海战场电磁频谱管控问题探析＊

（海军工程大学 武汉 430033）

1 引言

随着信息化时代的到来，战争形态已经由机械化战争转变为信息化为主导的“陆、海、空、天、电”五维一体的现代立体化战争。在电磁领域，各国都在不断加大研究开发力度，并认为这是决定未来战场格局的决定性因素。在海上信息战中，敌我双方所采取的一切战法、战术及战略，都是以夺取“制信息权”和“制电磁权”为中心展开的，而战场电磁频谱管理正是夺取“制信息权”和“制电磁权”的重要保障。文章在分析了海战场电磁环境构成的基础上，指出海战场存在的电磁频谱管控问题，并结合外军现有管控方法对我军未来管控模式提出设想。

2 海战场复杂电磁环境构成及影响分析

电磁环境，通常是指在某一特定空间范围内，能够对用频设备或系统产生一定影响的电磁信号和介质的总和［1］。未来海战场电磁环境构成包括自然电磁环境和人为电磁环境。如图1所示，自然电磁环境主要包括电离层放电、雷电、气象变化导致的静电放电以及来自宇宙的电磁辐射等。雷电和静电放电占据的频谱宽度约在2kHz～30kHz之间，这种噪声具有随机性，很难量化衡量，需要长期监测统计。电离层随昼夜光照不同产生变化，白天的电子密度大于晚上，主要对短波产生影响。超过3M～30M 时的影响可以忽略不计。气候变化的影响主要由空气中水汽分子和氧气分子与特定频率产生共振导致的强烈吸收产生影响，氧分子吸收峰为60GHz和118GHz，水汽分子吸收峰为22GHz和183GHz。另外水汽和氧气分子吸收能量后产生的辐射对6GHz以上的微波也会产生影响。宇宙电磁辐射主要来源于太阳扰动，主要影响电离层从而对短波通信产生破坏甚至灾难性的后果。

图1 自然电磁环境

人为电磁环境，是指由人类使用的各种电子或电气设施的电磁辐射所构成的电磁环境。海战场主要作战兵器是各种舰艇，在舰艇有限的空间内配置了从超长波、中波、短波、超短波到微波等频段的各种电子设备，发射功率从几瓦到几十瓦，甚至几千瓦、几十千瓦，同一频段又有多台在不同时间同时工作（例如短波，有的舰艇多达九个网络）［2］，它们是海上人为电磁环境的主要组成部分。舰艇上的电子设备包括探测设备、通信设备、指控设备、武器控制设备、各型电子对抗设备、导航设备及各种用途的雷达系统等。战时航母编队群将会有5～10艘驱逐舰、护卫舰、补给舰和潜艇等各型战舰参与，空中有预警机及作战飞机需要通信指挥及信息传输，太空有实时卫星数据通信传输，电磁环境瞬息万变极其复杂。海战场人为电磁环境如图2所示。

图2 海战场人为电磁环境

人为产生的电磁环境对海上电磁环境造成的主要影响有：1）电磁频谱覆盖范围广，几乎涵盖了现有可用的所有频段，加大了各型设备及系统间产生邻频干扰和互调干扰的几率；2）众多同型设备的使用必将增加同频干扰出现的概率，对同频干扰控制难度加大，频谱分配更加困难；3）防范、遏制敌方电磁攻击提高己方电磁防护能力的需求加大，不易满足。总之，由于海上自然电磁环境和人为电磁环境构成的复杂性和多变性，对电磁频谱进行合理、科学、有效的管控必不可少。

3 海战场电磁频谱管控面临的主要问题

频谱管控，是指对电磁频谱资源的管理与控制活动，包括无线电频率的分配、指配、分析及决策。频率管控是电磁频谱管控工作的核心，是确保用频武器装备良好电磁兼容的关键。未来海战场随着用频武器装备的不断增多，战场电磁信号密度和频段覆盖范围会激增，战场敌我在频谱控制权的争夺也会日趋白热化，电磁环境将呈现出“路窄、车多、拥堵、杂乱”的复杂状态，电磁频谱管控形势严峻。

3．1 有限的频谱资源使得供需矛盾恶化

电磁频谱作为有限的自然资源，被广泛用于通信和其他领域，是军事和社会发展有序进行的基本要素之一。在未来海战中随着信息化武器装备的增多和指挥系统对通信频谱的依赖不断增强，频谱的使用基本覆盖了全频段，为了取得战场上的主动权，必须有足够的频谱资源才能满足庞大的高科技装备和系统的需求。而频谱资源的有限性决定了频谱供需的矛盾必将不断恶化，需要新的技术手段和管控方法来解决供需之间的矛盾。

3．2 多元的参战单元使得电磁频谱控制复杂化

未来海战场尤其是航母编队作战和渡海登岛等近海战役涉及的参战军种将多元化，指挥关系必将涉及到各军兵种作战单元。战术、战役和战略层次繁复，编队指挥和联合作战指挥信息系统庞大，分支系统繁多。战场上用频设备种类和数量也随之增多，加上有些设备用频要求特殊，专用频段很窄，不同体制设备同时工作，使电磁频谱协调管控难度提高。渡海登岛战役中更会面临民用无线电信号的干扰，加之频率分配指配不尽合理导致的同频、邻频及互调干扰等，战场频谱管控部门组织管理协调十分复杂。

3．3 信号的密集重叠使得频谱监控难度提升

信息化海战中，参战的各型平台在有限的空间设置大量的电子设备和信息化武器系统，发射的电磁波会在同一地域内相互交融，如通信、导航、雷达、电子对抗等军用电磁设备发射功率大，带宽覆盖广，接收机接收机灵敏度高，如果没有合理设置，这些设备和信息化武器系统之间很容易干扰。电磁波密度过大更可能会产生阻塞干扰。在海湾战争后，军事专家评估其战场电磁信号环境密度已超过100万脉冲／秒。未来海战随着参战兵力增加，信息化装备的提升，其信号环境密度将可能达到500万脉冲／秒以上。如此密集的信号在战场空域上交错、时域上集中和能域上起伏变化，导致海战场电磁空间十分拥挤，管控难度加大。

3．4 激烈的电子对抗使得频谱管控任务艰巨

现代化海战中，各国为了夺取制信息权，在作战中必将大量运用信息对抗装备，用于主动干扰的软杀伤和直接毁灭打击的硬摧毁武器装备结合使用，干扰与反干扰纷繁交错，降低或破坏对方有效使用电磁频谱的能力。在影响作战频谱使用的各因素中，自然因素相对稳定，影响有限，民用频谱可以控制，敌对双方的电子对抗因素最为激烈，复杂多变难以预料。因此，海战中频谱管控既要保证我方电子设备正常使用稳定运行，又要努力避免敌方干扰和硬摧毁，还要掌握敌方对电磁频谱的配置和使用情况，为己方作战提供辅助参考，管控任务十分艰巨。

4 外军管控模式现状分析及对我军的启示

未来的海上联合作战将是一个在海洋及近海内陆范围内的立体空间上展开的，以海军为主，多军兵种协同的，以电子信息为主导的电子综合战［3～4］。各发达国家很早就意识到电磁频谱管控的重要性，其中美军在电磁频谱管控上起步较早，走在世界的前列。俄罗斯、日本和欧洲发达国家也不甘落后，日益加强对电磁频谱管控技术的研究并开发了一些具备初步管控功能的软件系统应用于军队中。当前，比较有名的频谱资源管理系统有美国ATDI公司开发应对电子战环境的HTZWarefarenG 系统，挪威国防部支持开发的频谱资源管理和无线通信网络规划软件frida系统，瑞典某公司开发的频谱规划管理软件WRAP 系统，美国的通信管理系统（CMS），以及由美国DSA 公司设计开发的无线频谱资源管理规划软件全球电磁频谱管理信息系统。（GEMS15）［5］。根据美军的相关规定可知，制定无线频谱资源管控方案主要包括战场电磁态势评估、拟制频谱资源管理方案、确认频谱资源需求和制定频谱资源使用计划四个步骤［6］。美军内部的电磁频谱管理由国防部统一领导，建立了从参谋长联席会议、军事通信电子委员会、联合频率管理组、总司令到诸军兵种的完善电磁频谱管理体系［7］。在制定频谱管控计划时美军在2007年又增加了频谱认证机制，从用频设备研制采购之初就对用频设备进行认证管理。频谱认证分为以下四个阶段：概念期、试验期、开发期、运行期［8］。加入认证程序可以提前为用频设备和系统提供前期分析，在开发研制阶段将不合理的用频方式排除在外，另外也可以提早发现干扰的存在并予以解决，减少了很多不必要的后续工作，节省后期开支。同时频谱认证也可以为船舶和机场的选址提供频谱信息支持。美海军频谱认证过程如图3所示。

图3 美海军频谱认证过程

美国非常重视新技术的出现并积极主动探讨、研究将新技术应用于现有频谱管理中的可行性。例如对于新出现的认知无线电技术，FCC（美国联邦通信委员会）就积极与各个行业交涉，并召开大量会议来讨论认知无线电系统机制以及对已有频谱授权用户的影响。

通过对外军频谱管控的学习与了解，我军在频谱管控方面获得的启示有：1）认清频谱资源是一个国家的主权象征，增强对频谱管控的重视程度，把频谱管控提高到战略管理层面进行资源配置。注重频谱管控的顶层设计，对频谱资源进行全频段管控，研究合理有效分配频谱资源的技术手段，紧跟时代潮流，注重新技术的学习、吸收及运用。2）建立一个自上而下的战场频谱管控体系。其主要任务有：在平时，制定电磁频谱管理预案，完善电磁频谱管理法规，加强电磁频谱管理理论研究，开展用频训练等；在战时，对战场频谱资源进行动态的科学管理，对战场电磁环境态势进行评估并对电磁兼容做出科学分析，指导部队做好电磁攻击和防护，并与地方相应管理部门协调，实现信息交换和共享。3）注重平时电磁环境数据库的建立与情报数据搜集分析，开发为战时服务的动态实时数据共享系统，同时开发综合频谱管控软件，使其与数据库联网，尽量实现全时域、全频域、全空域管控，共同组成战时频谱管控动态分析决策体系，为联合指挥部分析决策提供有效数据支撑。4）装备立项、研制或采购阶段，执行严格的频谱审批认证机制，由专门频管部门结合现有装备用频情况，对装备用频合理性进行分析、判断，在正式列装前进行实地用装电磁环境检测，力求将电磁干扰可能性降至最低。

5 未来我军频谱管控模式构想

面对日益严峻的战场电磁环境，为了在未来海上作战中取得制电磁权的主动性，在分析未来作战中的电磁环境和学习外军先进管理思想模式的基础上，我军未来频谱管控应该从各军兵种分别制定用频策略、管控频谱设备的模式向高效率的一体化管控模式转变。借鉴外军先进思想并结合我国实情和现状，立足打赢未来信息化战争的现实需求，我军未来海战场频谱管控应具有如下功能：1）健全、灵活、畅通的体制机制，使上下级频谱管理需求信息快速传达；2）实时的战场电磁环境感知能力，快速及时获取战场电磁环境信息；3）高效综合的一体化动态管控能力，对战场电磁态势出现的变化作出快速反应，实现各设备用频兼容，规避干扰频段；4）各参战单元之间互联互通互操作的能力，便于战场态势感知与作战需求与任务的上传下达。总之，建立全方位、全频域、大纵深、立体化的频谱感知网络是实施战场频谱管理的基础；构建多层级、分布式、智能化频谱信息处理决策网络是核心；实现频谱的动态管控和频谱信息共享等管理控制是关键。据此为了更好地适应未来海战场，我军频谱管控体系应实现模块化管控模式，其构成应包括：频谱感知分系统，海战场用频筹划分系统，频谱管控分系统，频谱支持分系统和频谱辅助决策分系统。如图4所示。

图4 海战场综合频谱管控系统组成

其中频谱感知分系统用来收集与海战场密切相关的电磁频谱信息。在网络化趋势越来越明显其构建速度越来越快的当今社会，设计频谱感知分系统应充分利用网络化的优势，应用各种组网设备将各感应设备获得的信息迅速收集、传送给分析决策部门，经进一步的计算、判断为指挥决策者提供直接有效的用频参考。

用频筹划分系统根据事先统计了解各部门用频需求，着眼整个作战过程和作战环境，以作战目的、任务为服务目标，采用系统分析的方法，将各种可能出现的情况综合考虑，尽最大可能在筹划阶段将各种可能出现的电磁不兼容、设备间互扰、同频干扰等不利因素对海战场中我方用频的影响程度降到最低。

频谱管控分系统是整个综合管控分系统的核心，该系统综合各个子系统所提供的用频信息和海战场中的电磁环境情况，以频谱支持分系统为参考，以辅助决策分系统为依托，结合指挥官作战意图和海战场实时变化的环境和用频情况，从总体上实时把握我方用频动态，根据海战场中作战意图、任务实现情况，快速调整各部门用频参数，利用高效的网络化系统将各部用频信息分发到各舰艇中，使得各作战单元迅速及时调整设备用频参数，为战争最后的胜利提供直接保障。

频谱支持分系统为管控系统提供与频谱使用密切相关的一切气象、水文、地理环境、电离层实时变化情况等各种影响频谱使用的外界信息，并根据探测到的信息实时快速提供给管控分系统，该系统主要提供和补充频谱感知分系统所不能完成的功能，但对用频使用确实存在巨大影响的各种外界信息。

辅助决策分系统将综合利用传输给管控部门的各种信息，结合海战场具体情况和作战进度，实时的分析计算并得出最佳用频手段和方式，为管控部门和指挥决策部门提供直接的用频参考方案。该系统以作战需求为牵引，全程为作战任务和作战目的服务，以取得海战场用频的主动权和作战效能的最大化为目标，是海战场中频谱管控的有效支撑。

总之，在模块化管控模式下，各个分系统通过通用接口和高速数据线联接，实现信息的实时高速共享。各分系统各司其职，根据作战任务需求灵活组合运用，对未来海战场动态实时可靠的电磁频谱管控提供有效的决策支撑管控作用。

6 结语

文章在对未来海战场电磁环境构成及各因素可能产生的影响进行分析的基础上，指出了海战场电磁环境在作战中可能存在的问题。通过对外军频谱管控发展现状及做法进行学习和了解，得到了的几点启发并提出了我军频谱管控系统应具备的功能，在此基础上提出了我军未来海战场电磁频谱模块化管控模式构想，供我军频谱管控建设参考。总之，电磁战场已成为与外太空、天空、地面和海洋并存的第五维战场，未来的海上作战舰艇编队只有具备在密集信号环境下动态监视、科学管理和控制电磁频谱的能力，才能有效运用电磁频谱，控制电磁环境效应［12］，充分发挥舰艇编队整体作战效能，取得未来海战中的主动权。

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