美海军认知电子战技术转入应用研发

发布日期： 2019-02-22 来源：原创： 周智伟 蓝海星智库　　 访问量：

　　REAM项目是美国海军未来海军能力（FNC）项目之一，旨在将DARPA研发的认知电子战技术转移到海军的EA-18G电子战飞机上，增强EA-18G对抗敏捷、自适应和未知的雷达、雷达模式的能力。目前，诺斯罗普格鲁曼公司将为美国海军的“反应式电子攻击措施”（REAM）项目研发机器学习算法，预计2019年底完成。 　　一、美军电子战能力受到挑战 　　2015年、2017年，美国战略与预算评估中心连续发布《电波制胜：重拾美国在电磁频谱领域的主宰地位》《制胜灰色地带：利用电磁频谱战恢复对升级事态的主导》2份评估报告，指出美军在电子战领域正面临潜在对手电子能力增强、未知威胁增多的问题。为此，2018年7月，美国国会在2019财年《国防授权法案》中要求国防部组织跨职能小组，评估潜在对手在电子战领域的实力。 　　（一）对手的雷达、通信抗干扰能力显著提高 　　随着有源相控阵、数字波束成形、自适应算法等技术的应用，俄罗斯、中国等美军的潜在对手的雷达抗干扰能力显著提高。与之类似，扩频通信、随机跳频、智能天线等技术的应用，使潜在对手的通信抗干扰能力也大幅提高。这些新兴抗干扰技术的运用使美军的电子战能力受到了抑制。美空军部长、海军中将、国会议员等高官均发表过美国电子战能力受到中俄挑战的言论。 　　（二）未知特征的威胁不断增加 　　在半导体材料与器件、动态频谱分配、重编程等技术支持下，潜在对手的雷达、通信系统的信号正在变得越来越灵活、敏捷，其信号特征已经很难提前获取。美军电子战装备未来在战场上将面对越来越多的未知特征的捷变电磁信号，采用传统的应对已知特征信号的手册式电子攻击方法无法达到作战效果。 　　（三）复杂电磁环境增加信号侦察难度 　　随着潜在对手的各种新型通信、导航、雷达、无人装备的大量应用，战场空间的电磁环境变得非常复杂，由此造成电磁信号在频域、时域、空域拥堵严重，降低了电子战装备对威胁信号的侦察分选能力，进而影响其作战效能。 　　二、认知电子战的作战概念 　　针对电子战能力优势缩减，作战手段不能满足当前战场需求的问题，美军自2009年起开始将认知概念引入电子战领域，形成认知电子战概念，并通过DARPA开展了认知电子战的先期研究。 　　认知电子战技术将认知科学的成果与电子战技术结合，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，实现电子战智能化。其作战过程首先从原始传感器的大量数据中提取有关目标电磁信号的知识，然后实时或近实时制定出电子战攻击的最优化策略，最后对攻击效能进行评估，再根据评估结果调整下一次的攻击策略，通过不断重复以上过程实现自适应对抗各种目标。 　　认知电子战的核心技术包括三部分，对应了作战过程的三个阶段，分别是信号知识学习、攻击策略制定和攻击效果评估。DARPA开展的两项典型认知电子战项目都在力图开发这三项核心技术。 　　三、美军认知电子战技术转入应用研究阶段 　　DARPA于2010年11月、2012年7月先后启动“行为学习自适应电子战”（BLADE）、“自适应雷达对抗”（ARC）两个认知电子战项目，前者已进行了样机演示，后者进展顺利。基于DARPA的认知电子战技术成果，海军研究署于2016财年启动“反应式电子攻击措施”（REAM）项目，目标是在海军电子战装备上应用认知电子战技术。2018年，海军分别授出两份认知电子战技术研发合同，表明该技术在海军已转入工程研发阶段。 图 1 自适应雷达对抗概念图 　　（一）DARPA的两个认知电子战项目进展顺利 　　DARPA是美军探索认知电子战技术的先锋，并且取得了实质性突破。 　　2010年启动的“行为学习自适应电子战”项目目标是开发在战术环境中和战术时间尺度内应对自适应无线通信威胁的技术，对象包括潜在对手的无线通信信号、指挥/控制/通信网络，以及其他恶意无线信号，如无线电控制的简易爆炸装置。项目重点是开发不依赖具体硬件平台的信号探测与特征提取、阻塞波形优化、战场对抗效果评估算法。2016年6月，洛克希德•马丁公司以雷声公司的Silencer电子战系统作硬件平台，展示了“自适应电子战行为学习”开发的认知电子战技术。搭载Silencer的Piper Navajo飞机采集了军用无线电、手机、专用数据链等多种无线信号，并在多个战术场景中演示了动态感知、信号表征和自适应干扰功能。该系统能将分析自适应通信系统信号的时间从此前的几个月缩短至几分钟。此外，洛马公司还在IEEE会议上发表论文，介绍如何利用无线信号测量结果推断网络链接、拓扑结构、应用层协议等。 　　2012年启动的“自适应雷达对抗”项目目标是开发能在战术时间尺度内对抗自适应雷达威胁的技术，对象包括波形和信号行为未知的、随机的防空、空空相控阵雷达。这些雷达通常在波束定向、波束成形、相干处理间隔（CPI）等方面具有灵活变化的特征。项目重点是开发不依赖具体硬件平台的信号分析与特征提取、对抗措施合成、对抗效果评估算法，从而确定未知雷达的功能、评估威胁等级、通过分析威胁特征合成对抗措施、基于威胁信号的变化评价干扰效果。“自适应雷达对抗”项目为期5年，2016年11月，DARPA授出项目第三阶段研发合同，将开发验证系统，并在空中平台上进行演示，目前该项目进展顺利。 　　（二）海军认知电子战项目已完成先期探索将转入应用攻关 　　海军在看到DARPA认知电子战项目的成果后，于2016财年在海军研究署的未来海军能力项目下安排了“反应式电子攻击措施”（REAM）项目，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”项目的机器学习算法，支持电子战支援、电子攻击能力。在2019财年的预算申请中，海军透露将开展“反应式电子攻击措施”项目的技术转移，将这些技术应用于EA-18G电子战飞机的电子攻击单元，并将其作为EA-18G的Block II升级。2018年5月，海军空战中心飞机分布授予诺斯罗普格鲁曼公司725万美元合同，为REAM项目开发机器学习算法，应用于EA-18G的电子攻击装备中。海军研究署在发布的跨机构公告中列出了4方面的研究内容，包括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、执行电子攻击措施的频谱攻击技术。为进一步支持REAM项目实施，7月，海军水面作战中心发布信息征询书，为REAM项目寻找信号检测和分类技术解决方案。除了REAM项目外，2018年5月，海军空战中心飞机分部授予Leidos公司合同，开发“自适应雷达对抗”项目的软件套件，以便在海军F/A-18飞机上使用。这些活动表明海军的认知电子战技术已开始转入工程应用的研制阶段。 　　四、美军电子战能力将获大幅提升 　　海军未来能力计划为研究项目提供3~5年的资助，支持其开展持续性基础研究，目标是将技术成熟度由3或4提高到6。据此推断，2021财年前后，美海军的认知电子战技术将得以应用，使海军电子战能力大幅提升。 　　（一）认知电子战补足探测能力短板 　　认知电子战技术运用机器学习、人工神经网络等算法提取信号特征，通过开发新模型根据信号行为推理信号源的功能，颠覆了传统电子侦察仅依靠信号物理特征识别目标的方法。认知电子战技术在EA-18G上的应用将提升美海军的电子侦察能力，提高侦察未知的灵巧、捷变信号的能力，补足目前电子侦察装备的能力短板。 　　（二）认知电子战提高干扰、欺骗效能 　　认知电子战技术摒弃传统的手册式干扰措施制定方法，能在战场环境中灵活根据电磁环境、威胁信号特征，选择合适的干扰措施进行压制、欺骗。这种方法改变了传统电子战需要预先在实验室针对已知信号设计干扰措施的模式，使电子战装备在作战时更加灵活地对抗已知和未知威胁，提高电子战效能。 　　（三）认知电子战增强装备自主作战水平 　　认知电子战技术利用战场对抗效果评估算法分析电子战措施的效能，根据反馈结果调整干扰措施，作战过程无需人工参与，提升了装备自主作战的水平。这种闭环模式可使电子战装备的作战效率大幅提高，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。 （蓝海星：周智伟） 想了解更多国外国防战略、科技、工业、装备技术相关研究，请关注蓝海星智库微信公众号：SICC_LHX 欢迎转载，转载请注明出处。
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