
重要信息情报、监视和侦察系统.doc
9页重要信息情报、监视和侦察系统今天的军事行动依靠大量系统获取和处理作战指挥官完成作战任务所需的重要信 息情报、监视和侦察系统常常为决策者提供急需的重要图像指挥官对无人机系 统(unmanned aircraft systems ,简称UAS所提供情报的需求增长如此之快,以至于超过了系统的实际能力无人机的未来对军事行动十分重要,所以为解决各军 种和其开发UAS之间的分歧,2007年9月在国防部常务副部长戈登•英格兰的指 导下组建了特别工作小组协调 UAS问题并确定发展方向当各军种不停争论某个UAS相对于另一个的优点,或者试图确定哪个军种最具管理 未来UAS的能力时,当前的作战行动正遭受由频谱和带宽不足所造成问题的影响 最新的国防部UAS路线图(2005年8月)中列出了作战行动中暴露出的突出问题, 其中就包括通信频率不足此外,来自国防科学委员会的一份报告把通信带宽限制 看作需要被更多关注和发展的领域随着对 UAS能力需求越来越迫切和此类飞行器 数量不断增加,必须采取措施确保作战人员能获得由其提供并且急需的能力通信系统是最主要的UAS关键子系统之一,它将信息在飞行器和地面单元之间或向 其它空中设备传输,同时也使 UAS能随时随地被操纵和控制。
支持系统提供控制飞 行器飞行(其中包括起飞和回收)所需的数据,以及将来自机载传感器或设备的数据 发送到处理中心都需要一定量的带宽通信系统是操控飞行器和成功完成任务的关 键另外,系统各部分之间传输数据的能力取决于可用频率和带宽技术一定会给 出解决这些难题的方法,但是它不是解决频谱和带宽问题的唯一途径其它可能的 缓解当前问题的方法包括:获取额外的频谱资源、改变采购流程、开发更好的管理 工具和流程等玛丽• E •格里斯沃尔德中校在文中论述了电磁频谱和 UAS运用的基本知识,并以军事行动中碰到的频谱和带宽问题为实例,阐明了频率管理和带宽可用性对于 UAS作战是何等重要最后,她指出要从提高和优化对未来 UAS乍战频谱使用性和可用性支持的短期和长期措施中寻找解决当前问题的方法与其它麦克斯威论文一样,本文是在学术自由的精神指引下完成,欢迎对此问题进 行讨论,我们期待您的回应空军军事学院司令官,美国空军少将斯蒂 芬• J •米勒2007年9月在国防部常务副部长戈登•英格兰的指导下建立了一个特别工作小组 协调UAS问题并确定发展方向,制定了 "共同、联合和高效运作的UAS规划"[1]难道我们现有的系统不具备共同、联合和高效性吗 ?为什么需要特别工作小组,为什么他提到需要特别注意现代化的采购和管理、协同能力、 UAS与民用航空区域相结合、频谱和带宽使用和机载设备和传感器管理等领域 ?[2]它们主要涉及对这些系统和产品的需求不断增长的问题和现有的难题等等,解决起来并不容易。
通信频率 和带宽可用性代表了其中一方面,随着需求增长矛盾也将不断被激化2005年8月制订的《国防部2005-2030年UAS发展路线图》指出作战指挥官对 UAS 支持的需求在上升,国防部面临国防部面临"为联合作战提供支援而快速协调和综 合相关技术的任务"[3]这种需求的增长是2004年2月国防科技委员会在一份报 告中建议加速采购和部署无人驾驶飞行器的必然结果 [4]尽管正在促进加强对无人机系统的部署和使用,但是所面临的不足和问题也是公开的该 "路线图"中列出了作战行动中存在的突出问题,其中就有包括通信频率短缺问题国防科学委员会 在一份报告中指出通信带宽限制需要被更多关注和发展 [5]随着对UAS能力的需求越来越迫切和其数量不断增加,必须采取措施确保在作战人员需要的时候它们都 能为其所用频率管理和带宽可用性是未来 UASf乍战成功与否的关键,解决当前该领域的问题应 采取短期和长期相结合的方法为了阐明存在的问题及其解决方法,本文首先介绍 与电磁频谱和频谱管理相关的基本内容,以便于分析 UAS作战这部分内容包括UAS发展至今的历史及其工作原理考察和分析了军事行动中处理 频谱和带宽问题所面临的困难,本文建议提高和优化对未来 UAS作战频谱使用性和可用性的保障。
为了便于讨论,首先需要明确下面几个概念电磁频谱的定义是: "频率范围从零至无穷大的电磁辐射",但是在本文中指由国际频率分配委员会商定使用的频率范 围[6]电磁频谱、无线电频谱和频谱等术语在本文中可互用 [7]无线电波和微波是庞大的频谱范围中的两部分,对于通信系统尤其是军用通信十分重要它们是一 种重要且有限的国有资源,获得使用权对于军事行动至关重要 [8]频谱管理与获得对所需频谱的使用权几乎同等重要它的目标是确保频谱依赖型系 统在其设计使用环境中不会产生无法接受的干扰或被这样的干扰影响,从而确保发 挥其设计功能[9]根据国防部第4650.1号命令--《电磁频谱管理和使用政策》的 相关要求,正确的频谱管理"应该是计划、研究、开发、测试和运用军用频谱依赖 型系统的基本要素之一[10]电磁辐射以不可见能量波的形式存在,围绕在我们周围 [11]通信信号利用这种波传输数据,波每秒波动的周期就是信号的频率 (每秒波动1个周期定义为1赫兹, 每秒波动1000个周期定义为1千赫,以此类推)[12]图1所示为通信系统主要使 用的频谱波段频谱中波长变化范围很大,它影响波在大气中传播的方式,每一部 分或波段的频谱都具有独特的性能。
[13]超高频段波的波长非常短,通常被称为" 微波"[14]科学家首先在二战期间发现了微波频段,用字母命名并一直沿用至今o [15]带宽是指给定的波所占据的频率范围或给定时间内的数据传输量2.2频谱资源的获取全球频谱的使用由相关国际条约管理美国及其领土内频谱使用规定均按服务类型 (比如:无线导航或固定卫星)、用户类型(比如:政府或非政府)和地域(共有三个 地域)划分频段[17]因为频谱资源有限,所以在不同利益之间存在竞争政府控 制着频谱,并且被迫将带宽"出售"或分配给各商业利益[18]剩余的频谱资源就变 得更拥挤,并且更难以缓和用户之间的冲突[19]获取足够的频谱资源保障军事行 动仍然很难,但如果政府强行把目前商业和私营用途的频谱资源重新划分给政府和 军队将会面临更大的压力[20]频谱资源的有限性要求必需严格控制目前军用频谱的使用任何新的美国政府系统 若想使用某一部分频谱必须取得频率分配和委派新系统通常不允许干扰已有的同 等或更高优先级别系统[21]评估系统现在或将来能否从测试到实际使用过程中获 得所需频谱的术语是"频谱后勤保障性"[22]这要求系统至少获取一项频谱设备认 证,从本土到军事行动保障中都能确保有足够频率可供使用,并且还要考虑电磁兼 容性。
[23]有可能使用该系统的国家在对其技术性能进行评估后,通过其国家权威 部门颁发表明该系统是否满足本国频谱管理要求的频谱设备认证 [24]为了确保频谱依赖型系统的持续适用性,应严格控制其开发流程国防部第 4650.1号命令规定:如果不能完全确保已经或将会获得频谱依赖型设备或系统研 发、测试和使用所需的电磁频谱,则该设备或系统不应该被研发和获取;如果不能 确保已经或将会获得现有频谱依赖型系统所需的频谱后勤保障性,则该系统也不应 该被采购或获取[25]为了确保落实上面的要求,在采办流程中需要增加必要措施 为处于设计和研发中的系统分配频谱(如下图2所示)应该从系统采办的技术研发 阶段开始尽可能早地展开获取频谱后勤保障性所必需的相关工作 [26]另外,还应该采取其它措施防止系统进入研发和演示验证阶段或者生产和部署阶段,除非它确 定拥有完整的频谱后勤保障性,或者是持有更高级政府采办官员授予的弃权证书[27]国防部还要求通过现货或非常规采购流程采购的系统在被采购之前就要确认其 拥有频谱后勤保障性[28]因为大多数系统在美国设计并满足美国的要求,但是无 法预计系统可能在美国之外的其它什么地方使用,这就为该流程的执行制造了更多 困难。
[29]在研发和采购包括UAS在内的系统时,这种在其它国家可能会存在的频 谱适用和使用局限性必须被予以考虑3无人驾驶飞机系统作战引用受到一致认可的定义将会确保在后面讨论中达成共识在联合出版物 1-02--《国防部军事和相关条目词典》中,定义"无人驾驶飞机(UAS)"为"不搭载驾乘人 员、能在遥控或自动程序控制下飞行的飞行器或气球 ",定义"无人驾驶飞行器(UAV)"为"不搭载驾乘人员、装有动力系统、利用空气动力飞行、能自主或遥控飞 行、可被消耗也可被回收、可搭载致命或非致命武器系统的飞行器 "o [31]它还进 一步指出:UAS包括控制无人驾驶飞机所需的所有必需设备、人员和网络功能等组 成部分[32]即使术语UAS和UAV之间存在明显的区别,但是在很多情况下它们可 互用然而,定义中并没有描述这些系统如何参与今天的军事行动及其工作原理, 这对理解其面临的难题非常关键一段发展历史能让我们了解它们的来龙去脉,一 些有关系统运行的基本知识能让为我们打开洞悉围绕它们的复杂问题的大门UAS的起源比我们想象的要早很多1918年埃尔默•斯佩里与美国海军合作采用装 有动力系统的海军航空鱼雷进行了第一次无人驾驶飞行演示,引领了未来无人驾驶 飞行器的发展道路。
[33]二十世纪20年代美军中出现了无线电摇控无人驾驶飞 机,30到40年代摇控无人驾驶靶机被用于各种训练[34]今天,无人驾驶飞机对 于美军而言仍然是昂贵的研究、测试和训练装备二十世纪 50到60年代,技术进步为无人驾驶飞机提供了更先进的导航系统,研发出了监视和侦察 UAV并投入实战[35]诺斯罗普•格鲁曼开发出配备封装照相机的 SD-1"观测者",这是第一架战术侦察UAV这种基于监视和侦察平台与靶机相配合的技术仅仅只是开始 [36]随着研究不断深入,无人驾驶飞机的技术和功能得到提升二十世纪 60年代基于"瑞安航空火蜜蜂"靶机技术在空军出现了 "闪电臭虫",它比先前的UAV续航时间更 长、飞行高度更高[37]1964年"闪电臭虫"首先在越战中被使用,总共完成了 3400次战术监视和侦察任务,收集敌方地对空导弹基地和战俘营等有价值的军事 目标影像[38]除美国之外,以色列在二十世纪 70年代也开展了大量UAV研究和开发工作,并为 军队开发了 "侦察者"型UAV [39]它是第一架"真正意义上的摇控UAV原型机,将 足够多实现相关功能所需的传感器和稳定的电子光学系统安装在一个很小的平台上 ",并能在15000英尺高空飞行6个小时。
[40]它在1982年以色列和黎巴嫩战争中 负责锁定叙利亚防空力量取得了巨大成功,并且在以色列攻击防空基地时收集电子 信号和频率[41]美国和其它国家注意到以色列使用 UAV作^战取得的成功,并且开 始发展各自的计划但是至到1990年"沙漠风暴行动"为止,并未见大规模的UAV 军事运用[42]二十世纪80年代研制的"开拓者"是美国第一代大型UAV之一,并且是第一代使用 射频技术的UAV [43]1994年"捕食者"首度被美国空军使用,并于1995年波斯尼 亚战争中成为美国空军的主力装备它还参加了科索沃、阿富汗、伊拉克战争,并 且担任美国边界巡逻任务[45]2002年"捕食者"第一次在作战行动中执行导弹发 射任务,命中并摧毁了确信载有恐怖分了嫌疑人的车辆这是 UAV作战功能开发的另一个实例[46]"全球鹰"隶属于当前美国空军UAS序列并于1998年完成首飞,已经执行了数千小 时全球飞行作战任务[47]这种无人驾驶动力驱动飞机于2001年完成首次横穿太 平洋的飞行任务它是众多仍在发挥重要作用的 UAS之一[48]截至2004年9月的数据表明在"持久自由行动"和"伊拉克自由行动"中美国和联军大约使用了 20种 型。
