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电子战实为争夺电磁频谱使用控制权利的战争
电视不播的
真相在这找美国战略与预算评估中心在《电波致胜:重拾美国在电磁频谱领域的主宰地位》这篇报告中提到,进入电磁频谱战下一阶段,美军需要扩大和发展电磁频谱战力量,特别是需要发展网络化、灵活性、小型化、多功能和自适应性的新一代电磁频谱战作战系统。 网络化正如前文所述,美军需要在传感器和反制手段之间,以及与分散部署的武器系统和指挥控制中心之间建立有效的网络。配备诱饵和干扰器的网络化作战平台和传感器,将有助于对威胁形成共识,并且能够协同作战行动和电磁信号发射,提高实施渗透行动的作战平台的生存能力。网络化电磁频谱战作战行动依赖于两个关键技术要素:一是能够管理和协调分布式作战行动的控制系统;二是能够在竞争区域实施作战的己方军队之间建立安全可靠的低可拦截/低可探测数据链。美国防部和产业界正在进行多个项目,对分散部署的电磁频谱战系统实施指挥控制,包括海军研究办公室的“复仇女神”项目和联合反遥控简易爆炸装置电子战系统项目。美军还研发和部署了数个高带宽低可拦截/低可探测数据链,例如F-35的多功能先进数据链、F-22的机间数据链以及E-2D的战术瞄准网络技术。要将低可拦截/低可探测通信链更广泛地融入美军部队,主要问题在于缺乏统一标准,而不是技术能力的不足。美国防部需要为系统研发者提供普遍适用的数据链规格标准,使新型电磁频谱战作战概念能够付诸实施,并且避免由于新型数据链的应用导致美军部队在通信协同性方面的困难进一步增加。 灵活性未来美军电磁频谱战系统的频率、电子束方向、模式、功率级和时间设置应该可以变化,从而能够有效实施作战行动。光谱或频率捷变使美军传感器和通信系统能够在敌方被动式侦测系统周围实施机动。就技术和法律条件而言,美军在和平时期只能使用整个频谱中很狭窄的一段,这使得敌方电磁频谱战部队能够集中在这一频段对美军传感器和通信系统进行搜索。如果美军通信系统能够在更宽的频谱范围运行,将会增加敌方对其实施搜索、干扰、诱导及其他反制措施所需要的时间。鉴于敌方传感器和通信系统越来越灵敏,光谱灵活性对于美军的反制能力同样重要,特别是电磁频谱战中的红外反制力量的灵活性。当代红外反制系统主要致力于应对针对红外制导导弹的近程探测器。未来的红外反制系统需要能够有效应对红外频谱低频段的远程传感器。提高灵活性还能够减小敌方被动式传感器侦测到美军传感器、通信系统和反制力量的概率。美军正在对电磁频谱战作战系统进行改进,使其能够改变体积、形状以及光束的方向。美军的传感器和通信系统还应该能够改变行动样式,使敌方无法对其信号进行拦截、分类和利用。传感器和通信系统应该能够尽可能减小功率,从而降低被敌方利用的风险。美军正在部署的电磁频谱战作战系统,通过使用有源电子扫描阵列技术,以增强射频的灵活性。有源电子扫描阵列由成百上千个可升级的小型发射/接收模块阵列组成,由计算机中央处理器实施电子控制。这使得系统无需使用旋转天线即可对相关区域进行扫描,生成多个大小和功率可变的光束,在更宽的频率范围内运行。该系统正用于F-22战机的APG-77型雷达和F-35战机的APG-81型雷达,并将配备于E/A-18G“咆哮者”电子攻击机和SLQ-32舰载电子战系统。如果电磁频谱作战力量能够在空间、频率和时间上实现机动,将有助于提高美军与民事用户共享频谱的能力。随着新型移动通信和传感技术实现商业化应用,电磁频谱已经越来越拥堵。商业带宽需求的增加,正在挤占军用电磁频谱区域。实现电磁频谱灵活性,有助于商业和军方用户研发相关程序和实施自动化控制,避免电磁发射在时间和空间上发生冲突。 多功能电磁频谱战作战概念要求美军几乎所有的作战平台、载荷和运载工具融入未来作战网络。对于美军现有的单一任务型无线电通信、雷达和干扰器而言,要达到所需要的灵活性以及地理和光谱覆盖范围,颇具挑战性。单一任务型作战平台将需要3个以上独立的系统实施通信、被动式感应以及噪声干扰。第二种方案是由不同的作战平台担负不同的功能。但这两种方案均过于复杂,成本高昂,可能无法持久。第三种方案是研发独立的电磁频谱战系统,能够对目标实施通联、感应、干扰、诱导或者照明。这一方案能够使美军部队以低得多的成本形成所需作战能力,但需要应用新技术,因为不同的电磁频谱战功能需要频谱、功率和带宽的不同组合。美军还可使用能够在电磁频谱的红外、光学或紫外区域运行的多功能焦平面阵列。新型半导体技术的应用,使得研发的焦平面阵列系统能够在更广泛的频率范围进行信号探测,并且可以担负被动式传感器和通信接收器的功能。这些系统与低功率激光器或者发光二极管相结合,可以实现低可拦截/低可探测通信,并且用作为多基站红外/紫外传感器。此外,美国防部还需要研发和部署通用多功能控制器。当今的中央处理器和信号发生器常常设计用于控制单一任务系统,即便该系统阵列能够支持不同的电磁频谱战作战任务。缺乏多功能控制器,是当前美军电磁系统无法实现多功能的主要原因之一。 小型化电磁频谱战作战概念建议美军使用小型低成本无人机和驱动载荷,用于在竞争区域内实施多基地和被动式感应、低功率防区内干扰以及诱导行动。小型电磁阵列能够使大型有人和无人作战平台配备更多的电磁频谱孔径,增加传输和接收覆盖范围。配备有分布式阵列的无人机在发射导弹时,可使用红外激光器对目标实施照明,在使用一组阵列被动接收反射回的红外能量的同时,可使用另一组阵列的方向射频数据链与人工操控作战平台进行通联,准备对照明目标实施打击。现如今,小型电磁阵列已配备于拖曳式诱饵、微型空射诱饵、F-22战机、F-35战机和自卫式干扰器,这些阵列成本相对较高,且尚未实现商品化,无法进行建立大型电磁频谱战网络所需要的批量生产。为了充分利用这种灵活、网络化、多功能作战能力带来的机遇,未来的电磁频谱战作战系统应该比目前使用的作战系统体积更小,成本更低。 自适应性灵活、多功能、网络化电磁频谱战作战力量应更具自适应性,从而能够完全发挥出潜能。自适应性与自动化功能不同,自动化如今已经在无线电台、干扰器、雷达和诱饵中得到了广泛应用。例如,自动化系统能够在限定的范围内转换频率,为电台查找特定的频谱,或者为诱饵查找敌方传感器。然而,目前的自动化电磁频谱战作战系统还不具备真正意义上的自适应性。这些系统一般无法对威胁库以外的新威胁进行识别和产生效应,也无法迅速实现功能切换。而且,这些系统缺乏在宽频段对电磁频谱进行评估的能力,也就无法探测威胁和掌握机遇。具有自适应性的电子频谱战作战系统相关技术研发工作已进行了十多年,目前已经相对成熟,能够融入新型电磁频谱战作战系统。这些新型作战系统对自适应性电磁频谱战实施控制的基本步骤是:首先对电磁频谱战的作战环境形成态势感知,包括测量电磁信号的强度和频率,然后判定其地点,确定其性质(己方、敌方或者未知),再评估作战样式。自适应式电磁频谱战控制系统将运用频谱感知能力,判定根据指挥官意图应该采取的行动。与自动化系统不同的是,自适应式电磁频谱战作战系统将不仅限于针对敌方雷达发射干扰信号,或是将电台频率转换至非竞争频段,而是能够根据威胁目标的特性、地点和运行情况对其进行识别,并根据目标在当前电磁频谱环境下对己方部队实施探测和反制措施的概率决定要打击的对象,随后评估对敌方电磁频谱战实施感知和通联的概率,并使用建模和模拟技术,对己方相关行动方案进行分析。自适应式电磁频谱战控制器将向参与作战网络的多功能电磁系统下达任务,并运用频谱感知能力评估这些系统对电磁环境和敌方电磁频谱战行动造成的影响。(胡向春) 编辑:谷玥昕防务视点稿件,如需转载请注明出处。觉得不错,请点赞↓↓↓
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前沿|2015年的一件大事将引领电子战发展方向
  2015年,对于电子战领域而言,是非常重要的一年。在这一年里,有二件事可能将成为引领未来电子战领域发展方向的大事:  一、2015年12月,美国战略与预算评估中心发布了一篇名为《电波制胜:重拾美国在电磁频谱领域的主宰地位》的研究报告,提出了“电磁频谱战”理念及“低功率到零功率”作战概念。  二、当月,美国国防部首席信息官表示,美国国防部将有望把电磁频谱视作一个作战域,成为继陆、海、空、天、赛博空间之外的“第六个作战域”。  其实,仔细分析可以看出,这两件事情实际上是同一件事:如果将整个电磁频谱视作一个“作战域”,那么发生在这一作战域内的所有敌对行为、行动自然也就成为一类战法,就如同空域内的“空战”、海域内的“海战”一样。电磁频谱域内的所有敌对行为、行动自然也就叫做“电磁频谱战”。  那么,究竟什么是“电磁频谱战”?或者说,这种战法的内涵、外延、与电子战的区别到底有哪些?&电子战、频谱战、电磁频谱战都是啥?  近几年,美国军事界炒作了很多新概念,如电子战、频谱战、电磁频谱战,不过除了炒作外,并没有给出明确内容,因此留下了无尽的“想象空间”,对其理解也千差万别。那么,这几者究竟如何区别?电子战:概念最清晰的战法  电子战的历史最悠久。根据美国多军种联合作战条令的描述,“电子战是指利用电磁能和定向能来控制电磁频谱或攻击敌人的军事行动。电子战包括三种功能:电子攻击、电子防护和电子战支援。频谱战:赛博战、电子战融合的产物  传统计算机网络的“无线化”和传统无线通信的“网络化”共同促成了电磁频谱与赛博空间的融合,这二者的融合又促成了电子战与赛博战的融合。2013年,美国国防部创造了一个新词汇来描绘融合后的战法,即“频谱战”。随后,美国各军种纷纷开发了类似相关项目。电磁频谱战:电子战外延的大幅扩展  电磁频谱战至今没有具体的定义。只有一个笼统的描述:“将美国军方在电磁频谱中执行的所有行动都视为电磁频谱战的一部分”。由此可见,电磁频谱战大大超出了传统“电子战”的范畴。  实际上,电磁频谱战在一战时就出现了,只是在不同时期,外在表现不同。当前及未来较长一段时间内,电磁频谱战的外在形态主要是“‘隐身’与‘低功率网络’的较量”,即报告所称的“低功率到零功率作战”。三者之间到底是什么关系?  结合上图可以看出,其一,电磁频谱战始终是电子战外延的扩展。可以简单地认为,电磁频谱战比电子战“大”。  其二,电磁频谱战更强调“冲突”本身,而电子战则强调己方如何“应对”。换句话说,电磁频谱战是一种战争形式,而电子战则是一种战法,强调己方如何攻(电子攻击)、如何防(电子防护)、如何侦察(电子战支援)。  其三,“电磁频谱战”与“频谱战”有着本质不同:电子战是电磁频谱战的一部分,而频谱战是电子战的一部分。不仅如此,频谱战将是电子战、赛博战中最具活力的那部分。电磁频谱战的“利器”有哪些?  需要指出的是,由于频谱战、电磁频谱战都是新提出的概念,并没有哪一类武器、系统是专门为其设计的,只能说美军一些武器系统的功能正好契合了其作战要求,并“有望”在未来成为更进一步的武器、系统。从“狼群”系统到“小精灵”无人机集群作战系统△“小精灵”无人机作战应用示意图  根据电磁频谱战相关阐述,下阶段电磁频谱战,是指低功率到零功率作战,这主要依赖三类系统,其中低功率电子对抗系统最犀利,也最具攻击性,是典型的频谱战作战系统。目前美军已经拥有类似的系统。从最初的“狼群”系统到最近美国国防部高级研究计划局正在开发的“小精灵”系统都属此类,它们的共同特点是网络化、小型化、低功率、抵近式运作。  其中,最典型就是“小精灵”无人机集群作战系统。日,美军发布了“小精灵”电子战无人机项目征集书,旨在开发一种小型、网络化、集群作战电子战无人机。该无人机属于一种尽可能回收并重复使用的侦察与电子战无人机,可以由C-130运输机携带至防区外并发射出去,无人机之间通过网络化来实现压制敌方导弹防御系统、切断敌方通信乃至向敌方数据网络中注入恶意代码等功能。从海军下一代干扰机到F-35的攻击吊舱  另外,基于无线注入的赛博攻击系统有望成为另一种典型的频谱战系统。目前,据称美军有很多系统都具备这类能力。例如:美国海军主导研究的下一代干扰机就具备向敌方战场网络注入恶意代码的能力。  另外,最近美军正在研究的赛博攻击吊舱进一步体现了这种典型频谱战作战样式。日,据报道,美国正在为F-35“联合攻击战斗机”研制一种吊舱形式的赛博攻击系统。美军高层表示,赛博攻击吊舱不会降低飞机的隐身性能。尽管美军未透露该吊舱相关技术细节、开发细节,但有专家分析认为,虽然该吊舱的目的是攻击敌方赛博系统,但它更可能是一种与传统电子战相关的系统,能够产生攻击波形。第六作战域来源:军报记者微信;作者:张春磊 李硕 陈志宏,原标题《电磁频谱,崛起的“第六作战域”》;更多内容请关注中国国防报·军事特刊;转载请注明来源
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电磁频谱资源对人类的影响,就像水和太阳一样不可或缺。信息时代,电磁频谱正在改变世界,改变人们的生活方式。
电磁频谱存在于陆、海、空、天的作战全时空,是唯一能够支持机动作战、分散作战和高强度作战的理想媒介。电磁频谱管理作为联合作战的重要保障要素,贯穿于作战准备、作战筹划、作战实施的全过程,作用于指挥控制、情报侦察、武器制导、预警探测、导航定位等作战全要素,是提高体系作战能力的重要基础,直接关系信息化武器装备作战效能的发挥。
电磁频谱的前世今生
物理世界有这样一种奇特的现象,交变电流在周围空间会产生交变磁场,变化的电场和磁场相互联系,形成了交变的电磁场,并能脱离其产生的波源向远处传播,这种在空间以一定速度传播的交变电磁场就是电磁波。
电磁频谱,则是由电磁波按波长或频率排列起来,所形成的一个从零至无穷的结构谱系,其中0-3000吉赫兹频率范围为无线电波。
时间回到1492年10月,哥伦布发现了美洲大陆。然而,西班牙王后半年以后才得知这一消息,遗憾顿生。日,美国总统林肯惨遭暗杀,消息13天后才传到当时号称工业最为先进的英国政府,应对策略也时过境迁。电磁波那时不为人知,人类自然无法享受到它的神奇力量。
1888年,德国物理学家赫兹实验成功,人类终于触摸到电磁波的存在。1901年,随着“无线电之父”马可尼跨越大西洋的无线电通信试验成功,人类进入了电磁时代,无线电通讯席卷全球。1912年,泰坦尼克号失事后,英国、美国等航海大国强制规定,超过一定吨位的船只必须加装无线电台,以保障海上航行生命安全。在第一次世界大战期间,所有参战的大国都使用无线电通信传递情报和命令。
此后,无线电的广播、导航、遥控相继出现,给人类社会的发展进步带来了巨大变化。电磁波作为信息传递的重要载体,纵横驰骋在陆、海、空、天四维空间,加速了信息时代的到来。
电磁频谱是一个国家的战略资源
电磁频谱是目前人类唯一理想的无线信息传输媒介,属于国家所有,与土地、森林、矿藏等资源一样,它既是一种稀缺的自然资源,也是经济发展、国防建设和社会生活各领域不可或缺、无法替代的核心战略资源。
目前,人类能够利用的无线电频谱在275吉赫兹以下,主要集中在30赫兹至40吉赫兹范围内,而且绝大部分是在3吉赫兹以下,优质资源极其有限。因此,世界各国对其争夺已经趋于白热化。
以卫星频率轨道资源为例,被誉为“黄金导航频率”80%的份额,被美国GPS和俄罗斯格洛纳斯导航系统率先抢占,世界各国不得不争夺剩余资源。
电磁频谱在经济、军事等领域的广泛应用,加之资源紧缺的突出矛盾,使其逐渐从后台走向前台,电磁空间成为世界各国争夺和博弈的重要战场。
每年,美国总统专门发表事关电磁频谱的《总统备忘录》,主导国家和军队的电磁频谱政策。英国政府在其发布的《21世纪的频谱管理》白皮书中,明确提出引入频谱定价、频谱拍卖、频谱贸易等手段,激励频谱资源的高效利用和新技术的研发。
有关研究报告表明,电磁频谱每年可为国家经济总量贡献3至5个百分点。1995年至2011年,美、英、法、德等国家,为发展第三、第四代移动通信网,所拍卖的频谱价值高达1300多亿美元。俄、法、德、日、澳等国家竞相完善相关法规,最大限度地维护本国的电磁频谱空间利益,极力推进电磁频谱资源市场化和国际化。
管好电磁空间的“红绿灯”
电磁频谱虽然是存在于自然空间,看不见摸不着,但并不意味着国家、组织和个人可以随意使用侵占。
同现代城市交通管理有很大的相似之处,在技术层面上,电磁频谱管理主要从频率、空间、时间三维展开,这也被形象地称为电磁空间的“红绿灯”。
目前,国际范围的电磁频谱管理主要是通过建立国际组织、签订国际协议、统一划分频谱来解决。各国也设立了频谱管理部门和监测站点,对频谱资源进行划分和使用。
据统计,美军一个步兵师约有70部雷达、2800部电台,俄罗斯一个摩托化步兵师约有60部雷达、2040部电台,保证如此多的电子装备有条不紊地工作,需要强大的频谱管理力量和机制。经过几次局部战争的洗礼后,美军从统帅部到野战师都设有专门的频谱管理机构,从国防部、联合参谋部到各军兵种,都建立了一整套完整的联合战役频谱管理体系,形成了成熟的管理机制。
根据美国陆军网站报道,美国研发的新型联合战术无线电系统,其中包含了频谱碎片整理技术,就是将不连续的频谱碎片重新聚合,实现整合资源、满足需求的目的。欧洲开发的“频谱池”技术,也是将空闲频谱资源收集整合,并根据用户需求进行动态分配,提高频谱的使用效益。
现在,世界主要国家都在大力发展频谱共享技术,在不改变现有的频谱分配规则下,通过仿真实测相结合的技术分析手段,使不同系统能够在同一频段兼容共用。此外,很多国家和组织通过采用先进信号传输技术、提高用频设备工艺水平、控制发射频率等手段,既避免了电磁环境的恶化,也实现频谱的高效利用。
“21世纪将是频谱战的时代”
传统海空优势的发挥,必须建立在电磁优势的基础上,失去制电磁权,必将失去制空权、制海权,电磁空间已成为与空间、地面和海洋并存的第四维战场。可以说,未来信息化作战,谁赢得了制电磁权,谁就掌握了战场主动权。美国前参谋长联席会议主席托马斯·穆勒曾说:“如果发生第三次世界大战,获胜者必将是最善于控制和运用电磁频谱的一方。”
面对世界范围内电磁频谱竞争的不断升级,美军先后出台联合频谱构想、国防部频谱战略规划以及“频谱战”战略等顶层指导文件,并采取避开拥挤频段、开发高端频谱等方式,研发微波、激光、电磁脉冲等武器装备,积极抢占频谱资源。英国在部队中广泛推广使用智能无线电和高效调制技术,提升无线通信系统的频谱使用效率。
为在未来信息作战中获得频谱优势,欧美等国军队还通过成立专门电磁兼容机构、采用先进仿真技术手段、制定质量指标管理体系、开发联合频谱管理系统等方式,提高战场电磁频谱管理能力。
近年来,随着认知无线电、动态频谱感知、频管仿真推演、电磁环境适应性分析等新技术的不断涌现,给军队电磁频谱管理发展带来了巨大机遇和挑战。专家预计,未来电磁频谱管理将朝着频谱资源共享共用、精细化频谱效能分析和频谱动态嵌入式管理等方向不断进步。
电磁频谱经典战例
1914年,美国海军大西洋舰队首次在战争状态下试验无线电通信设备,结果附近友邻舰艇发射机产生的强烈火花干扰中断了所有无线电通信,参加者不得不作出时间分配计划,分配2小时给美国对国内进行无线电发射,其他4个国家各1小时。这样,设在华盛顿的总部要间隔4小时才能与它在战场上的武装力量联络一次。
1967年,美军“福莱斯特”航母在执行某次军事任务时,舰载F-4“鬼怪”式战机受该舰雷达波束照射干扰,飞机悬挂的空地火箭弹被意外点火发射,击中舰上1架A-4“天鹰”式攻击机的副油箱,导致一系列连锁爆炸,造成重大伤亡。
1980年4月,美派联合特遣部队和当地别动队共同执行营救驻伊大使馆人质任务。在其撤离途中,由于和别动队的通信设备互不兼容,用频协同失误,造成1架直升机与运输机相撞,8名突击队员被烧死,4人严重烧伤。
日,英阿马岛之战,号称英海战利器和舰队骄傲象征的“谢菲尔德”号巡洋舰因卫星通信和雷达系统互不兼容,只能轮流开机工作,结果被阿根廷“超级军旗”飞机发射的“飞鱼”式导弹击沉。
日,第五次中东战争,以色列利用事先截获的叙利亚军队雷达和“萨姆”导弹发射的频谱参数,仅用6分钟就将其驻守在贝卡谷地的耗资20亿美元的19个“萨姆”防空导弹阵地彻底摧毁。在其后两天的空战中,以色列战斗机配合预警机和电子干扰机作战,创造了空战史上的奇迹。
日,俄罗斯在车臣战争中,通过特种电子战猎杀小组,对战区内的电子信号进行收集、监听,侦察到杜达耶夫的手机信号,进行分析确认后,锁定手机信号坐标,利用巡航战机发射导弹,对杜达耶夫进行了“定点清除”。
2011年5月,美军海豹突击队和特战空勤团实施“海王星之矛”行动。海豹突击队采用“陆地勇士”单兵系统,与联合行动中心进行态势分析和情报共享,特战空勤团无人机通过卫星通信系统将突击队行动回传白宫和五角大楼。整个行动过程,美军使用的武器系统频谱资源涵盖全频道,仅用时40分钟,便成功击杀本·拉登。
美军制定电磁频谱新战略
最新的电磁频谱战略,提出拓宽可用电磁频谱。美国国防部首席信息官特里·塔凯表示,此举是为了满足未来战争和国防安全的需求,也是美国军方应对当前电磁频谱资源日益紧张的新思路和新举措。
“频谱和子弹一样重要。”这是美国陆军野战频谱管理条令中的一句经典名言,由此可见,美军对电磁频谱的高度重视。
美国前任国防部常务副部长沃尔福威茨说过:“如果不能保证对电磁频谱资源的合理利用,就无法满足美军近期作战目标和国土防御任务的要求,也不能实现军队转型的目标。”
电磁频谱是战场信息传输的重要通道。一方面,战场上的通信联络、指挥控制、情报侦察、预警探测等功能的实现,无不以电磁频谱为物质基础。因此,有人颇为贴切地将其比喻为信息化武器装备与系统的“脑干”组织。
另一方面,电磁频谱也是信息化战争时代新型作战形式有效运用的重要依托。从早期的电子战、网络战,到近年来提出的网络中心战、网电空间作战等,都离不开电磁频谱提供的环境支撑。
美军参联会前主席、海军上将穆勒曾在海湾战争结束后作出预言:“如果发生第三次世界大战,获胜者必将是最善于运用电磁频谱的一方。”
根据教科书上的定义,电磁频谱是指按照电磁波波长或者频率连续排列的电磁波族。通常情况下,电磁频谱被定义为国际通信联盟已经规划的,可以利用的10KHz~400GHz的电磁波范围,而低于10KHz的电磁波属于音频范围,高于400GHz的电磁波属于光波范围。
从理论上讲,电磁频谱资源是无限的。但是,受到当前科学技术发展水平和电磁波传播特性的制约,目前人们对电磁频谱资源的利用只能局限在一定的频率范围内。美国国防部统计,美军使用的电磁频谱一般都在40GHz以下,且大多数是在6GHz以下。而现役的大部分用频装备又都集中在战术高频、战术甚高频等几个频段,这就好比很多辆车挤在一个车道行驶一样。
在战场上,随着信息技术的迅猛发展,用频装备的类型、规模和数量都在以惊人的速度增长。以美军为例,海湾战争时期,为了确保多国部队战时的7500多个高频网络、1200多个甚高频网络和7000多个特高频网络的有效运行,美军调配了30000多个频率供其使用。然而到了阿富汗战争和伊拉克战争时期,美军所使用的电磁频谱资源已是海湾战争时期的10倍以上。
在近几场局部战争中,已经出现了战场电磁频谱资源不够用的状况。例如,在阿富汗的军事行动中,美军多次出现因为分配不到可用的通信电磁频谱,而不得不限制无人机的使用数量和次数。
这还只是小规模的战斗,在未来的大规模作战中,战场电磁频谱的不足可能会导致大范围的频率堵塞和指控信息中断,这对战斗力发挥严重依赖电磁频谱的现代军队来讲,无疑将产生严重的后果。
面对这一严峻形势,美军不得不依靠与民用电磁频谱资源共享解决问题。为此,美国国防部和政府在近几年大幅调整电磁频谱战略,意在通过平衡军用和民用的多领域需求,达成最大程度的共享使用,从而缓解电磁频谱资源不足的现状。
在2008年修订的《国防部频谱战略计划》中,美国国防部专门向联邦政府电磁频谱管理机构提出了未来频谱需求计划。同时,美军不断加大对现有电磁频谱资源管理和计划的力度,以尽可能地提高电磁频谱共享的程度,并展开电磁频率重复利用和增效技术的研究,以提高电磁频谱的利用效率。
2012年,美国总统科技顾问小组向奥巴马提交了一份1000MHz的宽带共享报告,计划通过建立大带宽、微小区的频谱共享结构,建成世界上第一个频谱高速公路。2013年,奥巴马又发布了一份名为“扩大美国在无线创新上的领导地位”备忘录,指定联邦机构和办公室加快许可和鼓励共享联邦用途频谱的努力。
在这一过程中,美军也认识到,技术不是唯一的出路,最根本的有效解决途径还是“将道路不断拓宽”,即通过扩展可用电磁频谱来增加频谱资源。美军认为,越早完成这一步,越能尽早掌控未来战场的信息制权。
美国国防部副首席信息官罗伯特·惠勒说,美军此次拓展可用电磁频谱的目的不是为了反应,更多的是先行一步。简而言之,就是要保持走在世界各国军队前列的态势,在未来战争打响之前,抢占电磁频谱领域这一信息制高点。
美国防部在日发布了其电磁频谱战略(Electromagnetic
Strategy)。该战略平衡了国家安全和国家经济发展需求,美国国防部和其他联邦机构努力合作分配珍贵的电磁频谱,各方同意有必要投资研究新的“动态频谱共享”技术,同时加强政府/产业界之间的紧密合作。
  美国国防部和其他联邦机构努力合作分配珍贵的电磁频谱,各方同意有必要投资研究新的“动态频谱共享”技术,同时加强政府/产业界之间的紧密合作。
  让国防部和其他机构放弃使用“海滩频谱”转而使用可以保证他们仍然可以执行任务的其他频段这个漫长过程,真是令人绞尽脑汁。但这个努力是值得的:腾出的或共享的频谱最终将被用于扩展被广泛视为美国经济增长引擎的商业宽带无线服务。
  平衡国家安全和经济竞争力仍是一个任务重点。高级国防官员也承认需要频谱改革,但同时也强调军队需要更多的频段。
  频谱共享,无论是地域限制方面的还是通过新的动态共享技术,似乎是有关如何重新分配频率这一漫长争论的一个可能的结局。但是有一点似乎可以肯定:借用联邦通讯委员会(Federal
Communications Commission)总工程师朱利叶斯&纳普(Julius
Knapp)说的话说,国防部必须共享频谱。
  经历了漫长的等待,国防部终于在二月中旬发布了其电磁频谱战略(Electromagnetic
Strategy)。“我们必须共同努力想到办法,使更多的频谱可用于商业用途,并找到可以改善频谱共享的技术,同时还能提高国防部在需要的时间和地点使用电磁频谱,以确保任务成功,”首席信息官特里&塔凯(Teri
Takai)在2月20日发布国防部的频谱战略时说。
  为了展示部门间的合作精神,商务部国家电信和信息管理局(NTIA)的频谱管理员赞扬国防部计划强调了“频谱使用的高效、灵活和适应性强”。此外,国家电信和信息管理局的卡尔&雷比亚(Karl
Nebbia):“政府机构和产业界的远期频谱需求基本相同,只能通过频谱共享得到解决,而且我们正在努力寻求所有利益攸关方的承诺,使这个解决方案成为现实。”
  频谱共享不是让国防部和其他机构使用其他频段,所以越来越被看好,是一个能够扩展无线宽带服务同时允许国防部和其他机构可以完成他们的工作的更快、更便捷的方法。但观察家指出,技术一般用在紧张的政策辩论中被当作万能的,特别是当产业界已经进行了巨大的基础设施投资的时候。
  “对于频谱问题的某些方面,技术总是像银弹一样击中我”,位于华盛顿的战略与国际问题中心的战略技术项目的研究主任詹姆斯&刘易斯(James
Lewis)指出。
“我们总是说,‘是的,我们会解决它,因为我们将有一个新的技术’。”但是“你一定要投资,如果你想要得到它的话。”
  据塔凯,国防部的战略有三个目标:
  ——改进依赖于频谱的军事技术,让其使用频谱的方式变得更加高效、灵活和适应性更强。选项包括让一些系统使用不太拥挤的频段、采用商业产品和频谱共享。
  ——提高国防部频谱作战的灵活性,从采办过程开始。国防部基于频谱的作战必须能够根据变化的频谱环境而改变。
  ——在美国的和国际的频谱政策和监管决策中发挥更大的领导作用,这可能涉及国家电信和信息管理局、联邦通讯委员会、白宫科学和技术政策办公室和设在日内瓦的国际电信联盟。
  与无线产业的需求一样,国防部高级官员强调,如无人驾驶飞机这样的新系统被部署,频谱需求日益增长。预计国防部的需求量每年将增长20%。“这意味着数据将是未来,”负责C4和信息基础设施能力的副首席信息官、空军上校罗伯特&惠勒(Robert
Wheeler)表示,“需要更多的频谱或更有效地利用频谱。”
  惠勒指出,动态频谱共享是一个可以最大限度地提高频段同时确保军队可以优先使用的解决方案。这种“光谱重建”计划可能允许商业应用使用很少使用的频段,比如说,导弹防御,同时保证国防部在紧急情况下有优先使用权,惠勒建议。
  通过地理区域划分和动态共享技术实现的频谱灵活性可以消除当前存在的单独专享宝贵频段的现象,惠勒说。
  对于产业界而言,利益相关者自然热衷于可以实现频谱共享的新技术,这些创新还要面对激烈的市场考验。AT&T公司负责联邦监管事务的副总裁斯泰西&布莱克(Stacey
Black)预测如软件定义的无线电设备这样的技术可能很快打进商业市场。软件定义的无线电设备允许先前在固定频率下操作的发射器和接收器可以改变频段,以避免干扰。“你会看到更多的智能网络”会基于更有效地使用频谱的软件定义的无线电设备而建立,布莱克预言。
  当商业运营商不断寻求通过拍卖和动态共享使用主要频谱提供宽带无线服务时,国防部的频谱战略也可能提高市场确定性。运营商正在寻找最大的规模经济效应,布莱克说。“如果你能让电磁频谱全球统一,我们的设备制造商就更加容易制造价格实惠的设备。”
  塔凯说,国防部的战略是长期实施计划的第一步。在发布战略时,她给出了时间表和详细的行动,以实现奥巴马政府至少腾出500兆赫的频谱用于商业用途的目标。频谱战斗即将开始,她警告说,“这个过程会很激烈。”&
美国国防部对外发布了首份《电磁频谱战略》。该战略分六大部分,“同天空、太空、陆地、海洋和网络空间一样,在电磁频谱领域,各国部队也在获得战术、战役和战略优势”。由此可见,美军在某种程度上已将电磁频谱视为与陆、海、空、天及网络一样重要的“第六战场”。专业人士认为,从该战略报告可以看出,美国已在该领域燃起了野心勃勃的斗志。
& 开展现代军事行动的先决条件
《电磁频谱战略》旨在应对美军未来短期和长期内面临的各种电磁频谱挑战,为美军在该领域的各项举措提供指导,以确保其能够在“需要的时间和地点”实现国家军事战略目标。为更好地实施该战略,美军将构建相应的管理体系,确定路线图和行动计划,定期对其进行更新,并提供相应的标准、经费、日程安排等。
战略认为,获取电磁频谱是开展现代军事行动的先决条件。为了迅速地搜集、分析和共享信息,管理不断增多的自动化情报、监视和侦察资源,指挥地理上分散的机动部队进入敌区,以及让训练实战化,美军需要保持足够的电磁频谱使用权。美军当前面临的状况是,对手们正在大力发展并运用电子战和网络战技术,以大幅削弱美军获得电磁频谱和开展军事行动的能力。与此同时,消费者期待更好、更灵活地获取数据,导致全球无线宽带产业频谱需求的增长。无论是在国家层面还是国际层面,这些对有限频谱资源的竞争性需求,都改变了未来电磁频谱领域的格局。
战略指出,美国国防部已然意识到,军事行动的电磁环境将会日益拥挤,竞争也愈发激烈。因此,美军的电磁频谱使用权将会不断受到对手来自战场上的挑战,随着商用无线宽带产业的发展,军、民电磁频谱使用不可避免地在国家和国际层面引发争论。这样,领导人就必须平衡国防、经济以及其他方面的国家利益。而美军则必须能够应对上述挑战,以确保部队在需要的时候和需要的地方获得电磁频谱的使用权。
这就要求,美军的各个频谱依赖型系统(简称SDS),在电磁频谱领域必须具备更高的效率、灵活性和适应性。所谓频谱效率,是指在任务中用最少的电磁频谱资源实现最大的作战效能,同时采取一切可行手段,使行动对其他系统的电磁影响最小化。频谱灵活性和适应性,则是指美军的SDS系统能够利用各种手段获取电磁频谱,例如开展多频带行动、提高与其他系统的频谱共享能力、增强抗干扰能力等。
美军的电磁频谱行动必须能更灵活地获取频谱,以扩大军事决策者们的选择余地。此外,美军还应当在国家和国际层面与相关监管机构紧密合作,以确保获得授权,在电磁频谱领域高效灵活地开展行动。
& 电磁频谱战略的环境评估
& 战略认为,美军当前所处的电磁频谱战略环境主要有以下几点特征:
第一,美军对电磁频谱的需求不断增长。战略认为,美军所有的联合职能,包括部队的调遣机动、交火、指挥和控制、情报、防护、支援、信息等,都取决于电磁频谱。通过开展电子战,频谱管理行动等联合电磁频谱行动,美军能够获取并控制电磁频谱,以实现指挥官的作战目标。
不同的任务需求(如侦测、通信、指挥和控制等),需要不同的SDS系统。频谱的物理特性,决定了这些系统具体使用什么样的频率范围。例如,精确目标定位需要更高的频率,而移动通信则需要相对较低的频率。在美国国内,美军的频谱使用取决于试验、训练和快速反应等任务的需求,而在海外部署中,则取决于特定作战环境中的任务、部队结构、武器平台和装备等因素。尽管任务需求上各有差异,但相同的一点是,美军各单位需要更多的及时信息,这就导致电磁频谱需求的增加。
此外,对手在指挥、控制、通信和计算机、简易爆炸装置(IED)、区域拒止武器系统等方面的发展,水涨船高,要求美军相应地发展、应用并整合复杂的电子攻击、支持和防护技术,而这一切也都需要电磁频谱的使用权。以IED为例,对于任何被用于商业无线用途的新频带,美军都必须在该频带内测试并部署电子战系统,以防止敌人利用该频带制造IED。
第二,无线宽带产业的发展及各方就改变电磁频谱用途,日益达成一致。当前,对智能手机、笔记本电脑等无线电设备,以及相关数据密集型应用程序的消费需求,正在全球范围扩大。因此,移动网络信息流量也在急剧膨胀,并已经超过了效率收益。据美国联邦通信委员会保守估计,到2014年,无线宽带提供商将需要额外275兆赫兹的频谱来满足数据需求。美国政府甚至考虑拍卖无线电频谱,而所带来的收入则用于减少政府赤字。
在世界范围内,其他国家也在采取类似的行动,让更多的频谱对无线宽带用户开放。例如,为确保国际社会在商业无线通信中和谐使用无线电频谱,国际电信联盟已将分配无线宽带专用频谱列为2015年世界无线电通信大会的议程。
战略认为,鉴于电磁频谱面临的种种压力,在不远的将来,美军很有可能失去一些当前的专用频谱。
第三,电磁频谱的获取手段正在不断创新。消费者对更多信息的需求正导致无线宽带技术的革命。为满足这种需求,电信运营商一方面创新手段,例如将流量转移到无线热点、搭建更小的无线蜂窝网络等,另一方面也在寻求更多的改进,并继续研发更为先进的无线装置和程序。这样一来,美军便有可能在适当情况下,利用商业技术和无线服务来满足军方需求。
此外,美军对频谱技术的投资,也有助于商业创新,从而使整个国家的无线生态系统受益。
目前,美军以及无线通信界正在考虑使用认知无线电系统、增强频谱感知、空白频谱地理位置数据库等技术。这些新频谱获取技术的成功,将会使通过动态接入等技术来共享美国电磁频谱资源变得更难监管。
& 四大步实施电磁频谱战略
为确保美军“至少在2020年前”能够应对全球范围的电磁频谱挑战,进而在频谱争夺战中占得优势,该战略制定了三大目标,并对每个目标进一步细化,提出了具体的实现方法。
第一大目标是加快提升SDS系统的性能,使其具备更高的效率、灵活性和适应性。实现这一战略目标,主要通过以下四种方法:一是加速发展相关技术以提高SDS系统的某些能力,如拓宽频率范围、使用占用率较少的频带、利用频谱效率增益、迅速适应不断变化的电磁环境等。为此,美军将考虑利用成熟、先进,且经济上可以承受得起的技术,多方获取频谱,提高频谱效率,并将某些职能转移至使用率较低的频段;二是加速部署能够实现频谱共享、提高频谱获取能力的相关技术。为此,美军将开发具有前景的技术,制定相关政策和标准,提高美军各系统的抗干扰能力;三是发展并运用商业服务能力。不断涌现的商用硬件、程序和运行系统,为美军的SDS系统提供了低廉灵巧的选择。美军将评估智能手机、4G无线通信等民用技术的军用前景,并与国内外的相关组织就无线技术的发展和应用展开合作;四是,加强对美军电磁频谱使用的监管。为确保未来美军的各SDS系统与电磁频谱战略一致,五角大楼将在此类系统的初期研发阶段便加强对频谱使用的监管。具体做法包括,采用频谱标准和协议、制定相关政策,以及采购程序、设立频谱风险评估委员会等。
第二大目标是提高美军频谱作战的灵活性、为实现该目标,可通过以下三种途径:一是发展近实时频谱作战的能力。为在近实时的情况下运行美军的SDS系统,美军将对频谱需求和电磁环境进行量化,发现可能会影响作战的频谱问题并减少相关的限制。例如,确定SDS系统的频谱“足迹”(使用频率、频谱位置、时间、使用参数等),根据政策设立针对SDS系统的管理体系,提高美军在不影响友军或中立方的情况下阻止对手使用频谱的能力,迅速评估对手干扰对任务完成造成的影响,加强频谱管理,网络战、电子战和情报战的一体化等;二是提高识别、预测并减缓有害干扰的能力。具体方法包括:军方系统提高抗干扰性;具体明确有哪些干扰会对军方的任务和SDS系统造成影响;引进先进抗干扰和战场干扰探测技术,并制定相关的报告程序、执行政策和解决机制等;三是修改相关政策、规定和标准,以使美军能够提高SDS系统的频谱灵活性,并促进频谱共享。为提高美军获取电磁频谱的能力,需要对美军、美国乃至国际的相关政策和规定进行调整。为此,美军将围绕频谱权利、服务水平协议、执行机制等制定频谱政策,并确定频谱共享的激励机制。
第三大目标是提高军方应对频谱政策变化的能力。实现这一目标,同样也需要通过三种途径:一是提高美军评估政策变化影响的能力。美军将迅速作出调整,以评估国家和国际电磁频谱政策和法规的变化,可能会对美军的投资、采购、军事任务和作战造成什么样的影响。这种影响评估将涵盖电磁频谱行动的所有阶段,包括规划和装备运用;二是让美军更多地参与到对政策法规的讨论中来,并发挥更多的作用。为减小政策法规变化所带来的影响,美军直接积极参与相关讨论将有利于做好第二方案,并寻求相关各方的帮助。从国家安全角度而言,政策法规的变化万万不能导致美军在行动能力上的损失和下降:从经济角度来说,进行此类调整的成本和计划,必须能够接受、切实可行;三是,从制度上使美军能够适应并落实调整过的政策法规。一旦有关电磁频谱的政策法规开始调整,五角大楼将制订可行的过渡计划,以适应新的频谱使用规则,同时保持完整的美军军事实力。美军将就频谱使用规则与频谱监管机构进行接触,以确保军方行动不受变化带来的影响。
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