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【艦載電子戰】海上信號情報的發展

國際電子戰2019-06-22 22:56:15

艦載戰術通信電子支援措施(CESM)系統通過攔截、定位、監視和分析感興趣信號(SOI),為收集已知或潛在威脅的信息提供了有效方法,因此成為海上信號情報(SIGINT)能力的關鍵組成。戰略信號情報的目標是構建部隊、結構和行動的廣泛圖像,而與之形成對比的戰術信號情報則為戰場指揮官提供了重要的“引導和告警”——實質上是竊聽敵方通信的能力,這能夠提供關于敵方部署和意圖的關鍵性實時態勢感知或近實時作戰情報。

過去20年間,海上信號情報業務已見證了幾次轉型。比如,向瀕海轉移伴隨著打擊“流氓“國家、非正規軍、恐怖組織、有組織的犯罪團伙、走私販和海盜的新型作戰重心。

同時,受蜂窩用戶網絡爆炸式發展的驅動,商用電信技術加速發展,以及軍事和準軍事部門出現的新型和愈加復雜波形,都帶來了巨大的技術挑戰。反過來,這已經驅動海上CESM系統的設計和工程開發朝著開放式結構發展的大變革。開放式結構通過利用快速發展的商用現貨(COTS)技術(接收機、解調器、調諧器、控制器、記錄器、軟件和接口)來推動不斷增強的技術革新,以跟上不斷涌現的威脅的發展步伐。

艦載CESM系統逐漸被認為是關鍵的信息戰資產。?

最后,新近出現的賽博問題也需要重點考慮。誠然,賽博戰/信息戰能力的細節是高度保密的,但信號情報在發現賽博目標方面所扮演的角色在今后幾年將占據越來越重要的地位。

美國海軍所采取的方法是海上信號情報這種文化和技術轉變的一大反映。回溯到1997年4月,海軍成立了一個海上信號情報結構(MSA)研究小組,以確定開發通用技術結構的可行性,滿足海上戰術密碼系統的需求。MSA研究小組隨后為海上系統間的協同工作能力和通用性開發了一套技術標準,該標準被海軍的“21世紀海上密碼系統”(MCS 21)項目所采用。MCS 21是一個綜合性的大項目,海軍在該項目下引入了一套通用的、可升級的軟件基線,可適用于潛艇、機載系統以及水面艦船。在水面艦船方面,海軍的“艦船信號利用設備”(SSEE)項目已經取得了階段性進展,進入了“增量E”、“增量F”和改進項目階段。SSEE將作為一種繼承能力,接替傳統的SSQ-124(V)“協同舷外后勤升級”(COBLU)、AN/SRS-1作戰測向及AN/ULQ-20“戰斗群無源地平線延伸系統”(BGPHES)套件。

美國海軍的艦載信息戰與開發項目由空間戰與海戰系統司令部(SPAWAR)作戰空間感知與信息作戰項目辦公室管理。Argon ST公司是SSEE“增量E”和“增量F”的主合同商。該公司在2010年被波音公司收購,現在是作為波音公司負責電子與任務系統業務的全資子公司在運作。“增量E”和“增量F”系統由ArgonST公司的“燈塔”系統結構支撐,將部署于兩棲艦、巡洋艦和導彈驅逐艦。

美國海軍這樣描述SSEE系統:“機密的信息戰/電子戰和戰術密碼系統,提供了關鍵的戰術情報、態勢感知、作戰空間感知、指示與告警、敵方威脅評估”。該系統能夠為戰斗群提供信號實時捕獲(發現)與定位(方位),并通過電子攻擊和賽博攻擊手段為作戰指揮官提供水面艦隊唯一的非動能能力。

當前對SSEE項目的投資主要是開發和交付擴展的非動能電子戰能力以及面向網絡中心服務的結構。這包括開發、集成和測試“水母”(Medusa)和SSEE改進能力,以支持被稱為“彈道導彈防御(BMD)執行委員會(EXCOM)反潛戰(ASW)海軍作戰部長(CNO)執行委員會信息作戰(IO)對抗紅光/水母”(縮寫為BMD EXCOM ASW CEB IO對抗紅光/水母)的機密行動。

2001年,Argon ST公司獲得了SSEE“增量E”開發合同,2005年初該系統具備初始作戰能力。Argon ST公司對該系統的描述是:“一種高靈敏自動化CESM系統,為多種平臺提供自動信號捕獲、測向和目標定位能力”。對“增量E”的改進工作還在繼續,最近正在進行的一項工作是引入Medusa Splitrock能力(該能力的確切特性/功能仍然保密)。

SSEE系統的發展歷程

通過競爭,Argon ST公司于2006年4月獲得了5280萬美元的合同,進行為期30個月的SSEE“增量F”開發。該合同還包括附有定價的選項,就是在5年期內交付生產型號。已確定的子合同商包括:Promia企業安全公司、HYPRES公司(負責開發和演示多輸入數字射頻信道化接收機系統)、雷聲公司、Cubic公司、TICOM Geomatics公司、諾斯羅普·格魯曼公司、TASC公司、數字化接收機技術公司和ARINC公司。

SSEE“增量F”以“增量E”的能力為基礎,還引入了ArgonST公司的“燈塔”3.0傳感器技術和開放式結構,并加入了FPGA最新技術,嵌入了處理和服務器聯網技術。“增量F”的開發工作包括對兩套工程開發模型(EDM)的軟硬件進行系統設計、集成和測試,以及綜合開發和作戰測試。設計與開發活動于2008年完成,緊接著在2009年底完成了作戰評估。通過了里程碑C決議后,Argon ST公司于2010年4月獲得了一份價值3690萬美元的合同,進行SSEE“增量F”低速初始生產(LRIP)。

2011年8月,Argon ST公司宣布從SPAWAR獲得3500萬美元的選項合同,將SSEE“增量F”轉入全速率生產(FRP)。2012年2月,Argon ST公司獲得價值5300萬美元的FRP2選項合同,交付8套“增量F”系統。2013年1月,Argon ST公司獲得價值4300萬美元的FRP3選項合同,交付7套“增量F”系統。2014年,美國海軍授予ArgonST公司FRP4選項合同,要求其再交付6套“增量F”系統。后續的FRP訂購將持續到2019財年。

SSEE改進項目包含“典型”(Paragon)和“灰翼”(Graywing)項目提供的頻率能力增強。“典型”是一種保密的戰術信號情報頻率擴展能力,將集成到SSEE“增量E”和“增量F”系統中,它能對選定頻率范圍內來自敵方威脅的通信情報(COMINT)數據同時進行探測、收集、處理和顯示。該能力目前還沒有對手能與之抗衡。“灰翼”是一種電子感知與攻擊能力,它與“典型”共享艦橋設備。

根據美國海軍的項目描述,SSEE改進項目及“水母”能力將擴展對感興趣信號的處理能力,從而允許收集最新的高優先現代技術威脅信號,將其緊密地集成到信息作戰/非動能能力中,以支持時敏軍事打擊行動以及隨后的處理和分析,為部隊防護提供及時且精確的態勢感知。

SSEE改進項目的另一個關鍵組成,是在SPAWAR太平洋系統中心的領導下進行新型天線的開發、原型研制及測試,目的是支持“典型”和“灰翼”能力。這些新型天線包括AS-4710高增益信息作戰天線以及AS-4708半球寬帶測向天線。

2014年5月,Argon ST公司宣布已獲得美國海軍授予的SSEE改進項目首個生產訂單。在一份聲明中,該公司確認SSEE改進項目已在2013年底完成了工廠測試和艦載測試,并將為“增量E”和“增量F”系統大量生產這些改進能力。這份訂單將項目從開發階段轉型到低速初始生產階段,交付工作從2014年下半年開始。

美國海軍“哈爾西”(DDG 97)導彈驅逐艦。該艦安裝了AS-4692測向與截獲天線和AS-4623發射天線。

下一個升級系列,也即SSEE“增量G”,計劃在2016財年獲得里程碑B認證。“增量G”將以“增量F”為基礎,提高“BMD EXCOM ASW CEB IO對抗紅光/水母”的各方面能力,增加頻率范圍,應對新的感興趣信號,開發新的、之前未開發/未利用的賽博能力(與集成到“電子戰作戰管理網”相一致)。

而且,“增量G”還將在“增量F”的基礎上增強以下能力:自動化能力;集成所有現有艦船信號利用空間能力到一個通用用戶界面中;通過開放式軟件結構繼續組合新技術,這種結構允許能力的快速集成和部署。這樣,“增量G”將能夠根據平臺而升級,根據任務而重新配置,具有模塊化結構(即插即用),根據新能力動態性地重編程。

英國開展“海上搜尋者”項目

美國海軍的“五眼”情報聯盟(美國、英國、澳大利亞、新西蘭、加拿大)中的三個盟國最近已經在投資源自美國的水面艦船信號情報能力,以滿足他們自己的戰術態勢感知需求。比如,英國皇家海軍當前對其艦載CESM能力進行了重新投資,措施是在名為“莎曼”(SHAMAN)的設備采購計劃下采購SSEE“增量F”密碼開發系統,以滿足其“海上搜尋者”(Seaseeker)海上信號情報項目的需求。

“莎曼”/“海上搜尋者”的目的是維持英國的艦載信號情報和監視能力,替代之前安裝在4艘22型第3批次護衛艦上的AN/SSQ-124(V)COBLU套件。COBLU于2011年中期隨著22型第3批次護衛艦的退役而不再服役。

“莎曼”項目曾經命名為CESM“廣泛艦隊安裝”項目,英國最初計劃通過一項預先開發的CESM項目來滿足其需求,BAE系統公司于2005年初被英國防部選定作為該項目的首選投標商。該公司的技術方案名為“六分儀”(Sextant),源自BAE系統公司電子系統分公司(美國)開發的“鉆石”信號利用產品。

但是,在對兩項先進開發階段的合同結果進行評估后,英國選擇了通過政府間的對外軍售合同來采購SSEE“增量F”現貨系統。2011年初,英國防部證實,“在全面評估了美國防部和BAE系統公司提供的方案后,英國防部決定采用美國防部的方案”。

2014年5月,Argon ST公司透露,根據對外軍售合同,美國海軍授予其的10套SSEE“增量F”FRP4系統中的4套正在交付給英國,剩下的3套將在2015年交付。“莎曼”系統將在2017年進入服役,其中,6套系統安裝到6艘45型驅逐艦,第7套系統留作岸基訓練和參考用。

另外,Babcock公司獲得了英國防部授予的一份為期7年的“莎曼”基礎結構與支援合同。根據合同,Babcock公司將對艦隊情報中心和海上CESM校準工廠現有的CESM岸上支援站進行基礎結構升級,并向45型驅逐艦上的“莎曼”系統提供合同商后勤支援。

Babcock公司還將為“莎曼”項目提供其“大鴉”(Raven)系統,目的是跟上“莎曼”系統的發展進度,并且使特遣部隊能夠對“莎曼”和“大鴉”系統進行戰術使用。作為45型驅逐艦的生產管理者,BAE系統公司將獨自進行平臺設計、改進和安裝活動。

2013年底,Babcock公司獲得了英國防部授予的一項獨立開發合同,為23型護衛艦提供現貨CESM系統,以增強其電子監視能力。該新型系統名為“錘頭”(Hammerhead),將替代23型護衛艦早前安裝的一種名為“機動海上利劍”的專用系統,后者據說源自美國海軍的“便攜式無線電測向”(TRDF)系統。


安裝了“機動海上利劍”專用系統的23型護衛艦“威斯敏斯特”號在印度洋上作戰。

為滿足英國防部的需求,Babcock公司與Argon ST公司合作進行“錘頭”系統的研制,稱該方案“基于通用核心結構,可根據用戶需求制定專用方案”。這兩家公司之前曾合作為英國皇家海軍的核攻擊潛艇提供“埃迪斯通”(Eddystone)CESM系統并進行維護。

為填補COBLU退役后“莎曼”/SSEE“增量F”不能及時服役的缺口,45型驅逐艦已經專門部署了一種“臨時性緩和”CESM能力。這被認為是一種利用現有設備的“內部”解決方案,也即從其它項目或盟國借用。Babcock公司為這種臨時性能力提供支持服務。

澳大利亞的采購項目

位于美國德克薩斯州圣安東尼奧的西南研究所(SwRI)在信號利用和地理定位方面做出了出色的成績。例如,該公司曾為“舷外”(OUTBOARD)、COBLU、“作戰測向”和SSEE項目提供天線系統,同時憑自身的資質生產了大量信號監視方案,如美國海軍的AN/SSQ-120 TRDF系統、當前裝備于加拿大護衛艦的AN/SRD-503和AN/SRD-504系統。

2010年4月,SwRI被選定為澳大利亞皇家海軍的“霍巴特”級空戰驅逐艦(AWD)項目(SEA 4000計劃的一部分)提供其MBD-567艦載信號情報系統的改型。MBD-567是一種寬帶海上信號情報系統,覆蓋高頻、甚高頻和超高頻頻段,能夠對現代化的感興趣信號(包括低截獲概率信號)進行攔截、解調、定位和記錄。“霍巴特”級空戰驅逐艦將裝備專用的MBD-567A型號。

MBD-567系統基于商用現貨結構,支持各種手動和自動操作模式。對于自動處理模式,操作員只需要定義系統的頻率范圍、特定的感興趣信號以及后續的處理任務。操作員可使用信號分析工具對特定的感興趣信號進行確認和研究,或在記錄的頻譜內手動發現感興趣信號。

MBD-567系統頻率覆蓋范圍為2-3000MHz,包括一部AS-420C超高頻/甚高頻桅桿天線以及最多6部(根據平臺的尺寸和配置)AS-145高頻環狀/單極子天線,后者安裝在上甲板合適的位置。AS-420C的頻率范圍為30-3000MHz,包括一部八元偶極子陣列和一部八元錐形槽縫天線陣列。AS-145覆蓋了30MHz以下的頻率,提供三種獨立的輸出:正弦、余弦和全向。

澳大利亞的3艘新型“霍巴特”級空戰驅逐艦將裝備MBD-567A艦載信號情報系統。

MBD-567系統的主要性能參數包括:寬帶4.5-32MHz(可重新配置);探測帶寬:高頻195Hz,超高頻/甚高頻1.5kHz;測向精度2°RMS。分析工具包括:窄帶及寬帶頻譜圖、信號分析、地理空間結果顯示、音頻回放、頻譜顯示。

澳皇家海軍也是SSEE“增量E”系統的用戶,這在很多資料上都未有記錄。通過一份價值大約為1100萬美元的對外軍售合同,澳皇家海軍采購了兩套該系統,據Argon ST公司的消息,首套系統已經在2008年交付。

澳國防部透露,SSEE“增量E”系統正在進行升級,使之能夠在澳皇家海軍艦隊更好地得以使用。SwRI在2013年透露,已經為澳皇家海軍的“安扎克”級護衛艦升級項目集成了通信情報和電子情報天線。

新西蘭的現代化進展

根據“塔斯曼海”項目,新西蘭已為其皇家海軍的兩艘“安扎克”級護衛艦——“特卡哈”號(TeKaha)和“特馬納”號(Te Mana)啟動了一項綜合的護衛艦系統升級(FSU)項目。洛克希德·馬丁加拿大公司于2014年4月獲得主合同,作為作戰系統集成商(CSI)開展FSU項目工作。

盡管替代老式的“遠哥恩”10(Telegon10)CESM系統并不是CSI工作的一部分,但新西蘭國防部還是在2014年5月與美國簽訂了對外軍售合同,向其采購新型CESM能力。該系統的代號和來源都未披露,不過據說會以“預先安裝”集裝箱的形式提供,并按時交付,以滿足2016-2018年期間安裝到艦船上的目標。FSU相關文件顯示,新型CESM系統將采用AS-4692測向與捕獲天線。

新西蘭的兩艘“安扎克”級護衛艦將安裝從美國采購的新型CESM能力。

加拿大的升級項目

加拿大已經大致形成了一項計劃,名為“強弓”(StrongBow),旨在為加拿大皇家海軍的“哈利法克斯”級護衛艦提供新型無線電測向及信號的收集、分析融合與利用等戰略能力,以替換當前的AN/SRD-504無線電測向系統。“強弓”計劃將是加拿大廣泛的三軍聯合計劃的一部分,后者將對當前使用的任務密碼利用設備進行標準化并替換。

根據加拿大國防部發布的信息,“強弓”計劃所尋求的新型艦載能力“將提供在通信攔截和電子情報頻譜中的威脅輻射源時敏戰術相關告警”。而且,天線安裝所需要的桅桿空間和重量分配不應該超過當前“哈利法克斯”級護衛艦上分配給AN/SRD-504的相關指標。

“強弓”計劃的具體內容在2015年明確,執行批準和建議征集書發布在2016年進行,合同簽訂安排在2017年,最終交付定于2020年。

安裝在12艘“哈利法克斯”級護衛艦上的老式SRD-504系統由SwRI于1980年代研制,最初代號為SRD-502。SwRI已對該系統進行了完全的升級和現代化,組合了新型計算機、軟件和信號處理能力,同時保留了傳統的天線設計(近期也在進行維修和翻新)。SwRI已在開展一項計劃,將所有的艦載測向設備集成到一套自動化、聯網、基于計算機的系統中。

加拿大皇家海軍的12艘“哈利法克斯”級護衛艦(圖為其中的“蒙特利爾”號)當前裝備了SwRI的SRD-504系統,計劃將其替換成“強弓”系統。

“五眼”聯盟的發展

政府間的合作使“五眼”聯盟在海上信號情報競技場上取得了重大的成績。隨著這些海軍的現代化,加之艦隊經常在縮編,他們將依賴先進的信號情報能力,以提供所需要的覆蓋,同時跟上越來越復雜的信號環境的發展步伐。信號情報的標準是使信息在盟國間實現實時共享,朝這個標準發展是一個重要目標。


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