂本文的研究是基于雷达信号波形载频固定的前提开展的,关于载频跳变对天线方向图的影响以及EST扫描的波束展宽问题,将是后续研究的重点方向㊂参考文献:[1]　贾朝文,周水楼.机载雷达工作模式识别[J].电子信息对抗技术,2011,26(1):14-16,76. [2]　刘俊江.机载火控雷达工作模式识别[J].电子测量技术,2016(2):131-133.[3]　王玉冰.参数寻优LSSVM算法在机载火控雷达工作模式判定中的应用[J].空军工程大学学报,2017(3):49-53.[4]　ERAVCI B.Automatic Radar Antenna Scan Analysisin Electronic Warfare[D].Ankara:Bilkent Universi⁃ty,2010.[5]　李程.雷达天线扫描方式的自动识别方法[J].国防科技大学学报,2014(3):156-163.[6]　江卫.机载相控阵火控雷达搜索方式的参数选择[J].电子科学技术评论,2005(5):15-17. [7]　郁洋.PD雷达工作状态识别改进方法研究[J].电子信息对抗技术,2008,23(6):28-31,35. [8]　倪国新.现代机载火控雷达的多功能发展趋势[J].电子科学技术评论,2005(3):7-11.[9]　ALABASTER C.脉冲多普勒雷达-原理㊁技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2016.46。