战场复杂电磁环境要素分析

洪丽娜，何洪涛，蒙 洁，闫京海

（中国人民解放军63892部队，河南洛阳 471003）

战场复杂电磁环境要素分析

洪丽娜，何洪涛，蒙 洁，闫京海

（中国人民解放军63892部队，河南洛阳 471003）

电磁环境要素分析是深入研究战场电磁环境的基础，以复杂电磁环境仿真预测为应用背景，研究了战场电磁环境要素的内涵、提取原则，并分析了关键构成要素和关键信号环境要素，为战场复杂电磁环境描述和仿真预测提供了有效的途径。

电磁环境；构成；信号环境；要素分析；仿真

在现代信息化战争中，整个战场空间充斥着各种雷达、通信及干扰信号，使得该区域在空域、时域、频域上分布的电磁信号数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态多变，形成了极其复杂的电磁环境［1］。在此条件下，为夺取制电磁权而进行的信息对抗将伴随着战争的始终。

构建逼真的信息对抗作战的仿真环境进行作战推演和军事训练，是研究信息对抗作战方法和提高部队信息对抗能力的主要途径。其中，对复杂电磁环境的科学描述与仿真预测是信息对抗仿真的非常重要和关键的一环，是实现复杂电磁环境仿真预测的基础。笔者重点对战场复杂电磁环境进行了要素分解，提出了战场复杂电磁环境要素提取原则，从电磁环境构成和电磁信号环境2个方面深入分析了要素的内涵。

1 战场复杂电磁环境要素内涵及分类

1．1 战场复杂电磁环境要素内涵

目前，对战场复杂电磁环境要素的提取普遍比较关注构成要素。GJB 6130—2007《战场电磁环境术语》将复杂电磁环境要素定义为对构成复杂电磁环境的各种因素的一种描述。这些因素包括战场上作战双方的各种用频装备的辐射、民用电子设备的辐射以及自然电磁现象等［2］。

但是仅从电磁环境构成物理基础，即构成要素角度进行描述，只是复杂电磁环境的一个方面。战场指挥员所关心的核心问题是在充分掌握复杂电磁环境构成要素基础上，尽量全面、详细地把握战场电磁态势，即作战双方电磁力量对垒的形式，包括双方电磁信号在时域、频域、空域及能量域等几个方面的分布特性以及电磁干扰态势的描述和显示，从中找到对敌重点打击的平台和装备，考虑参战装备的电磁环境综合效应，合理制定战场频谱管理规划和调动用频装备。

因此，战场复杂电磁环境要素不仅包括电磁环境构成要素，用以描述战场电磁环境的物理构成，而且还应包括电磁信号环境要素，用以描述和评价战场电磁环境的电磁信号分布特点。随着军事领域对复杂电磁环境构建和建模仿真工作的重视，后者在战场电磁环境分析中的重要性正日益得到广泛的认同。

1．2 战场复杂电磁环境要素分类

基于以上分析，可将战场电磁环境要素分为2类，如图1所示。构成要素用来描述形成战场电磁环境的物理基础，信号环境要素用来描述由构成要素形成的空间电磁信号环境［3］。

构成要素可以为指挥员提供交战双方军用有意电磁辐射的数量、辐射源分布规律、战技术性能指标、编成隶属关系和组网方式、机动情况、用频规律、工作体制和样式、信号特征、运用时机和时间以及在联合作战中的作战运用规律等战略决策信息。

信号环境要素可以为指挥员提供实时的战场全局或者空间任意点的电磁信号分布特征，如信号样式、信号频率、信号密度、信号强度等信号环境信息，辅助指挥员进行实时的战术指挥。

2 战场复杂电磁环境要素提取原则

图1 电磁环境要素分类

2．1 构成要素提取原则

1）注重电磁辐射环境对武器装备作战效能的影响

复杂电磁环境是信息化战场的重要特征，在未来信息化条件作战中，将对各类信息化武器装备产生重要影响。对战场电磁环境综合效应的评价，已成为战场情报侦察、作战目标探测和识别、战场监视和预警、武器系统的控制、多军兵种联合作战的武器系统能否最大程度地发挥效能，通信联络和指挥等能否顺畅运行的重要保证。

2）注重无意电磁辐射环境的影响

随着军事领域对武器装备电磁兼容性能和全天候作战性能的重视程度的提高，以及空间武器的发展，对于战场电磁环境的研究已经在全部构成要素中展开，不仅关注人为电磁环境中的有意电磁辐射环境，同时注重无意电磁辐射环境对武器装备作战效能的影响。

例如，对于空中突防作战，由于其战术样式的限制，对攻击机群和后方掩护群具有主要威胁的环境构成要素包括全部有意辐射的电磁环境、系统外互扰环境，以及低空突防作战时杂波信号环境，环境因素和干扰因素会占据非常重要的地位。对于电磁环境的基本构成要素的分析，要涵盖上述全部的构成因素，能够说明各个因素的产生和根本变化途径。

2．2 信号环境要素提取原则

1）要适应各类信号环境的特点

为了清晰地描述战场电磁环境特征，战场电磁信号环境要素的统计结果应该明确描述一定战场空间中各类电磁信号所构成的总体状态。由于战场电磁环境的特点，很难提取出对各种信号都兼容的、一致性比较好的描述方式。比如，对于雷达信号环境来说，信号样式侧重于射频脉冲信号，该类信号的信号强度、信号密度、信号频率范围、信号类型、极化方式和辐射方向都比较适合数理统计；对于通信信号来说，信号特征要素主要包括信号强度、信号载频、信道带宽、调制类型等，另外数字通信还包括数据率。因此，对信号环境要素的恰当提取是目前亟需解决的复杂课题。

2）信号环境要素的提取和分析结果可以描述战场电磁环境态势

战场电磁环境态势用于评价战场电磁环境的恶劣程度，为战时的作战指挥中心和平时的训练演练指挥中心提供可以用于战略、战术决策的依据。因此，电磁环境要素提取要从作战实际需要出发，有利于描述战场电磁环境分布特性。

3 战场复杂电磁环境要素分析

3．1 构成要素分析

对电磁环境要素的构成要素分析可以从不同的关注点着手［4］：

1）以电子对抗产生的威胁环境作为关注点。电磁威胁环境主要包括电子侦察、电子干扰和电子摧毁3方面。

2）以威胁平台作为关注点。比如，空中战场电磁威胁环境可分为空中威胁环境和面空威胁环境，面空威胁环境又分为地面威胁环境和海面威胁环境。

3）以信号环境作为关注点。各信号环境不仅主要由信息信号和对抗信号环境组成，另外还包括同类型的无意辐射干扰发射信号环境。

以信号环境为关注焦点，对战场电磁环境的构成进行如图2的分解，重点进行某类人为辐射形成的电磁环境构成要素分析时，人为电磁环境也可以分解为有意辐射形成的电磁环境、无意辐射形成的电磁环境。其中，各装备平台的人为有意辐射形成的电磁环境作为关注重点；人为无意辐射形成的电磁环境作为有意辐射形成的电磁环境的次生部分，是信号环境的一部分。

从仿真建模的角度出发，无论是有意辐射还是无意辐射，要全面地模拟电磁环境的产生机理，都要将电磁环境产生的物理基础进行进一步的分解，构建基本的仿真对象［5］。把主要的仿真对象作为主要构成要素，可以把战场电磁环境分解为发射因素、传播环境因素和敏感耦合因素等基本构成要素，如图3所示。其中，发射因素包括平台因素、装备因素，从数量、隶属关系、机动情况、搭载情况、作战运用特点、地理分布、战技术指标、用频规律、工作体制等方面描述战场电磁环境对参战装备的影响；传播环境因素包括地形地貌、气候和大气等影响因素；敏感耦合因素包括频率响应（如基波响应、交调、互调等）以及阻塞响应和结构响应等，针对参战装备本身描述其受影响的原因。

3．2 信号环境要素分析

从作战实际需要出发，用于描述战场复杂电磁环境分布特性最主要的参数一般包括信号类型、信号强度、信号密度和信号分布规律等。

图3 战场复杂电磁环境关键构成要素

图2 战场复杂电磁环境构成

1）信号类型 指挥员必须了解战场上电磁信号的类型，为有针对性地策划行动方案、调整部署和配备兵力、兵器提供依据。信号类型有多种区分方法：按发射信号的电子设备用途分为通信信号、雷达信号、无线电引信信号、制导信号、导航信号等；按信号的频段分为长波信号、中波信号、短波信号、超短波信号、微波信号、红外信号、激光信号等；按照电磁波传播方式分为表面波信号、地波信号、天波信号、对流层散射信号等；还可分为模拟信号与数字信号、连续信号与脉冲信号等。

2）信号强度 指在接收点无线电信号的场强。信号强度直接影响到电子对抗侦察、电子干扰的效果。实际上，某一点的电磁信号是无数电磁信号的叠加，测定具体一点的电磁场强非常繁琐且现实意义不大，因此，要求能给定在某一点，针对某一发射信号的信号强度。

3）信号密度 指某参战对象在某时刻、某空间位置所面临的某频率区间的电磁信号的密集程度，该信号密度的时间分布和空间分布是随着战斗过程变化的。可以比较简单地描述为单位地域内电磁辐射源的数量表示。雷达信号环境信号密度的描述通常用单位面积内的装备数量或信号脉冲数表示，对于特定战场电磁环境，重点关注的是影响武器平台和装备性能的特定频段内的威胁信号密度。通信信号的信号密度通常用信道占用度和信道数量来度量，主要由通信电台的频率选择、信道带宽和开关机状态决定，其中信道占用度是某一信道信号出现的时间和突防总时间的比值。

4）信号分布 通常可从时域、频域、空域、能量域、调制域等5个方面来描述，时域分布描述的是不同时段内信号的分布情况，频域分布描述的是信号在不同频段的分布情况，空域分布描述的是信号辐射源在不同空（地）域的分布情况，能量域分布描述的是电磁信号功率强弱的变化情况，调制域分布描述的是信号的不同调制样式分布情况。

①频谱占用度

频谱占用度是指在一定时间和空间范围内信号电磁谱的密集程度，一般是指通信信号占用的信道数量与某频率范围内总信道的比值，需达信号占用的频带宽度与作战用雷达频率范围的比值。

对于某个雷达信号环境来说，频谱占用度可以定义为一定空间和时间长度内，环境功率谱密度超过门限的时长与总时间长度之比，即

对于电台工作频率范围上频谱占用度可以表示为［5］

式中：X为频谱占用度，Wi为信道带宽，Wti为网台工作时间，Iti为网台工作间隔时间。

②时间占用度

时间占用度是指一定空间和频率范围内，电磁环境功率密度谱的平均值超过指定电磁环境门限所占用的时间长度与作战时间段的比值。即

式中，

对于通信信号，电台工作时间较短，时间占用度约为一定空间和频率范围内，功率谱密度超过门限的开机电台工作时长与总时间长度之比，即

式中：ΔWti为功率谱密度超过门限的开机电台i工作时长。

③空间覆盖率

战场电磁环境空间覆盖率，是指在一定时间和频率范围内，电磁环境功率密度谱的平均值超过指定电磁环境门限所占用的空间范围与作战空间范围的比值。

在不考虑遮挡效应的情况下，根据定义雷达装备在侦察搜索阶段存在空间覆盖率的指标，一旦目标被发现或进入对方火力打击范围之后，大部分雷达、干扰装备、微波引导装备进入跟踪状态，电磁空间辐射重点指向突防平台，不存在空间覆盖率的问题。对于通信装备和通信干扰装备来说，绝大部分电台采用全向辐射天线，空间上完全覆盖。

4 结 语

战场复杂电磁环境要素分析是深入研究战场电磁环境的基础，也是构建战场训练环境和战场环境仿真模拟、预测的前提。本文所提出的战场复杂电磁环境要素分类方法、要素提取原则以及要素的内涵在笔者承担的某项战场电磁环境仿真预测研究课题中得到了很好的应用，取得了良好效果。未来联合作战将面临着极其复杂的电磁环境，从要素分析的角度认真研究复杂电磁环境的特点和对该作战行动的影响，积极寻求有效应对之策，对于夺取作战胜利，具有重要的理论和实践意义。

［1］ 唐朝京，刘培国．信息化战场复杂电磁环境分析［J］．国防科技，2007（8）：25－28．

［2］ 王汝群．战场电磁环境［M］．北京：解放军出版社，2006．

［3］ 刘尚合，孙国至．复杂电磁环境内涵及效应分析［J］．装备指挥技术学院学报，2008，2（19）：1－5．

［4］ 王兴华，雷文太．空中战场复杂电磁环境分析［J］．装备环境工程，2009，6（2）：93－97．

［5］ 刘光辉．战场通信信号电磁环境仿真研究［J］．信息化研究，2010，3（9）：10－12．

TN97

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2011－06－20；责任编辑：王海云

洪丽娜（1975－），女，辽宁辽阳人，工程师，硕士，主要从事射频仿真技术及其应用方面的研究。