美军可重构电子战体系开展现状剖析

liukang20242周前 (04-16)吃瓜始末736

因为电磁环境日益杂乱，以及新方针不断涌现，为了快速有用应对新要挟，美军提出了电子战可重构相关的系列新思路、新技能，并加快推进其验证与运用，特别是提出了结合人工智能新技能环绕新方针方针进行电子战才能快速生成，完结使命、软件、硬件的快速更新。经过从美军条令证明、技能验证、配备运用等视点进行剖析，得出了结合渠道化、无人化、智能化、网络化的电子战系统可重构展开道路启示。

传统的电子战系统首要依据硬件界说射频功能，前端射频参数固化，难以依据方针与环境进举动态调整，很难经过软件晋级进步作战才能，以及不能快速构成认知环路，难以习惯认知对立多自在度灵敏机动的需求。此外，通讯、雷达、侦查、搅扰等设备功用单一，天线孔径独立配备，给设备装置保护与系统兼容带来了难题。经过天线、射频、处理等模块的一体化规划，硬件逐渐具有可重构才能，如美国乔治亚理工大学 Merritt 等人提出了面向雷达、通讯、电子援助、电子进犯等功用的一体化规划与可重构架构，能够运用于有人－无人协同作战等电磁机动战场景。

为了应对越发杂乱的战场电磁环境及不断涌现的新要挟、新方针等需求，美军活跃推进电磁频谱作战交融、电磁信号智能剖析、无人作战智能决议方案、电子战功用动态重构等技能展开，并不断深化认知电子战、归纳可重构电子战等配备运用，然后坚持美军的电子战震慑才能与优势。

本文将从美军电子战作战条令、技能架构、配备等方面全面剖析美军电子战系统可重构展开现状，并得到启示。

１

美军可重构相关电子战条令

1.1　JP 3-85 电磁战重编程

美参联会出版物 JP3-85《联合电磁频谱作战》界说了电磁战重编程（Electromagnetic Warfare Reprogramming），并在其附录 E 中指出其意图是坚持或进步防护、进攻配备和情报搜集系统的效能。在快速改动、拥堵且有争议的电磁作战环境中，快速辨认和处理重编程作业是取得电磁频谱优势的要害。重编程包括战术改动、软件改动、硬件改动 3 类，如图 1 所示。其间，战术改动首要是指使命规划数据的改动，如躲避要挟，快速完结重编程；软件改动首要是改动程序化的查找表、要挟库或信号分类规矩算法等；应对更为杂乱的改动则一般需求硬件改动。当方针要挟发生改动，或需求在特定区域进行作战，或需求针对性进行方针优先级排序时，经过电磁战重编程来调整作战配备。重编程第 1 阶段确认要挟的进程一般包括搜集要挟特征数据、别离辨认特征改动、验证并分发要挟信息，第 2 阶段是评价要挟影响并决议是否建议更改，第 3 阶段是树立改动组兼并经过建模、仿真模仿、基准测验等验证配备战役力，第 4 阶段则是改动的详细施行。

图 1 JP3-85 电磁战重编程类型与流程阐明

1.2　美空军条令电子战归纳重编程

美空军条令 AFI 10-703《电子战归纳重编程》（Electronic Warfare Integrated Reprogramming，EWIR）已发布了数个版别，为其电子战可重构展开明晰了方向。结合该条令，兰德公司（Rand Corporation）Vedula 等研讨人员依据对美空军电子战部队军官与作战人员的很多访谈，收拾宣告了《在电磁频谱中智胜灵敏对手》陈述，要点梳理了美国空军在电子战归纳重编程中面对的窘境和处理途径。该陈述指出，电子战重编程的意图是供给软件、固件和使命数据可快速重编程，以应对不断演化的要挟。考虑到传统的电子战载荷形式是固定的，运用通用架构的智能检测辨认模型，一方面能够依据需求很方便地加载与切换，另一方面能够依据方针要挟的状况快速地学习与生成，这样就能经过重编程的本身改动来应对方针环境的改动。该陈述以为，评价作战环境、检测对手意向并做出重编程反响，需求在几秒到几分钟之内完结；一起，需求制定灵敏软件和硬件更新晋级方案，加强数据工程建造并强化各系统之间的互操作性。

美国空军将经过以下几个进程坚持其优势地位：一是依据现有的 EWIR 流程进一步完结主动化；二是从头规划软件和硬件的开发流程，使 EWIR 才能加快趋于实战化，展开和保护未来的自主学习才能；三是完结配套的电子战才能建造，不断探究认知电子战才能。

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美军可重构电子战系统架构及特色

2.1　美联合作战

美国各兵种依据本身需求开发了各自的电磁战斗办理东西，支撑各自的电磁战和频谱办理指挥官，短少国防部和联军层面的一致规划和指挥，为此新规划规划了支撑联合电磁频谱作战单元指挥官的联合电磁战役办理系统，该系统规划包括了态势感知、决议方案支撑、指挥操控与练习 4 个方面的功用，其间，态势感知 2023 年交给后保管在国家地理空间情报局商业云服务环境中，决议方案支撑系统现已开发并将首要布置于该环境，指挥操控与练习功用将在后续开发。

该系统侧重于经过继续灵敏开发和继续作用交付，向作战人员交给作用。以指挥操控为例，其原型的才能等特色首要包括 7 个方面：联合规划才能、决议方案支撑才能、云布置、与态势感知集成互操作、施行 DevSecOps（开发、安全、运营）、用户了解运用、敞开式系统架构。其间心是运用容器化、微服务、敞开运用程序接口和 DevSecOps 来完结可扩展性、互操作性、可重用性和可伸缩性，经过互操作性、继续集成与交给充沛完结功用、进展和本钱效益，以及完结用户界面 / 用户体会的最佳实践规划形式、敞开架构数据存储和依据微服务的云原生完结架构，选用模块化和可扩展的零信赖架构、国家信息交流模型、表征状况搬运服务等美国防部同意架构，完结系统的扩展与重构。

2.2　美空军

美空军以为，检测、发现和防护仇视要挟系统的才能需求快速更新软件才能的支撑，包括对使命数据文件的更新才能。2022 年，美国空军 E-3G 机载预警和控制系统（Airborne Warning And ControlSystem，AWACS）初次验证在空中更新了其电子战援助办法（Electronic Support Measures，ESM）库。AWACS 搜集电子战数据，然后运用卫星通讯系统将其传输到佛罗里达州埃格林空军基地的重编程中心，该中心在一个小时内对数据进行处理、剖析和提炼，并将其传回飞机进行更新。该进程称为机载协同电子战归纳可重编程交互，重编程时刻从以往的几个月紧缩到了几个小时。E-3G 经过运用现有数据链及晋级的卫星通讯系统，并与更智能灵敏的使命核算系统相结合，支撑空中更新并紧缩使命数据重编程时刻来应对新要挟。

美空军第五代战役机，如 F-22 和 F-35，依据其传感器交融的特色，为机组人员进步了态势感知才能、生存才能和杀伤力。美国重编程试验室寻求弥补模仿测验设备，很多模仿要挟信号，在压力满足大的条件下测验和优化使命数据加载，以保证在近战（near-pear）等环境中对当时和未来要挟具有满足的功用。

美空军下一代战机（Next-Generation Air Domi nance，NGAD）预计会采用有源相控阵（Active Electronically Scanned Array，AESA）等技能，将各类传感器、电子战、网络战和通讯功用交融到单个多形式 AESA 中，且阵列在尺度和配备上可灵敏扩展。该方法可让飞机具有更多可用的内部空间和更简略的布线，支撑更轻松地晋级新硬件尤其是新软件，并加快测验验证速度。一起，支撑以机器学习赋能的主动化认知电子战功用，针对忽然出现的要挟信号或对未被机载要挟库辨认的射频指纹，运用 AI 软件进行剖析，乃至可依据飞机上的可用硬件来创立代码，或以最优方法生成和布置应对波形。

美空军研讨试验室（Air Force Research Laboratory，AFRL）的自主飞机试验的要点是测验和完善 AI 和机器学习驱动的自主才能，以用于未来先进的无人驾驶飞机，并作为 NGAD 的协同作战飞机（Collab orative Combat Aircraft，CCA）方案的要害技能来历。经过支撑 XQ-58 等无人机的测验评价，使其由地面操控形式切换到 AI 驱动飞翔，并支撑各类有人机与无人机的协同，更多地依据模仿器来练习 AI神经网络，以下降在实在飞机上的练习本钱，并树立对 AI 的信赖。

2.3　美水兵

美水兵 EA-18G 电子战飞机和下一代搅扰机（Next Generation Jammer，NGJ）将选用宽带有源相控阵天线、捷变波束构成、氮化镓数字搅扰源、极化操控与智能搅扰、数字射频存储等新技能完结配备架构和功用的可重构，分为低、中、高波段 3种搅扰吊舱，并选用 3 个增量阶段开发。

美水兵先后发布了无人作战结构（Unmanned Campaign Framework）、智能自主系统（Intelligent Autonomous Systems，IAS）科技战略等，占据人工智能与无人自主技能及配备运用制高点。美水兵规划了定位、导航与守时、感知与决议方案、通讯、使命 AI、网络与物理安全、可靠性、载荷集成、供电与继续性、边际处理等技能展开方向，以及空中、海面、水下、地上等场景系列化无人渠道，提出了对人的依靠逐渐下降和自主才能逐渐进步的展开思路，方针是在杂乱环境下主动规划并完结使命，进步速度更快、规划更大的作战弹性及分布式组网作战才能。

此外，美拉萨姆（Long Range Anti-Ship Missile，LRASM）反舰导弹配备的主被迫传感器具有智能化海上方针查找辨认才能，可作为网络化的分布式传感器节点，打破纵深防护施行对海查找勘探，经过主动勘探与被迫勘探，对方针进行分类辨认与参数提取。

2.4　美陆军

美陆军提出了电子战与网络空间作战敞开系统架构途径，又称为传感器敞开系统架构，包括Photon 软件架构和 CMOSS 硬件模块化架构，如图 2 所示。其间，Photon 是依据 GPU 加快的数字信号处理架构，支撑按需的数据拜访与宽带 I/Q 采样，能够与现有 CPU 渠道交融，支撑宽带信道化检测、实时 DFT 处理及依据 AI/ML（机器学习）的剖析与检测处理，能在单个通用渠道上供给多种服务，针对要挟供给快速的 AI/ML 新技能集成与分发，一致了 XMIDAS、REDHAWK、SALVAGE 等多个处理架构。

图 2　美陆军电子战与网络战敞开系统架构

选用了 CMOSS 架构的渠道包括：多功用电子战 - 大型（Multi-Function Electronic Warfare-AirLarge，MFEW-AL），如灰鹰无人机；陆地层系统（Terrestrial Layer System，TLS），分为 TLS-EAB和 TLS-BCT，能别离在不同等级部队集成信号情报、电子战、网络空间作战才能；战术网络设备（TacticalCyber Equipment，TCE），是担负式设备，能在战术端展开网络电磁举动。CMOSS 渠道能进步作战灵敏性，快速应对要挟，进步通用性和可重用性，削减筛选率，还能够下降工业界规划、开发、集成、测验与保护等危险。

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典型可重构电子战配备展开现状

3.1　BAE 公司 F-35 与刺猬系统

BAE 系统公司承当了 F-35 的电子战系统研发，其以为当时认知电子战首要面对的难题是在发现无法辨认的要挟信号时怎么智能应对，并依据需求场景和处理时延提出了 4 个等级的智能运用与重构等级：第 1 级是最快的传感器微秒级呼应；第 2 级是秒级时延内的信号解说或决议方案更新；第 3 级是处理使命内多个渠道的同享数据，并分发成果；第 4 级是耗时最长的离线处理，即把在使命中遇到的信号进行存储，并将数据带回基地进行深度机器学习与研判，若发现新的信号，则提出智能辨认算法和电子战对策，以便在未来的使命中应对该要挟。

应用于电子战和信号情报领域的“ 刺猬”（Hedgehog）系统是 BAE 系统公司推出的一种可实时重构的软件界说无线电（Software Defined Radio，SDR）系统，其射频前端由“可重构集成电路用微波阵列技能”（Microwave Array Technology Requiredfor Resttable Integrated Circuits，MATRIC）收发器组成，受到美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）赞助，如图 3 所示，芯片尺度约为 10 美分硬币巨细。系统能够完结直流到 40 GHz 信号的调谐，并能在纳秒时刻内完结开关切换，能够完结电子战系统在作战及飞翔中的重编程。系统的数字化及处理功用则选用 Xilinx 公司的 RFSoC（射频片上系统）技能，系统可一起完结 16 通、2 GHz 宽带射频信号的数字化。

图 3　BAE 开发的 MATRIC 收发器

3.2　佐治亚理工学院“愤恨的小猫”吊舱

佐治亚理工学院研发了 ALQ-167“愤恨的小猫”（Angry Kitten）练习吊舱，用于在空军测验和练习使命期间模仿敌方电子进犯信号，其展开理念是可经过机器学习和易于更新的软件更快地习惯新要挟，可快速搜集并剖析电磁频谱信号，一起可经过人工智能学习，自主生成最佳作战方案的认知型电子对立系统。因其在练习中展现出极强的作战才能、灵敏性及从头编程才能，美空军决议将其转换为战役版别，用来搅扰敌方传感器。在测验中，吊舱使命数据可完结数小时内更新，以进步应对要挟的功用。此外，该吊舱还供给了敞开式软硬件处理方案，答应渠道经过替换硬件模块或软件来晋级才能，然后改动攻防作用。2022 年 8 月，美空军宣告，经过改善的吊舱完结了功用快速重构，经过系列评价，具有战场环境自习惯、敌方电磁信号实时剖析、搅扰阻断方法自主挑选等才能。

3.3　哈里斯公司小型电台与电子战载荷

哈里斯是较早开发软件通讯系统架构（SoftwareCommunications Architecture，SCA）电台的厂家，其 AN/PRC-117G 电台支撑频段掩盖 30 MHz~2 GHz范围，支持 VULOS、SINCGARS、P-25、HPW、HAVEQUICK、ANW2、DAMA 等十几种波形的组件化规划，可选用动态加载切换的方法进行波形及其安全加密的重构。

哈里斯公司收买的 Disruptor SRx 系统是一个集成了信号情报（Eelectronic Intelligence，ELINT）、电子援助办法（Electronic Eupport Measures，ESM）和雷达告警接收器（Radar Warming Receiver，RWR）的多功用微型系统，该系统可依据使命需求在功用间自在切换，具有自习惯、长途重编程、全频段掩盖等特色，支撑软件、固件和使命数据文件的重编程。此外，系统模块只要手掌巨细，可配备于有无人、海陆空等各类作战环境渠道，如图 4 所示，典型系统分量别离为 0.16 kg、0.45 kg、0.73 kg，在导弹、无人系统及钓饵设备上具有较好的运用远景。

图 4　Disruptor SRx 小型化电子战载荷

3.4　雷神公司电子战办理东西

雷神公司为美陆军开发的电子战规划与办理工具（Electronic Warfare Planning and Management Tool，EWPMT）能够衔接各侦查配备，是一种可视化操控、办理、分配电磁频谱的指挥东西，具有方案、协谐和同步电子侦查和电子援助才能。EWPMT 分阶段演进，具有使命规划与举动方案、使命指挥、频谱办理与搅扰消减监控、建模剖析、传感器办理、导航战等功用，并经过逐渐晋级迭代，一起添加机器学习 /AI 等主动处理才能与侦查节点组网操控才能，能够配备各电子战节点设备的晋级重构，如图 5 所示。

图 5　美军 EWPMT 操作演练

微型空射钓饵（Miniature Air-Launched Decoy，MALD）是美空军展开的经过改动雷达反射信号来诈骗方针雷达的由 F-16 和 B-52 挂载的空射钓饵弹，能够模仿战役机、轰炸机的飞翔及雷达反射特性，发射后具有约 1 个小时的巡航才能，并依据同一渠道进一步展开成为具有电子搅扰才能的 MALD-J。二者选用相同的硬件渠道，经过软件重构能够完结不同的载荷功用配备，具有火力冲击、通讯组网、侦查搅扰等才能，还能够灵敏适配美水兵战机及地上发射等渠道。F-16 挂载 MALD 飞翔测验如图 6所示。

图 6　美军测验 MALD

3.5　诺斯罗普·格鲁曼公司集成传感器系统

诺斯罗普·格鲁曼公司已向美国 DARPA 和AFRL 交给了商业时标阵列集成和验证（Arrays at Commercial Timescales Integration and Validation，ACT-IV）传感器系统，该系统能够在不同形式下履行不同的操作，完结雷达、通讯、感知和电子战等功用，经过软件界说完结网络进犯、通讯、搅扰和感知，如图 7 所示 [20]。ACT-IV 是依据数字AESA 的多功用系统，经过多功用射频系统的可重构，可让作战人员完结联网条件下的新要挟快速应对。该方法能缩短相控阵规划周期，简化才能晋级布置进程。

图 7　ACT-IV 系统

3.6　其他配备

美 Peraton Labs 公司在 DARPA 项目赞助下构建了依据分布式 DLR（D-DLR）的射频指纹练习与辨认渠道，支撑多个辐射源数据的同享和模型练习晋级。

美国DeepSig公司的下一代射频感知东西OmniSIG，除了具有现有的频谱监测才能，经过定制深度学习方法，依据基带 IQ 数据时域、频域特征，运用卷积神经网络和定制网络架构，完结最大化 AI 学习的功用。该系统不只能够一起检测和分类信号，并且还了解频谱环境，为上下文剖析和决议方案供给信息，能够运用捕获的 RF 数据文件来练习辨认新信号或进步现有信号类型辨认功用，其出现作用如图 8所示。

图 8　OmniSIG 东西智能辨认成果态势出现

DeepSig 公司联合 Hewlett Packard Enterprise（HPE）公司推出了嵌入 AI 的无线信号辨认与剖析渠道 HPE Edgeline EL8000，可以支持 AI 推理优化的 4 个 1U节点设备（如图 9 左图，每个节点运用了 NVIDIA T4 16 GB GPU）和支撑加快剖析与练习优化的设备（如图 9 右图，包括两个 1U 节点和 1 个 2U 节点，其间2U 节点运用了 NVIDIA v100 32 GB GPU）。

图 9　 HPE 智能渠道

美国 HawkEye 360（鹰眼 360）公司建造和运营了全球第一个依据无线电信号测绘技能的商业低轨迹星座组网系统，并经过全球范围内收集特定的无线电发射信号，完结对地上、空中无线电信号的高精度测绘与定位。该系统已验证了对船只 AIS 信号、海事雷达信号、GPS 搅扰信号的剖析与定位，其架构规划如图 10 所示。

图 10　HawkEye360 载荷架构与内部布局

４

启示

美军电子战系统功用的快速晋级、软件的动态更新加载逐渐深化，能够灵敏应对各类要挟，并沿着设备晋级、长途重构、智能重构、无人自主重构、分布式 / 集群式 / 协同式自主重构这一方向展开演进。此外，面向新方针、新方针、新信号等新要挟，需求完结单设备、多设备、多渠道及离线处理等不同数据交融层面和运用场景下的智能运用，这也将推进使命、载荷的可重构规划，如图 11 所示。

图 11　美军电子战系统可重构思路

4.1　运用智能化 + 呼应快速化

美军可经过智能化的练习和动态加载架构，针对新式要挟，快速进行预警、标示、收集样本并练习出新的要挟辨认模型，还能够经过快速更新使命、软件、固件，来完结对新方针、新要挟的侦查，从而把原晋级或重构所需的几年、几个月降到几小时乃至几分钟，不只支撑日常侦查使命的长途重构，并且支撑战时交兵使命的快速重构。

4.2　渠道通用化 + 载荷可重构

美空军、水兵、陆军及跨兵种联合作战都树立了环绕智能无人自主和电子战载荷的条令规划或通用渠道。经过“渠道 + 载荷”的规划方法，既能够完结渠道的通用化，又能够支撑载荷的多样化。此外，还能够经过不同载荷的重构与加载，完结功用的重构与切换，一起还能大大下降开发与保护本钱。

4.3　系统分布式 + 重构网络化

结合美无人自主、马赛克战等战法趋势，各分布式节点组网与分工协作，经过灵敏的组网、动态的分工，能坚持系统的灵敏性、抗毁性。系统功用，如侦查、搅扰、通讯中继等完结组件化规划，能够依据指控需求、使命需求等动态配备或加载到每个节点，既能完结集中式网络条件下的要害节点快速重构，又能够支撑多节点分布式组网条件下的重构。

５

结　语

美军面向实战，不管是在作战条令、需求剖析、技能打破仍是配备研发上，均加快了以可重构技能为代表的电子战系统展开。经过动态加载、晋级、扩展、服务、交融等规划，电子战配备具有快速应对新要挟和杂乱场景的作战才能，一起还下降了开发本钱，进步了互操作才能和快速布置才能。

当时智能辨认、智能决议方案、无人自主、集群协作等需求展开较快，为此，美军结合新战法、新理念不断进步可重构的理论水平和运用拓宽。后续，笔者将继续盯梢相关系统、要害技能和典型运用，以构成对美军电子展开道路更明晰的剖析，以及提出更深度的展开启示。

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