電子攻擊系統的新趨勢是要在確保對盟軍能力附帶損傷最小的情況下對敵方通信系統進行壓制。
對現代化軍隊來說,在網絡化戰斗空間使用射頻干擾機會面臨諸多困難。其自身的通信系統以及友方部隊、民間實體(包括政府機構、非政府組織、公司和個人)的通信系統都高度依賴于不間斷的接入無線電波。
軍方必須能夠保護其部隊不受遙控簡易爆炸裝置(RCIED)的攻擊,干擾敵方戰術通信系統,并破壞其監視、目標獲取、定位與武器制導雷達和炮彈,同時還要保持自身的通信與盟友的協同,且只引起最小的附帶損傷。
為此,新一代靈巧型多功能軍隊防護與電子攻擊系統正在涌現,這得益于先進的軟件定義無線電和計算機處理技術。
同一目標
盡管技術在進步,電子戰的基本原理從未改變。其中一點是任何通信干擾機的目標總是無線電接收機。該接收機可能是戰斗機載雷達系統、導彈導引頭、裝甲車載戰斗無線電設備、士兵個人任務無線電設備或連接IED炸彈的移動電話的一個組成部分。
干擾機的任務是確保敵方接收機及其相關信號處理系統無法提取所需信息,要么是采用噪聲淹沒有效信號,即覆蓋干擾;要么是讓雷達處理器得出所跟蹤目標的錯誤速度或位置信息,即欺騙干擾。例如,在對抗IED任務中使用的干擾機通常是采用覆蓋干擾來阻止炸彈中的接收機獲取爆炸信號,而飛機上的自衛干擾機則可能采用欺騙干擾使敵方雷達跟蹤到虛假目標。
無論是用噪聲壓制有效信號還是欺騙雷達處理器上目標的位置,干擾機通常必須克服功率的不利因素,即干擾機不得不同時覆蓋所有的基礎頻率和方位,除非它已經獲得了非常精準的情報。這通常意味著干擾機要在寬頻段內發射高功率信號,這對無線電通信系統來說是非常不友好的。
長期以來,操作人員分配整個通信計劃時不得不面對此難題,這種情況因為RCIED威脅和戰術戰場網絡的快速擴張而加劇。雖然恰當的規劃能帶來一些緩解,但作戰人員通常不得不在通信系統和對抗措施之間做出選擇。
友好相處
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哈里斯公司的iProTxS是與無線電設備和電子對抗設備連接的獨立判斷箱
工業部門有多種方式來解決此難題,不過其中被廣泛認為是最有效的兩種方式是對干擾機本身的智能管理,以及采用中間方技術來關聯平臺上的干擾機和通信無線電設備,讓它們能夠一起“友好相處”。第二種方式中的佼佼者是生產綜合防護與傳輸系統(iProTxS)的哈里斯公司(iProTxS以前由Exelis公司生產,2015年該公司被哈里斯收購),iProTxS采用獨立判斷箱與無線電設備和電子對抗設備連接,目前有車載式和士兵背負式型號。
在2016年9月英國倫敦舉辦的國際防務與安全裝備展上,哈里斯公司位于英國貝新斯托克工廠的總經理克里斯·里斯(ChrisReith)描述了以前在電子對抗強干擾環境中進行通信的方法的局限,例如采用頻率濾波器。
他說:“它們都非常龐大并只能工作在固定頻帶,因此限制了無線電通信系統的能力,因為大部分無線電通信系統尤其在戰術環境中的都工作在寬頻范圍并會跳頻。而且它們還采用某些公開的通信技術,可能會被用于對其進行干擾、截獲或者定位。”
里斯稱,如果敵方發現濾波器系統使用的特定頻段正在工作,他們就知道要在哪里集中力量。相比而言,iProTxS采用的技術不是基于頻率的,能夠讓無線電設備使用所有的設計頻段,并且當干擾機工作時系統還能具有電子反干擾技術。他說:“它工作在無線電設備與干擾機之間,使通信進行得非常隱秘,不會被覺察也不會影響干擾機。”
通信保留
為了讓通信無線電設備和干擾機互相連接并通信,哈里斯公司采用了一種能在干擾時保留無線電設備大部分通信能力的嚴密保護技術。
里斯說:“當你工作在電子對抗環境中時,必將在一定程度上影響你的通信。iProTxS能讓你獲得約80-90%的通信能力。”
他稱在阿富汗,對類似iProTxS系統的需求越來越明顯,那里的護衛行動嚴重依賴用電子對抗措施去對抗RCIED威脅,因此不僅要在防護性干擾與通信之間選擇,還要在防護與協同之間選擇。
里斯說:“當他們在正常環境中開啟干擾機時,他們將會失去與地面盟軍的協同和通信。iProTxS所做的是不僅是讓整個護衛行動中保持通信,而且讓作戰區域的所有盟軍也保持通信。”
為此,這些部隊都必須裝備iProTxS。對裝甲士兵來說就是裝備輕型iProTxS,手掌大小的電池供電,能夠與單兵便攜式和手持式無線電設備和干擾機一起工作。而車載型號適用于標準的無線電設備架,射頻輸入來自外部天線,射頻輸出到主無線電設備,采用直流供電。
輕型iProTxS的尺寸約為200×150×76mm、重量約為1.5kg,這是哈里斯公司給出的近似數據,精確數據取決于每位作戰人員的iProTxS型號。系統能夠兼容采用固頻或跳頻模式以及模擬或數字調制的窄帶無線電設備。
哈里斯公司還預測了iProTxS除IED干擾以外的應用前景。里斯稱:“它能被用于任何兩種射頻資源的去沖突,因此我們正在觀察在防御頻譜上的應用。無論你在何處獲得電子對抗設備和使用射頻信號,你都能夠應用此項技術。我們已經對英國防御科學與技術實驗室的研究產生了很大興趣,不過我們還沒有對其正在為iProTxS開發的某些應用進行現場試驗。”
計劃階段
L-3TRL公司商務發展與戰略部技術主任馬克·米羅(Mark Minall)強調了在任何行動的計劃階段將干擾與通信結合的重要性。他說:“現代電子戰與通信應該聯合,那些沒有聯合的將一直處于危險中。”
在英國國際防務與安全裝備展上,L-3TRL展出了能與通信系統兼容的“寬盾”(BroadShield)干擾機系列。米羅指出讓干擾機與通信設備直接連接并不總是可行的。
他說:“如果重點是軍隊防護,你必須要知道你的通信頻率以及你打算攻擊或摧毀的敵方通信系統的頻率。讓電子攻擊與通信聯合起來并一直這樣不切實際。在有些場景中你可以這么做,但并不適合所有情況。”通常來說,在軍隊防護與電子攻擊之間有個折衷,部分因為對作戰的整體考慮,還因為受現有技術的尺寸、重量、功率的限制。
不過,米羅稱目前有朝這些綜合能力發展的系統,比如“寬盾”的高功率緊湊系統(HCS)和中功率戰斗系統(MCS)型,其新固件利用天線的變化來完成兩項任務。他說:“這給客戶帶來了極大的利益,一套硬件就能完成兩種不同的干擾任務。”
展示
“寬盾”HCS具有主動和被動干擾能力,能提供高達150W的射頻功率,另外可用30W以上的專用干擾功率。車載系統也能夠被用做單兵攜帶式。英國國際防務與安全裝備展上展出的HCS型是車載式高低波段結構。系統通過便攜式電腦和L-3TRL公司用戶界面編程和操作。此界面也適用于便攜式MCS型,它具有獨立的高、低波段型號。除此之外,HCS和MCS型的功能是一樣的。
米羅說:“它們本質上是一樣的設備,只是車載式有額外的功率。” HCS型為車輛提供防護式干擾,MCS型為武裝小組提供防護式干擾,而最小的輕型緊湊系統(LCS)型能保護單個作戰人員。
與所有的電子戰一樣,威脅數據庫的生成與維護對于成功作戰來說非常重要,L-3TRL公司強調對威脅的分析與理解能夠使用戶獲得“寬盾”的靈活性,系統由軟件定義任務設置驅動,能進行目標干擾并保護友方通信系統的使用。
軟件定義無線電技術能夠對干擾波形進行響應式升級以保持與威脅同步,特別來自移動電話的這個重要的威脅。
目前,根據任務定制波形已越來越重要,當要在保持通信的情況下對威脅進行干擾時,其與功率一樣重要。
米羅說:“并不都是功率的事兒。許多電子對抗設備的銷售人員認為高功率能挫敗大部分威脅,但我不認為這是正確的。TRL公司也不認同,它根本不能幫助與你自己的通信系統一起工作。因此,通信人員從來沒有和那些進行軍隊防護電子對抗或電子攻擊的人員協同過。所以重點是發射正確的功率來挫敗威脅,關鍵是達到你的目的。”
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多任務干擾機能夠分析車輛周圍射頻信號的頻譜。
空客防御與空間公司已經把RCIED干擾和戰術通信干擾綜合到一個系統中,采用新型軟件定義多功能干擾機。該系統能夠分析車輛周圍的射頻信號頻譜,能以一種目標有效的方式來干擾試圖引爆炸彈的信號。
空客公司稱,多任務干擾機還能用于信號情報作戰環境中的其它任務,能夠幫助生成整個信號圖像,這在以前需要分開的系統完成,是很少見和很難部署的。另外,多任務干擾機技術也可用于改進的反無人機系統。
無人系統升級
目前無人系統正在成為干擾的主要目標。英國的Bristow試驗、法國的Angelas項目、以及空客防御與空間、布萊特和塞萊克斯ES等公司發布的產品都在表明這個發展趨勢。
上述三家生產商都能提供集成了有源射頻破壞技術的多傳感器系統,能對無人機進行探測、跟蹤、識別和軟殺傷挫敗,重點是目前任何人花數百美元就能買到體積小、易操作的小型和微型無人機。
在英國國際防務與安全裝備展上,塞萊克斯ES公司發布了“隼盾”(FalconShield),系統具有與指控設備連接的雷達、電子偵察、照相傳感器,能夠讓操作員與被視為威脅的任何無人機進行交戰。系統還包括一個靈巧干擾設備,根據其挫敗機制可能進入到賽博領域,不過公司主管產品能力的經理史蒂夫·威廉斯(SteveWilliams)并沒有提供相關技術細節。他說:“雖然不能多說,但我們認為我們的能力目前已超越其它競爭公司。”
在視頻仿真中,塞萊克斯ES公司展示了一個帶有菜單的界面,該菜單能向操作員提供其要控制的無人機的選項。接著視頻演示了定向破壞裝置向敵方無人機發射信號,看起來是強迫其以受控的方式著陸。
當被明確問及該系統是否能控制無人機時,威廉斯稱在采用挫敗機制時,將連帶損傷最小化是很重要的。他說:“我們要解決的問題是控制無人機后,其可能會撞到第三方的地面或基礎設施上。事實上前提是要使連帶效應最小化,可能采用智能挫敗機制。”
排除
威廉斯排除了采用會對無人機電子設備造成永久損害的高功率微波發射機,除非客戶希望在“隼盾”中有此選項。在英國防御科學與技術實驗室的資助下,最近的Bristow試驗測試了用模塊化系統來對抗各種典型的無人機。
被問及挫敗機制應該被描述為模擬還是數字的,威廉斯又提出了傳統的射頻干擾和采用輸入軟件指令的賽博攻擊的對比。不過他說:“我認為這種搖擺的回答是因為我們正在尋求利用我們公司的所有能力,以帶來最佳的性能來應對極具挑戰性的威脅。”
“隼盾”還能用于應對無人機操作員控制車輛的能力以及對抗車輛本身。他說:“挫敗概念需要清楚地面控制人員和車輛在哪里,當你開始關注挫敗機制如何工作的細節時,你需要了解的是為了挫敗威脅,我們必須能夠應對地面操作員做的事情。”
靈巧響應
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開發人員正在提供大量緊湊型單兵攜帶式干擾系統供裝甲部隊的作戰人員使用
空客公司更明確的說明了其競爭對手的反無人機系統如何工作,稱采用雷達、定向設備和紅外照相機來識別5~10km內的無人機,然后根據大量威脅數據庫和對控制信號的實時分析,干擾機中斷無人機和操作員之間的指控鏈路或者破壞其導航系統。定向系統還能對操作員進行定位和跟蹤。
空客公司強調其研發的靈巧響應式干擾技術僅能攻擊那些被用于控制被視為威脅的無人機的頻率,這個區域的其它頻率不會被干擾。據悉,系統還采用了如遙控分類和GPS欺騙等更復雜的技術,以進行“控制接管”。
空客公司稱系統已在法國和德國工廠中進行了大量的測試與客戶演示,根據安排,會在2016年年中進行部署。
同時,雷達生產商布萊特監視系統公司已與光電和視頻跟蹤專業公司切斯動力(ChessDynamics)公司、射頻數據鏈專業公司恩特普賴斯控制系統(EnterpriseControl Systems,ECS)公司一起開發反無人機防御系統(AUDS),以對各種威脅進行探測、分類和阻止。
布萊特公司在英國國際防務與安全裝備展上宣布,2016年5月份發布的系統已在生產并進行了改進,改進包括光學干擾器和四波段射頻阻止器。這些新特征都綜合了最近幾個月在北美和歐洲對預生產系統進行試驗時客戶的意見。
布萊特公司總裁馬克·蘭德福特( Mark Radford)說這個團隊已在政府主導的試驗中進行了超過150個小時的現場測試,以應對一類無人機超過200次的行動,這要求更高的模塊化和易于部署,以適應把傳感器和受動器連接在一起的重25公斤的新型集成系統。
切斯動力公司總經理格雷厄姆·比爾(GrahamBeall)說:“我們的系統已在政府資助的反無人機試驗中取得了成功,能在15秒內探測并干擾各種固定翼和旋轉翼無人機。”
布萊特公司提供了Ku波段A400系列空中安全雷達,該雷達功率4w、采用電掃調頻連續波多普勒傳感器、標稱的探測距離8km、能探測最小雷達橫截面積是0.01m2的目標。切斯動力公司提供了“鷹眼”(Hawkeye)部署系統,采用動力定位裝置、“水虎魚”(Piranha)46高分辨率彩色視頻照相機、冷卻的中波熱成像儀、Vision4ce綜合視頻跟蹤器與檢測器軟件、以及光學干擾器。光學干擾器能發出1.4°高強度光束,破壞無人機照相系統的自動增益控制設置,從而致盲操作員。光束還能投射出無人機在地面的影子,讓其更易識別。
智能阻止
來自ECS公司的無線電干擾機或定向射頻抑制器具有高增益四波段天線,并能向威脅發射用戶定制波形,這就是公司所稱的具有“最佳破壞方式”的“軟件定義智能阻止”。它們能干擾包括443MHz和915MHz在內的無人系統的控制頻率,也能干擾2.4GHz控制波段和全球導航衛星系統的頻率。
ECS公司總裁科林·布洛克(ColinBullock)說:“采用光學干擾器對這些通信鏈路進行精確控制破壞明顯削弱了操作員控制無人機的能力,它是被反無人機防御系統為減輕無人機惡意使用所采用的頻譜技術的重要部分。”
反無人機防御系統標稱的對付一類小型無人機的有效作用距離是2公里,對付一類微型無人機的距離是數公里。
現代軟件定義的通信友方干擾系統能夠跟蹤新目標和開發新技術,它們在保持己方軍隊使用射頻頻譜的能力并阻止敵方使用頻譜的能力方面正變得越來越重要。
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