武侠小说中高手较量的最高境界——“形不动,意先行!”顶尖高手在比武时,双方还未真正交手,内力的比拼就早已开始了。身形虽稳如泰山,内力带动的气场却已杀得你死我活,整个空间笼罩在无形却激烈的气场内,而内功占优的一方也往往就是比武的胜出者。现代信息化战争亦是如此,交战双方虽然还未开战,在情报搜集、电子侦察/反侦察等电磁领域的较量早已针锋相对地开展。
一、“新的战场”:复杂电磁环境
无线电技术的发明和军事应用,使电磁环境成为战场环境新的组成部分,成为影响精确制导武器“怎样打”、“打的出”、“能突防”、“打的准”的重要因素。现代战场上涉及的电子信息设备有通信、光电、导航、雷达等多种电子设备。如此繁多的电磁力量在交战时,敌我双方都在有限的战场空间内展开电磁频谱的使用权、控制权的较量,即掌握制电磁权。电磁战场的较量就像武侠小说中高手的内力比拼一样虽无形却激烈,从战争开始前到战争结束都笼罩着整个战场。而交战双方谁掌握了制电磁权,也就一定程度的掌握了精确制导武器的控制权,不论己方还是敌方的精确制导武器都会“乖乖听话”,某种意义上也就占据了战争的主动权。
美军EC-130电子侦察机
海湾战争开始前,以美国为首的多国部队为探测伊拉克电子设备的工作频率和信号特征,调集了大量的电子侦察设备,其中有TR-A高空战术侦察机、EC-130、135电子侦察机和EH-60“黑鹰”电子侦察直升机,另有5颗电子侦察卫星及39个地面无线电监听站。
美军使用这些设备和手段截获了伊拉克的无线电通信信息,并把截获的信息输入计算机进行分析,从而为制定进攻计划打下了基础。开战前几个小时,多国部队对伊拉克实施强烈的电子干扰,美国用高频、甚高频、超高频和特高频通信干扰机,发射与伊拉克电台工作频率相同但功率更大的噪声信号,使伊拉克的通信联络濒于中断,C3I系统受到严重干扰,甚至连广播电台也不能正常工作。战争中美国使用了EF-IIIA、EA-6B和E-4G高级“野鼬鼠”反雷达、电子战飞机共50多架,既能抛撒干扰箔条又能发射多频段的有源干扰信号,完成远距支援、护航和近距支援干扰,致使伊拉克的一些雷达迷盲,显示屏不是白花花一片,就是显示假目标,无法测出来袭飞机,从而使伊军的防空电子系统受到严重的软杀伤。同时,多国部队使用了“哈姆”高速反辐射导弹、“斯拉姆”反雷达导弹,只要伊军雷达开机发射信号,就会被跟踪、摧毁,而不开机又无法引导各种防空武器,致使伊军防空部队陷于进退两难的境地。伊方防空、通信系统在多国部队“软硬兼施”的打击下基本上处于瘫痪,这为多国部队在战争中取得压倒性的胜利奠定了基础。
那么什么是复杂电磁环境呢?
这里“一定的时空”是指运用信息化装备遂行作战任务的特定时间和空间,“一定的频段范围”是指遂行作战任务时所涉及的频率范围。“电磁信号密集、拥挤、交叠”是指多种信号在时域和频域相互覆盖,区分困难。“强度动态变化”是指电磁辐射强度在较大幅度范围内以较快速度变化,给信息化装备的使用带来不利影响。“对抗特征突出”则强调了敌方的恶意对抗性电磁辐射是电磁环境复杂化的根本因素。
(二)“军民共建”:形成复杂电磁环境的因素
1.民用电子系统布满全世界
卫星、广播电视、民用移动通信、航空等40多种无线电业务,使无线电信号覆盖了全世界各个角落。例如我国福建南平市,有各类无线电台(站)9654200多个。
民用电子系统示意图
2.军用电子系统遍及军事各个领域
在信息化战争中,情报侦察、预警探测、通信、指挥控制、导航定位和武器制导等系统,几乎覆盖了电磁频谱的各个频段。例如,美军一个步兵师有70部雷达,2800部电台;俄罗斯一个摩步师有60部雷达和2040部电台。
在战场环境中,敌我双方激烈对抗条件下所产生的全频谱、多类型、高密度的电磁辐射信号是形成复杂电磁环境的最重要因素。美军现役的电子干扰设备有290多种型号,干扰频率范围从0.5~20GHz(GHz——吉赫,Hz——赫兹,1s钟振动1次是1赫兹,1GHz=109Hz),干扰功率可达几百千瓦,脉冲峰值功率可达兆瓦级以上。海湾战争中,多国部队实施“白雪”行动,开通通信枢纽2500个,电台16200部,各种电磁辐射源几万个,战区电磁信号密度高达120~150万个脉冲/s,一开始就控制了“电磁权”。
各种军用电子系统示意图
总而言之,空域上电磁信号密集、多变,频域上电磁信号拥挤、重叠,非对抗性电磁信号对精确制导武器有较大的影响,对抗性电磁信号对精确制导武器会产生强烈干扰,所有这些因素构成了一个复杂的电磁环境。
(三)“盲、乱、错、偏”:电磁环境对精确制导武器的影响
随着现代科技的发展,精确制导武器体系正不断完善,这使得精确打击作战流程的各个环节紧密相连,形成完整的打击系统。同时,复杂电磁环境对精确制导武器的影响已经渗透到了其作战使用的全过程,影响到了精确制导武器系统的每个环节,已经成为左右现代信息化战争进程的主要因素之一。
精确打击作战流程图
1.“生死较量”——对抗性电磁环境对精确制导武器的影响分析
目前先进的电子对抗装备可以干扰的频率范围为20MHz~40GHz(MHz——兆赫,1MHz=106Hz),基本覆盖了主要的通信和雷达工作频段,干扰功率高,作战距离远。
1966年6月29日,美空军第355联队的16架F-105“雷公”战斗机在EB-66电子战飞机的导航下,从泰国起飞,长途奔袭,扑向越南河内油库进行轰炸。美国战斗轰炸机编队一路隐蔽飞行,进入河内地区时,突然越南的高炮轰鸣,美机编队急忙作不规则机动,使自己不被炮瞄雷达轻易锁定。同时,最前方携带“野鼬鼠”电子战系统的“铁拳分队”,以及EB-66电子战飞机立刻释放强烈电子干扰,如同漫天“石灰”顷刻迷瞎越军炮瞄雷达以及导弹的制导雷达。机群安全逼近目标上空,EB-66电子战飞机还不断投放金属箔片,形成一条空中“箔条走廊”,保护后续机群;“野鼬鼠”电子战飞机不断搜索地面雷达波束,一旦发现,便施放强烈压制性杂波干扰或欺骗性干扰。这样一来,尽管越军的高炮和导弹火力很猛,但因雷达受到干扰,制导“乱了套”,所以炮弹和导弹命中率很低,结果美军以一架飞机的代价,摧毁了河内油库90%的设施,这是美国在越南战场上最成功的一次空袭。
被炸毁的河内油库冒着滚滚浓烟
从上述的经典案例可以看出,电磁对抗干扰的常用样式包括:有源的压制干扰、欺骗式干扰和无源的遮蔽式干扰等。其干扰原理是通过强烈的噪声信号或者虚假的目标信号作用于精确制导武器的制导系统,使其无法获得目标信息或者只能获得虚假目标的信息,最终导致精确制导武器的攻击行动失败。
① 压制干扰
有源压制干扰是通过干扰机产生与被干扰雷达同频段、能量远大于目标信号的噪声信号,使得目标信号完全“淹没”于噪声之中,从而减小了雷达的探测距离,干扰严重时还会使雷达无法正常工作。下图显示了某合成孔径雷达在噪声压制干扰前后成像的结果,从图中可以看出在实施噪声压制干扰后,该雷达完全丧失了成像能力。
合成孔径雷达干扰前后成像对比图
又如,伊朗部署在波斯湾沿岸的某型防空系统,在与美军对峙期间,只要美国航空母舰上的电子对抗飞机一起飞,伊朗防空导弹搜索雷达显示屏上便一片雪白,完全丧失作战能力。
② 欺骗干扰
欺骗干扰通过产生虚假雷达回波形成假目标,欺骗精确制导武器错误地跟踪假目标,具有干扰针对性强、干扰效费比高的特点,是精确制导武器很难对抗的一种干扰方式。
比如机载拖曳式有源诱饵由飞机用绳索牵引,与飞机相隔几十或上百米一起飞行,诱饵中的干扰发射机发出欺骗信号,使防空导弹偏离目标而飞向诱饵,或者飞向诱饵和目标之间的某个部位,从而有效地保护目标。
机载拖曳式有源诱饵诱骗来袭导弹示意图
③ 遮蔽干扰
遮蔽干扰是通过某些平台在需要保护的目标附近投掷大量的箔条、镀金属的玻璃丝等各类干扰物,形成一道走廊或屏障,使得对方侦察信号无法穿透,从而保护己方的飞机和舰船等目标。
在上世纪五十年代末“布拉格之春”时期,苏联入侵捷克斯洛伐克的军事行动中,通过投放箔条形成了一道干扰走廊,北约组织的预警雷达一片空白,由于缺乏可靠的情报,捷克斯洛伐克的各类防空装备几乎成了“摆设”。
舰载箔条发射装置
舰船施放箔条干扰
2.“无心所为”——作战区域内非对抗电磁环境对精确制导武器的影响分析
战场上敌我双方各类军、民用装备高密度分布、高强度使用。大量同频装备涌入有限作战空间,增加了同频装备间自扰、互扰的可能性。这种自扰、互扰主要体现在两个方面:一是同频干扰,作战区域内的同型雷达或工作频段接近的雷达装备,在工作时机和作用相同的情况下,其频谱分布也基本重合,此时相互之间产生干扰,导致雷达探测能力大幅度降低;二是电磁兼容问题,精确制导武器运行期间除了会遭受外界的电磁干扰外,在武器系统内部,大量的电子元件也在接收、发射电信号,必然会产生各种电磁干扰信号,引起电磁兼容问题。
马岛战争中,配有先进雷达警戒系统的英军“谢菲尔德”号驱逐舰被阿根廷战机发射的“飞鱼”反舰导弹击沉。
大名鼎鼎的“飞鱼”导弹
中弹后的英军“谢菲尔德”号驱逐舰
马岛战争发生的“飞鱼”狂吞巨舰的悲剧在伦敦引起一片哗然,事后调查表明,“谢菲尔德”号驱逐舰忽视了雷达警戒系统与卫星通信系统的电磁兼容,警戒雷达对卫星通信系统有严重干扰。当时“谢菲尔德”号为了与本土进行卫星通信,只能关闭警戒雷达,恰恰那时阿军发射了“飞鱼”导弹,“谢菲尔德”号来不及反应而被击沉。一枚价值20万美元的“飞鱼”,趁着“老虎打瞌睡”的功夫,竟一举击沉价值两亿多美元的英国现代化驱逐舰,可见电磁兼容的重要性。(作者:付强、傅湘、宋栋益 来源:国防科技大学“科普中国”共建基地)