隨著大國競爭，對美國及其合作伙伴的威脅已經發展到一個極其復雜的階段，美國將在多個領域面臨近乎同等的挑戰：遠程導彈、反介入和區域拒止、遠程目標、指揮和控制（C2）、電子戰（EW）和網絡，僅舉幾例。

諾斯羅普·格魯曼任務系統公司機載多功能傳感器部門副總裁兼總經理 Roshan Roeder 表示：“在戰場上保持領先需要對我們的平臺和系統的開發、建造和采購方式進行創新。” “我們正在實現在硬件構建之前驗證設計的數字能力，而不是我們過去使用的漫長的設計-構建-原型-測試周期，并且我們正在實施基于寬帶多功能構建塊的產品線以加速我們的向作戰人員的整體交付。”

“快速、集體地觀察、定向、決策和行動（OODA）以應對高級威脅、光譜敏捷性和多功能傳感器的使用是未來的方式和必要性。在整個電磁頻譜中使用綜合能力會降低對手拒絕作戰的能力，并提高態勢感知的可靠性和及時性。這種多功能能力使我們的系統能夠利用自適應方法和人工智能以前所未有的方式應對不斷變化的作戰環境。”

多功能傳感器在電子戰、目標定位和 C2 中的作用

什么是多功能傳感器，它如何適應上述未來的戰場和威脅環境？

多功能傳感器是一個集成系統，它將射頻 （RF） 頻譜中的多種功能（包括通信、雷達、電子戰以及情報、監視和偵察 （ISR））整合到一個傳感器中。

這與多光譜傳感器不同，在多光譜傳感器中，兩個或多個物理上不同的系統，每個系統都在其特定的光譜部分進行感應，產生的數據融合在一起以創建更準確的目標圖像。將多功能傳感器想象為具有語音、文本、攝像頭和導航等多種功能的智能手機；多功能傳感器包含多種功能以滿足不同的用戶，數據產品必須具有高可靠性和安全性。

“根據要求，我們可以為更大的平臺和不同的多功能傳感器提供更高功率的多功能傳感器，這些傳感器的尺寸、重量和功率要求更小，更適合更小的自主能力，”Roeder 解釋說。“為了更加靈活和創新，我們在一組全是傳感器的構建塊上構建了我們的多功能傳感器，從而減少了單個傳感器所需的孔徑數量和功率。”

“此外，通過使用開放系統架構和軟件定義的網絡，我們能夠輕松地使傳感器適應特定的多任務需求，并以與服務相關的速度創建可操作的數據。”

多功能傳感器特別適合支持未來的聯合全域指揮與控制 （JADC2） 和多域作戰 （MDO），以連接所有五個作戰域。這是因為在多個頻率上運行的多個傳感器為指揮官提供了一組更高可信度的可操作數據，這些數據可以改善目標和精確火力的 OODA 循環。這是國防部制定其基于獲得和保持決策優勢能力的聯合作戰概念所必需的。

“多功能傳感器的美妙之處在于它是一個單一系統，可以進行雷達傳感、電子戰和通信——所有這些都是決策優勢所需的能力，”Roeder 說，并補充說這些傳感器可以具有被動和主動兩種功能一個系統中的能力。與手機上的不同應用程序類似，多功能傳感器通過為響應者提供一組集中的信息以更好地了解態勢，從而提供支持各種任務的信息。

更進一步，可以有兩個、三個或更多個多功能傳感器，這些傳感器具有這些類型的能力，分布在整個威脅環境中。這將為多域環境中的指揮和控制提供 Roeder 所說的“前所未有的態勢感知”。

多功能傳感器提供多種功能，可以無縫適應任務需求。圖片由諾斯羅普·格魯曼公司提供。

一種新型多功能傳感器，可應對復雜的新興威脅

2021 年年中，諾斯羅普·格魯曼公司向空軍研究實驗室 （AFRL） 和國防高級研究計劃局 （DARPA） 交付了有史以來最先進的多功能傳感器之一進行測試。它被稱為商業時間尺度上的陣列集成和驗證 （ACT-IV） 系統，它基于先進的多功能數字有源電子掃描陣列 （AESA）。

該公司稱 ACT-IV 系統是 AESA 性能的突破，標志著美國向數字可重編程多功能射頻 （RF） 系統過渡的一個重要里程碑。ACT-IV 是首批基于數字 AESA 的多功能系統之一，該系統使用 DARPA Arrays at Commercial Timescales 計劃開發的半導體器件。

“ACT 的細節令人興奮，但好處才是最重要的，”Roshan 說。“ACT 技術支持靈活的多功能系統，我們使用基于 ACT 的通用構建塊，支持向作戰人員快速部署新能力。”

這些新孔徑基于常見的構建模塊，一側是射頻能量，另一側是光纖上的數字數據。數字構建模塊允許孔徑瞬間從 AESA 雷達轉換為無源 ESM 接收器、數據鏈和“SIGINT”機器。

多個軟件定義的孔徑陣列可以大規模提供所有這些功能，或者同時在構建塊或構建塊組級別提供所有這些功能。這對作戰人員、裝備人員和采購方的平臺尺寸、重量和功率 （SWAP） 減少、物流簡化以及總體擁有成本產生了巨大影響。諾斯羅普·格魯曼公司正在使用這些構建模塊來開發整個射頻頻譜的產品線，以支持陸地、海洋和空中的各種平臺。

在開放式架構中使用數字工程設計多功能傳感器

多功能傳感器的一個關鍵概念是，它們是針對開放式架構環境進行數字化設計的，這有助于多功能傳感器開發的構建塊性質。這使得在不同傳感器之間共享數據變得更加容易，并且由于其開放系統，隨著新產品甚至另一家公司的產品隨著時間的推移而增強傳感器的能力。

“開放式架構是我們進行開發工作的前提，”Roeder 說。“我們的架構讓我們能夠采用一些我們最好的產品，并通過第三方處理、功能模式/波形和網絡功能來增強它們，以消除對供應商鎖定的任何擔憂。這使我們能夠創建一個傳感器，可能超出現在的要求，利用第三方功能在該多功能傳感器上啟用不同的功能。”

支持這些詞的是“能力開發工具包”或 CDK，它已經與第三方培訓課程一起到位。

構建塊結構和開放式架構打破了供應商鎖定，是建立規模經濟和降低產品設計、開發和生產成本的經濟有效的方法。Roeder 表示，在這方面，諾斯羅普·格魯曼公司還投入了資源來了解推動供應基礎成本的因素，并將其數字化轉型的重點放在幫助第三方綜合多功能傳感器的工程生命周期方面。

公司在這方面努力的關鍵是數字工程。“我們對任務環境和威脅的深刻理解使我們能夠利用這種經驗，準確地建模和分析電磁頻譜中眾多復雜的場景，”羅德說。“我們的客戶正在分享越來越多的關于他們需求的信息，因此我們能夠每晚運行多達 100，000 次測試，以根據真實信息和真實數據驗證我們系統中的變化。它幫助我們啟用任務套件，優化作戰人員的性能，并了解滿足客戶時間表和成本要求所需的技術性能。”

我和我的（數字）影子

為了協助任務系統的多種配置的快速迭代和評估工作，例如戰斗機的多功能傳感器和雷達系統，諾斯羅普·格魯曼公司開發了它所謂的“數字陰影”測試平臺，也稱為數字雙胞胎。這是其飛行實驗飛機試驗臺機身和子系統的數字復制品。

“數字雙胞胎將用作多光譜集成平臺，使我們能夠模擬飛機當前和未來的能力，并選擇虛擬測試性能，以便我們將預測的傳感器性能與實際性能相關聯，”Roeder 解釋說。“這進一步提高了這些數字表示的保真度和可信度。使用我們的 Digital Shadow 測試平臺對我們來說是一次迭代轉換。”

數字測試平臺是一個虛擬任務系統集成實驗室，能夠將數字傳感器表示與其物理設計相關聯，進一步驗證系統和性能模型，并利用諾斯羅普·格魯曼公司的大型收集數據存儲庫。

通過創建飛機和機載任務系統套件的數字版本，該公司可以虛擬配置、集成和飛行場景和傳感器組合，從而超出物理測試臺的限制，從而增加實驗的廣度和規模——減少時間線和飛行測試成本，并最終擴展作戰人員的任務能力，以領先于不斷變化的威脅。

“數字環境讓我們能夠探索由多功能系統創建的巨大測試和性能空間，該系統在許多頻率和許多不同平臺上針對多種威脅執行多種功能，”Roeder 說。“一個數字系統可以在更短的時間內完成比人類在飛行中可能完成的更多的測試。因此，這些數字雙胞胎是我們未來作戰部隊多功能、多領域基礎設施的必要組成部分。”

就像手機已經發展到滿足客戶期望一樣，多域操作也需要傳感器的發展，以保持頻譜優勢。多功能傳感器可以適應任務需求和場景，并以無縫集成的方式動態支持 ISR、目標定位、通信、電子戰和 C2 要求。這對于在 MDO 復雜且日益敏捷的威脅環境中戰勝新出現的威脅是必要的。
審核編輯：黃飛

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