电磁频谱作战技术导论 张春磊等著 国防工业出版社

电磁频谱作战技术导论 张春磊等著 国防工业出版社

以电磁频谱领域全面转型驱动技术转型发展作为切入点,结合美 国智库、军 方在电磁频谱作战技术领域的研究,从作战环境、处理方法、信息交互、功能实现、作战模式、功能分布、工作模式、作战效能(杀伤链)环境感知等层面构建了电磁频谱作战技战术体系。

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内容简介

本书对电磁频谱作战战术体系进行了分析,以电磁频谱领域全面转型驱动技术转型发展作为切入点,结合美 国智库、军 方在电磁频谱作战技术领域的研究,从作战环境、处理方法、信息交互、功能实现、作战模式、功能分布、工作模式、作战效能(杀伤链)环境感知等层面构建了电磁频谱作战技战术体系。在该体系基础上,分别对网络化协同电磁频谱作战技术、智能化认知电子战技术、软件化电磁频谱作战技术、可重构射频与天线技术、基于量子机理的电磁感知技术等关键技术群进行了系统分析。

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目录

目录

第 1 章 电磁频谱作战技术体系

1.1 电磁频谱领域全面转型驱动技术转型

1.1.1 战略层面面向大国竞争转型

1.1.2 作战环境层面将电磁频谱视作作战域

1.1.3 作战模式层面将电磁频谱作战视作电磁频谱博弈主要方式

1.2 电磁频谱作战技术综述

1.2.1 美国海军 “电子战技术” 征集书

1.2.2 美国国防部《电磁频谱优势战略》

1.2.3 美国 CSBA 智库《制胜电波》

1.2.4 美国 CSBA 智库《制胜无形之战》

1.2.5 美国哈德孙研究所《无形战场》

1.2.6 美国国家频谱研发规划

1.2.7 美国哈德孙研究所《制胜感知与认知之战》

1.3 美军电磁频谱作战技术体系

1.4 参考文献

第 2 章 网络化协同电磁频谱作战技术

2.1 网络中心战及其反思

2.1.1 网络中心战发展历程简介

2.1.2 网络中心战所面临的挑战

2.2 网络化协同电磁频谱作战技术发展综述

2.3 网络化协同电磁频谱作战带来的能力增益

2.3.1 感知能力增益

2.3.2 攻击能力增益

2.3.3 管理能力增益

2.3.4 防护能力增益

2.4 网络化协同电磁频谱作战发展划代分析

2.4.1 连通阶段

2.4.2 协同阶段

2.4.3 群体智能阶段

2.4.4 体系智能阶段

2.5 典型系统与技术

2.5.1 美国海军 AOEW 系统

2.5.2 美国空军 “舒特” 计划

2.5.3 北约 CESMO

2.6 参考文献

第 3 章 智能化认知电子战技术

3.1 人工智能及其对电子战的影响

3.1.1 人工智能发展历程概述

3.1.2 人工智能对电子战领域的影响浅析

3.1.3 人工智能对电子战与信号情报融合的影响浅析

3.1.4 人工智能对未来战争的影响浅析

3.2 认知动态系统

3.2.1 感知‑行动闭环

3.2.2 记忆 / 存储

3.2.3 资源聚焦

3.2.4 智能

3.3 智能化认知电子战领域发展动因

3.3.1 电子战系统智能化需求越来越旺盛

3.3.2 作战对象智能化为电子战带来巨大威胁

3.3.3 软件化为智能化认知电子战奠定了基础

3.4 智能化认知电子战内涵与优势

3.4.1 “认知” 概念刍议

3.4.2 智能化认知电子战相关术语辨析

3.4.3 智能化认知电子战内涵

3.4.4 智能化认知电子战优势

3.5 智能化认知电子战系统与工作流程

3.5.1 智能化认知电子战系统框架

3.5.2 智能化认知电子战系统工作流程

3.6 智能化认知电子战关键技术群

3.6.1 认知动态系统技术

3.6.2 认知引擎设计技术

3.6.3 认知功能实现技术

3.6.4 网络化知识共享技术

3.6.5 其他基础性技术

3.7 典型智能化认知电子战系统与项目

3.7.1 自适应电子战行为学习(BLADE)

3.7.2 自适应雷达对抗(ARC)

3.7.3 极端射频频谱条件下的通信(CommEx)

3.8 广义智能化认知电子战探析

3.8.1 ALQ‑213 综述

3.8.2 ECAP 系统综述

3.8.3 广义智能化认知电子战刍议

3.9 智能化认知电子战发展趋势与算法战

3.9.1 智能化认知电子战发展趋势展望

3.9.2 算法战技术体系展望

3.10 参考文献

第 4 章 软件化电磁频谱作战技术

4.1 “软件定义一切”

4.1.1 起源:软件定义无线电

4.1.2 现状:软件定义一切时代到来

4.2 软件定义一切时代的电磁频谱作战

4.2.1 技术层面以多技术融合驱动电磁频谱作战全面发展

4.2.2 架构层面以开放式体系架构构建灵活通用系统

4.2.3 系统设计层面以 SDX+AI 理念打造软件化多功能系统

4.3 软件化电磁频谱作战技术特点

4.3.1 功能可重构与综合一体化

4.3.2 体系架构开放式

4.3.3 射频虚拟化

4.4 典型的开放式体系架构

4.4.1 开放式体系架构及其对电磁频谱作战相关领域的影响

4.4.2 MOSA 架构

4.4.3 美国军方开放式体系架构

4.4.4 工业界开放式体系架构

4.5 典型软件化电子战技术系统与项目

4.5.1 概述

4.5.2 美国陆军软件化电子战系统与项目

4.5.3 美国海军软件化电子战系统与项目

4.5.4 美国空军软件化电子战系统与项目

4.5.5 澳大利亚电子战系统控制处理器(EWSCP)

4.6 参考文献

第 5 章 可重构射频与天线技术

5.1 虚拟化射频项目与技术

5.1.1 射频虚拟化概述

5.1.2 DARPA 自适应射频技术(ART)项目

5.1.3 DARPA 商业时标阵列(ACT)项目

5.2 可重构射频项目与技术

5.2.1 可重构射频技术概述

5.2.2 DARPA 射频机器学习系统(RFMLS)项目

5.2.3 美国空军多功能敏捷射频可重构电子(REMAR)项目

5.3 多功能射频项目与技术

5.3.1 发展概述

5.3.2 AMRFS 项目

5.3.3 AMRFC 项目

5.3.4 InTop 项目

5.3.5 “协奏曲”

5.4 可重构天线项目与技术

5.4.1 概述

5.4.2 可重构参数

5.4.3 重构技术

5.4.4 DARPA 可重构相控阵天线项目

5.5 参考文献

第 6 章 基于量子机理的电磁感知技术

6.1 发展背景

6.2 里德堡传感器基本原理

6.2.1 物理机理

6.2.2 基于电磁感应透明的电场探测方法

6.2.3 其他改进型电场测量方法

6.3 里德堡传感器与传统接收机对比

6.3.1 噪声源

6.3.2 电场场强灵敏度

6.3.3 功率灵敏度

6.3.4 选择性

6.3.5 信道容量

6.3.6 动态范围

6.3.7 增益

6.4 主要优势

6.4.1 低频段电磁感知不再受制于天线 (传感器小型化)

6.4.2 电磁感知频率范围极大提升 (超宽调谐能力)

6.4.3 兼具抗外来干扰与抗自身干扰特性

6.4.4 对强场事件的电子防护能力

6.5 主要局限性

6.6 国外相关研究情况

6.6.1 美国陆军研究实验室相关研究

6.6.2 DARPA 用于新技术的原子蒸气科学(SAVaNT)项目

6.6.3 DARPA 量子孔径(QA)项目

6.6.4 美国国家标准技术研究所(NIST)相关研究

6.6.5 其他相关研究

6.7 参考文献


前言/序言

前言

电磁频谱博弈的发展历程中,有几个关键的节点。

第一个关键节点是 1864 年,麦克斯韦在其论文《电磁场的动力学理论》中提出了著 名的麦克斯韦方程组,不仅为整个电磁学奠定了第一性原理基础,还通过波动方程预言了电磁波的存在,并计算出电磁波的真空传播速度与光速等。之后的 1888 年,赫兹进行了试验,验证了麦克斯韦方程组所预言的电磁波的存在。

第二个关键节点是 1895 年,马可尼在意大利成功实现了 2km 距离的无线电报通信,标志着电磁频谱、电磁波正式成为一种可实际应用的介质,开启了人类远程无线电通信的纪元。之后的 1901 年,马可尼成功实现了跨大西洋无线电通信。

第三个关键节点是 1904 年,日俄战争中俄军士兵首 次对日军的通信实施了干扰,开启了实战性电子战纪元。之后电子战不断在实战中成长,先后经历了第一次世界大战、第二次世界大战、冷战等全球战略性冲突以及各种局部冲突。这段时期内,电磁频谱主要被视作 “环境背景”(类似于气象环境),而电子战则主要被视作 “作战武器”(类似于枪、炮)。

最 新的节点是 2020 年 2 月 29 日,美国与阿富汗达成协议并约定于 2021 年 5 月 1 日前完成撤军,标志着美国国家战略重新回归大国竞争。此事看似与电磁频谱博弈关系不大,但实际上从是日起,美军对电磁频谱、电子战定位的认知开始发生根本性转变:电磁频谱被视作与陆、海、空、天、网络空间对等的 “作战域”,包含电子战、电磁频谱管理、信号情报在内的电磁频谱作战被视作与陆战、海战、空战、水下战、太空战、网络空间作战等对等的特定作战 “作战样式”。上述转变从后续美军的一系列动作可以看出:2020 年美军参谋长联席会议发布《JP 3‑85:联合电磁频谱作战》条令,美国国防部发布《电磁频谱优势战略》;2025 年美军参谋长联席会议发布《CJCSM 3320.01D:联合电磁频谱作战》手册。这些文件分别从条令、战略、实施细则等方面明确了电磁频谱、电磁频谱作战的新定位。这种理念也得到了其他国家的认同。

自此,电磁频谱博弈正式进入电磁频谱作战时代。

需要注意的是,电磁频谱作战既不仅仅是传统领域的扩展,也不仅仅是传统领域的简单机械重组,而是从 “电磁频谱” 这一新作战域的角度对传统领域的全方位体系重构。具体来说,电磁频谱作战是通过一种全新的架构来全面重构传统领域(电磁战、电磁频谱管理、信号情报),并打造一种全新体系,包括作战体系、技术体系、装备体系。

这种全新体系已不能再简单视作传统领域体系的概念延伸、内涵扩展、逻辑演进,而应从联合作战、大国竞争等更顶层战略的逻辑视角重新审视。

鉴于此,本书所述的 “电磁频谱作战技术” 主要阐述的是那些有助于塑造、提升这种新体系的技术,而不是传统领域技术。具体来说,本书不涉及传统领域的专用技术(如测向与定位、干扰、欺骗等技术),也不涉及对电磁频谱作战的影响仅局限于特定的 “点” 而非整个体系的技术(如针对特定对象的反无技术、针对特定领域的通信电子战或雷达电子战技术、仅针对攻击速度提升的定向能技术等),但涉及那些尽管属于传统领域技术但会对整个体系产生影响的技术(如基于量子机理的电磁感知技术)。

此外,作为一种典型的技术密集型、技术驱动型作战样式,电磁频谱作战的技术与战术、作战间关系非常密切,换言之,电磁频谱作战技术中有一部分技术与战术、作战密切耦合,这类技术在本书中不涉及,可详见作者的另一本书《电磁频谱作战导论》。

本书在系统阐述电磁频谱作战技术体系的基础上,对网络化协同电磁频谱作战技术、智能化认知电子战技术、软件化电磁频谱作战技术、可重构射频与天线技术、基于量子机理的电磁感知技术等 6 个电磁频谱作战关键技术群进行系统阐述。

参与本书撰写的人员主要有张春磊、楼才义、杨小牛、徐以涛、易宗喜、王任、丁国如、王一星、李海英、曹运华,蒋春山、方加云、李文华、郭细平等专家对全书进行了审阅并提出了中肯的修改建议,杨小牛院士、姚富强院士、朱德成首科对本书进行了大量指导,金飙、任传伦、江锋、孟德斌、路雷、潘高峰、陈顺阳、何煜、金强、沈涛、陈加锐等领导专家在本书撰写过程中给予了大力支持,陈鼎鼎、陈柱文、曹宇音、王雪琴、王巍、徐相田、李子富、吕立可、余云平、方辉云、王芮伍、宗德华、陈伟峰等同事对全文进行了细致的文字校对与格式修订,国防工业出版社的李永丽、张冬晔编辑在编辑排版方面做了大量辛苦工作。在此一并表示诚挚的谢意。

感谢师父李群英先生,他的教导为作者打下了坚实的技术基础。

感谢我的家人,人到中年,深切体会到 “家和万事兴” 绝非空话,若非他们的理解与支持,难有本书顺利付梓。

是日大寒,禾城大雪,冀来年天下和顺、日月清明、风雨以时、国丰民安。

己巳年腊月初二于嘉兴



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