技术与能力需求
本文摘自《国外典型电磁频谱作战概念汇编与解析》| 远望报告
美军及其盟友通过实施“灰色地带”电磁战，可以不必实施大规模攻击行动就能有效降低敌方传感器和武器网络效能，并在齐射对抗中建立优势，为美军在风险可承受的前提下实施高对抗区域作战提供更多选择，重获“灰色地带”冲突的优势。在大国竞争对抗时代，为促进电磁战概念实施，美国国防部的投资策略从仅对打击武器平台进行投入，转向加强对多种电磁战投掷物和平台外系统组合进行投入，主要包括小型无人干扰机、小型无人传感器、“蜂群”系统、高功率微波武器、无人潜航器、对抗光电/红外的激光器、无人雷达/通信干扰机、声波干扰机、低截获/低探测概率通信系统和诱饵等。通过运用这些电磁战系统，能够提高美军武器到达目标的能力，实现规模更小、更精确的齐射攻击，从而在“灰色地带”冲突中重新赢得主动。
（一）小型无人干扰机
美军认为，“灰色地带”冲突中，为对抗中俄部署的传感器和武器网络，美军需要具备大规模齐射能力，才能迫使敌方放弃挑衅攻击。但是，实施大规模齐射会快速消耗掉己方精确制导弹药，在伊拉克战争和叙利亚的冲突中，精确制导弹的规模已经成为美军的一个主要关注点。因此，美军不应单纯运用更多的攻击平台和武器来对付敌方的精确防御，还应通过提高单个武器到达预定瞄准点的能力来减少攻击行动所需的武器数量。长期以来，为提高精确制导弹药到达目标的概念，美国国防部主要致力于提升新型攻击与反舰武器在防御环境中的突防和生存能力，比如改进武器导引头，使其能在干扰和伪装条件下更好地探测目标等。但是，这种方法同时也会增加武器的复杂度和成本，并迫使美国国防部减少武器采购数量。另一种提升非隐身飞机突防对抗区域的方法是在齐射时部署携带电磁干扰系统的小型无人机、巡飞弹或导弹，通过降低敌方防空雷达对来袭武器的跟踪能力，提高武器到达预定瞄准点的概率，相应地降低攻击防御目标所需的齐射规模。
开发部署小型无人干扰机可获取两个明显优势。一是干扰效能高。小型无人干扰机虽然天线小、功率有限，但若能抵近敌方传感器实施干扰，就能够取得与大型防区外干扰系统同样的电磁战效果。例如，当功率为2瓦的无人干扰机在距离目标雷达2千米工作时，能够取得与功率为1千瓦、距离同样目标雷达100千米的干扰机相同的干信比（如图2-11所示）。二是防御难度大。相比EA-18G“咆哮者”或EC-130“罗盘呼叫”等大型电子战飞机，小型无人干扰机雷达反射截面更小，飞行速度更慢，因此即使在敌方2千米范围内，敌方也很难用防空系统进行跟踪和攻击。
图1 不同干扰机在不同距离上具有的干扰和信号功率
（二）小型无人传感器
使用无人干扰机和诱饵能够提升攻击齐射武器的生存力，而装有传感器的小型无人机、炮弹或导弹也有助于齐射武器规避或挫败敌方的对抗措施。装有光电/红外传感器的小型无人机不易受到中俄射频干扰机的影响。装有光电/红外、无源射频传感器和雷达组合的小型无人机，能够区分出中俄的真实目标。在对抗机动或浮动目标时，装有传感器的小型无人机能够在齐射武器到达目标区域之前，向其提供最新的目标定位数据，在攻击之后还能进行战斗毁伤评估，提高后续攻击的效能。
相对大型平台上的传感器，由于小型无人机、导弹或炮弹上装载的传感器可获得的功率有限，其发射机和接收机增益会随着天线或阵列尺寸的减少而降低，导致小型传感器作用距离较短、精度较低。针对这些局限，可将小型传感器部署到距离目标更近的位置，或者将多个小型传感器进行联网，形成更大、更有效的虚拟阵列或孔径，从而对传感器的低功率和低增益提供补偿。美国国防高级研究计划局实施的“用于相干传输的逆向阵列”（ReACT）项目中的射频感知技术研究和“军事成像与监视技术”（MIST）项目中的视觉成像技术研究均在开展这方面工作。
（三）高功率微波武器
高功率微波武器是通过产生超过目标武器系统中一个或多个关键电路所能承受的电压或电流，扰乱或破坏该武器系统中特定的电子元器件，或向传感器或计算机网络注入寄生信号，破坏其运行机制或生成虚假信息，从而导致敌方传感器或电子系统遭受瘫痪或摧毁。例如，美国空军的“反电子高功率先进导弹项目”（CHAMP）系统，旨在开发、演示和评估空射型高功率电磁脉冲武器系统，该系统具备防区外发射、多重射击和多目标打击能力，可在对抗环境下对敌方电子设备实施致盲和摧毁。2012年10月，CHAMP项目在美国犹他州训练场开展首次试验，其有效载荷装备在 “常规空射巡航导弹”（AGM-86）中，并由美空军B-52H轰炸机发射，导弹按预设轨迹低空飞行，沿途向7座目标建筑物释放电磁脉冲，在无附带损伤的情况下损毁了屋内的计算机、电子设备和记录摄像仪。
图2 CHAMP作战概念
据报道，美国空军在2019年至少部署了20枚反电子高功率微波导弹。目前，美国空军正在研究类似CHAMP这样的高功率武器集成到无人机上，主要是对全系统（主电源、脉冲电源、微波源和天线）开展紧凑型设计，在保持现有性能前提下将体积缩小30%-50%，经过发展与改进，能够装载在增程型AGM-158B等各类导弹和无人机平台。在无人机实施干扰或诱骗时，具有高功率射频发射器的小型无人机更能接近目标，弥补其相对大型巡航导弹功率较低的不足。
（四）认知电子战系统
随着数字可编程雷达和认知雷达技术的不断进步，传统的电子战技术面临着巨大的挑战。美军未来的电磁战系统需要具备认知控制能力，能够预测敌方辐射源的行为并确定取得预定电磁效果的最佳位置、波形和方向图形状。典型的认知电子战系统功能如图2-13所示，整个体系包括环境感知、决策行动和效能评估三个模块。其中环境感知模块是使认知系统传感器基于机器学习算法和特征学习技术，通过与环境不断交互持续地学习环境，在先验知识支持下，分析出目标威胁信号的特征，并将特征信息传给决策行动模块。决策行动模块根据态势感知模块对环境信息的认知，自动合成有效对抗措施，快速确定最佳攻击策略，优化干扰波形，自适应分配干扰资源。效能评估模块根据威胁信号在干扰下产生的明显变化评估所采取措施的干扰效果，并将评估结果报告给目标区域外作战人员。
图3 典型认知电子战系统功能组成框图
2016年初，DARPA通过“自适应雷达对抗”项目，研制出世界首款认知雷达电子战系统原型机。该系统可基于敌方无线电信号对抗敌方自适应雷达，感知周围环境并自动调整实施干扰。随后，DARPA与洛克希德·马丁公司成功演示了“自适应电子战行为学习”项目开发的认知电子战系统，该系统能够通过机器学习实现动态对抗自适应通信威胁，将干扰先进通信系统所需分析时间从以前的几个月缩短至几分钟。未来，认知电子战系统将会在作战中广泛应用，针对敌方指挥控制系统、先进防空系统的通信、探测信号进行快速分析，并迅速生成干扰压制方法，从而赋予各类作战平台近实时自适应干扰能力，为达成己方作战目标提供关键支持。
（五）无人机“蜂群”系统
中俄在目标区域聚集了多种大型传感器阵列和无源或有源对抗装备，用于对付美军的攻击武器。因此，美军的攻击齐射同样需要多种电磁战系统，能广域、多方向发挥作用。相比单一的传感器和电子战平台，由多个小型无人机构成的“蜂群”电磁战系统能形成具有多样性的“系统之系统”，既能对环境和潜在威胁进行评估，发现、分类和识别目标，也能调整己方的干扰、感知和通信参数以规避敌方探测，还能开发和测试干扰或诱骗技术，以对抗敌方传感器和通信系统。美国海军研究办公室的“对抗综合传感器的多种信号网络仿真”（NEMESIS）和“电磁机动与控制能力”（EMC2）、DARPA的“系统之系统集成技术与试验”（SoSITE）等项目都在研究这方面技术。图2-14为SoSITE项目的示意图。
无人机“蜂群”系统能够共享传感器数据，使得众多小型无人机、导弹或弹药能够建立起通常只有大型机载或天基传感器平台才能获取的通用作战图像，基于该作战图像可确定哪些无人机处于执行特定任务的最佳位置，然后协调其实施感知、干扰或诱骗行动。
无人机“蜂群”能够为美军对抗“灰色地带”挑衅而实施小规模、精确化的兵力投射行动，协助实施8项重点任务，如图2-15所示。
图4“系统之系统集成技术与试验”（SoSITE）项目示意图
图5 无人机“蜂群”作战示意图
一是探测无源或未启动的防御系统。随着无源防空系统的大量部署应用，对防区外攻击武器进行精确目标瞄准提出了更大挑战。为对付这些目标，可在实施攻击齐射前，运用无人机“蜂群”系统作为诱饵或干扰去刺激敌方防空系统，同时监视敌方防空系统的反应。随后，无人机“蜂群”系统将更新后的目标信息分发给正飞向目标的齐射武器。此外，无人机“蜂群”还可用于预先消耗敌方部分防空武器资源。
二是维持有弹性的通信。装载通信设备的无人机“蜂群”能够在对抗区域中形成低截获概率/低探测概率通信链路，从而使己方能在通信被降级或拒止的环境中作战，而不需要对敌方通信干扰机实施攻击。敌方可能会对无人机“蜂群”系统间通信进行破坏或干扰，因此未来的电磁战系统需要具备类似DARPA“极端射频频谱环境中的通信”（CommEx）和“拒止环境中的协同作战”（CODE）等项目的预期能力，以确保无人机“蜂群”系统间的通信不受敌方干扰。CommEx项目旨在表征干扰环境、主动压制敌方频谱干扰，并使得己方飞行器可以在高对抗性射频环境中通信的技术，旨在确保美军通信系统具备通过干扰抑制成功进行通信所需的灵活性和适应能力。CommEx项目的自适应抗干扰系统已在装载Link16数据链的电台上进行了集成测试，完整系统测试已经于2017年完成。
三是扩展传感器的网络。中俄部署的现代综合防空系统能够远程探测并攻击美国现役E-2“鹰眼”、E-3“机载预警与控制系统”和E-8C“联合监视与目标攻击雷达”系统，向对抗区域中突防平台提供监视与目标瞄准支援是美军当前主要的能力短板。无人机“蜂群”系统可用于发现并定位敌方瞄准点，且比采用有人平台引发事态升级的可能性小，对美军带来的风险更低。同时，无人机“蜂群”可通过网格网络实现与控制平台的通信，进而扩大在对抗区域边缘作业的有人舰机平台传感器的覆盖范围。
四是建立突防通道。位于齐射前沿的无人干扰机、诱饵、导弹或弹药能在大量齐射到达敌方防御区域之前，干扰或破坏敌方防空传感器并消耗其防空力量。从这个意义上讲，第一波次使用的无人机“蜂群”为后续武器到达目标建立了一条突防通道。
五是提供目标定位。由无人机、导弹和巡飞弹组成的电磁战“蜂群”能够作为自动齐射前端，确认目标位置并通过短程视距数据链和网格网络与武器进行通信，如图2-16所示。如果齐射中的武器能够在空中盘旋，等待对目标进行确认，就能够有效对付时敏的机动或浮动目标，同时也为飞行时间很短的高超声速武器提供支持。
图6 无人机“蜂群”支持远程高超声速武器攻击示意图
六是协同攻击行动。无人机“蜂群”通过通信链路与齐射武器进行协同，以确保其首先摧毁高优先级瞄准点。当敌方防御系统造成己方武器失效或者突然出现更好优先级目标时，可重新分配目标。通过运用无人机“蜂群”实施协同攻击，可以提高齐射武器的整体生存力，同时减少在对抗区域发动进攻所需要的武器数量。图2-17描述了协同攻击对所需齐射武器规模的影响。在没有进行协同时，齐射需要为每个目标分配足够的武器，从而保证至少有一件武器突破敌方防御。例如，如果防空系统的单发拦截概率为0.5，那么需要对每个瞄准点发射8枚导弹，才能保证以90%的概率使其中一枚命中目标。在协同作战情况下，武器可以在飞行过程中重新瞄准目标，因此一次齐射只需用足够的武器去弥补敌方防御造成的总损耗。如图2-17所示，在防空导弹单发拦截概率为0.5情况下，协同齐射只需要使用20枚武器就可能命中10个瞄准点（假设任意武器能够对任意瞄准点进行重新瞄准）。
七是开展战斗损伤评估。为了评估攻击效果，在齐射中可以在攻击武器后跟随一个电磁战无人机“蜂群”系统，该系统由传感器的电磁战无人机、导弹或炮弹组成，并通过通信系统与齐射武器构成一个网格网络。在实施齐射攻击后，可以由无人机“蜂群”系统探测并报告目标是否被摧毁或遭到破坏。无人机“蜂群”系统还可通过协同攻击行动，引导齐射中剩余武器对尚未被完全摧毁的目标重新实施攻击，或者为后续齐射提供引导。
八是实施穿透性电子攻击。突防飞机可以携带无人机“蜂群”抵近目标，由装载传感器的无人机协助确定敌方防空系统和目标的位置，并将信息通过网格网络和视距通信链路回传给突防飞机，为其实施短程空中打击提供支援。另一部分无人机可以作为干扰机和诱饵，用于降低敌方防空传感器的性能并转移其注意力，随后突防的攻击机进入目标区域实施大规模近程齐射，彻底摧毁敌方的点防御目标。
图7 协同攻击对齐射武器规模的影响
无人机“蜂群”由于尺寸小、作用距离短且持续时间不长，往往需要靠近目标发射或投放。对此，可以采用大型导弹或平台突防进入对抗区域，然后投放电磁战无人机“蜂群”。例如，美军装备的空射“响尾蛇空空导弹”（AIM-9/120）和“联合空对地攻击导弹”（JASSM），舰射的“标准1/6型导弹”（SM-2/6）和“战斧”巡航导弹，地面发射的“美国陆军战术导弹”（ATACM）等，均可携带多个巡飞弹或无人机进行投放。相比导弹而言，从高空（6-12万英尺）气球上投放小型无人机、导弹或弹药可能是更为经济的选择。对付投放小型无人机的气球需要能够到达高空的地空导弹。对进攻方而言，使用昂贵的地空导弹来摧毁大量气球（其中一部分还可能是诱饵）低价太高，应用起来不现实。
（六）超大型无人潜航器
无人潜航器（UUV）是一种以潜艇或水面舰船为支援平台、能长时间在水下自主航行的智能化装置，由于隐蔽性强、智能化程度高、活动受限小、作战成本低，在未来海战中的作用正日趋凸现，被称为现代海军的“力量倍增器”。美国海军正在开发一系列无人潜航器来应对各类水下任务。尺寸较小的无人潜航器（例如直径为0.15-0.23米的微型无人潜航器以及直径为0.3米的小型无人潜航器）自身就可以作为武器。尺寸稍大的无人机潜航器（如直径为0.5米的中等排水量的无人机潜航器以及大排水量无人潜航器）可以携带武器或其他投掷物。图2-18所示为美国海军当前无人潜航器成本与载荷能力之间的关系。由图可知，直径为2.4-3米的超大型无人潜航器载荷能力最大，携带水下载荷费效比最高。如波音公司的“回声航行者”超大型无人潜航器可携带3至6枚UGM-109“战斧”导弹、UGM-84“鱼叉”导弹或“远程反舰导弹”。如果美国海军能利用超大型无人潜航器抵近敌方海岸并在其上装载小型近程武器，那么一艘超大型无人潜航器就能携带更多武器。虽然潜艇也能使用较小型的武器形成更大的齐射规模，但需要距离目标更近，从而使潜艇面临更大的被敌反潜压制的风险。
图8 美国海军无人潜航器的成本效能
超大型无人潜航器相比潜艇而言，具有更强的一次性使用特性，因此对压制进攻的抵御能力更强。图2-19所示为美国国防部通用武器的尺寸与射程之间的关系。总的看，远程武器通常比近程武器的尺寸大，因此在单个武器平台上部署的远程武器就相对更少。水面发射的小口径炸弹等较小的近程武器可以为超大型无人潜航器提供最大的载弹量，从而充分发挥潜航器抵近目标的能力，实施更大规模的齐射。尽管武器容量更大，但超大型无人潜航器通常只能支援有限范围内的攻击行动。在靠近敌方领土时，水上射频通信可能会被干扰，也可能会暴露潜航器的位置，水下的水声通信也可能会受到干扰，而且通信性能容易受到环境因素的影响而出现降级。超大型无人潜航器通过搭载电磁战无人机或电磁战导弹等多功能载荷，可为联合部队实施侦察、定位、干扰、诱饵或攻击行动提供支持。
利用超大型无人潜航器可以抵近敌方海岸线，搭载小型近程无人机（如“郊狼”无人机），这种小型近程无人机能够在空中盘旋较长时间，为多次攻击提供情报、监视、侦察或电子战支援能力。例如，“郊狼”无人机能够一次工作1.5-3小时。超大型无人潜航器在一次行动中只需要使用38%的载荷就可以保持发射在位，以支持后续的攻击任务。
图9 武器的射程与尺寸的关系
2021年3月，美国海军与波音公司签订了超大型无人潜航器的合同，波音公司负责建造、测试以及交付4艘该型无人潜航器，代号为Orca（虎鲸），计划于2022年6月完成研制。该型无人潜航器重量超过50吨，能够持续工作三个月。
（七）激光器/眩目器
美军认为，中俄部署在卫星、无人机和有人驾驶飞机上的光电/红外传感器，能够为其提供东欧、南中国海和东海等关注区域的广域持久监视。美军仅依靠烟幕和伪装等手段无法为该区域内的平台和系统提供保护。为弥补这些无源对抗措施的不足，美军可使用激光器来损坏或摧毁对手的光电/红外传感器。
激光器作为一类正在迅速发展中的新概念武器，它利用激光束直接攻击目标，具有能量集中、命中精度高、发射速度快、操作简便、抗电磁干扰性强和费效比高等优点。美国激光器已经历了几十年的发展历程，从化学激光器、固体激光器发展到自由电子激光器，目前光束控制、强光光学及系统集成技术渐趋成熟。从平台发展来看，机载、舰载、车载激光武器均有取得了重大的突破，多型激光武器已经实现部署。
2014年，美国海军对部署于“庞塞”号的30千瓦级激光武器系统进行了验证，并在各种气候条件下获得了优异的结果，如图2-20所示。该系统光束波长1.064微米，功率33 千瓦，可对目标进行告警、干扰与致命性打击，适用目标类型包括各类传感器、制导导弹和小型舰艇等。2020年5月，美国海军太平洋舰队“波特兰”号两栖船坞运输舰(LPD 27)首次进行150千瓦的固态高能激光武器海上试射，击落了一架在珍珠港外飞行的无人机。
美国海军还在开发发射功率为60千瓦、可加装在现代驱逐舰上的“高能激光与集成光学炫目系统”(HELIOS)。这种“光学眩目拦截器”(ODIN)不会造成致命毁伤。另外，洛马公司也在开发150千瓦激光武器。美国海军还在今年年初宣布，计划下半年在第四舰队“小石城”号濒海战斗舰上加装小功率激光武器。
图10 部署在“庞塞”号上的激光武器系统
（八）雷达/通信/声波干扰机
美军可使用雷达、通信和声波干扰机对敌方的雷达、通信和声呐系统实施干扰，降低敌方传感器工作效能及武器命中精度，并为己方提供遮蔽和防护。
雷达干扰机方面，美国陆军正在研发的“多功能电子战”（MFEW）系统，将原先应用于干扰无线电简易控制爆炸装置的干扰机进行改进，用于对宽频机载雷达进行干扰。该系统可装载于无人地面车辆上，使干扰源与部队分离部署，降低敌无源传感器或武器对干扰机进行干扰的风险。美国海军正在推进SLQ-32“水面电子战改进项目”（SEWIP），可用于干扰或致盲敌方射频制导导弹的导引头，导致其丢失目标，通过降低敌方的命中概率，增大其所需的齐射规模。
通信干扰机方面，美国海军的“舰船信号利用设备”（SSEE）或美国陆军未来的“多功能电子战”等系统可执行信号情报任务并干扰话音或数据信号，同时这类系统功率较低，可由无人车、无人船或无人机携带，在距离目标区域更近的区域工作，在实施通信干扰的同时不会使己方部队暴露在敌方的反探测侦察中。
此外，美军可使用声波干扰机来提高水中的噪声电平，掩护友军不被无源声呐所探测。如同射频干扰机对雷达实施干扰一样，声波干扰机可以干扰敌方的主动声呐。通过将声波干扰机部署在无人机潜航器上，并且与敌方声呐、干扰机以及美国舰船、潜艇之间保持一定距离，从而既能够对友军提供掩护，也不至于像有源声呐那样对友军产生无意干扰。
（九）诱饵
美军可使用各种光电、射频和声波诱饵，形成虚假目标，增加中俄需要攻击的潜在目标的数量及所需武器的数量，从而迫使其攻击规模扩大并升级。
1.可见光和红外诱饵。采用轻型或充气诱饵可模拟地面车辆、火炮和飞机。图2-21为一架F-16“毒蛇”攻击战斗机诱饵及一架真实的F-16战斗机。如果有高清图片和充足的时间对图像进行仔细辨认，不难区分诱饵和真实飞机。但如果将诱饵和真实飞机都进行伪装或加以遮蔽，或敌方传感器被干扰或致眩所削弱，那么这两架飞机看起来就非常相似，需要获取更加详细的测量与特征情报（一种对传感技术设备侦察获取的各种技术数据进行定量与定性分析所获得的情报，通常用于识别武器的类型、特征和化学、物理成分及对方使用武器的能力。）才能加以区别。如果敌方在攻击时未能获取测量与特征情报，就要被迫使用足够多的武器去摧毁两架飞机及其防御系统，进而导致其齐射规模呈指数级增长。
图11 真实的F-16战斗机（上）与F-16战斗机诱饵（下）
2.射频诱饵。由于舰艇体积较大且通常处于机动之中，而能够跟随部队一起机动并维持自身特征的诱饵过于昂贵，不适合一次性或大规模使用。对此，美军可通过使用射频模拟器生成有效的假目标，再利用传感器干扰和遮蔽物进行掩护。干扰机与遮蔽物能够降低雷达对舰船及其他海上平台的探测能力，同时将敌人的注意力吸引到严密防御的区域。为了提升敌方搜索与目标瞄准的复杂度，增大其攻击或查证的目标数量，美军可部署能够模拟真实平台的射频辐射及雷达回波的无人诱饵，并用干扰机和遮蔽物进行掩盖。如美国海军研究办公室开发的“先进舷外电子战”系统，可提供与被模拟目标相同的雷达回波。该系统通过与携带美国海军“综合掩护及欺骗系统”的无人潜航器、无人车辆以及水面无人艇配合，具备模拟真实舰船、飞机以及地面部队的雷达与通信信号的能力。图2-22展示了美国海军在中国南海南沙群岛附近使用射频诱饵和遮蔽物进行演练的活动。
图12 美国海军在中国南海南沙岛礁附近实施“电磁战”活动
3.声波诱饵。与水面电磁战行动类似，水下声波干扰机也需要由高保真声波诱饵提供补充以生成假目标。与射频或可见光诱饵相比，声波诱饵不需要模拟目标的真实物理尺寸就能达到很高的逼真度。声波诱饵也可在水面无人艇以及无人潜航器上与射频诱饵或无线电模拟器一同使用，防止敌人使用雷达或情报传感器快速区分真实目标与诱饵。使用电子声波发生器可用于产生水面舰船和潜艇上特定装备的声音，使用物理推进系统的超大型无人潜航器或水面无人艇可模拟宽带水流噪声或水面作战舰艇推进器产生的空泡噪声。针对有源声呐，声波诱饵可使用信号处理技术模拟来自真实舰船或潜艇的声呐回波。
此外，中俄这种具备强大能力的对手可能会尝试接入或监控美国非密以及秘密的计算机网络，监视美军“分布式通用地面系统”（DCGS）或“蓝军跟踪系统”等指挥与控制系统，以确定美军及其盟友的真实部署。为防止敌方利用这些系统快速瓦解美军降低信号特征以及诱骗的行动，美军需要具备能够模拟部队部署的计算机网络的能力，比如在“分布式通用地面系统”或“蓝军跟踪系统”中模拟虚假目标，以及在作战区域部署能够模拟美军及其盟友在本地电信网络活动的模拟器等。
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