美国空军贝尼菲尔德微波暗室(BAF)位于加利福尼亚州爱德华兹空军基地,是一个测试与评估射频电子战系统与系统之系统的先进安装型系统测试设施(ISTF),由美国空军第 412 试验联队电子战大队第 772 试验中队负责该设施的运营和维护。

 

BAF 很大,长 264 英尺(约 80 米)、宽 250 英尺(约 76.2 米)、高 70 英尺(约 21.3 米)。它是全封闭的射频屏蔽设施,但实际上复制了露天靶场的测试环境。

 

第 412 电子战大队指挥官 LelandDavis 上校说,“这是我们所知的世界上最大的微波暗室。”

 


次优之选
BAF 相比于露天靶场测试有许多优势、例如,与靶场测试不同,BAF 提供了便于可重复测试的条件。而且,BAF 是一个保密的环境,可以安全地对装备的“战争模式”进行测试。在 100MHz~18GHz 频率范围内,BAF 的射频屏蔽隔离度大于 l00dB,这不仅意味着射频信号很难出入暗室,还意味着不会受到电磁辐射监管的限制。

 

从露天靶场测试向密闭的地面测试转型是大势所趋。“就实际测试而言,要追求 100%的真实,只能是实战,但我们肯定不想通过战斗才发现我们的东西不起作用或有限制。除实战以外,最好的地方就是露天靶场,因为你可以把飞机放置到预定的作战环境中。然而,露天靶场有很大的局限性。首先,它们的运营和使用都很昂贵。而且,整个美国也只有几个靶场,每个人都想使用它们。这几个靶场所能代表的作战环境类型也非常有限。”

 

第 772 测试中队 Krohman 队长表示:“这正是 BAF 的价值所在。BAF 是次优之选。安装型系统系统测试设施仍然尽可能地将飞机置于预定的作战环境中。而且,与直接注入激励不同,系统和天线可以通过自由空间辐射与信号环境相互作用,就像在露天靶场一样。”

 

 

BAF 可以容纳 B-2 轰炸机这样的大型飞机

为了准确展示作战环境,BAF 有一个直径 80 英尺(约 24.5 米)、能承重 175 吨的转台,有两个 40 吨的起重机来提吊测试飞机。机组人员可以坐在飞机里,像在飞行中一样操作系统。

 

今后计划在这个设施中增加一个 120 吨的起重机。“轰炸机等大型飞机的很多天线都在底部,所以我们希望也能将它们吊离地面。”新的起重机计划于 2020 年安装。BAF 还提供了各种供电、冷却(风冷和液冷)和液压设施,以满足不同飞机的多种需求。

 

暗室里布满了各种威胁系统,这些系统通过光纤连接,以避免不必要的射频辐射污染测试环境。飞机的测试接口也采用了光纤连接,可以实时提取所有总线的数据并进行监测。通常在飞行测试中,只能通过遥测链路将有限的信息传输到地面或记录在飞机上,用于测试后的审查和分析。

                            

暗室中的所有测试活动都在测试控制室进行监控和管理,第 772 测试中队运营和项目开发主管 EdSabat 表示,暗室提供了一个实验室环境设置,可以与飞机建立更多的连线,这些连线可以穿过转台并随着转台旋转,这样就基本上可以使用所有的实验室工具。

 

 

“全球鹰”无人机需要将外部指控信号送入暗室,以模拟任务控制单元。

 

随着无人机系统在军队的使用越来广泛。这些无人机也需要进行测试,正如 Krohman 所观察到的,“我们在无人机测试中发现一个独特之处就是这些系统不进行任何记录,特别是‘全球鹰’无人机。它的数据都通过卫星连接到分布式地面站,因为数据必须在地面站进行处理,所以接入它的总线并不能获得任何信息。”为了节省成本,并保持测试环境与实际作战环境和工作状态一致,BAF 的测试设计者不想对无人机的机身进行修改。为此,他们在暗室外安装了 Ku 波段的卫星通信中继器,这样他们就可以通过卫星与无人机的任务控制单元进行交互,从而像在飞行中一样控制“全球鹰”或其他无人机。Dunn 说:“由于暗室是屏蔽的,我们用暗室内的接收器接收来自无人机的辐射,然后通过光纤将信号和数据转换成射频信号,再将其发射到外部的 Ku 波段天线。发往无人机的控制信号也采用类似的转换过程,从而保证了暗室与外界的隔绝。”

 

测试能力
为了对电子战系统进行充分的战斗测试,第 772 中队拥有一个最先进的仿真 / 激励系统,可以逼真地模拟真实的电子战 / 信息作战任务环境。战斗电磁环境模拟器(CEESIM)可以产生几乎所有射频威胁系统或己方射频辐射源的信号,包括许多在露天靶场中没有的当前的和未来威胁。

 

第 412 电子战大队最近完成了 CEESIM 改进和现代化项目的寿命周期扩展(CIMPLEX)工作,以提供新的电子战威胁生成能力,具体体现在辐射源类型和威胁密度上。升级后,CEESIM 能够在 100MHz~18GHz 的频率范围内生成自由空间辐射信号,有效辐射功率在低频段可达到+47dBm,在中频段和高频段可达到+68dBm,这个功率电平可以模拟 20 海里处 120dBm 的威胁。

 

CEESIM 的两个数字生成子系统可以生成每个威胁脉冲的脉冲描述字。两个子系统可以生成 1010 个时间上重叠的辐射源。对于一个典型的最大脉冲密度、自由空间场景,可以生成 269 个脉冲辐射源(包括 256 个低重频、7 个中重频和 6 个脉冲调制信号)和 5 个连续波信号。脉冲密度可以达到 180 万脉冲 / 秒,脉冲丢失率可以控制在 3%以下(脉冲密度为 245 万脉冲 / 秒,且没有任何连续波的情况下)。暗室内最多可容纳 26 个自由空间发射车,可以提供 36 个源通道——包括 12 个高波段(6~18GHz))、20 个中波段(2~6GHz))和 4 个低波段(100MHz~2GHz),用于测试飞机的所有象限和扇区。所需发射车的数量和位置取决于测试需求和场景,威胁的数量取决于所选辐射源的占空比和期望的仿真逼真度。

 

CEESIM 可以在人工脚本或自动化事件驱动的场景模式下运行,也可以利用第 772 测试中队的另一项资源生成的场景。除了 BAF,第 772 测试中队还开发并维护了一个任务级防空精确模拟系统即数字化综合防空系统(DIADS),包括地对空导弹、雷达、跟踪算法和指控节点。DIADS 可以模拟一个国家或地区已经部署或计划在未来投入使用的作战资产,能够深入评估国防部武器系统在敌对空域作战的生存能力。

 

Davis 上校强调:“尽管 CIMPLEX 项目显著提升了威胁生成能力,但还有很多工作要做。我们对能力的需求是无止境的,我们需要更高的威胁密度,我们将在资源允许的情况下继续努力。”

 

BAF 提供了广泛的技术测试,特别是对天线特性和天线方向图的测量,提供了许多不同类型的安装型测试,可以在 100MHz~40GHz 的频率范围内同时收集 16 个天线的振幅和相位数据。天线的相对和绝对增益可以通过比对法或跟踪参考法进行测量。

 

前不久,在测试间内正在对一架 B-1B 轰炸机进行大约 60 多个天线方向图的测量(考虑到不同的方位、俯仰、极化和频率,相当于 200 多万幅测量图)。Davis 上校表示,BAF 对 B-1B 做了大量的工作,特别值得一提的是,他们最近帮助 B-1B 机群确认了一个很特殊的电子战问题,使用 B-1B 的部队其实知道这个问题的存在,但未能确认并找到这个问题,导致整个机群增加了数百万美元的维护成本,还影响到了机群对作战环境的适应性。“在一个星期的实际测试时间里,我们花了不到 12.5 万美元,就测出了问题所在,并为整个机群提供了解决方案建议。”

 

 

BAF 中的 F/A-18 战斗机。

 

BAF 还提供雷达目标回波和电子对抗仿真。对雷达可以单独评估,也可以与其他机载系统的操作相结合,并在射频威胁和干扰存在的情况下进行评估。测试设施包括可编程雷达目标发生器和一个电子对抗发射系统,使用同步干扰技术可以生成合成的雷达目标回波,雷达系统可以检测和观察到这些目标。

 

BAF 还部署了一套通信、导航和识别(CNI)系统,主要由联合通信模拟器和数据链组成。联合通信模拟器可以模拟敌方和己方的射频信号。数据链可以为己方的态势感知信息提供各种数据链接,包括用于高保真度 Link-16 网络测试的 Link-16 模拟套件。BAF 还提供电磁环境效应测量,以及几种类型的 GPS 测试。待测系统可以选择从 GPS 转发系统或高级全球导航模拟器(AGNS)接入 GPS 信号。

 

测试规划和报告
Krohman 指出,BAF 的测试规划与设计是一个复杂的过程。“我们需要 6 个月到 1 年的时间提前与客户进行沟通,让他们了解我们的能力,我们也要了解客户真正需要什么样的测试条件和什么样的数据。例如对于一个基本的雷达告警接收机测试,就需要客户回答 53 个问题。对我们而言,唯一的限制就是客户的想象力。只要客户描述清楚想要的数据和环境,我们就能创造这样的环境。”


Krohman 说:“另一方面,速度也很关键。BAF 的目标是在 24 小时内把数据送到客户那里。数据会和 BAF 的测试规划及分析工具打包在一起。我们现在也在尝试使用一些测试规划工具进行测试后分析,这样客户就可以立即看到、理解并使用他们的数据。说到底,人们来这里的目的是为了购买数据。我们是专业的数据提供者。客户常常惊叹可以在如此短的时间内获得如此多的数据,而且还可以对测试计划、测试配置和实际测试过程做到完全掌控。在这里,你可以持续进行 8 个小时的测试,随时可以启动和停止测试。而在飞行测试中,可能一个架次只能测 10 分钟,然后等待飞机返航。”

 

BAF 中的 B-1B 轰炸机

 

为了说明数据收集效率的差异,Krohman 列举了最近在 BAF 进行的沙特阿拉伯 F-15 战斗机测试项目的例子。“波音公司的客户在这里进行了两周的测试,他们获得的数据量相当于在露天靶场进行 41 周飞行测试的数据。我们并不是说我们可以完全取代飞行测试。系统仍然需要在预期的作战环境中进行测试。但是,我们可以帮助这些系统更有效地走向成熟,这样你在靶场就不必浪费时间来排除问题了。”

 

BAF 能够测试几乎所有的美国军用飞机以及盟友的飞机,包括 F-35、F-22、F/A-18 和 F-15 攻击机 / 战斗机;C-17 运输机;KC-46A 加油机;AH-64 攻击直升机;英国“台风”和“狂风”战斗机等。

 

对 BAF 的需求十分旺盛。Krohman 说:“现在的计划已经排到了 2020 年,但重要的请求通常可以优先安排。我们越早参与客户的进度需求,工作就越好开展。美国空军和国防部都有一个优先通道,我们会优先满足他们的需求。第 772 测试中队的运营主管 SarahSummers 少校专门负责暗室的日常和长期运行,确保暗室不会被空置。”

 

“就在过去的两年里,我们接触了大量的开发和采购项目以及作战部署系统,包括 B-52、B-l 和 B-2 这三型战略轰炸机。其他具有重大影响的测试活动包括海军下一代干扰机天线的早期测试。”

 

改进和现代化
正如 Davis 上校所指出的,对 BAF 和第 412 电子战大队整体测试能力的投资从未停止过。为了管理需求,第 412 大队实施了持续的投资和现代化项目,项目受不断演进的威胁的驱动。Davis 说:“空军参谋长最近提出的《空中优势 2030》的愿景给我们提供了指引,这就是我们正在追求的目标。”Davis 指的是空中优势体系能力协作小组(ECCT)的愿景,即制定能力选项,使联合部队在 2030 年及以后的高度对抗环境中拥有空中优势。Davis 说:“考虑到我们在人员配备和资金来源方面的限制,我们正在尽最大努力向这个计划迈进。”

 

除了前述的 CIMPLEX 项目外,BAF 当前正在开展一个来自国防部作战测试和评估指令的项目。该指令要求所有的军种应当具备足够的测试能力,用于测试和分析同等对手的能力。Davis 说:“我们获得 7500 万美元的投资,启动了这个项目。”尽管出于保密原因,Davis 上校没有具体说明新的能力,但他指出,BAF 现在能够在一个模拟的环境中测试一些重要的威胁,太平洋空军和太平洋司令部都很关注这些威胁。

 

BAF 正在研究改进在较低波段的能力。预警雷达越来越多地工作在低波段,以期在更远的距离上探测到来袭的飞机。Davis 说:“我们正在研究启动项目时如何兼顾经济与技术因素,把我们的能力拓展到那些较低的波段。低波段对暗室的面积提出了更高的要求,但我们有世界上最大的暗室,我们比其他人更有潜力。”

 

BAF 还在研究毫米波频段的能力,Krohman 指出:“毫米波波段在某些方面要比低波段容易,因为毫米波的衰减要大一些。毫米波的缺点是,由于波长很短,现有的吸波材料表现得就像平坦的墙,会将毫米波信号反射回来。”


Dunn 补充道,第 412 电子战大队当前的改进工作主要致力于研究下一代威胁的信号生成和激励模拟器即 CEESIM 之类的能力­,包括拓展低频、超低频以及 Ka 波段的能力。但他又指出,为了响应­作战人员的即时需求,能力改进项目经常被延迟。“Ka 波段能力的改进就是一个例子。我们有一个正在进行的项目,需要拆卸暗室来展示 Ka 波段的能力,但我们今年的日程表已经排满,挤不出这样的空档。”


Davis 总结道:“对 BAF 进行改进投资是持续不断的。我们与国防部办公室以及空军测试和评估部门紧密合作,优先保障我们的开支。我们还与客户群建立了联系,帮助他们确定真正需要关注的焦点。BAF 的价值是很难被取代的,因为替换 BAF 的成本将高达 12 亿美元。”