[永不消逝的电波]电磁空间中的“侦察兵”

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  [编者按]1947年,一架误入东德的美军C-47运输机被苏军高炮击落。由于事发当天天降大雾,能见度很差。仅凭肉眼观测是很难把这架运输机击落的,所以美军怀疑苏联已经在东德部署了火控雷达。为了证实这一点,美军对2架B-17轰炸机进行了改装,安装了电子侦察接收测向设备,并将其派到C-47坠落的地区轮番侦察。果然。2架飞机在那里接收到了频率为570兆赫兹的雷达脉冲信号,并对信号源进行了定位。后经证实,苏联在该地部署了缴获的德制“维尔茨堡”雷达,这次侦察行动也成为了美军对苏电子侦察的第一个成功案例。如今,电子侦察手段已发展为专用电子侦察卫星、侦察机、侦察船、地面监测站和通用ESM设备纵横交织的立体网络。电子侦察到底能获得什么重要信息,又是怎样获得的呢,本文就带您一探究竟。
  
  电子侦察的主要任务
  
  首先我们要解答的问题是电子侦察所针对的内容有哪些。我们每个人都有指纹,每个人的指纹都有自己的特征,如果采集到指纹,毫无疑问就可以顺藤摸瓜地找到对应的那个人。而无线电设备的工作频率、调制方式、比特率、功率电平乃至呼号、信标等等辐射特征,正是隐藏在电波中的“电子指纹”。只要能够摸清这些特征,就可以根据所截获的信号准确判断出该无线电设备的用途和威胁程度,判明敌指挥所、雷达站的具体部署和变化情况,甚至推断出敌下一步行动企图。
  下面就让我们来探讨一下电子侦察的典型工作过程。假如你是一个私家侦探,这一天接到了A夫人的电话,她怀疑自己的丈夫B先生有了外遇,因为他时不时地接到一些“神秘来信”。放下电话您应该能制定一个初步的行动方案,首先要想方设法在下一封“神秘信件”投递到B先生手里之前先行“截获”它,拿到信之后,根据来信的邮戳确认寄信人的方位,并记录下来信的字体,最后再把它原样投递给B先生。如果有条件,还应该摸清来信的时间规律。掌握这些资料之后,您就可以向A夫人交差了。那么A夫人此时可以做什么呢?第一,她现在知道大致什么时间会有来信,要赶在B先生之前把信取到手,知道信中的内容:第二,她知道了来信的地址,可以直接找上门去拼个你死我活:第三,她知道了来信的笔体,可以想办法模仿这个字迹写一封绝情信来迷惑B先生。电子侦察的工作过程与之类似:首先要通过全频段的搜索截获对象信号;然后对信号进行分析,判定其功用和威胁程度,同时对信号的来源进行定位;掌握了这些电子情报之后,就可以进一步对敌进行监听、干扰、迷惑乃至硬摧毁。
  
  有效接收实现电子侦察的前提
  
  从刚才的分析可以看出,通信侦察成功与否首要取决于能不能有效截获对方的电磁信号。如果你拿不到寄给B先生的情书,后面那几步也就没法进行,所以电子侦察的核心应当是一部接收机。而且,我们要侦察的对象往往是在最有利的条件下工作的:为了防止自己的信号被截获,通信双方的电台往往倾向于使用定向天线,而且尽可能不让电波穿越敌占区。回到一开始的那个假设,就是B先生和他的情人一个在北京一个在广州,而作为侦探的你却身在西藏,你说郁闷不郁闷?事实上,电子侦察设备永远工作在不能最佳接收到信号的位置和方向。为了能够在更遥远的距离、更偏僻的方向上截获到对方的电磁信号,电子侦察接收机的灵敏度需要达到更高的要求。
  超外差接收机是目前应用最为广泛的一类接收机,具有比较高的增益、灵敏度和频率选择性。早期的接收机为了提高接收微弱信号时的灵敏度,需要采用放大电路,将所收到的高频信号直接放大,当一个放大电路仍然不能满足增益需求时,还要增加多级放大电路。但是就像我们听收音机一样,每个电台都有自己的频率,由于进入放大器的频率在不断变化,所以非常容易发生寄生振荡,反而对接收灵敏度产生不利影响。如果馈入放大电路的频率是固定的话,就不会产生寄生振荡。所以,超外差的原理就是接收机自己用一个可以调节频率的振荡器,称为“本振”,让接收到的高频信号与本振产生的信号进行混频,得到一个中频差频,再将这个差频馈入中频放大电路,这样一来,只要调节本振的频率,就可以让馈入放大电路的频率保持一定,也就避免了产生寄生振荡的可能性。通俗地说,超外差的作用就是让电波“换乘”了一趟车,即把所需要的信息从高频搬移到了中频,并在固定的中频上进行放大。
  上面讲的仅仅是“接收”,其实在接收到信号之前还有一个很重要的过程就是“寻找”到我们感兴趣的信号。使用超外差接收机时,只要通过连续改变本振频率,就可以实现工作频率的扫描,这种方法被称为“频率搜索法”。此法对于搜索速度的要求是比较高的:如果搜索速度太慢,有可能漏掉许多猝发的电磁信号,反之如果搜索速度太快,则接收设备的反应速度有可能跟不上,所以需要寻求一个平衡。
  但是对手也不会大大方方地把信号发出来让你侦察,因为基于频率搜索法的侦察接收设备存在搜索速度的限制,所以有许多方法来应对。比如说跳频:通信双方的频率在不断的跳变,在每一个频率上只停留很短的时间,远远超过侦察接收设备的反应速度,就像让一个百岁老寿星去玩“打地鼠”一样,等你锤子落下来人家已换个地方冒头了。而且由于信息被分散传输,即使有一两个频率的信号被截获,也无法确知完整的信息究竟是什么。此时需要一个宽带接收设备,使用多路信道将数十兆赫兹内的所有信号全部截获,同时交给处理器进行分析,这种方法称为“宽开侦收法”。
  然而跳频通信的带宽往往大于宽带接收机能够实现的带宽,如果只用宽开侦收,势必会造成部分频带的遗漏。所以在实际运用中,往往使用两种方法相结合,但频率搜索不再是对每一个频率点,而是一个一个频段的进行。这样一来,搜索速度大大加快,也就可以完成对跳频信号全频段的截获。
  
  准确定位电子情报的重要组成部分
  
  确定辐射源的位置,对于了解敌方兵力部署,进行干扰方向引导,以及采取后续作战行动具有至关重要的作用。对目标进行无源测量最直接的方法就是测量辐射信号的来波方向。利用测向法来对辐射源进行定位是目前最经典、最成熟的无源定位技术。
  测向定位法也可以分为很多种。第一种方法是当电子侦察机或侦察卫星飞越被侦察区域时,用垂直向下的强方向性天线波束对地面目标直接定位。也就是说,因为天线的方向性极强,所以只要接收到信号,那就可以确定是在飞机或卫星的正下方。这种方法称为“照射目标直接定位法”,虽然简单,但是定位精度很低。第二种方法是通过测量信号的到达方位和俯仰角以及飞机相对于辐射源的高度来确定目标的位置。这种方法称为“方位一仰角定位法”,优点是用一架飞机就能够瞬时定位,缺点是在低空时精度较低。第三种方法就是“三角定位法”,利用已知基线上配置的两个或多 个测向站对辐射源进行无源测向,然后利用三角关系计算出辐射源的位置。当信号持续时间较长时,也可以把测向设备安装在飞机、舰船等移动的物体上,在不同的位置依次分时测向,再进行交叉定位计算。这种方法只适用于对固定目标的定位,当目标运动时,“交会”也就没有了意义。
  除了利用测向法来定位,还可以利用时差和频差来确定辐射源的位置。时差定位是测量同一辐射源信号到达三个或更多已知位置的定位基站的时间差,由此可以绘制两组或多组双曲线,其交点就是辐射源的坐标位置。频差定位则利用两个定位基站所接收同一信号产生的多普勒频差来确定辐射源位置。
  
  战略级和战术级的电子侦察
  
  电子情报侦察 情报侦察是一种战略侦察,需要对敌无线电信号进行定期或长期的侦察监视,详细收集和积累其活动情况,建立并不断更新情报数据库,为分析评估敌通信设施和信息系统的现状与发展趋势、制定通信对抗作战行动计划和发展对抗装备策略提供依据。情报侦察大多采用侦察卫星、侦察机、侦察船和固定侦察站等实施。通过情报侦察可得到敌方的语言、文字、数据和图像等与战略决策或战术行动直接有关的具体内容。如:敌方的兵力部署,通信设施及其它信息系统的型号、类别、属性、数量和配置等,直接为战场指挥员提供作战决策的依据。
  二战结束后,东西方两大阵营隔墙对峙,华盛顿非常期望能够获取到苏联境内雷达部署和性能状况。然而,苏联幅员非常辽阔,侦察难度可想而知。在人造卫星上天之前,曾有美国工程师提出利用月球反射来接收苏联境内雷达发射的回波信号。1949年,美军在华盛顿附近的一座小城建设了面向东方的大型天线阵,在试验中果然接收到了苏联境内一部工作在70兆赫兹的警戒雷达极其微弱的信号。后来,该项目正式定名为“月球中继工程”,先后在马里兰州和西弗吉尼亚州建立了多个监测站,逐渐发展为可以测定雷达频率、脉冲宽度定位的实用性系统,每天要连续工作十几个小时。该系统一直使用到70年代。
  20世纪60年代初期,电子侦察卫星登上了历史舞台。美国于1962年5月发射了第一颗详查型电子侦察卫星,其后又发射了普查型电子侦察卫星。在1962年至1971年的十年间,每年都轮流发射普查型和详查型卫星,达65颗之多。70年代初期,当美国已掌握了苏联和东欧电磁辐射源基本部署后,不再发射详查型电子侦察卫星,并且随着卫星寿命的延长和电子侦察技术的进步,普查型卫星的发射数量也大为减少。1971年美国开始发射多星定位制电子侦察卫星。1973年,美国又发射了“流纹岩”地球同步轨道电子侦察卫星,可以24小时不间断的进行电子监视。苏联从1967年初开始发射电子侦察卫星,发射的高峰时期是在70年代初期,发射数量大大超过美国。80年代后,美苏两国电子侦察卫星数量有所减少,主要用以补充在空间运行中的电子侦察卫星网,保持连续不间断的侦察监视。在70年代以来的各次局部战争中,美苏两国都曾利用电子侦察卫星给友方国家提供军事情报。
  电子支援侦察 通常用于支援战术级作战行动,通过对敌方通信进行实时截获、监测、信号处理和分析等,得到敌方通信网台的信号特征和技术参数,如工作频率、工作方式、调制样式、信号电平及网(台)属性等,识别并分选出威胁目标。然后,依据预定的作战任务,或引导信息攻击系统对指定目标干扰,或则引导通信测向和定位设备精确确定目标方位,为反辐射武器或其它精确打击武器实施实体体摧毁提供详尽、可靠的数据信息。
  支援侦察涵盖的范围很广,而且它不是专用电子侦察机或者侦察船才享有的专利,现代战机和舰艇广泛装备有此类ESM设备或者吊舱。比如,当载机被雷达照射时、有导弹逼近时,可以迅速为飞行员发出预警,而潜艇上的ESM设备可以在自身不发射信号的条件下,通过被动接收敌舰的电磁信号来确定其位置,保证了潜艇的隐秘性和安全性。
  二战后期,德国空军就装备了能够探测到英国轰炸机护尾雷达的雷达告警接收机。护尾雷达主要装备于轰炸机等大型飞机尾部,用于探测后方有无敌方战机尾随。但是,德国空军的雷达告警接收机却可以在被英军轰炸机护尾雷达发现之前接收到它的信号,提前占据有利攻击位置。此举一出,皇家空军的损失大幅增加。1944年3月末,英国出动795架轰炸机,计划轰炸德国城市纽伦堡,但德国战斗机在雷达告警接收机的引导下,在轰炸机群刚刚抵达比利时的布鲁塞尔时就开始疯狂追击。是役英国共损失轰炸机115架,800名机组人员血洒长空。而英国当时还不知道有雷达告警接收机的存在,直到当年7月,在一架德国容克88G-1夜间战斗机因导航系统故障误降英国后,雷达告警接收机的秘密才大白于天下,英国人最终拆除了轰炸机上不但无法保护自己反而招致祸端的护尾雷达。
  在科技高度发达的今天,暴露在空间中的任何信号都面临着被电子侦察设备“尽收眼底”的可能,对目标信号的截获、解析乃至定位让本来无拘无束的电波不得不接受严格的电磁管控,否则的话很可能将迎来劈头盖脸的电子干扰,或者干脆是一枚反辐射导弹。严格控制电磁波的发射,除了可以避免被敌侦察,还有一个重要的功用——防止电波发生“内讧”,因为电波聚在一起,就会不可避免的相互窜扰。下期文章,就将为您详尽解读让电波和谐共处的电磁兼容技术。
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