摘要：蘭德公司于2023年1月19日發(fā)布報告《在電磁頻譜中智勝敏捷對手》（174頁，后臺發(fā)送“認知電子戰(zhàn)”獲取英文原文報告）。報告稱，美國空軍的電子戰(zhàn)綜合重新編程 (EWIR) 機構負責編譯關于電磁頻譜中發(fā)出的敵方威脅（特別是雷達和干擾器）的情報，并配置電子戰(zhàn)（EW）設備以使飛機或其它美國空軍資源能夠做出反應和應對電磁頻譜環(huán)境中的不利變化。美國的敵人和競爭對手們正在尋求通過增加其系統(tǒng)的復雜性和適應性來抵消前者多年來獲取的在電磁頻譜領域和通過電磁頻譜作戰(zhàn)的能力，美軍識別、跟蹤和響應其電子戰(zhàn)資產(chǎn)所需的更新速度要遠比EWIR機構創(chuàng)立之初的設定目標快得多。研究團隊開發(fā)了四個相互關聯(lián)的技術案例研究，這些案例研究共同構成了開發(fā)近實時、自主、機上軟件重新編程能力以及由人工智能賦能的認知電子戰(zhàn)所必需的基本要素。研究團隊還強調了現(xiàn)有 EWIR 機構的重要持續(xù)作用，即使美國空軍正朝著認知未來邁進。

獲得電磁頻譜(EMS)的使用權和優(yōu)勢對于確保軍事優(yōu)勢變得越來越重要。自第二次世界大戰(zhàn)以來，電磁頻譜的軍事用途（通常集中在頻譜的射頻(RF)部分）在范圍和復雜性方面都有所發(fā)展。當前，電磁頻譜的軍事用途正在經(jīng)歷另一次“復興”，過去的能力將不再適用于一個由信息控制和信息傳播手段主導既有武器和武器使用概念的世界。報告認為，美國的敵人和競爭對手們正在尋求通過增加其系統(tǒng)的復雜性和適應性來抵消前者多年來獲取的在電磁頻譜領域和通過電磁頻譜作戰(zhàn)的能力?；谝陨显颍绹鴩啦?DoD)的頻譜優(yōu)勢戰(zhàn)略闡明了發(fā)展“一個完全集成、以作戰(zhàn)為重點且專為大國競爭而設計的電磁頻譜機構”的需求，其未來的電磁頻譜能力必須“可執(zhí)行”、“可作戰(zhàn)”和“適應”日益復雜的威脅環(huán)境。

這對美國空軍(USAF)的電子戰(zhàn)綜合重新編程(EWIR)過程提出了巨大挑戰(zhàn)，該過程依賴于國家航空航天情報中心和第350頻譜戰(zhàn)聯(lián)隊（the 350th Spectrum Warfare Wing）等關鍵組織。美國空軍的EWIR機構負責全部集成行動，即編譯關于電磁頻譜中發(fā)出的敵方威脅（特別是雷達和干擾器）的情報，并配置電子戰(zhàn)（EW）設備以使飛機或其它美國空軍資源能夠做出反應和應對電磁頻譜環(huán)境中的不利變化。最近幾年，電磁頻譜威脅的仍然以相對較低的速度變化，EWIR機構對于任務數(shù)據(jù)文檔(MDF)更新的執(zhí)行以及其長達數(shù)月的作戰(zhàn)飛行計劃更新并不會對作戰(zhàn)產(chǎn)生負面影響。然而，隨著電子戰(zhàn)技術的不斷進步，對手獲得了復雜多樣的電磁頻譜能力，美軍識別、跟蹤和響應其電子戰(zhàn)資產(chǎn)所需的更新速度要遠比EWIR機構創(chuàng)立之初的設定目標快得多。

研究方法與空軍EWIR未來愿景

蘭德公司的空軍項目(PAF)對以下問題進行了研究：電磁頻譜中的對手能力進展狀況，與EW相關的軟件重新編程需要多快才能跟上威脅的變化速度，當前情報重新編程過程中存在哪些障礙，以及需要對哪些先進技術進行必要的改進。PAF的工作圍繞電子戰(zhàn)綜合重新編程（EWIR）展開，但其范圍涵蓋了與電磁頻譜作戰(zhàn)中數(shù)據(jù)和軟件支持作用相關的更廣泛的問題。

PAF主要依據(jù)主題專家訪談和外場觀測（例如，概念演習的空中部分排練）、過程分析和技術預測分析等方法開展了此項研究工作。該方法的核心是開發(fā)了四個相互關聯(lián)的技術案例研究，這些案例研究共同構成了開發(fā)近實時、自主、機上軟件重新編程能力以及由人工智能賦能的認知電子戰(zhàn)所必需的基本要素。

改進美國空軍EWIR機構的愿景：

確定仍然存在的制約因素，并確定相應投資優(yōu)先級；

對一些現(xiàn)有流程進行進一步有限自動化；

重新設計軟件和硬件開發(fā)流程，以提高部署EWIR能力的速度，并開發(fā)和維持未來的自主能力；

創(chuàng)建自適應電子戰(zhàn)能力；

創(chuàng)建認知電子戰(zhàn)能力。

圖2-改進美國空軍EWIR機構的愿景

美國空軍如何實現(xiàn)以上愿景？

1.認知電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)化

最終目標是將認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)投入實際使用，該系統(tǒng)可以評估態(tài)勢、做出決策并從經(jīng)驗中持續(xù)學習。第一步是定義所需的結束狀態(tài)。自適應和認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)將需要定義明確的數(shù)據(jù)管道、構建和訓練機器學習（ML）模型的流程以及快速作戰(zhàn)部署。美國空軍軟件開發(fā)人員需要一個生命周期工作流程，以支持認知和自適應模型的訓練/再訓練、調整和部署。持續(xù)訓練（CT）是必要的，因為模型的預測能力會隨著數(shù)據(jù)配置文檔的不斷變化而降低。容器化（見后文）是一項關鍵技術，它將允許美國空軍維持對模型更新的迭代。研究審查了當前國防部和行業(yè)在構建自適應電子戰(zhàn)和認知電子戰(zhàn)功能方面的相關工作。

2.云集成與數(shù)據(jù)工程

EWIR的實時自主將需要標準化的數(shù)據(jù)定義，以支持從多傳感器平臺以及未來的分布式和復雜的系統(tǒng)之系統(tǒng)中收集、檢索和分類原始數(shù)據(jù)。簡而言之，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過工程設計。實時自主EWIR將需要可持續(xù)的數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)管道管理方法。這些方法與ML模型開發(fā)、訓練和部署（即MLOps）緊密集成。研究審查了當前的開發(fā)工作，包括邊緣數(shù)據(jù)收集、存儲、計算和帶有支持設備的數(shù)據(jù)傳輸選項，例如快速反應儀器包（QRIP）和知識管理/快速分析處理獨立部署系統(tǒng)（KM/RAPIDS）。

3.飛行進程軟件與容器化微服務

容器化是一種軟件部署架構，允許將軟件打包到特定服務組件或微服務中并在任何平臺或環(huán)境中始終如一地運行。容器化簡化了能力和升級的部署，非常適合在不同平臺（即具有廣泛差異的計算基礎設施，包括操作系統(tǒng)和計算硬件的平臺）上進行大規(guī)模部署。但是，這需要設計針對特定服務的容器化組件或微服務，以便彼此之間的依賴性相對較低。事實上，容器的目標是為應用進程、數(shù)據(jù)庫、庫等成分容納完整運行環(huán)境。當前以 EW 為中心的作戰(zhàn)飛行軟件（OFP）的部署架構應該更新，以允許在不同容器中執(zhí)行的服務容器化并且可以在不影響其它飛機飛行控制軟件的情況下獨立升級增強功能（或新功能）。

支持容器部署的工具通常在云計算環(huán)境（或使用現(xiàn)有機載計算系統(tǒng)創(chuàng)建的小型云或邊緣云）中執(zhí)行時提供自動縮放和工作負載管理服務。這些服務允許計算資源根據(jù)需要優(yōu)化利用，這對于自適應或認知模型的高速處理至關重要。研究討論了容器編配工具 Kubernetes 最近在 F-16 等平臺上的測試。該報告還討論了美國空軍軟件工廠的工作，例如Platform One和Cloud One提供了核心容器存儲庫和其它服務，用于空軍部的各種自動化項目。

4.機載高性能計算

當前的平臺，特別是傳統(tǒng)平臺，不具備處理機上大量數(shù)據(jù)和認知算法所需的計算能力。此外，并不是所有傳統(tǒng)平臺都能滿足內嵌編配支持工具的容器化 OFP 的計算資源需求。研究討論了傳統(tǒng)平臺所需的硬件升級以及當前具有 ML 計算能力的選項，例如 FPGA 和 GPU。該報告還介紹了硬件小型化和機載高性能嵌入式處理功能方面的最新創(chuàng)新，這些功能將支持邊緣的ML處理，例如Agile Condor和邊緣云。

結論

為了保持競爭力并適應不斷變化的威脅，美國空軍在電磁頻譜中作戰(zhàn)必須能夠在幾秒鐘到幾分鐘的范圍內快速重新編程（包括評估環(huán)境、探測對手活動和合成恰當反應）。

敏捷軟件解決方案、硬件升級、數(shù)據(jù)工程以及與其它系統(tǒng)的互操作性對于實現(xiàn)速度要求是必需的。

還需要在政策、組織任務調整、人員和計算可用性以及人員專業(yè)發(fā)展方面進行相應的變化。

建議

美國空軍應該從現(xiàn)在開始著力加速開發(fā)和集成實現(xiàn)認知電子戰(zhàn)所需的技術。步驟包括：1）支持向容器化微服務等軟件架構轉變，這將允許更快地功能部署和升級以提高重新編程速度，并為未來在平臺上部署認知電子戰(zhàn)算法提供支持；2）增強機載高性能計算；3）擴大實驗和早期技術采用；4）優(yōu)先考慮允許更好的數(shù)據(jù)收集、標準化、分類、訪問和集成過程的政策和技術；5）鑒于關鍵技術之間的高度相互依賴性，確保這些活動的投資與執(zhí)行相適應。

美國空軍還應立即采取措施采用新的軟件部署架構，以加快部署能力并在戰(zhàn)區(qū)實施快速機載任務數(shù)據(jù)文檔（MDF）更新。這需要對現(xiàn)有政策進行重大修改、人員專業(yè)發(fā)展、技術審查，以及對軟件架構標準、機載處理、計算和戰(zhàn)斗“邊緣”連接（即在任務期間由飛機進行）的投資。

編輯：黃飛

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