主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：美國電磁頻譜的軍事應(yīng)用綜述

3月18日，美國會(huì)研究服務(wù)處（CRS）發(fā)布《美國國防部電磁頻譜應(yīng)用綜述》，報(bào)告梳理了電磁頻譜的現(xiàn)有軍事應(yīng)用、新興軍事應(yīng)用、美國防部頻譜戰(zhàn)略和政策，表明了美國高度重視電磁頻譜技術(shù)在國防和軍隊(duì)建設(shè)中的研究和部署，電磁頻譜的軍事應(yīng)用將對(duì)未來武器裝備、指揮與控制等產(chǎn)生有利影響。

一． 電磁頻譜的現(xiàn)有軍事應(yīng)用

美軍將電磁頻譜（如圖1）應(yīng)用于通信、態(tài)勢感知、軍事行動(dòng)和新興技術(shù)，從用低頻段通信的水下潛艇，到用微波通信的武器系統(tǒng)（如飛機(jī)、衛(wèi)星、陸地部隊(duì)、艦艇），當(dāng)前現(xiàn)代化武器系統(tǒng)幾乎都依賴電磁頻譜，美國防部系統(tǒng)的頻譜分配如圖2，美國防激光技術(shù)的光譜如圖3。

圖1 電磁頻譜

圖2 美國防電磁頻譜分配（3 kHz–300 GHz）

圖3 美國防部激光技術(shù)的光譜

（一） 通信

美軍將電磁頻譜用于指揮通信，現(xiàn)有通信系統(tǒng)采用無線電頻率和微波頻率進(jìn)行通信，新興通信技術(shù)采用激光進(jìn)行通信。

1. 陸地?zé)o線電

當(dāng)前，無線電系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到使用新頻段來傳輸更多的數(shù)據(jù)：聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）采用新電子設(shè)備調(diào)制無線電頻率，實(shí)現(xiàn)了更大數(shù)據(jù)傳輸和安全加密；PRC-117多頻段便攜式無線電等能夠使用多個(gè)頻段（30MHz至2000MHz）傳輸數(shù)據(jù)。由于地球的曲率，陸地?zé)o線電傳輸距離為視線范圍內(nèi)（50英里），但有些陸地系統(tǒng)（如An/TRC-170對(duì)流層散射微波無線電終端）可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，傳輸距離取決于天氣條件，通常可達(dá)100海里（約115英里）。

2. 衛(wèi)星通信

遠(yuǎn)距離衛(wèi)星通信范圍從無人機(jī)通信到核指揮、控制與通信。美軍用于全球通信的星座包括“先進(jìn)極高頻”“寬帶全球衛(wèi)星通信”“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”，由于這些星座的可用帶寬有限（即在軌衛(wèi)星數(shù)量、每顆衛(wèi)星的傳輸數(shù)據(jù)量及覆蓋范圍的限制），美國防部還使用商用衛(wèi)星進(jìn)行通信，合作的衛(wèi)星通信公司包括Inmarsat公司、Viasat公司、Iridium公司和Intelsat公司。

（二） 態(tài)勢感知

態(tài)勢感知應(yīng)用電磁頻譜確定友軍和敵軍的位置，測繪作戰(zhàn)空間圖像。具體實(shí)現(xiàn)如下所述：

1. 現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)

雷達(dá)是最常見的態(tài)勢感知應(yīng)用，現(xiàn)有最新雷達(dá)系統(tǒng)是基于光探測和測距（LIDAR）（如激光雷達(dá)）。根據(jù)用途，雷達(dá)的工作頻率包括無線電頻率、微波頻率。雷達(dá)系統(tǒng)通常與防空、軍用航空、火炮、航天系統(tǒng)相結(jié)合。

2. 無源雷達(dá)

無源雷達(dá)技術(shù)是當(dāng)前美國、俄羅斯等國家正在研制的雷達(dá)技術(shù)。無源雷達(dá)只接收目標(biāo)發(fā)射的無線電信號(hào)，自身不發(fā)射無線電信號(hào)，很難用傳統(tǒng)方法（如信號(hào)情報(bào)）來檢測。無源雷達(dá)的預(yù)期用途為輔助其他傳感器，探測隱身飛機(jī)（B-2轟炸機(jī)、F-35戰(zhàn)斗機(jī)等）。微電子技術(shù)的進(jìn)步使無源雷達(dá)技術(shù)能夠探測不同頻率，在2018柏林航展上，德國一家雷達(dá)公司演示了新研制的無源雷達(dá)，用蜂窩頻率等技術(shù)識(shí)別和跟蹤F-35。

3. 信號(hào)情報(bào)

信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)主要檢測和收集光譜，不發(fā)射信號(hào)，可接收無線電和雷達(dá)頻率，觀察人員、導(dǎo)彈、飛機(jī)、火炮和車輛信號(hào)。信號(hào)情報(bào)的主要方法包括：收集通信信號(hào)，分析軍隊(duì)如何進(jìn)行通信（無線電何時(shí)發(fā)射、從何處發(fā)射、具體無線電頻率及數(shù)據(jù)）；電子情報(bào)，分析頻率、模式、操作程序及雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、信號(hào)干擾機(jī)等系統(tǒng)的其他信息。

4. 紅外傳感器

美軍使用紅外信號(hào)跟蹤敵機(jī)和陸地車輛，導(dǎo)彈使用紅外制導(dǎo)（如AIM-9X空空導(dǎo)彈和AGM-114“地獄火”空對(duì)地導(dǎo)彈）。美軍飛機(jī)使用紅外搜索和跟蹤（IRST）吊艙來識(shí)別敵機(jī)（如F-18E/F“超級(jí)大黃蜂”、F-15C“鷹”），航天系統(tǒng)使用紅外技術(shù)來探測導(dǎo)彈發(fā)射：天基紅外監(jiān)視（SBIRS）系統(tǒng)（如圖4）提供導(dǎo)彈發(fā)射預(yù)警功能，太空軍正在為天基紅外監(jiān)視開發(fā)后續(xù)星座；太空發(fā)展局正在開發(fā)低地球軌道的高超音速導(dǎo)彈探測星座，該星座將使用類似天基紅外監(jiān)視系統(tǒng)的紅外技術(shù)。

圖4 天基紅外監(jiān)視星座

（三） 電子戰(zhàn)

電子戰(zhàn)（EW）影響著所有軍事領(lǐng)域，每個(gè)軍種都有自己的電子戰(zhàn)能力和計(jì)劃，信號(hào)情報(bào)能力獲取的信息能使軍隊(duì)了解敵方部隊(duì)的位置、通信和雷達(dá)的頻率，制定作戰(zhàn)計(jì)劃，也能使軍隊(duì)開發(fā)免受攻擊的防御技術(shù)。電子戰(zhàn)能力包括陸地電子戰(zhàn)能力和空中電子戰(zhàn)能力：陸地電子戰(zhàn)能力用于攔截、干擾無線電和炮兵雷達(dá)，最近用途包括在伊拉克和阿富汗，干擾簡易爆炸裝置；空中電子戰(zhàn)用于大范圍攔截、解密、干擾通信、雷達(dá)和指揮與控制系統(tǒng)，電子戰(zhàn)飛機(jī)包括E-2“鷹眼”、EA-18G“咆哮者”和EC-130H“羅盤呼叫”。

（四） 頻譜作戰(zhàn)

1. 指揮與控制

指揮與控制系統(tǒng)（C2）能生成通用作戰(zhàn)圖（盟軍和敵軍的位置），并傳達(dá)指揮命令。從排級(jí)、連級(jí)的無線電和計(jì)算機(jī)，到聯(lián)合作戰(zhàn)（如核指揮與控制）的專用衛(wèi)星和飛機(jī)，指揮和控制根據(jù)部隊(duì)規(guī)模和任務(wù)提供資源，其中指揮與控制飛機(jī)（如E-8C“聯(lián)合星”）能夠全面測繪作戰(zhàn)空間，將陸地部隊(duì)指揮到最有效的位置。

2. 特征管理

特征管理是指低可觀測武器系統(tǒng)操縱頻譜來降低其電磁特征，它可以采取多種方法產(chǎn)生窄波束降低被探測或攔截的概率，并減少頻譜發(fā)射。特征管理應(yīng)用于艦船（如“朱姆沃爾特”級(jí)驅(qū)逐艦）、飛機(jī)（如B-2和F-35）、雷達(dá)系統(tǒng)（如AN/APG-81有源電子掃描陣列雷達(dá)），減少其在微波和紅外光譜的特征；還應(yīng)用于通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低截獲概率/低探測概率（LPI/LPD），讓信號(hào)情報(bào)技術(shù)更難找到美軍。

3. 導(dǎo)航戰(zhàn)

導(dǎo)航戰(zhàn)（NAVWAR）是“使用太空、網(wǎng)絡(luò)空間和電子戰(zhàn)能力，確保自己使用使用定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）信息、防止對(duì)手使用定位、導(dǎo)航與授時(shí)信息的進(jìn)攻和防御行動(dòng)。為支持情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）和電磁頻譜管理等活動(dòng)，導(dǎo)航戰(zhàn)將進(jìn)一步啟動(dòng)。”全球定位系統(tǒng)（GPS）提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)輔助美軍執(zhí)行導(dǎo)航戰(zhàn)（見圖5）。其他國家的定位、導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)包括格洛納斯（俄羅斯）、北斗（中國）和伽利略（歐盟）。

圖5 全球定位系統(tǒng)星座

二． 頻譜的新興軍事應(yīng)用

（一）5G

5G技術(shù)的軍事應(yīng)用前景廣闊，特別是在自主軍用車輛，指揮與控制（C2），后勤，增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)，情報(bào)、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠提高數(shù)據(jù)速率，降低延遲。5G的軍事應(yīng)用試驗(yàn)正處于初始階段，美國防部選擇12個(gè)軍事基地進(jìn)行試驗(yàn)：

奧爾巴尼海軍陸戰(zhàn)隊(duì)后勤基地（評(píng)估5G智能倉庫）；

圣地亞哥海軍基地（評(píng)估5G智能倉庫）；

希爾空軍基地（評(píng)估5G和機(jī)載雷達(dá)的頻譜共享）；

劉易斯·麥考德聯(lián)合基地（評(píng)估5G增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)） ；

內(nèi)利斯空軍基地（評(píng)估指揮與控制和網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)）；

諾福克海軍基地（評(píng)估船舶和碼頭5G連接）；

珍珠港-希卡姆聯(lián)合基地（評(píng)估飛機(jī)戰(zhàn)備增強(qiáng)）；

圣安東尼奧聯(lián)合基地（增強(qiáng)對(duì)保障和訓(xùn)練的現(xiàn)實(shí)支持，評(píng)估美國防部5G核心安全試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)）；

廷克空軍基地（評(píng)估軍事通信與5G之間的頻譜共享）；

彭德爾頓營地（評(píng)估未來作戰(zhàn)基地和戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心的連接試驗(yàn)）；

胡德堡陸軍基地（評(píng)估未來作戰(zhàn)基地和戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心的連接試驗(yàn)）；

歐文堡陸軍國家訓(xùn)練中心（評(píng)估未來作戰(zhàn)基地和戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心的連接）。

2021財(cái)年，美國防部要求為微電子/5G提供15億美元，沒有細(xì)分微電子和5G之間的資金。

（二）人工智能

美國防部正在研究人工智能的電磁頻譜處理技術(shù)：認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用人工智能識(shí)別新的電子發(fā)射，確定發(fā)射是否來自敵對(duì)來源，并開發(fā)有效的干擾信號(hào)；用先進(jìn)的計(jì)算能力改進(jìn)電子欺騙（如用數(shù)字射頻存儲(chǔ)器來產(chǎn)生虛假的雷達(dá)回波）；用人工智能進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜共享，按照跨頻段的業(yè)務(wù)量變化動(dòng)態(tài)分配頻譜。

（三）定向能技術(shù)

許多定向能技術(shù)都應(yīng)用了電磁頻譜。

1. 激光通信。海軍陸戰(zhàn)隊(duì)采購了自由空間光學(xué)（FSO）系統(tǒng)，F(xiàn)SO是一種光通信系統(tǒng)，在高度安全且?guī)缀鯚o法探測的紅外激光器上傳輸數(shù)據(jù)，允許單個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有更多用戶，傳輸更大的文件、圖像和信息”，美國防部正在進(jìn)行激光通信系統(tǒng)試驗(yàn)。

2. 美國防部將定向能（DE）武器定義為使用集中電磁能（而非動(dòng)能）來“使敵軍設(shè)備、設(shè)施和/或人員喪失能力、損壞、失效或摧毀”的武器。定向能武器可用于陸地部隊(duì)的反火箭、火炮和迫擊炮（C-RAM），反無人機(jī)系統(tǒng)（C-UAS）、無人機(jī)群，或近程防空（SHORAD）任務(wù)。高功率微波武器是定向能武器的一種，可以使電子設(shè)備、通訊系統(tǒng)和簡易爆炸裝置失效，還可以作為非致命的“熱射線”系統(tǒng)用于人群控制。空軍目前正在對(duì)幾個(gè)反無人機(jī)系統(tǒng)（高功率微波系統(tǒng)和激光武器系統(tǒng)）進(jìn)行實(shí)地評(píng)估；海軍計(jì)劃在2021年在美海軍普雷布爾號(hào)上部署60千瓦的“太陽神”激光武器系統(tǒng)；陸軍計(jì)劃在2022財(cái)年在“斯瑞克”戰(zhàn)車上部署其首個(gè)50千瓦“戰(zhàn)斗”移動(dòng)近程防空激光系統(tǒng)。當(dāng)前陸軍，海軍、空軍和DAPRA都在進(jìn)行定向能項(xiàng)目的研究，未來將逐步提高功率，從當(dāng)前150千瓦左右，到2022財(cái)年的300千瓦左右（巡航導(dǎo)彈可能被攔截），到2024財(cái)年達(dá)到500千瓦左右。

（四）反無人機(jī)系統(tǒng)

無人機(jī)可以執(zhí)行低成本的情報(bào)、監(jiān)視和偵察任務(wù)，許多小型無人機(jī)由于其尺寸、結(jié)構(gòu)材料和飛行高度等原因，無法被傳統(tǒng)防空系統(tǒng)探測到。反無人機(jī)系統(tǒng)可以使用多種方法來檢測敵對(duì)或未經(jīng)授權(quán)的無人機(jī)：利用光電、紅外或聲學(xué)傳感器，分別通過視覺、熱或聲音信號(hào)檢測目標(biāo)；使用雷達(dá)系統(tǒng)（不能很好地適用于小型無人機(jī)）；使用射頻傳感器，識(shí)別用于控制無人機(jī)的無線信號(hào)。美國防部正在開發(fā)和采購多種反無人機(jī)技術(shù)，以確保強(qiáng)大的防御能力。

（五）跨領(lǐng)域作戰(zhàn)

1. 聯(lián)合全域指揮與控制系統(tǒng)。

當(dāng)前的指揮與控制系統(tǒng)（C2）密集在單個(gè)領(lǐng)域，缺乏多領(lǐng)域感知，并且態(tài)勢感知、決策、快速持續(xù)跨領(lǐng)域整合過程的自動(dòng)化程度不高，為改進(jìn)指揮與控制系統(tǒng)（C2），美國防部正在用人工智能，開發(fā)聯(lián)合全域指揮與控制（JADC2）系統(tǒng)，以指導(dǎo)部隊(duì)跨越多個(gè)領(lǐng)域（空天、網(wǎng)絡(luò)、陸地、海洋）。JADC2通過“新技術(shù)、過程和新組織的結(jié)合”來加強(qiáng)跨領(lǐng)域的信息共享，計(jì)劃在2035年前實(shí)現(xiàn)全部作戰(zhàn)能力。

圖6. 聯(lián)合全域指揮與控制系統(tǒng)視覺可視化

2.“馬賽克戰(zhàn)”

DARPA提出 “馬賽克戰(zhàn)”概念，將AI應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器數(shù)據(jù)分析，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，自主確定部隊(duì)的最佳組成。“馬賽克戰(zhàn)”可以提供全面通用作戰(zhàn)圖景，協(xié)調(diào)跨領(lǐng)域作戰(zhàn)，復(fù)雜化對(duì)手瞄準(zhǔn)美軍的能力。

三． 美國防部頻譜戰(zhàn)略和政策

美國防部最近改變了頻譜作戰(zhàn)的戰(zhàn)略和組織結(jié)構(gòu)，并將重點(diǎn)放在頻譜作戰(zhàn)上：2020年5月，聯(lián)合參謀部發(fā)布了《JP 3-85：聯(lián)合電磁頻譜作戰(zhàn)》條令，該條令提出電磁頻譜“對(duì)促進(jìn)作戰(zhàn)環(huán)境（OE）內(nèi)控制至關(guān)重要，影響所有作戰(zhàn)環(huán)境和軍事行動(dòng)”，該文件將頻譜管理和電子戰(zhàn)整合成同一種能力，由同一個(gè)部門管理；2020年9月，美國防部發(fā)布了《電磁頻譜企業(yè)指令》，指定美國防部首席信息官（CIO）負(fù)責(zé)頻譜管理政策，負(fù)責(zé)采辦和維持的美國防部副部長辦公室負(fù)責(zé)電子戰(zhàn)計(jì)劃，負(fù)責(zé)研究和工程的美國防部副部長辦公室負(fù)責(zé)開發(fā)頻譜管理和電子戰(zhàn)技術(shù)。2020年10月，美國防部發(fā)布了《電磁頻譜優(yōu)勢戰(zhàn)略》，概述了美國防部目標(biāo)：“發(fā)展卓越的電磁頻譜能力；發(fā)展靈活、全集成的電磁頻譜基礎(chǔ)設(shè)施；追求全面的電磁頻譜戰(zhàn)備狀態(tài)；確保持久伙伴關(guān)系；建立有效電磁頻譜治理，支持戰(zhàn)略和作戰(zhàn)目標(biāo)。”當(dāng)前，美國防部正在制定實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略愿景和目標(biāo)的路線圖。2021財(cái)年美國防授權(quán)法（NDAA）規(guī)定，“美國防部長應(yīng)在兩年內(nèi)將美國戰(zhàn)略司令部指揮官與電磁頻譜作戰(zhàn)密切相關(guān)的所有職責(zé)和職能移交給美國防部內(nèi)合適的官員”，美國防部指定移交給參謀長聯(lián)席會(huì)議副主席。

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