新兴威胁未必是敌人拥有的下一代尖端技术武器。在新环境中,我们越来越面临着要创造性地运用传统武器,如城区作战中的迫击炮问题。
1 城区反迫击炮
在传统战场上,火炮攻击半永久性部队阵地时,美国陆军的“火力发现者”(FIREFINDER)雷达系统可提供极好的点防御。但是,在城区作战中,迫击炮占有一定的优势。雷达直接视距会受建筑物影响,因为建筑物及附近的人产生杂乱回波。再加上有限的观察时间,这种杂乱回波使雷达很难判断迫击炮的发射位置。敌人充分意识到我们不愿将非战斗人员置于危险之中。美国国防高级研究计划局(DARPA)的特种项目办公室正在寻求通过创新方法来解决城区迫击炮问题,以便能不断识别出城区环境中的目标。
移动发射装置要设计成能“发射并迅速离开”。唯一有效的威慑是在迫击炮齐射的几秒钟内准确做出反火力反应。为了使自动反火力系统发挥作用,传感器系统必须在受到攻击后的最初1∼2 s 内立即确定发射位置。要达到这个速度和准确度,传感器必须在最快的时间内跟踪迫击炮弹。我们最初的研究显示,在炮弹飞行到100 m高度之前应探测到并跟踪炮弹。这就需要有很好的视距,在各个方向都要在100 m以下。这不是技术问题,我们需要的是能负担得起的解决方案。
像在巴格达的“绿色区域”,(大约2 km)一样的面积,要求传感器覆盖半径达到
10 km。有两种可能的解决方案:一种是重量轻、低功率分布式红外传感器网络,另一种是随动于3600 红外传感器的光探测和测距系统。放置在建筑物的顶部或俯瞰防御区域的高层建筑上,传感器可为反火力测定精确的迫击炮弹道。根据精确的弹着位置,就可以迅速地分派救援任务。屋顶和其他高建筑物满足以上条件,节省了空中或空间星座的后勤维护费用。当目标处于最低的高度时,我们也可以通过增加抽样的数量来提高响应准确性和速度.这意味着要部署大量便宜且高质量的传感器。实现这个概念,需要采用一些关键技术。例如,传感器可以安装在桅杆上,以获得最佳视角。由于桅杆摇摆和扭动,系统精度取决于传感器的位置和方向。
传播错误是影响自动响应的一个严重问题。另一个例子是探测城区背景杂波中的弱红外特征。城区产生覆盖整个光谱波段的红外杂乱回波,这种杂乱回波和炸弹信号特征在最低高度互相干扰,此时,探测和跟踪是最为关键的。其他挑战包括:研制高分辨率、广域凝视传感器,开发在1s飞行观察时间内确定l m发射位置的跟踪算法。
2 近空响应
并非所有的城区目标都像高空飞行弹道迫击炮弹。迫击炮弹的飞行路径受物理现象限制。一旦炮弹突然出现在建筑物上方,我们预测弹着点和发射位置的能力仅受传感器的精度影响。对地平面上的目标,这个问题更为复杂。
对城区地面目标的战术跟踪,需要在传感器与目标之间有近连续直接视距。近空在距地球表面的20∼lOO km之间。设想同步卫星停留在目标区域上方的20 km。正好位于传感器视距中的表面区域接近低空地球轨道卫星的表面区域,但不受开普勒的限制。
最近几年,特种项目办公室的集成结构情报系统传感器(ISIS)计划开始支持近空目标探测,用雷达对空中和地面目标进行持续广域监视。这个计划所开发的技术是将平流层飞艇改装成全集成雷达系统。ISIS系统投入使用还需要一年的时间。
为了达到这个目标,ISIS计划集中开发组件技术(如极轻型的再生动力和雷达电子装置),并将组件技术集成在飞艇中。我们正在接近这个目标。
我们急需拓展我们的思路,缩短部署和操作时间。空间资源给城区作战人员带来了超负荷能力。在几小时内,空间系统可重新部署在全球的任何位置。持久程度决定于星座中的卫星数量、轨道参数和传感器类型。目前,我们希望利用现有的空间系统确保潜在超负荷能力,因为我们还没有更好的解决办法。我们正在通过近空响应系统寻找更好的解决办法。我们正在开发一种能够将带有战术传感器的持久位置保持飞艇装入到导弹有效载荷舱中的技术。
假设美国政府接到了告警,一场针对美国境外资源的袭击即将发生。附近的航空母舰发射了两枚装有响应近空资源的改进型制式导弹。第一枚导弹装有通信情报系统和高速通信节点;第二枚导弹装有专为追踪和识别城区车辆的光电和红外传感器套件。当导弹到达投放高度时,有效载荷减速至准确的位置和有助于充气的速度。近空平台充气,有效载荷展开。为了达到灵敏度和宽频覆盖率,信号情报系统要包括大型反射器天线和小型可控馈电阵列。展开并校准光学有效载荷。在展开过程中,弹上电源系统打开,位置保持推进系统也开启工作。整个过程不到2h,配置的系统可连续工作30天。
近空面临3个核心技术问题。第一个问题是在近空放置传感器,而不破坏近空平台。近空反应平台不管是从超音速运载工具搭载的导弹上发射,还是从低空地球轨道卫星上投放,近空响应平台都需要从相当高的速度减速到接近零速度,在合适的高度安全充气。第二个问题是实现轻型传感器系统。子台和传惑器必须能装在非常小的导弹有效载荷空间内,然后扩展为适用的战术有效载荷。最后一个问题就是实现在近空停留,平台必须有位置保持能力。这就需要必须装入同一有效载荷舱的发电和推进系统。
特种项目办公室为密度高轻型大阳能再生电源系统的小型企业创新研究(SBIR)提供了资金支持。这是为了解这些能力迈出的第一步,但还有许多工作要做。我们还希望为技术概念提供资金支持。
初期,光电和红外传感器套件是专为跟踪和识别城区目标设计的。
目前,基本上改变了运动目标探测和跟踪的方式。JSTARS有人平台和“全球鹰”无人机等现有运动目标传感器使用雷达探测运动目标的速度。在大俯角,传感器测得的目标速度乘以俯角的余弦。为了在城区实现持久监视,传统传感器必须以大俯角工作,使雷达能探测到非常小的目标特征。搜索(LACOSTE)项目的方案。
3 LACOSTE
LACOSTE的目标是探测,跟踪和识别城区中的运动目标学非常适合这个问题的研究。但是,雷达并不是唯一的选择。特殊项目办公室目前正在审查广域覆盖光学光电和红外现象
光电/红外系统可以高俯角工作,不会出现多路问题,能分辨目标。但是,现有的光电/红外系统不能进行广域,高更新速率的目标搜索、重访率高的目标跟踪和目标识别。分辨目标所需的大型光学系统太大和笨重,以致不能进行高速、非连续区域边扫描边跟踪。同样,小型光学系统能快速扫描,但不能分辨目标。新型光学传感器在几微秒内对900锥形视场中的一个窄视场进行电子控制。光学传感器必须可以分辨出运动目标并能在近空工作。
LACOSTE项目正寻找开发宽视场编码孔径成像技术,以支持单一传感器在大城区战场对运动目标进行昼夜战术监视。LACOSTE编码孔径成像技术方案主要应利用多同时宽视场图像实现宽瞬时视场(约900)。为了实现持续战术监视,编码孔径在大覆盖区域(大约500km)的分辨率应为0.3m,并能在较远距离(大约20 km)工作。