导读：作为智能制造的核心技术，软件定义技术备受青睐，美军更是将软件定义技术作为提升主动防御、抗干扰通信、网络防御等作战能力，推动其信息技术现代化进程的关键技术之一，在改善信息化装备性能方面进行了诸多探索研究，并取得了一定进展。本文从主动防御系统、新概念分布式雷达/远征雷达系统、下一代通信系统、下一代网络技术多个方面对软件定义技术改善美军信息化装备性能的探索进行了调研梳理，以期对美军软件定义技术的研究方向与发展概况有所了解。
“软件定义”通过硬件资源虚拟化和管理功能可编程，可赋予装备与系统全新的应用功能与使用价值，能够满足多样化需求，因此美军正在对利用软件定义技术改善信息化装备性能进行探索与研究。
以色列RADA电子工业公司于2019年1月起开始推进用于“布雷德利”步兵战车的“铁拳”(IFL)主动防御系统(Active Protection System，APS)的第二阶段(预计会持续到2021年，详情未见披露)，在该阶段，RADA将被授予用于资格测试的雷达供应订单，以满足美国陆军的要求。
美国陆军仍将采用RADA公司的软件定义雷达——先进紧凑型半球雷达(aCHR)支持IFL系统，其也被作为车辆(VPS)与敌对火灾探测(HFD)的解决方案。aCHR是RADA公司用于机动部队的紧凑型半球雷达系列中最先进的雷达，符合模块化主动防御系统(MAPS) 标准，解决了APS/VPS所面临的技术难题。在此将“铁拳”主动防御系统基于软件定义技术的主动防御能力以及其他能力等梳理如下表所示。
综上可知，IFL系统具有体积小、重量轻、易于集成、多功能且高性能等优势，并且装备了的光学传感器、雷达、发射器和弹药，加之装备了软件定义雷达，将能够使美国陆军的装甲车和战术平台具备在安全距离处的主动防御能力，这将大大提升美国陆军作战人员与装备的战场能力。
美国陆军研究实验室、坎特伯雷大学和韩国光州科学技术研究所早在2018年就开始共同研究移动目标防御技术(MTD)。目前，该技术在“软件定义网络”中取得了新进展。研究表明，
“软件定义网络”技术通过将网络中的各个设备的网络控制转移到集中控制器上，提供对网络策略的动态管理，并可定义网络配置，在可变条件下使网络操作更可靠、反应更迅速;
“软件定义网络”技术可使计算机在保持真实IP地址不变的情况下，通过频繁改变虚拟IP地址将真实地址与网络隔离，在使得黑客在发现目标系统漏洞方面花费更多时间、计算能力等的同时，还能在一定程度上降低成本。
总之，基于“软件定义网络”的MTD技术有助于实现在者进入目标系统之前采取防御措施，这对于提升美国陆军的网络安全性至关重要。
2021年7月29日，美国海军研究实验室已完成了“灵活分布式阵列雷达”(FlexDAR)的安装，并正在利用位于马里切萨皮克湾和位于弗吉尼亚州的美国航空航天局(NASA)沃洛普斯飞行设施的节点进行演示验证。
FlexDAR 旨在演示全阵元数字波束形成(every-element digital beamforming，EEDBF)的天线阵列与网络协调和精确时间同步结合所形成的各项新质和高级能力，其采用了软件定义、全阵元数字波束形成等新技术，代表了现阶段分布式雷达的最新技术水平。
据称，每部雷达均工作在S波段，包含1008个阵元，且综合了每个阵元的数字发射与接收波束形成，可在视野内同时形成多个全增益接收波束，并且美国海军研究实验室和雷神公司已经设计、实现了雷达信号处理和算法、网络协调技术以及高级图形用户界面。
而已经投入运行的两套“灵活分布式阵列雷达”，将在未来开发和演示该型雷达的全部能力。其“灵活分布式阵列雷达后端”和“灵活分布式阵列雷达前端”均采用了式标准建造，将作为全软件定义“灵活分布式阵列雷达”的可能配置之一，系统的低天线旁瓣电平、多个同时和的接收波束、多个同时工作的子孔径、分布式雷达与数据吞吐量等关键能力也已经被验证。
目前FlexDAR的能力验证仍在进行当中，所用的数字试验台将支持先进分布式雷达概念的持续开发和演示，该雷达开发计划也被美国海军研究办公室(ONR)作为“集成桅杆”(InTop)与“创新的海军原型：电磁机动战指挥与控制”计划的一部分。总之，FlexDAR的开发与能力验证了美国海军正在将软件定义等先进技术融入分布式雷达，使其可以实时更新、修改以应对新的，并在提升其多任务能力、数据吞吐量等方面已经取得了显著进展。
《2030 年部队设计》中提出了美国海军陆战队必须适应并战胜对手，以确保美国保持竞争优势的发展目标，而AN/TPS-80地/空多任务雷达(G/ATOR)系统作为海军陆战队的先进系统将是实现该目标的关键之一。
G/ATOR已于2018 年开始部署，是一型硬件支持、软件定义的先进远征多功能雷达系统，能够提供远优于传统雷达系统的准确性、战术机动性与可靠性，可满足美国海军陆战队的任务需求，在瞬息万变的中作战人员，已经取代了海军陆战队的五个传统雷达系统。而该型雷达的技术亮点之一在于其采用了软件定义。
此外，该型雷达还采用了最新的网络与数字化波束形成技术，可执行多种海军陆战队任务，具有实时的360°态势能力，可探测和广泛的各种目标，包括有人飞机、巡航导弹和无人自主系统，以及迫击炮弹、火箭弹和火炮炮弹。并且该型雷达还采用了式系统架构，便于后续升级、扩展，能够兼容多个指挥控制网络。
G/ATOR项目办公室计划于2021年下半年交付最后一个低速初始生产和第一个全速生产系统，专注于改进维持方法，进一步增强雷达的能力，并且正在测试系统的边界、软件，以对硬件和软件进行改进，探索其能力的进一步拓展，以便为海军陆战队提供更好的态势能力。
总之，基于软件定义技术以及最新的网络与数字化波束形成技术等的G/ATOR 增强了海基防空传感器和指挥控制能力，将为海军和联合部队提供远征雷达和巡航导弹探测能力，可扩展战场覆盖范围。该型雷达系统的开发也了海军陆战队追求新能力和新概念的意图，将有助于确保海军陆战队在 2030 年及以后仍然具备强大的远征战备能力。
2019年3月18日美海军水面作战中心向超级电子(Ultra Electronics)公司授予2800万美元合同为其研发下一代水面搜索雷达(NGSSR)系统，以实现航空运输和陆基雷达导致的拥挤、混乱无线电频谱下的与态势，而软件定义技术则将是该型雷达的关键技术之一。
总之，雷达的软件定义能力有望通过减少专用雷达硬件提升可性，同时软件定义架构也能够使得雷达实现此前所不具备的能力，其中包括在恶劣天气下扩展雷达的探测范围与功能，抗干扰，探测无人机、潜望镜、浮动水雷等，以及提高舰船在拥挤水道的碰撞时的有效规避能力等。
未来NGSSR软件定义雷达将取代美国海军现阶段的所有AN/SPS-67短程二维水面搜索和系统、AN/SPS-73短程二维水面搜索和系统、Bridge Master系列等雷达系统。由此而可知NGSSR软件定义雷达在提高与态势性能的同时，也将适用于航母、巡洋舰、舰、两栖舰与支援舰艇等多种舰船。
美国空军研究试验室(AFRL)已于2020年9月宣布，在研的NTS-3(Navigation Technology Satellite-3)卫星计划在设计方面取得重大突破，原计划于2022年进行首次发射，后推迟到2023年发射，届时将开展为期一年的有关硬件、软件和运行能力的在轨测试试验，未来将被用于增强地面、太空和用户设备部分的天基定位、和授时(PNT)。
美国空军的研究目标在于通过集成诸多先进技术，使得NTS-3比美军现在使用的GPS性能更优，并将具备抗强干扰能力、安全性、灵活性、信号完整性、可与伙伴国的系统融合以及可地面操作性等特点。而融入软件定义、电子控制相控阵天线研究的亮点所在。
其中，软件定义的GPS接收器可在轨道上进行完全重新编程，从而能够避免和消除干扰并提高信号性能，且通过使用直接到L波段的数字合成方法可实现100%数字化，从而提高性能。而NTS-3在整个卫星生命周期中的灵活性则体现了其将具备未来向GPS III过渡的关键恢复能力。
总之，NTS-3在卫星系统运行期间，将集成具有灵活和安全信号的实验天线、增强的自动化和商业地面资产，而其在软件定义GPS接收器方面的技术探索将为该领域的深入研究奠定一定基础，未来将有望使得软件定义GPS接收器更易于满足运行需求并能够响应不断变化的状况，从而更具灵活性与安全性。据称，NTS-3的实验结果和技术将最终将过渡到美军的航天装备与技术上，将有望改变美国空军向作战指挥相关人员提供关键信息的途径，进一步提升与定位信号的完整性、精准性、灵活稳定性、可用性等，满足美军及其与伙伴国的联合作战能力提升的需求。
美国海军近年来正在针对大容量、抗干扰的MIDS-LVT Block II升级、下一代舰载数字化模块化Badger以及两栖战术通信系统(ATCS)开展研究，这三型新一代舰载通信系统均采用了软件定义技术，在能力、安全性与灵活性等方面均有所提升，在此将三种通信系统基于软件定义技术的能力构建、通信能力等方面进行梳理，如下表所示。
美国海军已于2019年开始进行大容量、抗干扰的MIDS-LVT Block II升级，旨在使使用其他升级版Link 16终端的平台实现互联。
下一代舰载数字化模块化Badger工作于2MHz～2GHz频段，基于软件定义技术与灵活的式架构，具备更小的尺寸、重量与功率，将能够装备于只需两个通道的跨多个域的小型平台，能够使下一代通信系统根据需求整合，且可确保通信安全，简化系统架构，为船对船和船对岸语音、数据通信提供相同安全级别。
ATCS将基于超级电子公司“猎户座”X500研制，工作在L波段、S波段、C波段和NII/ISM频段及部分LTE移动电话频段，将具备反电子对抗(ECCM)和抗干扰能力，并将有望实现舰载视距通信系统的两栖作战C4I支援能力。
此外，雷神技术公司旗下柯林斯航空航天公司于2021年5月披露，其正在为美空军开发“战术互联泛在系统软件可编程敏捷无线电”(SPARTACUS)和“软件可编程敏捷无线电频率战术空中网络”(SPARTAN)两种软件定义无线电，旨在使用多节点网络连接/传输机载与地面无线电数据。而两种无线电能够同时运行多个波形，支持多种波形功能，包括多节点定向数据链和超视距卫星通信链。
美国防信息系统局(DISA)早在2017年就着手于开展通过使用虚拟化、由和编排技术简化和扁平化网络，并优化网络拓扑、设计和运行的相关研究工作。基于Leidos公司及其合作伙伴AT&T的帮助，DISA将把信息网转变为软件定义网络，以部分商用产品为基础的基于软件的全球网络将可能在2023年投入使用。
美国陆军基于对硬件组件的软件虚拟化开发了轻型战术通信节点与轻型网络运营及安全中心系统，并且已经在2018年对系统进行了评估，结果显示：
综上可知，基于软件定义的全球网络以及战术通信节点，具备强适应性，便于根据硬件的与美军需求将功能虚拟化，从而实现网络能力的按需提供。
2019年6月5日，Viasat公司的商业宽带调制解调器(CBM)-400成为首个成功通过陆军战略司令部(ARSTRAT)认证的软件定义调制解调器，也是首个被授权可运行于美军宽带全球卫星通信网络上的软件定义调制解调器，将显著提高美军在海、陆、空作战域中的通信性能，同时还将降低卫星通信的运行成本。
此外，CBM-400的设计符合Viasat的混合自适应网络(HAN)架构概念，能够实现商业与专用卫星通信网络上的无缝操作。据称无论处于暂停状态亦或是移动状态中，具备软件定义等特性的CBM-400均能够提供卫星宽带通信能力，从而使得海、陆、空作战装备与平台能够随时随地安全发送、接收高清视频、语音以及基于云的网络数据。
在美国海军于2021年5月27日举行的对抗下海军一体化(NICE)高级海军技术演习(ANTX)中，多种美国海军和美国海军陆战队可用的新兴技术被展示，目的在于未来将相关技术用于支持远征前沿作战(EABO)和对抗下的濒海作战(LOCE)。其中，全球通信公司Viasat展示了其基于云的通信能力。
通过其远征轻量级综合战术网络连接(ELITE)套件和基于G-18Ku/Ka波段天线原型的舰对岸通信，为海上和地面平台提供移动卫星通信能力，以让指挥官根据作战行动的流动性需求定制其指挥和控制(C2)能力;
所开发的NetAgility移动软件定义网络(SDN)由器也是其展示技术之一，这一型软件定义网络由器旨在通过绑定和聚合多种通信途径，实现从战术作战中心到小型传感器集成的自动流量由，从而实现弹性。
尽管有关这一型软件定义网络由器在演习中的展示细节未见披露，但结合美国海军对于迅速实现舰队网络现代化的更强的数据共享能力的需求，加之远程下的战术云计算将是数据共享的基础，完善网络则是核心所在，由此可知，可系统升级的软件定义网络技术将是美国海军致力于实现海军内部无缝共享数据的研究与探索重点，也将是美国海军实现 “联合全域指挥与控制”的关键组成部分——跨战区的数据共享能力的核心技术所在。
小结：基于软件定义技术，“铁拳”主动防御系统将有助于陆军实现装甲车等在安全距离处的主动防御能力;MTD技术有助于实现在者进入目标系统之前的网络防御;先进分布式雷达将能够实现实时更新、修改以应对新的，并提升其多任务能力、数据吞吐量等;G/ATOR雷达将增强海基防空传感器和指挥控制能力，可为海军和联合部队提供远征雷达和巡航导弹探测能力;NGSSR下一代水面搜索雷达系统将实现扩展、增强和优化拥挤、混乱无线电频谱下的与态势等能力;NTS-3卫星将更具灵活性与安全性;MIDS-LVT Block II升级、Badger无线电以及ATCS通信系统则在能力、安全性与灵活性等方面均有所提升。（太阳谷咨询有限公司 研究员 姜林林）