2 当前电磁频谱挑战和机遇

由于国防预算紧缩，美国重建在电磁频谱领域的优势将更加困难。鉴于对手对抗措施种类越来越多，以及对商业频谱的多样化需求，试图通过修改或替换美军电磁频谱系统来应对各种新威胁或民用频谱的侵蚀可能过于昂贵，并且会一直滞后于需求。

图2 预测中心型VS.决策中心型能力规划

美国防部在联合能力集成和发展系统（JCIDS）中体现的预测中心型规划方法，不适合用来确定在经费受限和技术性动态环境下解决国防部电磁频谱挑战的能力。预测中心型规划基于在未来作战中执行期望理念所需的能力与军队当前或规划能力之间的预期差距提出新需求。这种分析方法依赖于有关可能发生冲突的场景、对手使用的能力和战术以及美国盟友和伙伴可能采取的行动等多个假设，并且这些假设是相互依赖的，这降低了预测中心型规划的准确性，当假设被证明不正确时，预算限制可能会降低部队的适应能力。

要想在当前技术和经费不确定条件下重获持久电磁频谱优势，美国防部需要采用决策中心型规划方法，在这种方法中，适应性是比特定场景中针对特定威胁所预测的性能更重要的衡量标准。与预测中心型规划调动资源以有效开发单一解决方案不同，决策中心型规划试图在任务期内或竞争期间尽可能长时间地保留多种选项。在作战时间框架内，一支适应性更强的部队所提供的可选择性能够让指挥官做出更加快速、有效的决策，同时将复杂性强加给敌方会影响其决策过程。在战略和工业时间尺度上，增强军事系统的适应性可使能力开发者领先于对手的进步，同时消除作战与民用或商业活动之间的频谱冲突。

适应性是在长期冲突或对抗中保持电磁频谱优势的一条行之有效的途径。例如，二战期间，盟军赢得反潜战的部分原因是，与轴心国相比，美、英军队能够在其船只和飞机上装备一套发展更快的电磁频谱能力。

美军不大可能利用当代平台和电磁频谱系统重现二战期间盟军的成功。现代美国船只和飞机是单体、高度集成的。在当今平台上集成新的传感器、通信系统或对抗措施，可能需要多年的软件开发、船体或机身改造、电磁冲突消除和流程演进，而不仅仅是创建新电磁频谱系统本身。然而，美国防部大部分电磁战采购和研发（R&D）投资都集中在这些集成的、基于平台的系统上。

美国防部需要采用新的电磁频谱技术，这样才能在与军事竞争者以及民用用户频谱需求日益增长的制与反制循环中取得领先。为提高美军在作战行动间隔期间的发展能力，电磁频谱系统将越来越倾向于基于软件并趋于模块化，使构件或系统更容易升级或修改，以便融入新技术和工艺。

2020年10月，美国防部发布《电磁频谱优势战略》，该战略在其核心思想中支持适应性的重要性，认为美军需要在电磁频谱中保持机动，以避免威胁，利用机会，并与民用用户共享频谱。该战略的最大特点是强调建立一支运用敏捷性、战斗管理、开放架构以及虚拟和实际构成的训练系统来实现电磁频谱行动自由的部队。战略的每个目标（概述如下）都遵循这一总体方法。

· 目标1：开发优势电磁频谱能力

美国防部将创建开放式架构多功能电磁频谱系统，该系统可在电磁作战管理（EMBM）能力指导下在频谱中进行感测、通信和机动，同时利用信号特征和机动来避免威胁和反探测。这种获得优势的方法与试图在各系统对系统的竞争中压制对手的方式不同，而后者是美国防部冷战后电磁频谱能力通常的发展模式。

· 目标2：向敏捷、完全一体化的电磁频谱基础设施发展

美国防部将优先考虑情报和作战电磁频谱活动之间的更优集成和互操作性，以提高响应能力；还将增强对虚拟和实际构成训练的依赖，以提高敏捷网络化电磁频谱作战的熟练度，规避对手在户外演习中收集美军情报的风险。

· 目标3：追求部队整体电磁频谱战备状态

美国防部将实现电磁频谱相关领域人员的专业化，以满足更加复杂和动态电磁频谱作战所需的长远发展。为提高电磁频谱专家与其他操作人员和技术人员之间工作的统一性，美国防部会将电磁频谱条令融入整个部队的训练中。

· 目标4：确保持久合作伙伴关系以获得电磁频谱优势

美国防部将强调与盟友和合作伙伴的互操作性，以确保国防部电磁频谱行动的技术进步不会被其他友方活动破坏。为加速技术改进周期，美国防部还将加强与业界和专业组织的合作。

· 目标5：建立有效的电磁频谱治理结构

美国防部将对电磁频谱能力发展工作采取可持续性治理结构，确保各种依赖电磁频谱的计划和活动得到连贯实施，从而支持美国电磁频谱优势战略的实施。

美国防部《电磁频谱优势战略》的目标强调了适应性技术的重要性，但是如果底层技术不能克服种种挑战并利用各种机遇，则单靠适应性本身不会取得优势。美国防部不会仅追求适应性，还要建立技术优先项，帮助军队获得对抗主要对手的优势，这也基本上构成了图2所示的决策中心型规划空间的中心线。哈德逊研究所此份研究报告采用净评估技术来确定利用美国防部与其大国竞争对手之间的基本不对称性来应对美军电磁频谱挑战和机遇的电磁频谱技术。

3 不对称性

美国防部需要将工作集中在可为美军提供相对于对手的持久优势、同时减少自身劣势的理念和能力上。净评估方法基于美国与对手之间的以下不对称性确定了以下机遇。

（1）地理因素

鉴于美国的一些对手国家正在灰色区域采取行动，并公开声明其在邻国的利益，在未来与美军的军事对抗中，这些对手部队很可能成为主场部队。相对于美军远征部队来说，这些对手部队可更大程度依赖有线通信，并可使用无源和多基站传感器，这需要多个联网阵列以及对当地电磁作战环境的深度了解。

（2）指挥、控制和通信

美国的对手可依靠冗余和韧性通信网络为其由部队指挥官、战区指挥官和中央军事委员会组成的相对固定指控结构提供支持。一些对手部队更可能制定了初步计划，并依靠当地指挥官执行这些计划，或当情境发生变化或通信降级时随机应变。

美国防部希望建立与对等对手水平相当的通信可靠性，从而使区域司令部的远程指挥官能够管理整个战区的行动。在任务指挥概念下，美军条令指示本地指挥官在通信中断时发挥主动性并随机应变。

（3）技术创新

美国防部在发展新电磁频谱技术方面主要遵循两条路径：一是支持创新作战概念的新能力；二是为对抗对手新能力对现有系统进行改进。由于新概念与现有主要计划无关，上述方法导致美国大部分电磁频谱投资都用于对传统系统进行增量改进以追赶对手，而不是用于创新来给对手制造困难。

（4）利用人工智能技术

美军及其对手都在积极寻求发展人工智能技术，将其作为整体军力发展的要素之一，但与管理和支援能力相比，作战系统的优先级不同。美国防部优先考虑将人工智能纳入作战系统用于战术情报、平台控制和维护，而美国一些对手部队却将人工智能的实施重点放在了指控、管理支持系统以及情报、监视和侦察（ISR）。

（5）电磁频谱能力治理

美国防部与其竞争对手之间在电磁频谱能力治理的组织方面存在明显不对称性。美国有的竞争对手为电磁频谱政策和能力需求开发了统一治理结构，与俄罗斯武装部队的电磁战指挥官和参谋类似。而美军则在美国战略司令部、电磁战执行委员会（EXCOM）和电磁频谱作战跨职能团队（CFT）之间划分条令和战略职责。此外，美国防部没有授权任何这些机构指导与电磁频谱相关的支出或采办，从而降低了它们的政策执行能力。

（6）电磁战能力部署

尽管美军及其竞争对手都通过其各军种装备了战役和战术级电磁战能力，但部署的规模和深度差异很大。由于重视电磁战，将其作为各自军事战略和作战概念的要素之一，一些竞争对手为下至地面部队连、航空中队和海军或准军事舰艇级部队配备了攻击和防御性电磁战系统及人员。根据军种情况，美国电磁战能力部署于不同梯队，但通常高于对手武装部队指挥级。此外，与美军相比，对手部队使用大范围电磁战系统对抗对手和敌人的频率更高，这表明电磁战权力可下放至更低指挥级别。

（7）电磁频谱作战（EMBO）

美军引入电磁频谱作战概念，为电磁战行动创建了一个连贯的框架，以控制电磁频谱和电磁作战管理，从而协调诸如电磁战、传感和通信等电磁频谱活动。而美国的一些竞争对手则没有公开发布过统一电磁频谱作战概念，并且很大程度上通过电磁战进行电磁频谱控制，将电磁战与通信、传感和频谱管理活动分离开来。

4 技术发展优先项

净评估揭示的不对称性有助于识别美国在电磁频谱作战中的重要优势或缺陷，包括可能转化为优势或从根本上不大可能被克服的缺陷。电磁频谱技术优先项将通过支持四类主要能力来解决当前优势和劣势：（a）使美国防部规避而非克服根本挑战的能力；（b）削弱对手优势的能力；（c）将挑战转化为机遇的能力；（d）利用现有美军电磁频谱作战优势的能力。

净评估方法接受风险，因为它并不试图弥补每项潜在的未来能力差距，鉴于美国防部的时间和财务限制，这种权衡可以接受。哈德逊研究所的研究建议美国防部优先考虑以下领域，以获得电磁频谱优势，并解决日益多样化的民用用户需求。一些重要技术（如可消耗电磁战平台）被提及，但没有特别强调，因为美国防部已开始研发这些技术，因此不作为新技术优先项。

（1）规避而非克服根本挑战的能力：针对美国的关键作战网络节点和平台，一些对手国家的系统摧毁战概念利用本国的军民融合，创造了一套瞄准美国关键作战网络节点和平台的综合电磁频谱对抗措施。美国继续与对手展开长期的制与反制竞争既昂贵又耗时。因此，美国电磁频谱能力发展将侧重于能够降低美国作战网络运行可预测性的自适应能力。

（2）削弱对手优势的能力：能提高美军电磁防护能力、降低其被反探测风险的新技术也许能够部分抵消对手的主场优势，具体如下：

· 无源和多基站电磁感知：美军作为远征部队，需要减少在射频、红外和可见光频谱上的电磁辐射和信号特征，以免被对手部队反探测并瞄准。

· 无源和多基站防空和导弹防御：为降低防空和导弹防御系统的脆弱性，美国防部需要部署能够探测和跟踪亚音速、超音速和高超音速飞机和武器的无源和多基站传感器。

· 网络化电磁支援：无源接收阵列之间、或与多基站发射机之间需要进行安全通信，以实现更加精确的感测。

· 网络化电磁攻击：在高对抗性地区执行高风险电磁攻击行动的系统需要是可消耗系统，或者足够便宜。小型且廉价的无人电磁攻击平台可依靠邻近和相关组合传输来弥补其较低的功率。这种方法重点是安全组网。

· 低截获概率/低检测概率（LPI/LPD）有源单基站感知：作为远征部队，美军可能难以维持多个无源传感器系统来支持防空和导弹防御等行动，因此需要采用有源雷达来实现必要的作战精度。但是，雷达特征需要能够降低其暴露防御系统确切位置的可能性。

· 多功能电磁支援和电磁攻击能力：通过确保美国防部电磁系统能够执行传感或电磁攻击行动，可一定程度降低使用大量分布式电磁支援和电磁攻击载具的成本和复杂性。

（3）将挑战转化为机遇的能力：如上文所述，如果利用一些技术降低美军装备、配置和作战概念的可预测性，那么对手对美国作战网络潜在漏洞的关注可能会转为一种劣势，这些技术包括：

· 认知宽带电磁频谱系统：美军可通过部署传感器、通信和电磁战系统，大幅加速电磁频谱能力制与反制循环，这些系统可在数千兆赫频谱上运行，并利用人工智能算法开发和采用新行动路线，从而对对手行动做出实时反应。

· 自动化电磁战系统重编程：加速自动化和人工智能使能的重编程将提高尚不能作出实时反应的系统的适应性。

· 决策支持辅助工具和通信管理系统：美国防部可通过为低级指挥官提供决策支持系统，帮助他们在连通能力不足的环境下与高级领导者和参谋进行行动方案开发，从而将对抗性通信环境挑战转化为优势。

（4）利用美军现有优势的能力：在新的训练和能力集成方法的支持下，美军在电磁战和电磁频谱作战领域采用了新方法，可能会极大提高美军作战的适应性和复杂性。美军将优先发展以下相关技术来加快落实这些措施：

· 虚拟和实际建设的电磁战/电磁频谱作战环境：美军可利用其在基于现场、虚拟和实际建设（LVC）的电磁频谱作战实验和训练方面的投资，在各个组织层面（特别是在常驻基地）加速引入虚拟和实际建设的工具和环境，以支持正在进行的训练和实验。

· 电磁作战管理（EMBM）系统，包括人工智能：美军可利用对手部队缺乏电磁频谱作战条令的弱点，并通过加快部署对作战有用的EMBM系统，利用新一代适应性更强的电磁频谱能力。

· 开放架构硬件标准：在从单体多任务电磁频谱平台转型的同时，美军平台和载具将更多采用开放架构，从而得以采用更加模块化的电磁频谱系统，这些系统更易于替换和修改。

· 开放架构软件工具：实现开放架构的另一种方法是促进系统之间的互操作性。美国防部应加快部署像“用于异构电子系统的系统之系统技术集成工具链”（STITCHES）之类的工具包，STITCHES按需构建软件接口，以实现不同网络之间的通信。

5 结论

美国防部正处于电磁频谱相关技术发展的十字路口。2020年的《电磁频谱优势战略》和电磁频谱作战概念提出了新方法，通过增强美国电磁频谱能力的适应性来重新获得优势并适应日益增长的民用需求。由此带来的选择范围的扩大可能会让美国防部加速或打破当前的制与反制电磁频谱技术创新循环。

然而，美军要想向更加动态、敏捷和灵活的电磁频谱作战转型，就需要接受传统频谱控制方法中的风险。美军方缺乏时间和资源来使用对称系统对系统的方法获得对对手的电磁频谱优势。当美国防部追赶上来的时候，对手部队则可利用其电磁频谱优势支持对其邻国的对抗。因此，美国防部只能选择接受其电磁频谱优势继续被对手侵蚀，或是大胆应用最有可能规避或逆转其强大竞争对手固有优势的技术。

上述技术优先项阐述了美军建立持久电磁频谱优势的最佳机遇。美国防部在不同程度上都在寻求这些技术，但作为对电磁频谱作战新方法的支持，大多数技术的发展只是得到了维持而非加速。为扭转过去三十年的趋势，向对手提出挑战，美国国防部的资金和精力需要从帮助赢得过去胜利的传统项目转移到上述新优先项。