美军应对电磁环境效应与频谱支持的做法

霍文平，刘海鹏

（1．中国电波传播研究所，山东青岛 266107；2．总参通信部军代局驻济南地区军代室，山东济南250013）

美军应对电磁环境效应与频谱支持的做法

霍文平1，刘海鹏2

（1．中国电波传播研究所，山东青岛 266107；2．总参通信部军代局驻济南地区军代室，山东济南250013）

电子系统的电磁环境适应性与频谱依赖系统的频谱需求的满足程度都将影响系统效能的有效发挥，这些问题对现代和未来战场的影响越来越突出。从政策文件要求、实现程序与方法方面介绍了美国国防部解决电磁环境效应控制和频谱支持问题的方法，可对我军在相关领域的发展提供良好的借鉴。

电磁环境；电磁环境效应；频谱支持；装备频谱认证；测试；评估

电磁环境效应（E3）可对部队、军用设备、系统和平台产生极大的不利影响，文献［1］给出了许多由于电磁干扰（EMI）而造成的系统失效和异常、任务效果的削弱、甚至人员生命损失的案例。而随着电子信息技术的快速发展，这种现象变得更加严重，从而对有效管理电磁环境效应和频谱使用提出了艰巨挑战。

随着对相关问题研究的不断深入，美国军方逐渐认识到，为确保系统在各种环境中兼容地运行而不产生有害冲突，系统开发人员不能再“假设”其系统将运行于无干扰的电磁环境（EME）中，必须在系统采办的寿命周期中综合电磁环境效应控制和频谱支持（SS）要求，以处理和消除系统应用过程中可能遭遇的电磁环境效应问题。为此，美国国防部建立了一整套完善的电磁环境效应控制和频谱支持程序，目的是保证其军事系统在其全球行动中与东道国的良好协调、寿命周期中有足够的频谱可用、在预期的作战环境中与其他频谱依赖系统兼容地运行［1］。

1 有关政策和程序

美国国防部（DoD）要求所有的电气和电子系统、分系统和装备，包括含有电点火设备（EID）的军火，在其预期的EME中相互兼容，而不引起或遭受由于E3引起的不可接受的性能降级。因此，必须加强适当的E3要求，以确保与系统内其他设备和适用的预期程度的外部EME（系统间、射频、雷电、电磁脉冲和静电）的兼容处在这些环境中的人员、军火和燃油的安全。为此，美国国防部要求，对所有的军用电子和电气系统、分系统、设备，在开发过程的早期和采办寿命周期内考虑E3控制和SS要求。

国防部指令（DoDI）5000．2中规定了国防采办系统（DAS）的运作过程，参谋长联席会议手册（CJCSM）3170．01建立了联合能力整合与开发系统（JCIDS）的运作过程［2］，参谋长联席会议指令（CJCSI）6212．01保证了JCIDS规定的程序实施［3］。电磁环境效应控制和频谱支持需求通过国防采办系统（DAS）实现，从准备JCIDS文档开始，并通过开发测试与评估（DT＆E）和作战测试与评估（OT＆E）生效。DoD要求在采办项目的早期就对有关频谱需求进行考虑和处理（DoDI）4650．01，并在采办的全过程考虑控制E3的正确设计和工程应用（DoDI）3222．3，以确保将作战能力成功交付给战斗人员。

1．1国防部指令（DoDI）5000．2

（DoDI）5000．2声明：对所有的电磁频谱依赖系统，项目管理人员必须使其符合美国和东道国的频谱规则，他们应向国防部各机构的首席信息官（CIO）或相当的机构决策者提交鉴定，证明在预期的寿命周期中，支持系统运行的必要的电磁频谱是或将是可用的［4］。这些鉴定将作为在采办里程碑节点提供给里程碑决策授权（MDA）的建议的基础；同时声明法定的要求，对电磁频谱依赖的系统和设备的所有开发者，在美国大陆及其领土，都应提交“DD Form 1494装备频谱分配申请表”，并从国家电信与信息管理局（NTIA）取得频谱支持认证（SSC）。

1．2 联邦规则法案（CFR）第47款

该规则要求符合国家电信与信息管理局（NTIA）的“联邦无线电频率管理规则与程序手册”的规定，并应用于在美国大陆及其领土使用电磁频谱的所有联邦机构。

1．3 管理和预算办公室（OMB）公告

该出版物要求在提交开发和采购依赖于无线电频谱的通信电子系统（包括使用卫星技术的所有系统）的预算估计之前，获得NTIA对系统必需的无线电频率可用的认证。

1．4 国防部指令（DoDI）3222．3

（DoDI）3222．3（国防部电磁环境效应纲要）建立管理和实现DoD电磁环境效应控制的政策和职责，促进陆、海、空、天的电子和电气系统、分系统、设备相互间的电磁兼容及与自然和人造环境的兼容［5］。要求所有的电子和电气系统、分系统和设备，包括含有电爆装置的弹药，在其预期的电磁环境（EME）中相互兼容，不引起或不遭受由于电磁环境效应造成的不可接受的性能降级［6］。

1．5 国防部指令（DoDI）4650．01

（DoDI）4650．01（管理和使用电磁频谱的政策和程序）建立了DoD管理和使用电磁频谱的政策，并要求DoD组织在研制或采购频谱依赖设备或系统时进行一系列的频谱支持与风险评估（SSRA）［6］。

2 在采办过程中实现电磁环境效应控制和频谱支持的方法

美国国防部在装备采办过程中考虑电磁环境效应和频谱支持问题的通用指南［7］。

1）确定支持待开发系统的使命任务的频谱需求和系统使用的预期的电磁环境；

2）确保在采办和采购文档中论述与电磁环境效应控制和频谱支持需求有关的所有问题，包括JCIDS文档如初始能力文档（ICD）、能力开发文档（CDD）、能力生成文档（CPD）、信息支持计划（ISP）和采办文档，包括测试与评估主计划（TEMP）、征求意见稿、合同详细规格说明和其他有关的文档等。其他的采办过程中的实现电磁环境效应控制和频谱支持要求的指南，可参考MIL－HDBK－237和国防采办指导手册（DAG）；

3）应用接口标准如MIL－STD－464和MIL－STD－461确保各系统、分系统和设备在其预期的EME中兼容运行。当暴露于作战EME中时，系统必须满足其性能要求；

4）在TEMP中定义电磁环境效应和频谱支持测试目标，并分配足够的测试资源，以保障测试目标的实现；

5）核实并记录在DT＆E和OT＆E中发现的电磁环境效应和频谱支持问题；

6）考虑系统或装备的预期使命任务和使用，包括单军种、联合作战应用和全球部署，以进行早期的电磁环境效应和频谱支持作战评估；

7）在作战测试成熟度鉴定中提供电磁环境效应评估结论，并提供由于未解决的电磁环境效应和频谱支持问题而导致的对作战的影响、系统使用的限制条件和易损性的报告。

2．1 装备频谱认证

根据管理和预审办公室（OMB）公告A－11和（DoDI）5000．2和（DoDI）4650．01，要求对电磁频谱依赖系统和装备进行ESC。OMB CA－11要求在项目开发提交预算估计之前由NTIA进行ESC，而且，所有的军事频谱依赖系统必须符合“NTIA联邦无线电频率管理规则和程序手册”的频谱规则。ESC申请必须由项目管理人员、军品开发人员或其他采办机构提交，通过相应的军种频率管理办公室（FMO），采用（DoDI）4650．01和NTIA手册中的程序。如图1中所示，在采办过程的每个阶段都要求进行ESC。

图1 采办过程与E3／SS，ESC过程的关系

2．2 频谱支持风险评估

频谱支持风险评估（SSRA）用来确定并评估潜在的可影响整个系统作战性能的有关规则、技术和作战过程中有关的电磁频谱和E3问题。如图1中所示，贯穿采办过程中，都要求进行SSRA，且随着装备的设计逐渐成熟，SSRA的详细程度也不断增加。整个过程需要进行初始SSRA、详细SSRA和SSRA更新。

1）初始SSRA针对国家和国际频谱规则要求、可用频谱和E3问题的潜在因素，对系统的频谱需要和E3控制需要进行评估。

2）详细的SSRA，在采办里程碑C之前进行，随着项目逐渐成熟，在初始评估结果和发现问题的基础上，提供有关问题的不断细化的评估细节。并对开发过程中的数据进行审查，以确定对系统将来的运行可能产生的影响，并提出潜在的风险及相应的减缓措施。

3）在生产和部署之前，要求更新所有SSRA进行更新，应完善系统的作战环境预期，且通过减缓措施和／或战术程序，频谱问题和电磁兼容风险应被减弱到可接受的水平。此时，开发的系统才可进行装备部署。

在对频谱支持进行评估时，还需要考虑作战应用的限制条件、可用频率、东道国授权和已知的电磁干扰事件等。在国家和国防部授权机构批准频谱依赖系统的装备频谱认证之前，这些系统和装备不能进行合法运行操作，另外，还必须从适当的区域频率管理机构取得频率指配，而对于在美国大陆和领土区域之外使用的系统和装备，也应在使用之前从预期使用的国家取得授权。

频谱依赖系统和装备的开发人员应采用DoDI 4650．01中规定的任务确定并消除规则、技术和作战的频谱支持风险。随着项目设计逐渐成熟，开发人员应增加这些评估的详细程度。开发人员应评估与其他频谱依赖系统之间的有害电磁干扰的风险，并对发现的风险一同进行管理。SSRA应与频谱支持认证的相应阶段同步进行。对于复杂的“系统家族（FoS）”或“系统的系统（SoS）”采办项目，可能会要求不止一项SSRA。

2．3 开发测试与评估过程中的电磁环境效应问题

开发测试与评估（DT＆E）将在对军事标准和商业标准裁剪的基础上，展示系统设计如何充分消除电磁环境效应风险，和系统与相关的电磁环境效应控制规范的符合性。开发测试（DT）通常在测试实验室或开放的测试区域进行，测试包括批准生产测试和评估，和批准进行满负荷生产之前的首套商品的电磁环境效应测试。满足电磁环境效应控制要求虽不能保证达到平台／系统集成时的电磁兼容，然而众所周知，不满足要求经常会导致作战使用时的电磁干扰问题，符合性越差，作战使用时发生电磁干扰问题的概率也越高。

2．4 作战测试与评估过程中的电磁环境效应问题

对未解决的电磁环境效应问题记录系统使用的限制条件／易损性，要求进行作战测试与评估（OT＆E）。在作战测试与评估中，应仔细组织进行电磁环境效应测试，以便能够确认并解决影响任务效能的问题，应对测试评估主计划（TEMP）中描述的其他关键性能参数进行评估。这些评估可能包括测试和分析，也可能用于形成装备的作战使用程序和战术策略。作战测试与评估应尽可能在接近作战电磁环境的环境中进行。重要的是在项目的早期确定对E3要求核实的资源和配属装备，以保障需要是可用。

在作战测试（OT）中，对于相应于DT中发现的潜在的EMI源于受害者对的易感装备，应进行确认并系统地进行评估，通过使用平台装载的其他分系统和设备或系统，通过各种模式和功能，同时监测平台或系统的其余分系统的性能降级情况。“单干扰源对单受害者”和“多干扰源对单受害者”的条件都应被评估。最通用的方法是通过视听形式的显示和输出来监视被测系统或分系统的性能变化。评估天线连接的接收机在其运行频段内的要求对正确的评估是重要的。另外，在EMI测试中，对非期望的响应的探测，使得作战测试与评估中确定对作战性能有影响的电磁易损性（EMV）的分析成为必要，电磁易损性分析要求确定在装备寿命中期中可能遭遇的友方和敌方的辐射器，并确定作战中遭遇干扰源系统的可能性。

3 结束语

本文所述美国国防部对E3控制和频谱支持要求的规定，在国防部的采办中强制实施，其经验表明，在采办过程的早期就对E3和频谱支持问题进行考虑并通过SSRA和测试与评估获得对这些关键问题的评估结果，都增加其系统开发经费投入产出比和系统在电磁战场的运行效能，有效实现其作战目标。因此，为取得军事综合电子信息系统在现代化战场的抗有害电磁环境效应的能力，应借鉴美军在相关领域的做法，从装备开发与设计的源头入手，提高我军事电子系统适应各种电磁环境的能力，为获取战场电磁优势和信息优势提供可靠保障。

［1］ LEACH R D，ALEXANDER M B．Electronic Systems Failures and Anomalies Attributed to Electromagnetic Interference［M］．NASA：Reference Publication，1995．

［2］ CJCSM 3170．01C，Operation Joint Capabilities Integration and Development System［S］．

［3］ CJCSI 6212．01E，Interoperability and Supportability of Information Technology and National Security Systems［S］．

［4］ DoD Instruction 5000．2，Operation of the Defense Acquisition System［S］．

［5］ DoD Directive 3222．3，DoD Electromagnetic Environmental Effects Program［S］．

［6］ DoD Instruction 4650．01，Policy and Procedures for Management and Use of the Electromagnetic Spectrum［S］．

［7］ Defense Acquisition Guidebook，Chapter 7．6，Electromagnetic Spectrum［S］．

TN011

A

1008－1542（2011）12－0067－04

2011－06－20；责任编辑：张 军

霍文平（1975－），男，河南安阳人，高级工程师，硕士，主要从事电磁频谱管理方面的研究。