电磁频谱正在成为除陆海空天外的另一种作战空间
本文由大国重器（ID:ElectronicComponent）授权转载，作者：木雨
当前，军方使用多方面技术来获取电磁频谱优势，提高对周围环境的感知能力，并对敌方使用频谱的方式、位置、信号类型、使用原因等进行描述。电磁频谱不再仅仅是军队通信或感知环境的手段——它正在成为一个全面的作战机动空间。
洛克希德·马丁公司C4ISR小组下属的首席工程师机构内的麦克·马布里表示，“从情报、监视和侦察（ISR）的角度来看，获取频谱优势要有三个关键要素：必要时使用频谱的能力，拒绝其他行动者使用频谱的能力，在任何特定时间内了解频谱所发生的事情。”随着对手能力的逐步增加，使美军参与我们参与频谱行动的程度逐步深入，以维持美军在频谱领域的优势地位。
BAE系统公司自适应传感器总监Josh Niedzwiecki称，获取频谱优势基于以下事实：即美军所有事情都是利用网络传感器和通信在整个战场上共享信息，需要精确的导航和定时信息，以便精确地与目标交战，高保真进行数据交换和通信，以便美军能够在整个战场上分享态势感知。
马布里承认，态势感知是“一个非常困难的问题”。“掌握环境中发生的情况至关重要，尤其是当前这些能力已开始在物理上和操作中融合。例如，如果你正在尝试在单个平台中集成通信和潜在的搜集操作，或者甚至使用相同的天线基础设施，并且利用相同的射频（RF）分发，则会增加复杂程度。为实现卓越的性能，你需要拥有运行方式全部范围内的能力。在平台上运行，以及在其他需要保持系统漂浮或机载的其他系统运行都是一项重大挑战。”
将电磁频谱视为另一种作战机动空间
Niedzwiecki表示，美军整个中心战的概念是“推动作战方式的发展，对手对射频技术的扩散变得日益敏感，即使非对称对手也能轻松地建立能力来拒绝你使用该频谱并将其与设备混淆。”例如，你可以轻松地在互联网上购买软件定义的无线电，然后非常快速地对发送波形进行编程以阻塞电磁频谱，成本仅为几千美元。Niedzwiecki继续说道：“这种情景让我们看到电磁频谱与过去的不同之处。这不仅仅是通信和感知环境的一种手段——我们实际上需要学习如何在这种环境下进行作战。”
美国防部一直探讨将电磁频谱与陆地、海洋和空中一起作为战争机动空间。Niedzwiecki补充说：“电磁频谱面临的其中一项挑战是随着电信行业的发展，有很多设备使用这种无线电频谱，并将其与信号混杂在一起。因此，我们需要对战场上的所有蓝军频谱资产进行协调，以在固定的无线电频谱范围内进行操作。”
软件定义系统正在改变传统频谱使用范式
Niedzwiecki表示，随着商业领域技术的进步，“软件定义的系统正在变得越来越普遍”。 “通过重新编程用于实时通信或操作的信号，意味着传统的范式正在转变。”
过去，美军可能已经了解到对手使用特定的指挥和控制通信波形和无线电架构。且由于那些是专门制造的电子器件，其观察到的信号多年来并没有改变，所以可以在首次看到信号时使用这个感知，然后回到实验室中构建技术来操作或者检测和定位信号，或实施电子战。
但这是一个艰苦漫长的过程，可能需要数月甚至数年的时间。Nedzwiecki继续说道：“过去，这是可以的，因为这些频谱资产多年来一直在增长。现在，使用软件定义的无线电可编程系统，波形可以立即更改——只需几秒钟或几分钟。这正在推动信号情报（SIGINT）和频谱感知传感器的需求变得更加自适应，以识别他们以前没有看到的信号，并在飞行中对其进行表征。对于电子战，你可以在飞行中对这些信号做出反应。”
因此，BAE系统公司的传感器和系统正在通过利用软件定义的RF传感器架构变得更加软件可编程。Nedzwiecki表示，“软件可编程意味着我们可以在飞行中重新编程我们的技术，就像对手一样。这也使我们在SIGINT空间内开发开放式架构系统。BAE系统公司使用商用现货（COTS）处理组件、通用计算机处理器，以及带有可编程部件的现场可编程门阵列创建一种环境，BAE系统公司或其他公司可在此环境中编写应用程序或操作不同信号的技术，他们可以快速地将融入到这种架构中。”
洛克希德·马丁也正在采用COTS解决方案。马布里说：“在适当的时候，我们倾向于利用商业技术。有时商业技术可以适应恶化的环境，但是我们需要从长远的角度进行购买，真正了解与之相伴的技术更新路线图。”
单一设备上部署多操作系统运行成为应对威胁的方法
尝试跟上快速发展的威胁的另一种方法是在这些设备上启用多个操作系统。Niedzwiecki说：“将它看作是可以同时操作苹果iOS和谷歌公司安卓系统的手机。如果你从整个防御和情报基础设施来看，就会在‘政府定义的框架’或操作系统中进行投资来开发针对不同信号类型的技术。今天，大部分部署的传感器使用不同公司的专有框架。如果一个新的信号出现，另一部分防御社区已经有了一个这种信号的技术，你仍然需要花费金钱和时间——数月到1年，才能将该功能集成到现有的部署传感器中。”
Niedzwiecki补充说，具有同时运行的多个操作系统的框架可以“利用所有现有技术并将其集成到传感器中”。
人工智能、射频融合等下一代技术成为获取频谱优势的助推器
机器学习和人工智能，以及射频融合这些面向未来的技术推动频谱领域的发展。
Niedzwiecki说，“在商业领域，像谷歌和Facebook这样拥有大数据分析的公司正在加大对人工智能的研发。美国第三次抵消战略中提出利用下一代技术，实现对敌优势。现在，美国防部门开始大力利用人工智能，并进行投资研发。我们正在SIGINT、通信和电子战领域内实施各种项目，以利用机器学习和人工智能，使我们的传感器更加智能化，并且能够描述我们以前没有看到过的环境，并能够在飞行中自动适应和应对新的信号。”
人工智能正在对获取频谱优势的一系列方式进行探索。Niedzwiecki指出：“这是大数据分析的难题。如何利用所有传感器的环境视角，并在数天或数周内查看数据，开始识别对手的模式，然后用它来预测未来的行为或活动？另一个维度是利用在传感器内部或非常接近传感器的人工智能技术，以便在收集数据时，使用对快速变化信号环境的观察。那么这就是我们在传感器中应用人工智能来关闭平台上的循环，并实时优化资源。”
射频融合是另一个关键的新兴下一代技术。Niedzwiecki解释说：“软件定义的传感器平台的架构是常见的，无论我是在做SIGINT来表征无线电频谱，还是使用无线电在这个频谱上进行通信，或者实施电子战来打破对手对该频谱的使用。所有这三项功能都利用了非常相似的体系架构，所以工业界现在已经推动了它们的融合。并非是带有专门的无线电设备、专用信号情报传感器和专用电子战传感器的无人驾驶飞机，而是将这些上述设备融合到通用硬件设备中，以便可以同时执行多种功能。这些功能可以更好地相互整合，并减少战术平台所需的整个尺寸、重量和功率（SWaP）。”
马布里说：“洛克希德·马丁公司也表达出对融合能力的愿望，且‘雷达、情报和通信功能形式——所有这些都在一个系统内部’变得更加自适应。系统需要响应和适应的能力。我们现在正在评估这一点，以了解它如何影响ISR操作。还需要随后协调所有这些不断变化和适应的能力。”
获取频谱优势仍然面临快速发展的威胁信号的挑战
通常，在战术SIGINT领域内，军事平台只能处理固定数量的信号，且这些信号在规格中进行了定义。当前，如果在战场上看到一个新的信号类型，那么美军需要回到实验室，并建立专门设计用于解决这个信号的专用硬件。开发、集成、测试和成熟该技术可能需要数月至2年时间。这个硬件有时会被部署在海军应用中，作为在船上的滚动设备，或者作为在空军平台上的滚动盒子。威胁信号变化迅速，对美军造成极大影响，也是某些下一代能力面临的挑战之一。
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