美国防部武器装备电磁频谱试验与评估过程

江　桥

(中国人民解放军91404部队，河北 秦皇岛 066000)



美国防部武器装备电磁频谱试验与评估过程

江桥

(中国人民解放军91404部队，河北 秦皇岛 066000)

摘要：随着信息化技术以及电子战技术的不断发展，武器装备面临越来越复杂的电磁环境，其作战效能也面临着极大的挑战。任务需求、联合作战能力、财政预算等问题的平衡制约着许多军用系统采办的需求以及测试评估期间频谱保障性(SS)和电磁环境效应(E3)的管理。如果在试验与评估期间没有进行SS和E3评估分析，则系统受到电磁干扰(EMI)、安全伤害而导致不能运行/部署的概率将大大增加。概述了美国防部武器装备在系统整个采办寿命周期的电磁频谱试验与评估过程。

关键词：E3；电磁频谱；用频设备；SS；SSRA

0引言

过去几十年来，美军已记载了成百上千次在演习中由于电磁干扰(EMI)问题而导致任务有效性削弱、系统故障、甚至有人员伤亡的事件，多数是由于不能提早明确试验与评估(T&E)期间的电磁环境效应(E3)管理和频谱管理(SM)，从而浪费了大量的资金、时间和精力。历年来的演习经验证明：如果在武器装备系统采办期间提前明确了频谱保障性(SS)和E3管理，就可提早发现易损性，及时采取补救措施，使外场系统减少由于易损性问题而导致的系统运行能力受限、任务执行时受到约束等问题。美国在电磁环境、电磁环境效应以及评估技术方面开展了大量的研究，取得了丰富的研究成果，且形成了一系列标准和手册等指导性文件。本文主要阐述了美国防部(DoD)武器装备电磁频谱试验与评估相关文件和过程。

1电磁频谱试验与评估相关文件

1.1　国防频谱机构

国防频谱机构(DSO)是国防信息系统局(DISA)的下属机构，负责明确DoD面临的电磁频谱挑战问题。设置有联合频谱中心(JSC)、战略规划办公室、全球电磁频谱信息系统项目管理办公室、业务管理办公室。DSO的主要任务是提高电磁频谱的有效、充分使用，以确保军用平台、系统和设备的相互协作性、可靠性和可生存性，确保战机的系统局限性和易损性可以得到缓和并记载等。

1.2　相关指令性文件及规定

针对电磁频谱试验与评估，DoD颁布了以下指令性文件：

1)DoD 4650.01号指令——电磁频谱管理和使用政策文件。该文件提出了DoD内部电磁频谱的管理和使用政策，要求DoD各部门研发的所有用频设备或系统都要进行一系列的频谱保障性风险评估(SSRA)。频谱管理机构规划、协调、管理整个运行、工程和行政管理过程中的电磁频谱使用，以确保电子系统能够在预期的运行环境中不受任何意外干扰，能够正常运行。

2)DoD 3222.3号指令性文件——DoD E3项目。该文件要求所有的电气和电子系统、分系统和设备，包括含有电启动装置的武器能够在预期电磁环境(EME)中相互兼容，不会导致由于E3原因引起的不可接受的任务降级。E3定义为EME对军用力量、设备、系统和平台运行能力的影响，包括电磁兼容(EMC)、EMI、电磁易损性(EMV)、电磁脉冲(EMP)、电子防护、静电排放(ESD)、电磁辐射对人员伤害(HERP)、电磁辐射对武器装备伤害(HERO)、电磁辐射对燃料/挥发性材料伤害(HERF)、雷电、沉积静电(p静电)。E3还明确了定向能武器和高功率微波设备的影响。

3)DoD 5000.02号指令——防务采办系统的运行。该文件描述了防务采办系统(DAS)的操作过程。在整个采办过程中，从联合能力集成和研发系统(JCIDS)文献编制到研制试验与评估(DT&E)和运行试验与评估(OT&E)鉴定都要有SS和E3管理需求。图1 为DoD 5000.02指令中武器系统采办期间电磁频谱测试与评估过程。

注：COCOM：战斗司令部；HN：东道国；ICD：初始能力文件；CDD：能力开发文件；CPD：能力产生文件；ISP：信息支持计划图1　DoD 5000.02号指令中的武器系统采办期间电磁频谱试验与评估过程

SS是维持军用系统在作战EME中有效互操作所需频率和带宽的保证，首次出现在MIL-HDBK-237D《采办过程的电磁环境效应和频谱保障性指南》中。对设备或系统是否具有“频谱保障性”所进行的评定至少包括通过设备频谱认证(ESC)、主权国家的批准(HNA)和EMC考虑。在用频系统或设备的研制、采购和部署中，都应适当、及时考虑到SS因素，并在全过程周期性地评审和更新。图2描述了E3、SS过程之间的关系。

图2　E3与SS之间的相互关系

在采办里程碑各阶段的E3和SS工作任务如下：

1)里程碑A之前，研究SS和E3控制需求和进行起始的风险评估；完成和提交初始阶段1(方案阶段) 的频率分配申请表“1494号表格”。

2)里程碑B之前(或授权合同签订的第一个里程碑之前)，必须做出获取SS的判断和建议计划；确保E3和SS需求包含在JCIDS文件中；在工作说明(SOW)、合同数据要求清单(CDRL)、性能规范中明确SS和E3控制要求；确保完成/更新和提交“1494号表格”；定义信息支持计划(ISP)的E3和SS需求；在试验和评估总计划(TEMP)中定义SS和E3控制需求，在DT&E期间试验，在OT&E期间实施SS和E3评估。

3)里程碑C之前，评审和更新CPD、ISP和TEMP中的SS和E3控制需求；对于尚未获得允许进入生产和配置阶段必需SS的用频系统，必须提出获得SS的理由和建议计划。

4)里程碑C之后，监控系统变化，确定对SS和E3控制需求的影响。改变参数或使用位置后，可能需要增加设备频谱认证(ESC)，更新 “1494 号表格”或增加E3分析或试验。

2电磁频谱测试与评估过程

对于T&E 的E3和SS评估，DSO颁布了指导性方法，供项目管理者(PM)、武器装备研发者(MATDEV)和OTA使用。下文阐述了其主要过程。

2.1　定义EME

这是至关重要的一步。MIL-STD-464《系统电磁环境效应要求》中规定了舰载武器、空间与发射飞行器、地面系统、固定翼飞机、直升机和武器装备的最大外部EME。为陆基、海基、空基、天基系统(包括相关武器)建立电磁环境效应接口要求和验证准则。标准给出了安全裕度、系统内电磁兼容性、外部射频电磁环境、雷电、电磁脉冲、设备和分系统电磁干扰、静电控制、电磁辐射的危害、全寿命期的电磁环境效应加固、电联接、外部接地、TEMPEST(瞬时电磁脉冲辐射监测技术)、发射控制和电磁频谱兼容性14个方面的要求。

EME应该包括来自DoD系统以及民用和外国系统的预期和非预期电磁辐射(EMR)。为了进一步细化，可采用下列步骤根据具体的任务情况定制EME：

步骤1：明确系统或设备要达到的任务场景以及支持该任务所需的相关平台和系统；

步骤2：确定系统或设备预期要运行所在的主要(地理上的)国家和地区；

步骤3：进行工程分析，使EMI源/被干扰对象即为任务期间建议的系统或设备；

步骤4：根据任务剖面，运行联合E3评估工具(JEET)分析，明确运行的EME环境对所有系统的影响；

步骤5：应用MIL-HDBK-235验证由上述步骤确定的系统和设备的频谱特性。

2.2　ESC

根据管理与预算(OMB)办公室A-11通令、DoD 5000.02指令和4650.01指令，所有用频关系统和设备都要进行ESC。所有的军用用频系统都必须符合NTIA《联邦无线电频谱管理规定和程序手册》中指出的频谱规定。PM、MATDEV或其他获取权威必须根据DoD 4650.01条例和NTIA手册通过设备频率管理办公室(FMO)呈交ESC请求。如图1所示，在获取过程中的每个阶段都要进行ESC；DT&E和OT&E期间，在运行用频系统前，PM/MATDEV必须要先得到频率分配(大多数情况下是辐射频率分配)。

2.3　频谱保障性风险评估(SSRA)

SSRA用于确定和评估能潜在影响整个系统要求作战性能的EM频谱管理、技术、运行和E3问题。在整个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。特别是：

1)初始SSRA主要评估系统的频谱需求是否符合国家、国际的频谱管理要求，频谱的有效性以及潜在的E3问题：

初始管理SSRA——要明确系统的相应管理状态，部署和运行频率是否符合当地国家的频谱政策。

初始技术SSRA——集中在所选技术和需求的技术参数，诸如系统类型、平台类型、带宽要求等等。

初始运行SSRA——要考虑在预期运行环境中的用频系统的全部配套，需要更广泛的EMC分析(如频率-距离分离、预防干扰所要采取的步骤)。

2)详细管理与技术SSRA。在里程碑C之前进行。随着项目成熟，在初始评估结果和发现问题的基础上，提供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，并提出潜在风险及拟采取的相应措施。

3)在生产与部署之前，要求更新所有SSRA，完善系统的预期作战环境，通过减缓措施/战术程序等方法把频谱问题和电磁兼容风险减弱到可接受的水平。

2.4　DT&E中E3考虑因素

DT&E E3评估用于验证系统设计是否严谨到足以消除E3风险；根据特定军标验证系统是否符合其合同上的E3规定。研制试验(DT)通常是在实验室或者露天试验场进行的。试验包括生产验收试验与评估、产品批准进入全速生产后的首件产品E3测试。与E3管理需求相符合，将使得产品在平台/系统集成时的兼容方面有很高的置信度；反之，运行EMI问题随之产生，不符合的程度越高，问题发生的概率越大。

装备和子系统的E3设计需求必须在项目早期就规定好，以避免成本加大，确保任务的有效性。MIL-STD-461规定了设备和子系统辐射与灵敏度特性的具体性能和验证方法。MIL-STD-464规定了机载、海上、空间、地面平台和系统(含相关装备)的系统级E3要求。进行研发试验时，要考虑设计特性以及预期任务、安装、屏蔽集成、元部件选择等因素。

2.5　OT&E中E3考虑因素

OT&E E3评估用于证实未得到解决的E3问题、记录任务约束条件和易损性。在OT&E期间，E3测试的结构要能明确并解算影响任务有效性的问题，要能评估对TEMP中描述的其他关键性能参数的影响。OT&E E3评估应尽可能在真实运行EME中进行。

在运行试验阶段(OT)，应该明确DT期间发现的、与灵敏度相关的潜在EMI源及其干扰对象，并通过各种模式和功能训练平台、系统的子系统/设备来进行系统性评估。“一个EMI源对应一个被干扰对象”以及“多个EMI源对应一个被干扰对象”两种情况都要进行评估。需要对有天线的、整个工作频率范围内的接收机进行评估，这对正确评估非常重要。另外，EMI测试期间非期望响应的测量对于OT&E期间的EMV分析也是必要的，可确定对作战性能的影响。EMV分析要求识别系统在其寿命周期内可能遇到的敌我辐射源，要求能够确定源系统在运行期间将会遇到的相似度。

2.6　SS和E3管理评估流程

图3为采办阶段SS和E3管理评估流程。该图强调了从需求初始研发到外场作战的关键目标。联合需求监督委员会确认需求后，PM/MATDEV必须作出决定，确定武器装备解决方案将来是否需要SS和E3管理(即是电子/电气设备还是用频设备)。如果需要SS或E3管理，则要在采办阶段的剩余过程中强制进行技术审核、评估和测试。建议测试人员和用户共同早期参与，合理规划测试并准备测试资源，以达到试验目标。SS和E3管理试验应融入TEMP中。一旦DT和OT完成，如果在运行期间发现SS和E3管理问题，就要生成系统局限性和易损性报告，并定期更新。

图3　SS和E3评估流程

记录E3评估，要根据作战开发者和白军规定的任务需求以及ICD、CDD、CPD要求检查是否符合E3规定要求。另外，PM/MATDEV要确保TEMP中提出了以认证EMC为目的的COI要点。一旦所有E3问题都明确了，就要编写E3评估报告，说明所有的预期运行问题，并适时编入SSRA。如果在DT期间没有明确这些问题，就要在编写最终的E3评估报告、最终管理、技术、运行SSRA之前作为野外OT一部分进行进一步的评估。

3结束语

DoD武器装备系统采办期间进行T&E SS和E3管理认证是强制性的,而且系统的局限性和易损性必须明确和记载。其经验证明：在采办阶段早期就要提出SS和E3问题并及时解决，通过T&E过程确定关键问题可降低成本，提高任务的有效性。先进的管理理念、高效的组织机构、健全的法规体系、高端的试验技术，构筑成美军世界一流的装备试验体系，形成领先世界的试验能力。借鉴美军的武器装备电磁频谱测试与评估体系的建设，可为武器装备电磁频谱试验与评估体系的建设和未来发展开拓思路。■

参考文献：

[1] Marcus S Jr. Electromagnetic spectrum test and evaluation process[J]. ITEA Journal, 2010,31:284-290.

[2]洪家财，等.美军电磁环境效应研究启示[J].装备指挥技术学院学报，2009(3)：10-13.

[3]崔侃，等.美军装备试验与评估发展[J].国防科技，2012(2)：17-22.

DoD electromagnetic spectrum test and evaluation process for weapons

Jiang Qiao

(Unit 91404 of PLA，Qinghuangdao 066000，Hebei，China)

Abstract：With continual development of information technology and electronic warfare, the weaponry is facing more and more complex electromagnetic environment, and its combat effectiveness is also facing more challenges. Due to balance among mission demand, joint operation capability and financial budget, many military systems operate with limited capabilities and mission constraints due to vulnerabilities that would have been discovered if spectrum supportability (SS) and E3 controls had been addressed early during acquisition. If SS and E3 evaluation analysis is not done to a system during T&E, possibility of being subject to EMI, safety harm and resulting in unable operation/deployment will increase greatly. DoD electromagnetic spectrum test and evaluation process during system acquisition life cycle are described.

Key words：electromagnetic environment effect (E3); electromagnetic spectrum; spectrum-dependent equipment; spectrum supportability (SS); spectrum supportability risk assessment (SSRA)

中图分类号：TN97

文献标识码：A

作者简介：江桥(1976-)，男，工程师，主要研究方向为电子对抗。

收稿日期：2015-10-12；2015-11-17修回。