?? 祖拉斯基夜的第三章:【手打原創】 手把手讓你理解CEC-一些常見疑問和誤導(兼談隱形)-海軍版-超級大本營軍事論壇-最具影響力軍事論壇 - 祖拉的世界|上古卷轴阿祖拉被口爆

【手打原創】 手把手讓你理解CEC-一些常見疑問和誤導(兼談隱形)-海軍版-超級大本營軍事論壇-最具影響力軍事論壇 - ?

其實這篇一部分是補述我上一偏錯誤啦,但都進來了給我看完??!這是我花幾天覺完成的,我承認我故意加了"隱身"好讓各位有興趣,另外請"務必"參看我第一個回復的第五條

1.SM-6/E-2D/盾艦(Aegis)/CEC=A射B導?

2.CEC本質是什么?

3.CEC的功用

4.CEC的效果and"隱型戰機"(重點啊)

5.重要腦補and出處

Q:為了解決艦載雷達接戰的視界問題(地平線下),USN開發出了SM-6與E-2D的CEC組合,可以在艦載雷達完全沒有目標資訊下使用E-2D資訊來中繼導引SM-6,最后(終端)在由引導到目標附近的SM-6本身的主動探尋器鎖定目標接戰,因此CEC可以簡單來說就是一種A射B導嘛?

A:不是,雖然很像,但嚴格來說CEC的作戰方式不是嚴格的A射B導

A射B導指的是A發射,接著可以完全不管,由B來接替導引,A可以完全退出戰區

而CEC的接戰模式是A(盾艦)射A導,但導引用的資訊是B(E-2D)

這兩者間的差別在A得一直控制導彈(A得保持在導彈的連線視界內,line of sight=LOS) 而A射B導不用

我們直接從圖來解釋,這是USN的NIFC-CA ppt,圖中我們可以看到E-2D的資訊回傳給盾艦,盾艦在用這些資訊來引導SM-6,只要SM-6一到水平面下這個接戰就失效了,因為盾艦已經不在SM-6的LOS,因此要實行接戰地平線下目標時SM-6得飛的夠高,以保持足夠距離在盾艦的LOS

(SM-6是由盾艦的S-band uplink連著,盾艦雷達本身看不到target,航道的規劃是由E-2D回傳給盾艦的資訊)

Q:我看提到CEC時大部分是在講類似這種可以在本身雷達沒有得到目標資訊下,利用他機傳來的資訊打擊目標,所以CEC主要的功用就是在解決這種問題嘛?

A:不對,你講的這種功用不是CEC主要在做的,或者說你提的這種”利用第三方資訊打擊”只是CEC的”附帶”功用

CEC的本質和開發目的是USN在冷戰后,發現在近代發生沖突的場景從大洋中轉移到近海岸,近海岸不但有很嚴重的自然雜波和復雜海岸地形影響/阻礙傳感器性能的發揮,更嚴重的是復雜的敵我威脅確認- 近岸通常夾雜著大量民間死老百姓的船只,友方/敵方/無辜船只的判斷更日益困難,因此USN提出了”協同作戰能力”系統(CEC),透過集合分散在空間上不同位置的個節點,從不同方向/性質的傳感器得到的觀測數據一起做融合,可以對目標有更精確判斷,而要做到上述的的能力,就必須要有 1.可靠而且數據吞吐量大(大帶寬)的數據鏈 2.能有效整合個節點資訊做融合處理的運算器,這分別對應的就是CEC系統里主要的兩個設備-DDS數據鏈和CEP處理器

”利用第三方資訊打擊”其實根本不用CEC這么復雜的系統就可以做到了,例如大家應該都聽過艦載直升機會負責去引導反艦導彈去長程打擊目標,這就是一種利用第三方資訊打擊例子;而更有挑戰性的空對空移動目標,張明德先生的著作-“認識真實的空空導彈_空空導彈的實際效能與使用限制”一文中提到,美軍早就透過相對來說算是窄帶的LINK-16和GPS建立的絕對轉換座標完成空戰中的利用第三方資訊打擊,可以這樣說只要你的數據鏈有一定帶寬和擁有精確的機與機間空間位置轉換,即可實現這種第三方打擊

上述提過,CEC出于傳輸龐大數據的需求需要極高帶寬的數據鏈(Link16數據鏈是~200多kbps,而DDS則是~5Mbps),另外CEP要融合分散在個位置得來資訊也要有極強的運算(不只牽涉到”多機”間的位置轉換,還要統一濾波/數據精度加權),這些條件就順帶支持了第三方打擊的需求

Q:瞧你否認東否認西的,那可不可以乾脆點解釋一下CEC有哪些功用?

A:抱歉要回答你問題我還是得從頭大致講一下...

每個CEC系統里的節點都會有DDS和CEP設備,DDS數據鏈把個節點間”未濾波”的傳感器資訊”實時”傳給個節點的CEP處理器,而個節點上的CEP使用相同的運算去(1)轉換得來資訊座標使其重合(2)做數據精度加權和濾波

1.經過上述的處理后就會得出一個很精確、理論上高于任何單一節點能得到的目標觀測數據,這也是CEC主要,甚至可以說唯一的功能-“復合追蹤”(Composite Tracking)

(這是CEC系統對一個目標的觀測,不同顏色小點即是未濾波前不同感測器(雷達,IFF…等)得出的數據,透過CEP處理得出一條融合后的航跡,左邊由上而下分別是海拔/方位/距離資訊)

2.而在復合追蹤沿伸出來的則是”精確提示”(Precision Cueing)

如果今天A節點本身的傳感器無法獲得目標的資訊(目標可能太遠還沒到雷達探距內),但CEC系統里有別的節點已經可以探測得到目標資訊,A節點可由復合追蹤功能先行得知目標在空間哪個方位,做集合功率小角度且長駐留(dwell)時間去取得更遠探距而增加探測得到目標機會,同時如果利用這個方法能得到更精確該目標資訊,又會順帶反饋給復合追蹤,使其他節點得到刷新該目標的精度

(一般雷達為了保證有大范圍搜索和更新率,有一定時間要求掃完整個空域,因此波束寬度不會用非常小以及停留在某一點時間不會太久(volume search,體搜尋);簡單的來講”精確提示”的描述可以想成”凝視”,可以看的更遠但視場會減小,這對空戰其實很危險,因為無法掌握到其他空間資訊,另外假如沒有先行提示你哪一點有目標你也不知去凝視何處,因此得由CEC去補足,去先提示你方位以及在你凝視時靠著其他節點提供你戰場感知)

(可以看到cued search比起volume search能掌握空間較小,但相對來說探距會增強)

3.最后一項不是CEC的本質,但卻是CEC被大家廣為人知的濫觴-協同作戰(Coordinated, Cooperative Engagements),也就是上面一開始講的利用第三方資訊導引接戰(在CEC里被稱為engage-on-remote),在本地傳感器沒接觸目標下實施類似盲打

Q:(哈欠)…我想洗洗睡了,聽完你講解后我覺得CEC本質根本沒那么有用,說是戰爭的革新實在太夸張了,還不如他的附帶協同作戰有用,性價比堪憂啊

A:CEC本質沒用?你才洗洗睡吧…

基本上CEC是用來縮短OODA的時間(觀察-定位-決策-行動),讓信息在整個系統內流通更快

在超視距空戰中(BVR),你不是只要雷達能探測到對方就可以對他發起攻擊,你還必須要去敵我辨識/確認等等,同時在經過指揮官的決策判斷對方意向才能開火(甚至還有要確認有無多機的報告都是單一對像重復開火問題);在傳統還沒進入網絡中心戰的單機模式里,這幾項流程走完幾乎都會極大壓縮你原本的先發現-先射距離優勢,這也是美帝在兩伊/波灣戰爭里BVR作戰中碰到問題,而有了CEC,CEC把不同方位而且不同性質的傳感器一起用"同樣運算”融合互補(例如光電系統有良好方位指向性卻沒雷達的探距,或者隱形戰績無法被雷達看到但光電行),因此得出更精確觀察/定位(OO),而同樣運算得來個機擁有對目標單一航線(少掉重復問題)使決策者可以更快下定接戰分配和戰術執行(DA)

總結來說CEC發揮了網路每一個節點最大價值,其順帶支持的第三方致導避免了以往可能可以看到目標卻剛剛好沒有彈藥但隊友有彈藥卻看不到窘境,更精確的觀察也使你擁有更多先視先射優勢和更靈活戰術分配,使接戰和戰場感知更為有效

另外對于未來隱形戰機的威脅,CEC可說是一個解決辦法

隱形戰機并不是每一處RCS都很小,正確的來說隱形戰機是把雷達回波透過外型偏射到他處(在他處形成一定角度區間內強RCS峰值)或用涂料/結構(RAM/RAS)降低回波,一般來說對隱形戰機正面水平正負30度內是空戰中最大威脅處,要盡量降低此處RCS,側面相對來說不重要,后方更是如此(隱身在隱形”戰機”歷史中除了大神F23有考慮過后向隱身,F22一定程度考慮外,F35/J20/T50可以說是放棄狀態);不過即使在正面經過一系列處理,因為戰機有氣動需求無法達到最理想外型,還是會在正面某些角度內形成一定強峰值區,但問題是正面這些強峰值角度區間區小,對單一視角雷達而言會像是一閃而過或斷斷續續無法有效追蹤,更糟的是甚至被當成雜波被過濾掉

(這是南航用多層多極子法算出來的裸機身(不計算涂料,只算外型的隱形效果,單站雷達/俯仰角0度/1 GHz波段下)RCS分布,可以看到在側面區域的RCS明顯比正面平均高,另峰值區也較多)

但假如今天是類似CEC的連網呢?

下圖是CEC概念的PPT,幾張圖就強而有力把CEC特點描繪出來

(一)

透過CEC把不同視角點連在一起:

對于一個單一視角雷達,如果隱形戰機一個角度轉向導致A機方位在隱形戰機強峰值窄角度區間而看得到隱形戰機,B機探測不到,但下個瞬間因為移動彼此之間角度又改變,導致變成B機在強峰值區間而A機掉出這個范圍,這對于兩機來說都是斷斷續續看到,無法形成連續航跡,但假如像CEC融合航跡以后就可以把各自得出的接合在一起

(這在電戰干擾也是同一個道理,也許A機被干擾看不到而B機看到,過一段時間后換B機被干擾,把兩個視角整合在一起解決追蹤問題,其實你可以說電戰就是隱形效果,因為兩者本質都在降低雷達信噪比)

(二)

另外我想大家也知道,目前除開一般那種平滑曲面在公尺級的大型無尾飛翼構型(例如B-2)對長波還有抗性,基本上隱形”戰機”所注重的隱形波段在X~C-band,一般到了L-band(波長~20cm)以上因為此時波長在開始跟機體某些部位尺寸相當產生一些特殊效應(例如表面行波),外型隱形效果會慢慢減弱,在趨近或接近米波時(UHF/VHF)基本上隱形效果已經失效,而RAM以目前公開資訊也大都作用于S~X-band

但長波也有先天旁瓣大易受干擾/波束大精度不高問題,即使經由現代興起的相掃(AESA)或一些處理機制(數字處理or特殊處理,如STAP等等)改善了長波的先天病,但不管怎么說還是很難達到短波的精確度

但CEC妙就妙在這里

透過CEC,可以把不同性質的傳感器數據融合在一起做處理,簡單的舉例:

1.探測一個隱形戰機因為其對X波段隱形效果好導致X-Band雷達只能得到斷斷續續航跡,即使是多個X-band雷達去做復蓋還是有可能得不出正確航跡,但假如加上長波,雖然長波能探測隱形戰機但其航跡無法像X波段精細,但經過融合處理如果發現這些有些中斷航跡與長波段粗略航跡很大程度相疊,經過加權處理也可定出一個完整精細航跡

(上文的圖在拿來借用一下,不同顏色的點代表不同工作波段雷達,各自有其工作波段特質,例如有的出來的數據點上下跳動大有的間距大,但融合做精度加權各自補足后就可得出一條精細航跡)

2.雷達特性可以透過一些特殊處理疊加融合加強,下面看到多個雷達對目標一起做處理的效果,兩個長波經過下面概念后得到更好的精度

3.類似第一個,但引進了”不同性質”傳感器去融合,例如利用光電的窄視場擁有很好方位指向性去為雷達加成改善長波精度(其他還有ESM等等)

(可以看到圖中E-2上的光電系統(IR)一起加入融合,給予高的方向指向(high-angle resolusion))

Q:我擦,一說到隱形戰機精神就起來;額…可以更精細一點說說CEC融合的原理,例如濾波用什么原理和如何處理等等

A:當然可以,一般CEC是采用卡爾曼濾波法,而融合機制又分為集中式/分布式/混和式融合架構,另外更精細一點還有…..還有….

…………

還有你妹啦!我本身是學材料的,早說這不是科譜,上面這些都是我去翻看原文和看一些不是我本業論文,然后經過一堆大神打臉求教才得出來的,我要是還懂什么融合原理真當我是神啊!@#$%^&*(……

End

作者腦補(結語)

反隱身部分

“(一)”的方法有其局限性,說過好的設計隱形戰機其正面RCS峰值處少且小,要用短波覆蓋抓出來得在空間中部屬非常多節點,另外也得一直開啟雷達,這會給予隱形戰機的被動系統有良好機會去得出描繪一條路線突破/繞過此網路

“(二)”則是要盡量多部屬不同波段(最好有連續)/性質雷達,例如能一起部屬連續的波段UHF/L/S/X-band一起做連網,更甚加入光電/被動探測系統更完美,但這對數據鏈的性能要求會更大(更海量數據),融合處理也會更困難(不同類型傳感器更難整合)

像CEC類似的連網是目前看來對付隱形戰機比較有用的方法(之前USN一位高官就曾發表過在電戰+防空聯網下隱形戰機優勢被大幅削減),戰爭進入連網的趨勢是不可逆的,但隱形戰機的優勢只是被削弱,并沒有被免疫,即使是CEC也要靠著很多節點/強大的運算才稍微接近抵抗隱形戰機威脅,而且加入對隱形戰機來說算相輔相成的電戰因素后會進一步下降聯網的抵抗性,隱形進攻方給防守仍然帶來極大壓力,投入資源還是不成正比,J20的出現還是給TG與美帝原本的實力相對關系帶來了極大轉換

(題外話,隱形其實類似一種反LPI,LPI雷達通常是采用跳/擴頻和減小發射能量/減少駐留目標時間來達成射頻隱形,但這通?;崴鶚б徊糠痔驕嘈閱?隱身就是迫使你得用更多能量/更長駐留時間在目標,這會使被動探測系統有更多數據去采集分析,尤其被動探測連網也早已實現)

出處:1995/APL的CEC報告

JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGEST, VOLUME 16, NUMBER 4 (1995)

mountain top

Mountain Top: Beyond-the-Horizon Cruise Missile

Defense

NIFC-CA project

IAMD Requirements, Plans, and Programs

張明德

航空檔案認識真實的空空導彈_空空導彈的實際效能與使用限制

孫義明 楊麗萍主編

信息化戰爭中的戰術數據鏈

F35戰斗機三維重建及氣動、隱身特性分析_碩士學位論文

//www.docin.com/p-230122692.html

(澳洲kopp博士采用物理光學法(PO)計算RCS,但問題是PO只能用在短波計算,PO無法模擬一些特殊的效應,例如表面行波,而行波在尺寸越偏里理想隱形波長會更嚴重,因此kopp的長波部分計算不準確,事實上即使在短波的計算也是有許多極端假設(不能分析極化因素、邊緣、尖劈角、狹角等,直接用在機翼RCS估算前向RCS是不準的),可視為超理想極限,現今大都采用多層多極子法,因此我采用南航的FEKO算法結果圖

事實上南航準不準確也沒人知,RCS的算法只能逼近,最準的還是各國的實測,有許多鏡射RCS很難用算法跑出來,得實際去測量,我使用這個圖是來展示RCS在方向上的波動性而不是說F35的RCS是多少

另外,南航模擬的是無RAM/RAS的RCS,采用的圖的條件是單站雷達/俯仰角0度/1 GHz波段下)

CEC的補充(以下大部分是我的推論)

1.依我的理解,說到底CEC并不復雜,CEC更類似于一種概念的實踐,總體架設是數據鏈+融合處理器的配合,事實上很多系統也有類似描述(注),那到底CEC有什么特別?

例如在下面給的連結,你也可以看到有F35/F18EF/EA-18G把本身得來資訊透過各種數據鏈回傳給E-2D做融合(fusion),文中也提及到了類似射手-觀測機的配合,他們并沒有提到任何CEC字眼而數據鏈也不是使用DDS

我想差別在于”等級”

CEC相對上面的系統有更”實時”的資料傳輸和更復雜精確的融合處理

應該說什么樣的目標就決定你需要什么等級數據鏈/處理

對于像是不動且RCS大的船體目標,你的目標更新率不用很高,傳感器也不用很復雜,這樣對需要的數據鏈和融合器就不用要求那么高

但今天假如面對的是個高速/隱身目標,得需要很多傳感器的數據去抓他(例如集合長/短波,甚至是光電/ESM),同時數據更新率也要求高,這時就需要更強大的數據鏈以傳輸更海量的數據,實時性也得好以增加目標數據更新率,而不同波段雷達的融合處理也會造成更多困難

事實上你如果拿link16來當DDS用當然可以,美國在前期CEC地面實驗就拿過Link16測試(1995年),但結果暴露出目標資料更新速度/傳輸和融合后精確度皆不如預想的CEC要求,支持得成員數也有限

(另外敘述:”信息化戰爭中的戰術數據鏈”p.202 or “海上協同作戰對通信能力的需求與對策研究”等等)

如果CEC可以用更容易的方式實現一樣需求,美帝也不會在追求小型化當前CEC設備碰到如此多困難和必要

注.//news.usni.org/2014/01/23/navys-next-air-war

(DDS是采用相控式發射的數據鏈,其窄波束傳播極大減少外泄的訊號,使敵方很難知道正確頻率從而不知道在哪波段干擾,窄波束也有利于集中能量,像雷達一樣燒穿干擾信號,缺點即為重且龐大,目前難以在戰機尺寸使用)

2.CEC本身看似法力無邊,但并沒有因此放棄單節點性能,一堆爛的傳感器/節點本身不會一經過CEC就超過極好的單平臺節點,這是APL報告開宗明義講的(兩個探距10公里的雷達經過類似CEC后不會變成可以探測>>10公里)

3.目前機載CEC方面難處在太重,需要E-2等級才能勉強馱上去(最新版本235kg),而主要重量貢獻在于DDS數據鏈,此部份在尺寸/重量上最難減下

目前USN在2010年提出新的通用陣列組件(CAB,Common Array Block ),使用第三代GaN技術的相位陣列天線作為天線收/發硬體,好在維持功率/帶寬下減少重量和體積

目前機載版還沒被提出要換用GaN,估計要等艦上用的先成熟(paper研究對E-2機載系列來說把機載設備降到250kg以下才有可能負擔)

A secondary objective for the program is the ability to develop an architecture that utilizes a set of common components that are extensible to future airborne, shipboard and UAV based systems.

12--Cooperative Engagement Capability (CEC) Common Array Block (CAB) Family of Antennas (FoA)

https://www.fbo.gov/?s=opportunity&mode=form&id=4b2cf7f582a4270a8aeb5217a39a8847&tab=core&_cview=0

4.目前CEC只能容納24個節點,很大程度是受到數據鏈帶寬制約

有兩個改進項目在計畫擴充更多成員- JSN及TCN,他們別具巧思,都是建立在保持現有帶寬下增加更多節點

1995年APL時的CEC有浪費特性,那時傳送的資訊是無選擇,也就是你看到啥全部傳送出去就對了

JSN 是類似于兩個CEC集團,一個集團內是用DDS溝通(原本的浪費特性),但兩個CEC集團間是靠著lin16傳輸他們各自"復合追蹤圖"(是濾波完的資 訊,APL文中明確提到是可借一般數據鏈傳輸),在藉由precise cueing去彌補兩個集團各自沒有交集到部分,是個很高明分工

只是A集團無法跟B集團配合去engagement,不過話說回來APL文中又提到整個CEC在連接或剔除新成員很方便,也許再跟那個集團要用的成員連接就好,不過這應該要要求是這兩個集團不可太過遙遠,畢竟DDS有其限制距離

TCN 是在整個CEC系統里進行data select 傳輸,并不需要傳輸所有資訊,而是看哪個節點間相對缺少什么沒看到資訊去傳送,降低帶寬需求,如此就可在原有帶寬中增加更多成員,要engegement 時在占用其需要帶寬需求就好,畢竟你不會隨時動不動都在engagement,engagement是在1.你需要靜默接戰2.經由precise cueing后你仍得不到足夠資訊

我預測應該是雙管齊下,如此成原數會有實質大量增加

5.我在上文說過,我本身學的與這些東西無關(頂多在GaN材料上有稍微觸擊),更大部分是得自于著作字面上的理解和與其他系統的對比考證,例如我能跟你大致說一個沒有外傾的垂尾RCS比有外傾的大,但為什么會這樣我就無法跟你解釋

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