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(rèn)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(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)編譯關(guān)于電磁頻譜中發(fā)出的敵方威脅（特別是雷達(dá)和干擾器）的情報，并配置電子戰(zhàn)（EW）設(shè)備以使飛機(jī)或其它美國空軍資源能夠做出反應(yīng)和應(yīng)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(fù)雜性和適應(yīng)性來抵消前者多年來獲取的在電磁頻譜領(lǐng)域和通過電磁頻譜作戰(zhàn)的能力，美軍識別、跟蹤和響應(yīng)其電子戰(zhàn)資產(chǎn)所需的更新速度要遠(yuǎn)比EWIR機(jī)構(gòu)創(chuàng)立之初的設(shè)定目標(biāo)快得多。研究團(tuán)隊開發(fā)了四個相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)案例研究，這些案例研究共同構(gòu)成了開發(fā)近實時、自主、機(jī)上軟件重新編程能力以及由人工智能賦能的認(rèn)知電子戰(zhàn)所必需的基本要素。研究團(tuán)隊還強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)有 EWIR 機(jī)構(gòu)的重要持續(xù)作用，即使美國空軍正朝著認(rèn)知未來邁進(jìn)。

獲得電磁頻譜(EMS)的使用權(quán)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(fù)雜性方面都有所發(fā)展。當(dāng)前，電磁頻譜的軍事用途正在經(jīng)歷另一次“復(fù)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(dǎo)既有武器和武器使用概念的世界。報告認(rèn)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(fù)雜性和適應(yīng)性來抵消前者多年來獲取的在電磁頻譜領(lǐng)域和通過電磁頻譜作戰(zhàn)的能力?；谝陨显?，美國國防部(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(diǎn)且專為大國競爭而設(shè)計的電磁頻譜機(jī)構(gòu)”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(yīng)”日益復(fù)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(guān)鍵組織。美國空軍的EWIR機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)全部集成行動，即編譯關(guān)于電磁頻譜中發(fā)出的敵方威脅（特別是雷達(dá)和干擾器）的情報，并配置電子戰(zhàn)（EW）設(shè)備以使飛機(jī)或其它美國空軍資源能夠做出反應(yīng)和應(yīng)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(jī)構(gòu)對于任務(wù)數(shù)據(jù)文檔(MDF)更新的執(zhí)行以及其長達(dá)數(shù)月的作戰(zhàn)飛行計劃更新并不會對作戰(zhàn)產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，隨著電子戰(zhàn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對手獲得了復(fù)雜多樣的電磁頻譜能力，美軍識別、跟蹤和響應(yīng)其電子戰(zhàn)資產(chǎn)所需的更新速度要遠(yuǎn)比EWIR機(jī)構(gòu)創(chuàng)立之初的設(shè)定目標(biāo)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(jìn)行了研究：電磁頻譜中的對手能力進(jìn)展?fàn)顩r，與EW相關(guān)的軟件重新編程需要多快才能跟上威脅的變化速度，當(dāng)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(jìn)技術(shù)進(jìn)行必要的改進(jìn)。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(guān)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(xí)的空中部分排練）、過程分析和技術(shù)預(yù)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(guān)聯(lián)的技術(shù)案例研究，這些案例研究共同構(gòu)成了開發(fā)近實時、自主、機(jī)上軟件重新編程能力以及由人工智能賦能的認(rèn)知電子戰(zhàn)所必需的基本要素。

改進(jìn)美國空軍EWIR機(jī)構(gòu)的愿景：

確定仍然存在的制約因素，并確定相應(yīng)投資優(yōu)先級；

對一些現(xiàn)有流程進(jìn)行進(jìn)一步有限自動化；

重新設(shè)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(yīng)電子戰(zhàn)能力；

創(chuàng)建認(rèn)知電子戰(zhàn)能力。

圖2-改進(jìn)美國空軍EWIR機(jī)構(gòu)的愿景

美國空軍如何實現(xiàn)以上愿景？

1.認(rèn)知電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)化

最終目標(biāo)是將認(rèn)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(xué)習(xí)。第一步是定義所需的結(jié)束狀態(tài)。自適應(yīng)和認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)將需要定義明確的數(shù)據(jù)管道、構(gòu)建和訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)（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(rèn)知和自適應(yīng)模型的訓(xùn)練/再訓(xùn)練、調(diào)整和部署。持續(xù)訓(xùn)練（CT）是必要的，因為模型的預(yù)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(guān)鍵技術(shù)，它將允許美國空軍維持對模型更新的迭代。研究審查了當(dāng)前國防部和行業(yè)在構(gòu)建自適應(yīng)電子戰(zhàn)和認(rèn)知電子戰(zhàn)功能方面的相關(guān)工作。

2.云集成與數(shù)據(jù)工程

EWIR的實時自主將需要標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(shè)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(xùn)練和部署（即MLOps）緊密集成。研究審查了當(dāng)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(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸選項，例如快速反應(yīng)儀器包（QRIP）和知識管理/快速分析處理獨(dú)立部署系統(tǒng)（KM/RAPIDS）。

3.飛行進(jìn)程軟件與容器化微服務(wù)

容器化是一種軟件部署架構(gòu)，允許將軟件打包到特定服務(wù)組件或微服務(wù)中并在任何平臺或環(huán)境中始終如一地運(yùn)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(chǔ)設(shè)施，包括操作系統(tǒng)和計算硬件的平臺）上進(jìn)行大規(guī)模部署。但是，這需要設(shè)計針對特定服務(wù)的容器化組件或微服務(wù)，以便彼此之間的依賴性相對較低。事實上，容器的目標(biāo)是為應(yīng)用進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫、庫等成分容納完整運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)前以 EW 為中心的作戰(zhàn)飛行軟件（OFP）的部署架構(gòu)應(yīng)該更新，以允許在不同容器中執(zhí)行的服務(wù)容器化并且可以在不影響其它飛機(jī)飛行控制軟件的情況下獨(dú)立升級增強(qiáng)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(jī)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(fù)載管理服務(wù)。這些服務(wù)允許計算資源根據(jù)需要優(yōu)化利用，這對于自適應(yīng)或認(rèn)知模型的高速處理至關(guān)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(wù)，用于空軍部的各種自動化項目。

4.機(jī)載高性能計算

當(dāng)前的平臺，特別是傳統(tǒng)平臺，不具備處理機(jī)上大量數(shù)據(jù)和認(rèn)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(nèi)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(dāng)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(jī)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(jié)論

為了保持競爭力并適應(yīng)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(nèi)快速重新編程（包括評估環(huán)境、探測對手活動和合成恰當(dāng)反應(yīng)）。

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(wù)調(diào)整、人員和計算可用性以及人員專業(yè)發(fā)展方面進(jìn)行相應(yīng)的變化。

建議

美國空軍應(yīng)該從現(xiàn)在開始著力加速開發(fā)和集成實現(xiàn)認(rèn)知電子戰(zhàn)所需的技術(shù)。步驟包括：1）支持向容器化微服務(wù)等軟件架構(gòu)轉(zhuǎn)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(rèn)知電子戰(zhàn)算法提供支持；2）增強(qiáng)機(jī)載高性能計算；3）擴(kuò)大實驗和早期技術(shù)采用；4）優(yōu)先考慮允許更好的數(shù)據(jù)收集、標(biāo)準(zhǔn)化、分類、訪問和集成過程的政策和技術(shù)；5）鑒于關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)。

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

編輯：黃飛

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