主頁（http://www.by236.com）：美國電磁頻譜的軍事應用綜述

3月18日，美國會研究服務處（CRS）發布《美國國防部電磁頻譜應用綜述》，報告梳理了電磁頻譜的現有軍事應用、新興軍事應用、美國防部頻譜戰略和政策，表明了美國高度重視電磁頻譜技術在國防和軍隊建設中的研究和部署，電磁頻譜的軍事應用將對未來武器裝備、指揮與控制等產生有利影響。

一． 電磁頻譜的現有軍事應用

美軍將電磁頻譜（如圖1）應用于通信、態勢感知、軍事行動和新興技術，從用低頻段通信的水下潛艇，到用微波通信的武器系統（如飛機、衛星、陸地部隊、艦艇），當前現代化武器系統幾乎都依賴電磁頻譜，美國防部系統的頻譜分配如圖2，美國防激光技術的光譜如圖3。

圖1 電磁頻譜

圖2 美國防電磁頻譜分配（3 kHz–300 GHz）

圖3 美國防部激光技術的光譜

（一） 通信

美軍將電磁頻譜用于指揮通信，現有通信系統采用無線電頻率和微波頻率進行通信，新興通信技術采用激光進行通信。

1. 陸地無線電

當前，無線電系統已經發展到使用新頻段來傳輸更多的數據：聯合戰術無線電系統（JTRS）采用新電子設備調制無線電頻率，實現了更大數據傳輸和安全加密；PRC-117多頻段便攜式無線電等能夠使用多個頻段（30MHz至2000MHz）傳輸數據。由于地球的曲率，陸地無線電傳輸距離為視線范圍內（50英里），但有些陸地系統（如An/TRC-170對流層散射微波無線電終端）可以進行遠程通信，傳輸距離取決于天氣條件，通常可達100海里（約115英里）。

2. 衛星通信

遠距離衛星通信范圍從無人機通信到核指揮、控制與通信。美軍用于全球通信的星座包括“先進極高頻”“寬帶全球衛星通信”“移動用戶目標系統”，由于這些星座的可用帶寬有限（即在軌衛星數量、每顆衛星的傳輸數據量及覆蓋范圍的限制），美國防部還使用商用衛星進行通信，合作的衛星通信公司包括Inmarsat公司、Viasat公司、Iridium公司和Intelsat公司。

（二） 態勢感知

態勢感知應用電磁頻譜確定友軍和敵軍的位置，測繪作戰空間圖像。具體實現如下所述：

1. 現有雷達系統

雷達是最常見的態勢感知應用，現有最新雷達系統是基于光探測和測距（LIDAR）（如激光雷達）。根據用途，雷達的工作頻率包括無線電頻率、微波頻率。雷達系統通常與防空、軍用航空、火炮、航天系統相結合。

2. 無源雷達

無源雷達技術是當前美國、俄羅斯等國家正在研制的雷達技術。無源雷達只接收目標發射的無線電信號，自身不發射無線電信號，很難用傳統方法（如信號情報）來檢測。無源雷達的預期用途為輔助其他傳感器，探測隱身飛機（B-2轟炸機、F-35戰斗機等）。微電子技術的進步使無源雷達技術能夠探測不同頻率，在2018柏林航展上，德國一家雷達公司演示了新研制的無源雷達，用蜂窩頻率等技術識別和跟蹤F-35。

3. 信號情報

信號情報系統主要檢測和收集光譜，不發射信號，可接收無線電和雷達頻率，觀察人員、導彈、飛機、火炮和車輛信號。信號情報的主要方法包括：收集通信信號，分析軍隊如何進行通信（無線電何時發射、從何處發射、具體無線電頻率及數據）；電子情報，分析頻率、模式、操作程序及雷達系統、衛星系統、信號干擾機等系統的其他信息。

4. 紅外傳感器

美軍使用紅外信號跟蹤敵機和陸地車輛，導彈使用紅外制導（如AIM-9X空空導彈和AGM-114“地獄火”空對地導彈）。美軍飛機使用紅外搜索和跟蹤（IRST）吊艙來識別敵機（如F-18E/F“超級大黃蜂”、F-15C“鷹”），航天系統使用紅外技術來探測導彈發射：天基紅外監視（SBIRS）系統（如圖4）提供導彈發射預警功能，太空軍正在為天基紅外監視開發后續星座；太空發展局正在開發低地球軌道的高超音速導彈探測星座，該星座將使用類似天基紅外監視系統的紅外技術。

圖4 天基紅外監視星座

（三） 電子戰

電子戰（EW）影響著所有軍事領域，每個軍種都有自己的電子戰能力和計劃，信號情報能力獲取的信息能使軍隊了解敵方部隊的位置、通信和雷達的頻率，制定作戰計劃，也能使軍隊開發免受攻擊的防御技術。電子戰能力包括陸地電子戰能力和空中電子戰能力：陸地電子戰能力用于攔截、干擾無線電和炮兵雷達，最近用途包括在伊拉克和阿富汗，干擾簡易爆炸裝置；空中電子戰用于大范圍攔截、解密、干擾通信、雷達和指揮與控制系統，電子戰飛機包括E-2“鷹眼”、EA-18G“咆哮者”和EC-130H“羅盤呼叫”。

（四） 頻譜作戰

1. 指揮與控制

指揮與控制系統（C2）能生成通用作戰圖（盟軍和敵軍的位置），并傳達指揮命令。從排級、連級的無線電和計算機，到聯合作戰（如核指揮與控制）的專用衛星和飛機，指揮和控制根據部隊規模和任務提供資源，其中指揮與控制飛機（如E-8C“聯合星”）能夠全面測繪作戰空間，將陸地部隊指揮到最有效的位置。

2. 特征管理

特征管理是指低可觀測武器系統操縱頻譜來降低其電磁特征，它可以采取多種方法產生窄波束降低被探測或攔截的概率，并減少頻譜發射。特征管理應用于艦船（如“朱姆沃爾特”級驅逐艦）、飛機（如B-2和F-35）、雷達系統（如AN/APG-81有源電子掃描陣列雷達），減少其在微波和紅外光譜的特征；還應用于通信系統，實現低截獲概率/低探測概率（LPI/LPD），讓信號情報技術更難找到美軍。

3. 導航戰

導航戰（NAVWAR）是“使用太空、網絡空間和電子戰能力，確保自己使用使用定位、導航與授時（PNT）信息、防止對手使用定位、導航與授時信息的進攻和防御行動。為支持情報、監視與偵察（ISR）和電磁頻譜管理等活動，導航戰將進一步啟動。”全球定位系統（GPS）提供定位、導航和授時輔助美軍執行導航戰（見圖5）。其他國家的定位、導航和授時系統包括格洛納斯（俄羅斯）、北斗（中國）和伽利略（歐盟）。

圖5 全球定位系統星座

二． 頻譜的新興軍事應用

（一）5G

5G技術的軍事應用前景廣闊，特別是在自主軍用車輛，指揮與控制（C2），后勤，增強/虛擬現實，情報、監視和偵察系統的應用，能夠提高數據速率，降低延遲。5G的軍事應用試驗正處于初始階段，美國防部選擇12個軍事基地進行試驗：

奧爾巴尼海軍陸戰隊后勤基地（評估5G智能倉庫）；

圣地亞哥海軍基地（評估5G智能倉庫）；

希爾空軍基地（評估5G和機載雷達的頻譜共享）；

劉易斯·麥考德聯合基地（評估5G增強現實/虛擬現實） ；

內利斯空軍基地（評估指揮與控制和網絡增強）；

諾福克海軍基地（評估船舶和碼頭5G連接）；

珍珠港-希卡姆聯合基地（評估飛機戰備增強）；

圣安東尼奧聯合基地（增強對保障和訓練的現實支持，評估美國防部5G核心安全試驗網絡）；

廷克空軍基地（評估軍事通信與5G之間的頻譜共享）；

彭德爾頓營地（評估未來作戰基地和戰術作戰中心的連接試驗）；

胡德堡陸軍基地（評估未來作戰基地和戰術作戰中心的連接試驗）；

歐文堡陸軍國家訓練中心（評估未來作戰基地和戰術作戰中心的連接）。

2021財年，美國防部要求為微電子/5G提供15億美元，沒有細分微電子和5G之間的資金。

（二）人工智能

美國防部正在研究人工智能的電磁頻譜處理技術：認知電子戰系統，該系統利用人工智能識別新的電子發射，確定發射是否來自敵對來源，并開發有效的干擾信號；用先進的計算能力改進電子欺騙（如用數字射頻存儲器來產生虛假的雷達回波）；用人工智能進行動態頻譜共享，按照跨頻段的業務量變化動態分配頻譜。

（三）定向能技術

許多定向能技術都應用了電磁頻譜。

1. 激光通信。海軍陸戰隊采購了自由空間光學（FSO）系統，FSO是一種光通信系統，在高度安全且幾乎無法探測的紅外激光器上傳輸數據，允許單個網絡上有更多用戶，傳輸更大的文件、圖像和信息”，美國防部正在進行激光通信系統試驗。

2. 美國防部將定向能（DE）武器定義為使用集中電磁能（而非動能）來“使敵軍設備、設施和/或人員喪失能力、損壞、失效或摧毀”的武器。定向能武器可用于陸地部隊的反火箭、火炮和迫擊炮（C-RAM），反無人機系統（C-UAS）、無人機群，或近程防空（SHORAD）任務。高功率微波武器是定向能武器的一種，可以使電子設備、通訊系統和簡易爆炸裝置失效，還可以作為非致命的“熱射線”系統用于人群控制。空軍目前正在對幾個反無人機系統（高功率微波系統和激光武器系統）進行實地評估；海軍計劃在2021年在美海軍普雷布爾號上部署60千瓦的“太陽神”激光武器系統；陸軍計劃在2022財年在“斯瑞克”戰車上部署其首個50千瓦“戰斗”移動近程防空激光系統。當前陸軍，海軍、空軍和DAPRA都在進行定向能項目的研究，未來將逐步提高功率，從當前150千瓦左右，到2022財年的300千瓦左右（巡航導彈可能被攔截），到2024財年達到500千瓦左右。

（四）反無人機系統

無人機可以執行低成本的情報、監視和偵察任務，許多小型無人機由于其尺寸、結構材料和飛行高度等原因，無法被傳統防空系統探測到。反無人機系統可以使用多種方法來檢測敵對或未經授權的無人機：利用光電、紅外或聲學傳感器，分別通過視覺、熱或聲音信號檢測目標；使用雷達系統（不能很好地適用于小型無人機）；使用射頻傳感器，識別用于控制無人機的無線信號。美國防部正在開發和采購多種反無人機技術，以確保強大的防御能力。

（五）跨領域作戰

1. 聯合全域指揮與控制系統。

當前的指揮與控制系統（C2）密集在單個領域，缺乏多領域感知，并且態勢感知、決策、快速持續跨領域整合過程的自動化程度不高，為改進指揮與控制系統（C2），美國防部正在用人工智能，開發聯合全域指揮與控制（JADC2）系統，以指導部隊跨越多個領域（空天、網絡、陸地、海洋）。JADC2通過“新技術、過程和新組織的結合”來加強跨領域的信息共享，計劃在2035年前實現全部作戰能力。

圖6. 聯合全域指揮與控制系統視覺可視化

2.“馬賽克戰”

DARPA提出 “馬賽克戰”概念，將AI應用于網絡系統和傳感器數據分析，對傳感器數據進行優先級排序，自主確定部隊的最佳組成。“馬賽克戰”可以提供全面通用作戰圖景，協調跨領域作戰，復雜化對手瞄準美軍的能力。

三． 美國防部頻譜戰略和政策

美國防部最近改變了頻譜作戰的戰略和組織結構，并將重點放在頻譜作戰上：2020年5月，聯合參謀部發布了《JP 3-85：聯合電磁頻譜作戰》條令，該條令提出電磁頻譜“對促進作戰環境（OE）內控制至關重要，影響所有作戰環境和軍事行動”，該文件將頻譜管理和電子戰整合成同一種能力，由同一個部門管理；2020年9月，美國防部發布了《電磁頻譜企業指令》，指定美國防部首席信息官（CIO）負責頻譜管理政策，負責采辦和維持的美國防部副部長辦公室負責電子戰計劃，負責研究和工程的美國防部副部長辦公室負責開發頻譜管理和電子戰技術。2020年10月，美國防部發布了《電磁頻譜優勢戰略》，概述了美國防部目標：“發展卓越的電磁頻譜能力；發展靈活、全集成的電磁頻譜基礎設施；追求全面的電磁頻譜戰備狀態；確保持久伙伴關系；建立有效電磁頻譜治理，支持戰略和作戰目標。”當前，美國防部正在制定實現戰略愿景和目標的路線圖。2021財年美國防授權法（NDAA）規定，“美國防部長應在兩年內將美國戰略司令部指揮官與電磁頻譜作戰密切相關的所有職責和職能移交給美國防部內合適的官員”，美國防部指定移交給參謀長聯席會議副主席。

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