电磁环境课程教学中抽象与具体的结合

覃宇建，李高升，刘培国

(国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073)

我校在本科和继续教育教学中设置了“复杂电磁环境”课程。在教学过程中，我们发现很多学生在理解和掌握复杂电磁环境的特征及其影响方面存在困难，在认识上存在一些误区，需要教师在授课过程中及时引导。该课程所涉及的内容，可在授课过程中进行一些对比，这有助于学生更好地理解概念和原理。

1 电磁环境的构成

国家标准对电磁环境的定义是:“存在于给定场所的所有电磁现象的总和”。在这里，给定场所即空间;所有电磁现象包括全部时间与频谱，如频率特性、脉冲串特性、天线扫描特性、极化特性和功率电平特性、辐射源数目以及在接收动态范围之内每秒可以接收到的脉冲数等。而电磁环境效应是电磁干扰、电磁脉冲和电磁辐射对人体、设备和材料的危害，以及闪电和天电干扰等自然现象效应的总和［1]。

电磁环境主要由电磁辐射源和电磁传播途径这两个要素构成。前者涉及信号的产生，是电磁环境出现并日益复杂的基本因素;后者涉及信号和能量的传播过程，影响电磁环境的分布状况。

电磁环境虽然抽象，但它是客观存在的，与气象环境和核化环境等一起，共同存在于地理环境中，并受地理环境的影响，构成了特定地域的综合环境，如图1所示。

图1 特定地域综合环境的构成

2 授课内容的选择与安排

“复杂电磁环境”课程的研究范畴内涵及外延较广，覆盖多学科专业的知识。要精选授课内容，按照合理的逻辑架构组织安排，做到思路清晰，重点突出。

从内容上来说，“复杂电磁环境”课程主要包括基础理论、关键技术和应用技术等三个层面。基础理论涉及电磁环境的电磁原理、电磁环境的概念、构成、特性以及电磁环境的表征方法等;关键技术主要包括电磁兼容、电磁频谱管理技术和电子对抗等;应用技术主要包括电磁环境的构建与生成、基于复杂环境的演习和训练以及电磁环境评估与应对等。该课程的基本内容如图2所示。

图2 “复杂电磁环境”课程内容

3 电磁环境的各种具象

3.1 电磁环境的不可见性及其感知

虽然电磁环境难以感知，但我们可以通过各种仪器设备获取其特征，从而建立感性认识。在时域、频域和空域可以分别借助示波器、频谱仪和场强仪等仪器设备，结合转台和升降机等设施，地理信息系统和数据库等软件环境，使其变为可见。条件具备时，可以设置这样的实验环境，对学生进行演示，使其建立直观和感性的认识［2]。

对于电磁环境的显示，还可在测量的基础上，绘制某一地点的电场和磁场随时间的变化曲线，绘制某一时刻电场和磁场强度在空间的分布曲线，生成电磁态势图，绘制三维电磁场分布图。

3.2 环境存在的抽象性与影响的具体性

电磁环境的存在是抽象的，但它对各种电子信息系统的影响是具体的，易于感知的，这表现为电磁环境效应。

例如，电磁环境使通信系统伴有噪音，通话质量降低;图像传输出现雪花和条纹干扰;无线甚至有线数据链路不稳定等;雷达显示屏幕出现虚假目标甚至全屏幕信号均被噪声湮没;卫星导航定位系统出现卫星信号丢失的情况，导致定位失效等，这都是复杂电磁环境的具体影响。因此，可通过电子信息系统终端的响应，掌握电磁干扰效果，了解干扰程度，进而推断和确定电磁环境的复杂程度，以具体的终端响应来感知抽象的电磁环境。

3.3 电磁环境的绝对复杂和相对复杂性

环境中的电磁信号在空域上纵横交错，在时域上动态变化，在频域上密集交叠，呈现一种复杂的态势。从绝对数量上来看，电磁环境是比较复杂的［3]。

例如，海湾战争中，美军通过对战区电子战电磁信号的测试发现，信号环境密度高达每秒120万～150万个脉冲，而且频率主要集中在10MHz－10GHz频段，频谱密度极高。

而另一方面，电磁环境的复杂性又具有相对性。不同设备的灵敏度、工作频段和传感器等各不相同，抗电磁干扰的软、硬件配置及能力有差异，对相同输入信号的反应程度不同。因此，相同的电磁环境对不同设备的影响不同，相对而言其复杂程度就不一样。

电磁环境的整体复杂性不排斥局部和短时的简单性。因为电磁波在空间的能量分布有起伏，存在时间不连续，频谱分布不均匀。因此，复杂电磁环境中的某些局部区域、某些时段和某些频带上电磁环境可能并不复杂。因此，复杂电磁环境具有宏观上的相对复杂性，局部和具体设备所处电磁环境的相对简单性［4]。

3.4 电磁兼容与电磁环境

电磁环境的复杂化及动态多变性，对电子信息系统的电磁兼容性能提出高要求。在当前情况下，电磁干扰来源更广，信号更强。因此，处于其中的系统要想安全正常工作，其电磁敏感度就要比以前更低;另一方面，如果设备的电磁泄漏水平较高，即电磁辐射发射和传导发射量值超标，对环境的影响将增强，这将进一步加剧电磁环境的复杂性，对处于其中的系统带来更多的直接或间接影响。

基于这样的状况，复杂电磁环境下，电子系统从设计、制造到使用和维护保障全寿命各阶段都必须更强调电磁兼容性能。

4 结语

“复杂电磁环境”课程内容的特点，决定了其学习和理解存在一定的难度。笔者在三年来的课程教学中，理论与实践相结合，运用各种教学手段将抽象的问题具体化，实现形象的展示，并结合深入的对比分析，包括概念剖析和原理阐释，积极总结归纳相关问题的辨证统一关系，对本课程的教学起到了良好的促进作用。学生认可度较高，普遍反映这样的对比讲解形象生动，对重点内容记忆深刻，使他们建立了较为清晰的电磁环境场景。

［1] 刘尚合，武占成，张希军.电磁环境效应及其发展趋势［J] .北京:国防科技，2008，(1)

［2] 李高升，覃宇建，刘培国.电磁场与微波实验教学设计及其实验室建设研究［J] .西安:高校实验室工作研究，2010，(4)

［3] 唐保东.对复杂电磁环境下训练的认识与思考［J] .北京:国防大学学报，2007，(9)

［4] 刘培国.电磁环境基础［M] .西安:西安电子科技大学出版社，20