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【舰载电子战】海上信号情报的发展

国际电子战2019-04-14 16:14:10

舰载战术通信电子支援措施(CESM)系统通过拦截、定位、监视和分析感兴趣信号(SOI),为收集已知或潜在威胁的信息提供了有效方法,因此成为海上信号情报(SIGINT)能力的关键组成。战略信号情报的目标是构建部队、结构和行动的广泛图像,而与之形成对比的战术信号情报则为战场指挥官提供了重要的“引导和告警”——实质上是窃听敌方通信的能力,这能够提供关于敌方部署和意图的关键性实时态势感知或近实时作战情报。

过去20年间,海上信号情报业务已见证了几次转型。比如,向濒海转移伴随着打击“流氓“国家、非正规军、恐怖组织、有组织的犯罪团伙、走私贩和海盗的新型作战重心。

同时,受蜂窝用户网络爆炸式发展的驱动,商用电信技术加速发展,以及军事和准军事部门出现的新型和愈加复杂波形,都带来了巨大的技术挑战。反过来,这已经驱动海上CESM系统的设计和工程开发朝着开放式结构发展的大变革。开放式结构通过利用快速发展的商用现货(COTS)技术(接收机、解调器、调谐器、控制器、记录器、软件和接口)来推动不断增强的技术革新,以跟上不断涌现的威胁的发展步伐。

舰载CESM系统逐渐被认为是关键的信息战资产。 

最后,新近出现的赛博问题也需要重点考虑。诚然,赛博战/信息战能力的细节是高度保密的,但信号情报在发现赛博目标方面所扮演的角色在今后几年将占据越来越重要的地位。

美国海军所采取的方法是海上信号情报这种文化和技术转变的一大反映。回溯到1997年4月,海军成立了一个海上信号情报结构(MSA)研究小组,以确定开发通用技术结构的可行性,满足海上战术密码系统的需求。MSA研究小组随后为海上系统间的协同工作能力和通用性开发了一套技术标准,该标准被海军的“21世纪海上密码系统”(MCS 21)项目所采用。MCS 21是一个综合性的大项目,海军在该项目下引入了一套通用的、可升级的软件基线,可适用于潜艇、机载系统以及水面舰船。在水面舰船方面,海军的“舰船信号利用设备”(SSEE)项目已经取得了阶段性进展,进入了“增量E”、“增量F”和改进项目阶段。SSEE将作为一种继承能力,接替传统的SSQ-124(V)“协同舷外后勤升级”(COBLU)、AN/SRS-1作战测向及AN/ULQ-20“战斗群无源地平线延伸系统”(BGPHES)套件。

美国海军的舰载信息战与开发项目由空间战与海战系统司令部(SPAWAR)作战空间感知与信息作战项目办公室管理。Argon ST公司是SSEE“增量E”和“增量F”的主合同商。该公司在2010年被波音公司收购,现在是作为波音公司负责电子与任务系统业务的全资子公司在运作。“增量E”和“增量F”系统由ArgonST公司的“灯塔”系统结构支撑,将部署于两栖舰、巡洋舰和导弹驱逐舰。

美国海军这样描述SSEE系统:“机密的信息战/电子战和战术密码系统,提供了关键的战术情报、态势感知、作战空间感知、指示与告警、敌方威胁评估”。该系统能够为战斗群提供信号实时捕获(发现)与定位(方位),并通过电子攻击和赛博攻击手段为作战指挥官提供水面舰队唯一的非动能能力。

当前对SSEE项目的投资主要是开发和交付扩展的非动能电子战能力以及面向网络中心服务的结构。这包括开发、集成和测试“水母”(Medusa)和SSEE改进能力,以支持被称为“弹道导弹防御(BMD)执行委员会(EXCOM)反潜战(ASW)海军作战部长(CNO)执行委员会信息作战(IO)对抗红光/水母”(缩写为BMD EXCOM ASW CEB IO对抗红光/水母)的机密行动。

2001年,Argon ST公司获得了SSEE“增量E”开发合同,2005年初该系统具备初始作战能力。Argon ST公司对该系统的描述是:“一种高灵敏自动化CESM系统,为多种平台提供自动信号捕获、测向和目标定位能力”。对“增量E”的改进工作还在继续,最近正在进行的一项工作是引入Medusa Splitrock能力(该能力的确切特性/功能仍然保密)。

SSEE系统的发展历程

通过竞争,Argon ST公司于2006年4月获得了5280万美元的合同,进行为期30个月的SSEE“增量F”开发。该合同还包括附有定价的选项,就是在5年期内交付生产型号。已确定的子合同商包括:Promia企业安全公司、HYPRES公司(负责开发和演示多输入数字射频信道化接收机系统)、雷声公司、Cubic公司、TICOM Geomatics公司、诺斯罗普·格鲁曼公司、TASC公司、数字化接收机技术公司和ARINC公司。

SSEE“增量F”以“增量E”的能力为基础,还引入了ArgonST公司的“灯塔”3.0传感器技术和开放式结构,并加入了FPGA最新技术,嵌入了处理和服务器联网技术。“增量F”的开发工作包括对两套工程开发模型(EDM)的软硬件进行系统设计、集成和测试,以及综合开发和作战测试。设计与开发活动于2008年完成,紧接着在2009年底完成了作战评估。通过了里程碑C决议后,Argon ST公司于2010年4月获得了一份价值3690万美元的合同,进行SSEE“增量F”低速初始生产(LRIP)。

2011年8月,Argon ST公司宣布从SPAWAR获得3500万美元的选项合同,将SSEE“增量F”转入全速率生产(FRP)。2012年2月,Argon ST公司获得价值5300万美元的FRP2选项合同,交付8套“增量F”系统。2013年1月,Argon ST公司获得价值4300万美元的FRP3选项合同,交付7套“增量F”系统。2014年,美国海军授予ArgonST公司FRP4选项合同,要求其再交付6套“增量F”系统。后续的FRP订购将持续到2019财年。

SSEE改进项目包含“典型”(Paragon)和“灰翼”(Graywing)项目提供的频率能力增强。“典型”是一种保密的战术信号情报频率扩展能力,将集成到SSEE“增量E”和“增量F”系统中,它能对选定频率范围内来自敌方威胁的通信情报(COMINT)数据同时进行探测、收集、处理和显示。该能力目前还没有对手能与之抗衡。“灰翼”是一种电子感知与攻击能力,它与“典型”共享舰桥设备。

根据美国海军的项目描述,SSEE改进项目及“水母”能力将扩展对感兴趣信号的处理能力,从而允许收集最新的高优先现代技术威胁信号,将其紧密地集成到信息作战/非动能能力中,以支持时敏军事打击行动以及随后的处理和分析,为部队防护提供及时且精确的态势感知。

SSEE改进项目的另一个关键组成,是在SPAWAR太平洋系统中心的领导下进行新型天线的开发、原型研制及测试,目的是支持“典型”和“灰翼”能力。这些新型天线包括AS-4710高增益信息作战天线以及AS-4708半球宽带测向天线。

2014年5月,Argon ST公司宣布已获得美国海军授予的SSEE改进项目首个生产订单。在一份声明中,该公司确认SSEE改进项目已在2013年底完成了工厂测试和舰载测试,并将为“增量E”和“增量F”系统大量生产这些改进能力。这份订单将项目从开发阶段转型到低速初始生产阶段,交付工作从2014年下半年开始。

美国海军“哈尔西”(DDG 97)导弹驱逐舰。该舰安装了AS-4692测向与截获天线和AS-4623发射天线。

下一个升级系列,也即SSEE“增量G”,计划在2016财年获得里程碑B认证。“增量G”将以“增量F”为基础,提高“BMD EXCOM ASW CEB IO对抗红光/水母”的各方面能力,增加频率范围,应对新的感兴趣信号,开发新的、之前未开发/未利用的赛博能力(与集成到“电子战作战管理网”相一致)。

而且,“增量G”还将在“增量F”的基础上增强以下能力:自动化能力;集成所有现有舰船信号利用空间能力到一个通用用户界面中;通过开放式软件结构继续组合新技术,这种结构允许能力的快速集成和部署。这样,“增量G”将能够根据平台而升级,根据任务而重新配置,具有模块化结构(即插即用),根据新能力动态性地重编程。

英国开展“海上搜寻者”项目

美国海军的“五眼”情报联盟(美国、英国、澳大利亚、新西兰、加拿大)中的三个盟国最近已经在投资源自美国的水面舰船信号情报能力,以满足他们自己的战术态势感知需求。比如,英国皇家海军当前对其舰载CESM能力进行了重新投资,措施是在名为“莎曼”(SHAMAN)的设备采购计划下采购SSEE“增量F”密码开发系统,以满足其“海上搜寻者”(Seaseeker)海上信号情报项目的需求。

“莎曼”/“海上搜寻者”的目的是维持英国的舰载信号情报和监视能力,替代之前安装在4艘22型第3批次护卫舰上的AN/SSQ-124(V)COBLU套件。COBLU于2011年中期随着22型第3批次护卫舰的退役而不再服役。

“莎曼”项目曾经命名为CESM“广泛舰队安装”项目,英国最初计划通过一项预先开发的CESM项目来满足其需求,BAE系统公司于2005年初被英国防部选定作为该项目的首选投标商。该公司的技术方案名为“六分仪”(Sextant),源自BAE系统公司电子系统分公司(美国)开发的“钻石”信号利用产品。

但是,在对两项先进开发阶段的合同结果进行评估后,英国选择了通过政府间的对外军售合同来采购SSEE“增量F”现货系统。2011年初,英国防部证实,“在全面评估了美国防部和BAE系统公司提供的方案后,英国防部决定采用美国防部的方案”。

2014年5月,Argon ST公司透露,根据对外军售合同,美国海军授予其的10套SSEE“增量F”FRP4系统中的4套正在交付给英国,剩下的3套将在2015年交付。“莎曼”系统将在2017年进入服役,其中,6套系统安装到6艘45型驱逐舰,第7套系统留作岸基训练和参考用。

另外,Babcock公司获得了英国防部授予的一份为期7年的“莎曼”基础结构与支援合同。根据合同,Babcock公司将对舰队情报中心和海上CESM校准工厂现有的CESM岸上支援站进行基础结构升级,并向45型驱逐舰上的“莎曼”系统提供合同商后勤支援。

Babcock公司还将为“莎曼”项目提供其“大鸦”(Raven)系统,目的是跟上“莎曼”系统的发展进度,并且使特遣部队能够对“莎曼”和“大鸦”系统进行战术使用。作为45型驱逐舰的生产管理者,BAE系统公司将独自进行平台设计、改进和安装活动。

2013年底,Babcock公司获得了英国防部授予的一项独立开发合同,为23型护卫舰提供现货CESM系统,以增强其电子监视能力。该新型系统名为“锤头”(Hammerhead),将替代23型护卫舰早前安装的一种名为“机动海上利剑”的专用系统,后者据说源自美国海军的“便携式无线电测向”(TRDF)系统。


安装了“机动海上利剑”专用系统的23型护卫舰“威斯敏斯特”号在印度洋上作战。

为满足英国防部的需求,Babcock公司与Argon ST公司合作进行“锤头”系统的研制,称该方案“基于通用核心结构,可根据用户需求制定专用方案”。这两家公司之前曾合作为英国皇家海军的核攻击潜艇提供“埃迪斯通”(Eddystone)CESM系统并进行维护。

为填补COBLU退役后“莎曼”/SSEE“增量F”不能及时服役的缺口,45型驱逐舰已经专门部署了一种“临时性缓和”CESM能力。这被认为是一种利用现有设备的“内部”解决方案,也即从其它项目或盟国借用。Babcock公司为这种临时性能力提供支持服务。

澳大利亚的采购项目

位于美国德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究所(SwRI)在信号利用和地理定位方面做出了出色的成绩。例如,该公司曾为“舷外”(OUTBOARD)、COBLU、“作战测向”和SSEE项目提供天线系统,同时凭自身的资质生产了大量信号监视方案,如美国海军的AN/SSQ-120 TRDF系统、当前装备于加拿大护卫舰的AN/SRD-503和AN/SRD-504系统。

2010年4月,SwRI被选定为澳大利亚皇家海军的“霍巴特”级空战驱逐舰(AWD)项目(SEA 4000计划的一部分)提供其MBD-567舰载信号情报系统的改型。MBD-567是一种宽带海上信号情报系统,覆盖高频、甚高频和超高频频段,能够对现代化的感兴趣信号(包括低截获概率信号)进行拦截、解调、定位和记录。“霍巴特”级空战驱逐舰将装备专用的MBD-567A型号。

MBD-567系统基于商用现货结构,支持各种手动和自动操作模式。对于自动处理模式,操作员只需要定义系统的频率范围、特定的感兴趣信号以及后续的处理任务。操作员可使用信号分析工具对特定的感兴趣信号进行确认和研究,或在记录的频谱内手动发现感兴趣信号。

MBD-567系统频率覆盖范围为2-3000MHz,包括一部AS-420C超高频/甚高频桅杆天线以及最多6部(根据平台的尺寸和配置)AS-145高频环状/单极子天线,后者安装在上甲板合适的位置。AS-420C的频率范围为30-3000MHz,包括一部八元偶极子阵列和一部八元锥形槽缝天线阵列。AS-145覆盖了30MHz以下的频率,提供三种独立的输出:正弦、余弦和全向。

澳大利亚的3艘新型“霍巴特”级空战驱逐舰将装备MBD-567A舰载信号情报系统。

MBD-567系统的主要性能参数包括:宽带4.5-32MHz(可重新配置);探测带宽:高频195Hz,超高频/甚高频1.5kHz;测向精度2°RMS。分析工具包括:窄带及宽带频谱图、信号分析、地理空间结果显示、音频回放、频谱显示。

澳皇家海军也是SSEE“增量E”系统的用户,这在很多资料上都未有记录。通过一份价值大约为1100万美元的对外军售合同,澳皇家海军采购了两套该系统,据Argon ST公司的消息,首套系统已经在2008年交付。

澳国防部透露,SSEE“增量E”系统正在进行升级,使之能够在澳皇家海军舰队更好地得以使用。SwRI在2013年透露,已经为澳皇家海军的“安扎克”级护卫舰升级项目集成了通信情报和电子情报天线。

新西兰的现代化进展

根据“塔斯曼海”项目,新西兰已为其皇家海军的两艘“安扎克”级护卫舰——“特卡哈”号(TeKaha)和“特马纳”号(Te Mana)启动了一项综合的护卫舰系统升级(FSU)项目。洛克希德·马丁加拿大公司于2014年4月获得主合同,作为作战系统集成商(CSI)开展FSU项目工作。

尽管替代老式的“远哥恩”10(Telegon10)CESM系统并不是CSI工作的一部分,但新西兰国防部还是在2014年5月与美国签订了对外军售合同,向其采购新型CESM能力。该系统的代号和来源都未披露,不过据说会以“预先安装”集装箱的形式提供,并按时交付,以满足2016-2018年期间安装到舰船上的目标。FSU相关文件显示,新型CESM系统将采用AS-4692测向与捕获天线。

新西兰的两艘“安扎克”级护卫舰将安装从美国采购的新型CESM能力。

加拿大的升级项目

加拿大已经大致形成了一项计划,名为“强弓”(StrongBow),旨在为加拿大皇家海军的“哈利法克斯”级护卫舰提供新型无线电测向及信号的收集、分析融合与利用等战略能力,以替换当前的AN/SRD-504无线电测向系统。“强弓”计划将是加拿大广泛的三军联合计划的一部分,后者将对当前使用的任务密码利用设备进行标准化并替换。

根据加拿大国防部发布的信息,“强弓”计划所寻求的新型舰载能力“将提供在通信拦截和电子情报频谱中的威胁辐射源时敏战术相关告警”。而且,天线安装所需要的桅杆空间和重量分配不应该超过当前“哈利法克斯”级护卫舰上分配给AN/SRD-504的相关指标。

“强弓”计划的具体内容在2015年明确,执行批准和建议征集书发布在2016年进行,合同签订安排在2017年,最终交付定于2020年。

安装在12艘“哈利法克斯”级护卫舰上的老式SRD-504系统由SwRI于1980年代研制,最初代号为SRD-502。SwRI已对该系统进行了完全的升级和现代化,组合了新型计算机、软件和信号处理能力,同时保留了传统的天线设计(近期也在进行维修和翻新)。SwRI已在开展一项计划,将所有的舰载测向设备集成到一套自动化、联网、基于计算机的系统中。

加拿大皇家海军的12艘“哈利法克斯”级护卫舰(图为其中的“蒙特利尔”号)当前装备了SwRI的SRD-504系统,计划将其替换成“强弓”系统。

“五眼”联盟的发展

政府间的合作使“五眼”联盟在海上信号情报竞技场上取得了重大的成绩。随着这些海军的现代化,加之舰队经常在缩编,他们将依赖先进的信号情报能力,以提供所需要的覆盖,同时跟上越来越复杂的信号环境的发展步伐。信号情报的标准是使信息在盟国间实现实时共享,朝这个标准发展是一个重要目标。