电磁频谱在军事的这些用途,你都知道吗?

21ic电子网 2020-11-26
频谱相关的系统在所有军事领域都有应用:空中、陆地、海洋、太空和网络空间,甚至是国防部的概念如网络中心战和多域战。这些应用强化了军方对频谱的依赖。

电磁频谱



电磁频谱是一系列频率,范围涵盖从无线电波到微波、可见光、x射线和伽马射线。 当电磁辐射的波长变短时,电磁波的频率就会变高,从而产生更多的能量。

图1 电磁频谱

频谱的不同频段服务于不同的军事目的。

无线电的数据传输速率相对较低,特别是在非常低的频率范围内,不过,它们可以远程传输,并能够穿透建筑物和树木等固体物质,经常用于通信设备。

微波与无线电相比,具有更高的数据吞吐量——数据上传和下载速率,因此能够传输更多的数据,但传输距离有限,且易受到固体物质阻挡,因此,微波经常用于雷达和卫星通信。

红外波,能够发射能量,由于其与热源具有紧密关系,可以用于情报和目标数据。X射线通常用于飞机维修,以识别机身上的裂纹。

最后,伽马射线是高能辐射,有助于识别潜在的核事件。下面,集中讨论国防部在无线电波、微波和红外光谱等方面的使用情况。


频谱的应用



军方使用整个频谱来支持情报和军事行动。这些应用涵盖范围较广,从使用极低频无线电波用于水下潜艇通信,到使用微波作为飞机之间的连续数据链,再到使用频谱末端的红外和紫外激光用来致盲卫星传感器和摧毁无人机。

大多数军事通信使用无线电波、微波和红外频率。几乎每一个现代武器系统——飞机、卫星、坦克、舰船和无线电——都依赖于频谱来发挥作用。这些应用功能可以融合起来,提供全面的军事能力,例如指挥控制或电子战。下面讨论一些频谱应用的示例。

通信

军事指挥官已经习惯于与他们的部队进行近实时的联络。通信包括一系列选项,从低带宽(如传输文本字符串)到数据密集型应用(如全动态视频和视频电话会议)。

这些系统可以部署在陆上(在地面部队或船上)、空中或太空(即在卫星上)。一般来说,通信系统使用无线电和微波频率; 然而,新兴的通信技术在天线之间使用激光传输光来代替无线电波。

无线电使用的不同频率,取决于其需要传输数据的距离和数据量。地基无线电由于受视线的限制,通常用于短距离数据传输,范围较小,不超过50英里。一般情况下,军队使用卫星进行远距离通信。


态势感知



频谱的另一个应用是利用无线电或微波频率,通过提供友军和敌军的位置,来绘制战场图像。最常见的应用是雷达,但最近也使用了光探测和测距(激光雷达)系统。两种技术都是发射信号,然后反射回传感器,从而确定距离、速度以及物体的高度。雷达根据不同的用途使用不同的无线电和微波频率。

虽然由于杂波或雷达回波弱,低频段的系统不能提供高质量的目标图像,但它却可提供一个更大的战场态势。高频段频率可提供高质量的目标图像,但有效探测距离短。雷达和激光雷达系统通常与防空、军事航空、火炮和空间系统息息相关。

信号情报(SIGINT)系统主要收集频谱辐射。这些是被动系统——换言之,它们不发射自己的信号——但可以接收无线电和雷达频率,还可以探测人员、导弹、飞机、大炮和车辆的热辐射信号。


军方利用频谱来锁定目标,并可能攻击对手。一般来说,导弹特别是防空导弹,使用红外或雷达进行末制导攻击目标。

电子干扰器被用来阻止对手掌控频谱,这些干扰器主要用于干扰无线电波和微波频率,从而影响通信(陆基和天基)以及雷达探测范围。

军方也开始使用激光来致盲情报搜集传感器,对小型无人机系统(又称“无人机”)提供潜在的动能杀伤,还可与卫星进行通信。


频谱作战方式



许多军事行动使用频谱。一种类型是指挥与控制。主要通过使用所有这些应用来绘制一个通用的作战图像,并传达指挥官的命令。指挥与控制是根据部队规模和任务重点提供资源的,从用于排级和连级行动的几台无线电和计算机到用于联合行动(如核指挥和控制)的专用卫星和飞机。

指挥与控制飞机,如E-8C联合星,使用通信系统和合成孔径雷达,绘制战场的完整图像,并引导地面部队到最有效的位置来迎击敌军。

电子战使用频谱来获得并保持对频谱的军事应用。信号情报功能确保军队能够了解掌握敌方部队的位置,以及他们进行通信和雷达探测使用的频率。这种情报被军方称为电子支援,随后这些情报被用来制定无线电频率干扰行动计划。通过在自己的部队中使用信号情报功能,军队也可以开发保护自己免受攻击的技术。

低可探测武器系统利用频谱来减弱电磁信号(比如雷达回波、无线电传播,甚至是热量),从而减少雷达特征,用窄波束来降低被探测或拦截的概率。这些设计方法可用于舰船(如朱姆沃尔特级驱逐舰)、飞机(如B-2“幽灵”和F-35“闪电”)和雷达系统(如AN/APG-81有源电子扫描阵列雷达)。


来源:雷达通信电子战

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