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艦船裝備

美海軍認知電子戰技術轉入應用研發

發布日期: 2019-02-22  來源:原創: 周智偉 藍海星智庫  



  REAM項目是美國海軍未來海軍能力(FNC)項目之一,旨在將DARPA研發的認知電子戰技術轉移到海軍的EA-18G電子戰飛機上,增強EA-18G對抗敏捷、自適應和未知的雷達、雷達模式的能力。目前,諾斯羅普格魯曼公司將為美國海軍的“反應式電子攻擊措施”(REAM)項目研發機器學習算法,預計2019年底完成。

  一、美軍電子戰能力受到挑戰

  2015年、2017年,美國戰略與預算評估中心連續發布《電波制勝:重拾美國在電磁頻譜領域的主宰地位》《制勝灰色地帶:利用電磁頻譜戰恢復對升級事態的主導》2份評估報告,指出美軍在電子戰領域正面臨潛在對手電子能力增強、未知威脅增多的問題。為此,2018年7月,美國國會在2019財年《國防授權法案》中要求國防部組織跨職能小組,評估潛在對手在電子戰領域的實力。

 。ㄒ唬⿲κ值睦走_、通信抗干擾能力顯著提高

  隨著有源相控陣、數字波束成形、自適應算法等技術的應用,俄羅斯、中國等美軍的潛在對手的雷達抗干擾能力顯著提高。與之類似,擴頻通信、隨機跳頻、智能天線等技術的應用,使潛在對手的通信抗干擾能力也大幅提高。這些新興抗干擾技術的運用使美軍的電子戰能力受到了抑制。美空軍部長、海軍中將、國會議員等高官均發表過美國電子戰能力受到中俄挑戰的言論。

 。ǘ┪粗卣鞯耐{不斷增加

  在半導體材料與器件、動態頻譜分配、重編程等技術支持下,潛在對手的雷達、通信系統的信號正在變得越來越靈活、敏捷,其信號特征已經很難提前獲取。美軍電子戰裝備未來在戰場上將面對越來越多的未知特征的捷變電磁信號,采用傳統的應對已知特征信號的手冊式電子攻擊方法無法達到作戰效果。

 。ㄈ⿵碗s電磁環境增加信號偵察難度

  隨著潛在對手的各種新型通信、導航、雷達、無人裝備的大量應用,戰場空間的電磁環境變得非常復雜,由此造成電磁信號在頻域、時域、空域擁堵嚴重,降低了電子戰裝備對威脅信號的偵察分選能力,進而影響其作戰效能。

  二、認知電子戰的作戰概念

  針對電子戰能力優勢縮減,作戰手段不能滿足當前戰場需求的問題,美軍自2009年起開始將認知概念引入電子戰領域,形成認知電子戰概念,并通過DARPA開展了認知電子戰的先期研究。

  認知電子戰技術將認知科學的成果與電子戰技術結合,在傳統電子戰系統中增加目標認知、智能決策、自主學習等功能,實現電子戰智能化。其作戰過程首先從原始傳感器的大量數據中提取有關目標電磁信號的知識,然后實時或近實時制定出電子戰攻擊的最優化策略,最后對攻擊效能進行評估,再根據評估結果調整下一次的攻擊策略,通過不斷重復以上過程實現自適應對抗各種目標。

  認知電子戰的核心技術包括三部分,對應了作戰過程的三個階段,分別是信號知識學習、攻擊策略制定和攻擊效果評估。DARPA開展的兩項典型認知電子戰項目都在力圖開發這三項核心技術。

  三、美軍認知電子戰技術轉入應用研究階段

  DARPA于2010年11月、2012年7月先后啟動“行為學習自適應電子戰”(BLADE)、“自適應雷達對抗”(ARC)兩個認知電子戰項目,前者已進行了樣機演示,后者進展順利;贒ARPA的認知電子戰技術成果,海軍研究署于2016財年啟動“反應式電子攻擊措施”(REAM)項目,目標是在海軍電子戰裝備上應用認知電子戰技術。2018年,海軍分別授出兩份認知電子戰技術研發合同,表明該技術在海軍已轉入工程研發階段。

 

圖 1  自適應雷達對抗概念圖

 

 。ㄒ唬〥ARPA的兩個認知電子戰項目進展順利

  DARPA是美軍探索認知電子戰技術的先鋒,并且取得了實質性突破。

  2010年啟動的“行為學習自適應電子戰”項目目標是開發在戰術環境中和戰術時間尺度內應對自適應無線通信威脅的技術,對象包括潛在對手的無線通信信號、指揮/控制/通信網絡,以及其他惡意無線信號,如無線電控制的簡易爆炸裝置。項目重點是開發不依賴具體硬件平臺的信號探測與特征提取、阻塞波形優化、戰場對抗效果評估算法。2016年6月,洛克希德•馬丁公司以雷聲公司的Silencer電子戰系統作硬件平臺,展示了“自適應電子戰行為學習”開發的認知電子戰技術。搭載Silencer的Piper Navajo飛機采集了軍用無線電、手機、專用數據鏈等多種無線信號,并在多個戰術場景中演示了動態感知、信號表征和自適應干擾功能。該系統能將分析自適應通信系統信號的時間從此前的幾個月縮短至幾分鐘。此外,洛馬公司還在IEEE會議上發表論文,介紹如何利用無線信號測量結果推斷網絡鏈接、拓撲結構、應用層協議等。

  2012年啟動的“自適應雷達對抗”項目目標是開發能在戰術時間尺度內對抗自適應雷達威脅的技術,對象包括波形和信號行為未知的、隨機的防空、空空相控陣雷達。這些雷達通常在波束定向、波束成形、相干處理間隔(CPI)等方面具有靈活變化的特征。項目重點是開發不依賴具體硬件平臺的信號分析與特征提取、對抗措施合成、對抗效果評估算法,從而確定未知雷達的功能、評估威脅等級、通過分析威脅特征合成對抗措施、基于威脅信號的變化評價干擾效果!白赃m應雷達對抗”項目為期5年,2016年11月,DARPA授出項目第三階段研發合同,將開發驗證系統,并在空中平臺上進行演示,目前該項目進展順利。

 。ǘ┖\娬J知電子戰項目已完成先期探索將轉入應用攻關

  海軍在看到DARPA認知電子戰項目的成果后,于2016財年在海軍研究署的未來海軍能力項目下安排了“反應式電子攻擊措施”(REAM)項目,開發信號探測和分類技術,用于識別敏捷雷達威脅,并改造DARPA的“自適應雷達對抗”項目的機器學習算法,支持電子戰支援、電子攻擊能力。在2019財年的預算申請中,海軍透露將開展“反應式電子攻擊措施”項目的技術轉移,將這些技術應用于EA-18G電子戰飛機的電子攻擊單元,并將其作為EA-18G的Block II升級。2018年5月,海軍空戰中心飛機分布授予諾斯羅普格魯曼公司725萬美元合同,為REAM項目開發機器學習算法,應用于EA-18G的電子攻擊裝備中。海軍研究署在發布的跨機構公告中列出了4方面的研究內容,包括獲取頻譜知識的技術、滿足尺寸/重量/功耗限制的頻譜學習技術、生成電子攻擊方案的頻譜推理技術、執行電子攻擊措施的頻譜攻擊技術。為進一步支持REAM項目實施,7月,海軍水面作戰中心發布信息征詢書,為REAM項目尋找信號檢測和分類技術解決方案。除了REAM項目外,2018年5月,海軍空戰中心飛機分部授予Leidos公司合同,開發“自適應雷達對抗”項目的軟件套件,以便在海軍F/A-18飛機上使用。這些活動表明海軍的認知電子戰技術已開始轉入工程應用的研制階段。

  四、美軍電子戰能力將獲大幅提升

  海軍未來能力計劃為研究項目提供3~5年的資助,支持其開展持續性基礎研究,目標是將技術成熟度由3或4提高到6。據此推斷,2021財年前后,美海軍的認知電子戰技術將得以應用,使海軍電子戰能力大幅提升。

 。ㄒ唬┱J知電子戰補足探測能力短板

  認知電子戰技術運用機器學習、人工神經網絡等算法提取信號特征,通過開發新模型根據信號行為推理信號源的功能,顛覆了傳統電子偵察僅依靠信號物理特征識別目標的方法。認知電子戰技術在EA-18G上的應用將提升美海軍的電子偵察能力,提高偵察未知的靈巧、捷變信號的能力,補足目前電子偵察裝備的能力短板。

 。ǘ┱J知電子戰提高干擾、欺騙效能

  認知電子戰技術摒棄傳統的手冊式干擾措施制定方法,能在戰場環境中靈活根據電磁環境、威脅信號特征,選擇合適的干擾措施進行壓制、欺騙。這種方法改變了傳統電子戰需要預先在實驗室針對已知信號設計干擾措施的模式,使電子戰裝備在作戰時更加靈活地對抗已知和未知威脅,提高電子戰效能。

 。ㄈ┱J知電子戰增強裝備自主作戰水平

  認知電子戰技術利用戰場對抗效果評估算法分析電子戰措施的效能,根據反饋結果調整干擾措施,作戰過程無需人工參與,提升了裝備自主作戰的水平。這種閉環模式可使電子戰裝備的作戰效率大幅提高,尤其是在復雜電磁環境中,能及時調整干擾措施,充分發揮電子戰裝備的能力。

(藍海星:周智偉)

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