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解读通信干扰技术的发展

归档日期:06-20       文本归类:光学干扰      文章编辑:爱尚语录

  电子攻击系统的新趋势是要在确保对盟军能力附带损伤最小的情况下对敌方通信系统进行压制。

  对现代化军队来说,在网络化战斗空间使用射频干扰机会面临诸多困难。其自身的通信系统以及友方部队、民间实体(包括政府机构、非政府组织、公司和个人)的通信系统都高度依赖于不间断的接入无线电波。

  军方必须能够保护其部队不受遥控简易爆炸装置(RCIED)的攻击,干扰敌方战术通信系统,并破坏其监视、目标获取、定位与武器制导雷达和炮弹,同时还要保持自身的通信与盟友的协同,且只引起最小的附带损伤。

  为此,新一代灵巧型多功能军队防护与电子攻击系统正在涌现,这得益于先进的软件定义无线电和计算机处理技术。

  尽管技术在进步,电子战的基本原理从未改变。其中一点是任何通信干扰机的目标总是无线电接收机。该接收机可能是战斗机载雷达系统、导弹导引头、装甲车载战斗无线电设备、士兵个人任务无线电设备或连接IED炸弹的移动电话的一个组成部分。

  干扰机的任务是确保敌方接收机及其相关信号处理系统无法提取所需信息,要么是采用噪声淹没有效信号,即覆盖干扰;要么是让雷达处理器得出所跟踪目标的错误速度或位置信息,即欺骗干扰。例如,在对抗IED任务中使用的干扰机通常是采用覆盖干扰来阻止炸弹中的接收机获取爆炸信号,而飞机上的自卫干扰机则可能采用欺骗干扰使敌方雷达跟踪到虚假目标。

  无论是用噪声压制有效信号还是欺骗雷达处理器上目标的位置,干扰机通常必须克服功率的不利因素,即干扰机不得不同时覆盖所有的基础频率和方位,除非它已经获得了非常精准的情报。这通常意味着干扰机要在宽频段内发射高功率信号,这对无线电通信系统来说是非常不友好的。

  长期以来,操作人员分配整个通信计划时不得不面对此难题,这种情况因为RCIED威胁和战术战场网络的快速扩张而加剧。虽然恰当的规划能带来一些缓解,但作战人员通常不得不在通信系统和对抗措施之间做出选择。

  工业部门有多种方式来解决此难题,不过其中被广泛认为是最有效的两种方式是对干扰机本身的智能管理,以及采用中间方技术来关联平台上的干扰机和通信无线电设备,让它们能够一起“友好相处”。第二种方式中的佼佼者是生产综合防护与传输系统(iProTxS)的哈里斯公司(iProTxS以前由Exelis公司生产,2015年该公司被哈里斯收购),iProTxS采用独立判断箱与无线电设备和电子对抗设备连接,目前有车载式和士兵背负式型号。

  在2016年9月英国伦敦举办的国际防务与安全装备展上,哈里斯公司位于英国贝新斯托克工厂的总经理克里斯里斯(ChrisReith)描述了以前在电子对抗强干扰环境中进行通信的方法的局限,例如采用频率滤波器。

  他说:“它们都非常庞大并只能工作在固定频带,因此限制了无线电通信系统的能力,因为大部分无线电通信系统尤其在战术环境中的都工作在宽频范围并会跳频。而且它们还采用某些公开的通信技术,可能会被用于对其进行干扰、截获或者定位。”

  里斯称,如果敌方发现滤波器系统使用的特定频段正在工作,他们就知道要在哪里集中力量。相比而言,iProTxS采用的技术不是基于频率的,能够让无线电设备使用所有的设计频段,并且当干扰机工作时系统还能具有电子反干扰技术。他说:“它工作在无线电设备与干扰机之间,使通信进行得非常隐秘,不会被觉察也不会影响干扰机。”

  为了让通信无线电设备和干扰机互相连接并通信,哈里斯公司采用了一种能在干扰时保留无线电设备大部分通信能力的严密保护技术。

  里斯说:“当你工作在电子对抗环境中时,必将在一定程度上影响你的通信。iProTxS能让你获得约80-90%的通信能力。”

  他称在阿富汗,对类似iProTxS系统的需求越来越明显,那里的护卫行动严重依赖用电子对抗措施去对抗RCIED威胁,因此不仅要在防护性干扰与通信之间选择,还要在防护与协同之间选择。

  里斯说:“当他们在正常环境中开启干扰机时,他们将会失去与地面盟军的协同和通信。iProTxS所做的是不仅是让整个护卫行动中保持通信,而且让作战区域的所有盟军也保持通信。”

  为此,这些部队都必须装备iProTxS。对装甲士兵来说就是装备轻型iProTxS,手掌大小的电池供电,能够与单兵便携式和手持式无线电设备和干扰机一起工作。而车载型号适用于标准的无线电设备架,射频输入来自外部天线,射频输出到主无线电设备,采用直流供电。

  轻型iProTxS的尺寸约为200×150×76mm、重量约为1.5kg,这是哈里斯公司给出的近似数据,精确数据取决于每位作战人员的iProTxS型号。系统能够兼容采用固频或跳频模式以及模拟或数字调制的窄带无线电设备。

  哈里斯公司还预测了iProTxS除IED干扰以外的应用前景。里斯称:“它能被用于任何两种射频资源的去冲突,因此我们正在观察在防御频谱上的应用。无论你在何处获得电子对抗设备和使用射频信号,你都能够应用此项技术。我们已经对英国防御科学与技术实验室的研究产生了很大兴趣,不过我们还没有对其正在为iProTxS开发的某些应用进行现场试验。”

  L-3TRL公司商务发展与战略部技术主任马克米罗(Mark Minall)强调了在任何行动的计划阶段将干扰与通信结合的重要性。他说:“现代电子战与通信应该联合,那些没有联合的将一直处于危险中。”

  在英国国际防务与安全装备展上,L-3TRL展出了能与通信系统兼容的“宽盾”(BroadShield)干扰机系列。米罗指出让干扰机与通信设备直接连接并不总是可行的。

  他说:“如果重点是军队防护,你必须要知道你的通信频率以及你打算攻击或摧毁的敌方通信系统的频率。让电子攻击与通信联合起来并一直这样不切实际。在有些场景中你可以这么做,但并不适合所有情况。”通常来说,在军队防护与电子攻击之间有个折衷,部分因为对作战的整体考虑,还因为受现有技术的尺寸、重量、功率的限制。

  不过,米罗称目前有朝这些综合能力发展的系统,比如“宽盾”的高功率紧凑系统(HCS)和中功率战斗系统(MCS)型,其新固件利用天线的变化来完成两项任务。他说:“这给客户带来了极大的利益,一套硬件就能完成两种不同的干扰任务。”

  “宽盾”HCS具有主动和被动干扰能力,能提供高达150W的射频功率,另外可用30W以上的专用干扰功率。车载系统也能够被用做单兵携带式。英国国际防务与安全装备展上展出的HCS型是车载式高低波段结构。系统通过便携式电脑和L-3TRL公司用户界面编程和操作。此界面也适用于便携式MCS型,它具有独立的高、低波段型号。除此之外,HCS和MCS型的功能是一样的。

  米罗说:“它们本质上是一样的设备,只是车载式有额外的功率。” HCS型为车辆提供防护式干扰,MCS型为武装小组提供防护式干扰,而最小的轻型紧凑系统(LCS)型能保护单个作战人员。

  与所有的电子战一样,威胁数据库的生成与维护对于成功作战来说非常重要,L-3TRL公司强调对威胁的分析与理解能够使用户获得“宽盾”的灵活性,系统由软件定义任务设置驱动,能进行目标干扰并保护友方通信系统的使用。

  软件定义无线电技术能够对干扰波形进行响应式升级以保持与威胁同步,特别来自移动电话的这个重要的威胁。

  目前,根据任务定制波形已越来越重要,当要在保持通信的情况下对威胁进行干扰时,其与功率一样重要。

  米罗说:“并不都是功率的事儿。许多电子对抗设备的销售人员认为高功率能挫败大部分威胁,但我不认为这是正确的。TRL公司也不认同,它根本不能帮助与你自己的通信系统一起工作。因此,通信人员从来没有和那些进行军队防护电子对抗或电子攻击的人员协同过。所以重点是发射正确的功率来挫败威胁,关键是达到你的目的。”

  空客防御与空间公司已经把RCIED干扰和战术通信干扰综合到一个系统中,采用新型软件定义多功能干扰机。该系统能够分析车辆周围的射频信号频谱,能以一种目标有效的方式来干扰试图引爆炸弹的信号。

  空客公司称,多任务干扰机还能用于信号情报作战环境中的其它任务,能够帮助生成整个信号图像,这在以前需要分开的系统完成,是很少见和很难部署的。另外,多任务干扰机技术也可用于改进的反无人机系统。

  目前无人系统正在成为干扰的主要目标。英国的Bristow试验、法国的Angelas项目、以及空客防御与空间、布莱特和塞莱克斯ES等公司发布的产品都在表明这个发展趋势。

  上述三家生产商都能提供集成了有源射频破坏技术的多传感器系统,能对无人机进行探测、跟踪、识别和软杀伤挫败,重点是目前任何人花数百美元就能买到体积小、易操作的小型和微型无人机。

  在英国国际防务与安全装备展上,塞莱克斯ES公司发布了“隼盾”(FalconShield),系统具有与指控设备连接的雷达、电子侦察、照相传感器,能够让操作员与被视为威胁的任何无人机进行交战。系统还包括一个灵巧干扰设备,根据其挫败机制可能进入到赛博领域,不过公司主管产品能力的经理史蒂夫威廉斯(SteveWilliams)并没有提供相关技术细节。他说:“虽然不能多说,但我们认为我们的能力目前已超越其它竞争公司。”

  在视频仿真中,塞莱克斯ES公司展示了一个带有菜单的界面,该菜单能向操作员提供其要控制的无人机的选项。接着视频演示了定向破坏装置向敌方无人机发射信号,看起来是强迫其以受控的方式着陆。

  当被明确问及该系统是否能控制无人机时,威廉斯称在采用挫败机制时,将连带损伤最小化是很重要的。他说:“我们要解决的问题是控制无人机后,其可能会撞到第三方的地面或基础设施上。事实上前提是要使连带效应最小化,可能采用智能挫败机制。”

  威廉斯排除了采用会对无人机电子设备造成永久损害的高功率微波发射机,除非客户希望在“隼盾”中有此选项。在英国防御科学与技术实验室的资助下,最近的Bristow试验测试了用模块化系统来对抗各种典型的无人机。

  被问及挫败机制应该被描述为模拟还是数字的,威廉斯又提出了传统的射频干扰和采用输入软件指令的赛博攻击的对比。不过他说:“我认为这种摇摆的回答是因为我们正在寻求利用我们公司的所有能力,以带来最佳的性能来应对极具挑战性的威胁。”

  “隼盾”还能用于应对无人机操作员控制车辆的能力以及对抗车辆本身。他说:“挫败概念需要清楚地面控制人员和车辆在哪里,当你开始关注挫败机制如何工作的细节时,你需要了解的是为了挫败威胁,我们必须能够应对地面操作员做的事情。”

  空客公司更明确的说明了其竞争对手的反无人机系统如何工作,称采用雷达、定向设备和红外照相机来识别5~10km内的无人机,然后根据大量威胁数据库和对控制信号的实时分析,干扰机中断无人机和操作员之间的指控链路或者破坏其导航系统。定向系统还能对操作员进行定位和跟踪。

  空客公司强调其研发的灵巧响应式干扰技术仅能攻击那些被用于控制被视为威胁的无人机的频率,这个区域的其它频率不会被干扰。据悉,系统还采用了如遥控分类和GPS欺骗等更复杂的技术,以进行“控制接管”。

  空客公司称系统已在法国和德国工厂中进行了大量的测试与客户演示,根据安排,会在2016年年中进行部署。

  同时,雷达生产商布莱特监视系统公司已与光电和视频跟踪专业公司切斯动力(ChessDynamics)公司、射频数据链专业公司恩特普赖斯控制系统(EnterpriseControl Systems,ECS)公司一起开发反无人机防御系统(AUDS),以对各种威胁进行探测、分类和阻止。

  布莱特公司在英国国际防务与安全装备展上宣布,2016年5月份发布的系统已在生产并进行了改进,改进包括光学干扰器和四波段射频阻止器。这些新特征都综合了最近几个月在北美和欧洲对预生产系统进行试验时客户的意见。

  布莱特公司总裁马克兰德福特( Mark Radford)说这个团队已在政府主导的试验中进行了超过150个小时的现场测试,以应对一类无人机超过200次的行动,这要求更高的模块化和易于部署,以适应把传感器和受动器连接在一起的重25公斤的新型集成系统。

  切斯动力公司总经理格雷厄姆比尔(GrahamBeall)说:“我们的系统已在政府资助的反无人机试验中取得了成功,能在15秒内探测并干扰各种固定翼和旋转翼无人机。”

  布莱特公司提供了Ku波段A400系列空中安全雷达,该雷达功率4w、采用电扫调频连续波多普勒传感器、标称的探测距离8km、能探测最小雷达横截面积是0.01m2的目标。切斯动力公司提供了“鹰眼”(Hawkeye)部署系统,采用动力定位装置、“水虎鱼”(Piranha)46高分辨率彩色视频照相机、冷却的中波热成像仪、Vision4ce综合视频跟踪器与检测器软件、以及光学干扰器。光学干扰器能发出1.4高强度光束,破坏无人机照相系统的自动增益控制设置,从而致盲操作员。光束还能投射出无人机在地面的影子,让其更易识别。

  来自ECS公司的无线电干扰机或定向射频抑制器具有高增益四波段天线,并能向威胁发射用户定制波形,这就是公司所称的具有“最佳破坏方式”的“软件定义智能阻止”。它们能干扰包括443MHz和915MHz在内的无人系统的控制频率,也能干扰2.4GHz控制波段和全球导航卫星系统的频率。

  ECS公司总裁科林布洛克(ColinBullock)说:“采用光学干扰器对这些通信链路进行精确控制破坏明显削弱了操作员控制无人机的能力,它是被反无人机防御系统为减轻无人机恶意使用所采用的频谱技术的重要部分。”

  反无人机防御系统标称的对付一类小型无人机的有效作用距离是2公里,对付一类微型无人机的距离是数公里。

  现代软件定义的通信友方干扰系统能够跟踪新目标和开发新技术,它们在保持己方军队使用射频频谱的能力并阻止敌方使用频谱的能力方面正变得越来越重要。

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