一群来自电磁频谱的狼:美军“狼群”项目

云脑智库 2022-06-05 00:00


来源 | 国防工业出版社

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随着技术的发展,无线电通信电台辐射的能量不断下降,且由于电台的数量也在不断上升,这使得远距侦察系统很难侦听到对方的通信信号,也难以将各个电台分选(鉴别区分)开来。另一方面,传统的电子战系统难以应对新出现的软件定义、低功率的背负式通信网络和雷达系统。在这样的背景需求推动下,美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了“狼群”(Wolfpack)电子战项目,其主要目的是通过网络化协同,实现多个基本电子战单元的连通性、互操作性,进而实现分布式集群作战,这样就可以提高各种电子战资源的利用率,提高遂行各种作战任务的灵活性,提高电子战资源的指控能力,增强对各种作战任务的电子战支援能力等。从这种意义上来讲,“狼群”是美军网络中心战理念初期,电子战领域的典型项目之一,即典型的网络中心电子战(NCEW)项目。其背后的逻辑是通过通信与组网让承担电子战不同职能的设备/个体实现互联互通,并按照既定分工相互配合,从而达到一加一大于二的效果。

“狼群”是DARPA于2000年发起并主持开发的一个电子战项目。2000财年,一个由政府、学术界和工业界代表组成的团队验证了“狼群”概念,并通过对关键技术和性能权衡的分析评估明确了该项目技术开发的关键领域。按照DARPA最初计划,“狼群”项目的目标是在2010年前部署一个综合陆基电子战系统。该系统由多个分布式节点(“狼”)组成,这些节点通过人工部署、迫击炮发射或空中发射等方式抵近目标,并通过网络连接在一起形成一个“狼群”。这种方法需要使用廉价、低功耗的设备,这些设备可以提供近实时的精确地理定位和射频(RF)辐射源分类。尽管“狼群”初始设计是一个独立的系统,但该系统也能够实现集成并与其他来源共享信息,如情报广播、全球指控系统以及其他无人值守传感器。

DARPA采用四阶段方法来开发“狼群”项目。第一阶段由DARPA管理,评估作战概念的有效性,并明确了关键技术。第二阶段,DARPA于2001年2月发布了一项广泛机构公告(BAA),重点是“积极”开发新技术以显著提高性能。第三阶段于2003财年第一季度开始,主要用于定义系统和开发技术。第四阶段于2004财年第四季度开始,主要用于样机系统和子系统的现场测试。

2001年,该项目开始开发高风险、高回报的技术,如宽带天线、城市作战场景下的精确地理定位技术、密集威胁环境下的频谱拒止方法、超小型微干扰机。2001年8月,DARPA选择了AIL系统公司、BBNT解决方案公司、信息系统实验室公司、罗克韦尔·柯林斯公司、统计信号处理公司5家公司参与第二阶段技术开发,这些公司主要侧重于关键系统功能和核心技术增强。还选择了BAE系统公司、雷声公司作为项目第三阶段的牵头承包商,它们负责牵头进行系统设计。

2002财年,“狼群”项目完成了系统设计,并对“狼群”网络管理以及辐射源节点/网络识别、分类和定位组件技术进行了实验室演示和有限的现场演示。

2003年3月25日,DARPA选择BAE系统公司作为“狼群”项目牵头承包商,并授予该公司一份为期两年、价值2280万美元的合同,以继续开发该“狼群”系统。BAE系统公司带领的团队主要负责开发如下三方面内容:用于自主检测、定位和分类的功能性低功耗算法;紧凑型宽带天线;自主部署方法。开发的每个传感器都是一个直径近5英寸、高8~10英寸的伪装圆柱形单元(外加一副天线),看起来有点像纸巾卷,如图1所示。当一个单元降落在地面上时,它会伸展其机械腿并升起天线。

图1  “狼群”系统

“狼群”项目正在开发新的电子战技术,可以在整个战术作战空间内侦察与攻击敌方辐射源(通信和雷达),同时避免干扰友军和受保护的商业无线电通信系统。“狼群”概念强调了一种空中部署、地基、近距离、分布式、网络化架构,以获得电磁频谱优势,如图2所示。“狼群”的概念是使用传感器节点网络来感知射频环境,确定威胁的类型和配置,并执行精确、协调的响应(欺骗、压制乃至赛博攻击)。该响应可以是拒止通信系统和雷达信号的接收,或者转发威胁辐射源的地理位置信息。

图2  “狼群”系统作战应用示意图

为了更加直观地介绍“狼群”系统的能力和作用,下面给出了“狼群”系统的作战场景想定。

201x年美国以X国秘密发展大规模杀伤武器为由,单方面对其发起军事打击。为有效瘫痪该国的综合防空系统、通信与指控系统,美国通过多种隐蔽投送方式将“狼群”电子战设备部署到X国综合防空阵地、指控中心、电子侦察系统(电子侦察系统位置等情报信息得自谍报、平时战略情报等)等关键资产很近距离内(有些甚至部署在1公里范围内),同时做好设备的伪装工作。这些设备在摆放到位后保持静默状态,不断侦收、分析、记录X国雷达、通信系统等辐射源的信号参数,包括工作频率、工作模式、活动规律等,并随时等待控制人员下达作战命令。发起物理攻击前,美军利用火炮对X国多个关键目标发起攻击,将更多的“狼群”电子战系统通过火炮布撒到间谍无法渗透的重点区域。这些电子战设备在落地后自行展开,迅速进入工作状态。

在遭遇美军袭击后,X国前线和指控中心陷入慌乱状态,各种通信系统不断发出信号,指挥机关希望掌握前线的最新情况,前线阵地也不断汇报目前状态,并等待最新的指令,雷达系统启动战时模式,对空域进行高强度、高密度的搜索扫描。美军的“狼群”电子战系统通过分析不同节点的通信业务繁忙情况、通联关系、地理位置,迅速梳理、准确定位关键指挥机关所在地,同时也掌握雷达系统在战时模式下的工作参数、流程等最新情报,并通过无线通信手段将相关情报传回前线作战指挥机构。经过第一波次的攻击,美军基本掌握了X国的通信系统、雷达系统情况,这为后续行动提供了宝贵的情报。

为应对美军的攻势,X国也使用了多种类型的电子侦察系统,希望摸清美军的行动,摆脱处处受牵制的被动局面。而美军在一开始已考虑到X国可能会采取的电子支援措施,因此在X国电子侦察系统周边也部署了“狼群”系统,它们基于平时战略情报和谍报以及美军本身需要隐藏的通信与雷达信号特征发射针对性的电磁干扰乃至电磁欺骗信号,在提升X国电子侦察接收机噪声进而使其侦察效能大幅降低的同时,还能够向X国电子侦察系统注入假目标、假情报,从而有效地防止了X国通过电子侦察系统对美军部队的动向进行监测的企图。

为全面掌握X国的下一步行动,美军开启第二波攻击。首先通过轰炸等手段切断X国的有线通信链路以迫使其采用无线通信进行指控或情报传输,并利用无线通信手段向“狼群”系统发送最新作战任务指令,以选择性地对X国部分无线通信系统实施干扰压制,诱骗其使用已被美军破解和掌握的通信系统进行联系,同时利用“狼群”系统向X国发送假信息,误导其高层决策。在这样的背景下,X国的防空系统的大部分电磁态势都被美军掌握。同时美军结合战场实际情况,利用通信手段控制部分“狼群”系统的任务序列,令其向X国前线部队发送假信息,诱使X国的部队和设备前往美军预定的位置,使美军进攻部队几乎不受阻碍地向前推进,同时调动火力向X国部队集结地进行密集的轰炸,有效消耗X国的有生力量。

在掌握X国通信系统、雷达的工作频率、工作模式等参数后,美军利用“狼群”系统对X国综合防空系统的通信系统及雷达实施干扰,使防空雷达屏幕出现大量噪点,完全无法发现来袭飞机。此外“狼群”系统还利用无线通信手段直接与EA-6B“徘徊者”电子战飞机交换信息,为EA-6B开展空中电子干扰提供实时电子支援。另一方面,美军还利用“狼群”系统阻断X国雷达与其火控系统之间的射频通信链路,使得即使有部分雷达能够发现来袭飞机,也无法将目标信息发送给火控系统,其综合防空系统沦为摆设。美军战机在“狼群”系统的干扰掩护下,顺利突破X国的防线,对雷达站、指控中心、机场等高价值目标实施有效的火力轰炸,使X国基本完全丧失制空权。美军在“狼群”系统的配合下,牢牢掌握了电磁频谱领域的优势,并结合强有力的火力打击,有效地摧毁了X国的综合防空系统,使得美军战机可以不受阻碍地进入X国领空,为地面部队的推进提供近距离空中支援,大大加快美军地面部队的进攻速度。

根据DARPA的描述,“狼群”系统由多个分布式节点(即“狼”)组成,这些节点(“狼”)采用组网技术,连接成“群”。它们一般部署在干扰目标周围100米以内,可干扰大约100×100公里范围内的通信系统和雷达。“狼群”可动态、自主配置网络,同时能根据实际作战需求重新指派任务。在攻击目标时,“狼群”系统也可自行建立子网,对关键节点进行干扰、监听乃至赛博入侵。每个“狼”的使用都是非常灵巧,即使某一个“狼”因受损无法正常工作,也不会大幅削弱整个网络的工作能力。“狼群”系统在完成组网后会从中选出一个节点作为充当通信网关的簇头节点(“头狼”),其余的节点则开始对周围电磁环境进行监测,并通过测量信号到达接收机的时间差或频率差,快速将敌方信号从众多电磁信号中检测出来,然后制定出完成任务的最佳侦察与干扰策略,最后,“头狼”将这些信息上报给更广范围的战场网络。

“狼群”系统性能参数

频率覆盖范围:20MHz~15GHz(可扩展至20GHz)

瞬时带宽:2.5GHz

频率分辨率:6.25~1kHz

发射功率:平均不超过2W,峰值不超过40W

定位时间和精度:2s,10m

分布密度:直线距离约1km(取决于地形复杂度)

距离目标发射机:100m以内

检测能力:90%~95%的战场辐射,对3km以外辐射源进行定位、5km外雷达信号实施截获,可检测100MHz~15GHz频率范围90%~95%的连续波和脉冲雷达信号。

组网数据速率:1Mbit/s

体积:300mm×120mm

工作持续时间:60天(睡眠模式),10小时(监视模式),5~10小时(攻击模式)

作       者:陈柱文 张春磊

责任编辑:张冬晔 王京涛

监       制:程邦仁

- The End

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