海战场电磁频谱管控系统构想

王 隽

(解放军91977部队，北京 100036)

0 引 言

对海上作战行动而言，电磁频谱的可得性是一切行动的基础，海上指挥通信、预警探测、目标指示、武器制导和电子对抗等作战活动，均需要对电磁频谱进行合理充分的运用，同时还要尽力破坏敌方运用电磁频谱的能力。海战场必须建设 “面向作战、动态协调、有效支持” 保障各型用频装备高效发挥其作战效能的电磁频谱管控系统。

1 外军海战场频谱管控技术发展研究

海上电磁环境具有交织性、动态性等特点，并且由于众多设备在频谱上存在自扰、互扰和环境干扰等问题[1]，外国海军一直高度重视频谱应用和作战体系的建设，研制了岸基、海上以及综合化的电磁频谱综合管理与应用支持系统。

(1) 美海军AESOP系统[2]

AESOP是动态电磁频谱作战程序的缩写，由SENTEL公司为美国海军研发，全部的AESOP系统包括频谱计划软件、基于互联网加密协议路由(SIPR)的服务中心、相关操作流程与保障团队等部分组成。

AESOP系统的主要功能包括：制订雷达、交战系统的用频计划；通信计划制定；所有舰载辐射源的冲突预测与消解；自动生成频率指配计划、联合限制频率表,以及频谱作战指南；岸基与海上辐射源的潜在冲突分析；满足海军认证的频谱管控消息；基于网络的频谱基础数据库同步；分析计算工具，包括雷达、数据链、通信网台、塔康以及卫星通信等。

AESOP的典型界面如图1所示，它广泛部署于美国海军的主要舰艇以及岸基海上指挥所，为多次美军行动提供频谱协同保障。目前即将部署其4.0版本，增强的功能包括：满足MCEB Pub8(军用通信电子白板第8版)的数据交互和显示标准；满足网络中心战体系架构，包括Web服务、远程数据集成、对岸基数据库的远程访问、有限带宽下的独立运行能力等；改进了天线模型，包括二维与三维空间模型；改进了人机交互界面；更加自动化的频谱分析工具。

图1 AESOP雷达覆盖与通信网台覆盖能力分析界面

(2) 美海军陆战队SPEED系统

SPEED是系统计划工程与评估设备的缩写，由IMC电磁频谱技术工作组研发，提供可模块化升级的通信设备规划功能。

SPEED系统可以工作于2种模式。其中，离线模式由软件内置功能实现，提供初步的通信计划功能；在线模式可以通过调用国家频谱管理办公室的相应功能实现多种频谱应用支持能力。SPEED的典型界面如图2所示，其在线模式的主要功能包括：干扰报告与干扰分析；生成频率指配表与联合限制频率表；电子战冲突消解；频谱态势生成与显示；系统与图形管理。

图2 SPEED的离线分析与在线分析界面

(3) 北约其它国家的典型系统

北约针对战场频谱应用需求，在其北约体系结构框架(NAF 3.0)中提出了专门的频谱视图，采用基于网络的体系结构与统一的格式标准，简化并协同各盟国的频谱应用活动，使参与的军事单位更好地完成其军事任务。该套服务系统与客户端由英国统一研制。

此外，在北约国家中，土耳其国防部的“情报与信息安全研究中心”研制的MARSSys(辐射频谱分析与管理系统)具有一定的代表性，该系统采用云计算的方式提供大量的辅助分析与频谱计算工具，涵盖不同频段与不同应用，具有一定的技术先进性，包括中长波/短波/超短波分析、通联分析、雷达分析、调频/调幅广播分析工具等。其典型界面如图3所示。

图3 MARSSys的典型频率分析界面

通过对上述系统分析可以看到，现代军事强国的频谱管控呈现以下趋势：

(1) 动态化、实时化的趋势。频谱使用与作战行动紧密结合，贯穿战前、战中、战后全过程。对频谱使用的支持，正在由传统静态的电磁频谱管控概念逐渐向基于作战的、动态协调的战场频谱控制方向发展，发展实时频率调度、资源分配、辅助决策、在线分析能力，更加高效地支持频谱域的作战活动。

(2) 精细化、定量化的趋势。传统的频谱管控仅在装备用频的频段、时段和能量进行粗放规定；而军事强国所普遍采用的频谱作战手段，则基于精细化的装备模型、传播模型开展定量计算，并结合作战行动与任务要求开展计划与协同。

(3) 网络化、服务化的趋势。先进军用频谱应用支持系统，普遍基于统一的数据交换标准实现不同军兵种乃至不同国家频率协同，采用面向服务的体系架构实现高效快速的频谱分析计算，采用Web服务技术实现频谱管控计划的灵活发布与快捷查询。

(4) 功能综合化、规范化。AESOP系统可以直接生成雷达、武器、通信、导航等装备的用频计划，自动生成频率指配计划、联合限制频率表、用频计划制定、各种辐射源的冲突预测与消解作业程序等。

2 海战场电磁频谱管控系统构想

2.1 海战场电磁频谱管控系统功能需求

海战场作战需要综合运用水面、水下、空中和岸基等多种作战平台和航空兵、通信、雷达、电子对抗等多种专业兵种。多平台、多兵种同处于一个战场空间，共享无形的频谱资源和电磁空间，频谱的使用和管理异常困难。海战场电磁频谱管控系统就是要为海战场作战提供用频保障，支持编队/舰艇指挥员和指挥机构制定作战方案、作战计划和保障计划，提供电磁频谱计划、监视、协调和控制手段，实现电磁频谱资源的有序使用，发挥海战场整体作战效能。海战场电磁频谱管控系统的能力需求主要包括以下6个方面：

(1) 完整统一的作战频谱用频规划

根据作战任务和装备用频需求，在作战指挥系统的组织管理下，通过统一的作战频谱规划，解决频谱资源共享利用问题，解决己方装备之间的自扰互扰问题；结合作战任务要求，制定协调一致的装备用频计划，重点保障关键任务、关键装备的频谱使用。

(2) 实时准确的电磁频谱态势感知

以岸基、舰载、机载等多源频谱监测数据为基础，融合敌情、己情等各类信息，完成海战场频谱数据处理和态势生成，为指挥员掌握作战区域辐射源分布、能量分布和频谱活动变化情况，为作战行动提供频谱管控决策数据支撑。

(3) 直观明确的电磁频谱态势掌握

采用直观、明确的可视化手段，为不同级别、类型、角色的指挥员展现不同视角的海战场综合频谱态势；展现频谱态势的综合分析结果，方便指挥员掌握装备受扰状态、作战效能变化、频谱占用等信息，为作战进程监控、作战行动调整、战场力量调度提供决策支持。

(4) 动态有效的电磁频谱管控协调

面对实时变化的战场态势，全面掌握己方装备用频状态、受扰状态、作战效能、空闲频率等信息，根据用频计划，监督我方装备用频状态；接收干扰申诉，对出现的频谱异常或干扰进行及时查处，对己方装备用频冲突进行协调和管控；响应临机用频申请，快速完成装备用频指配；根据作战任务变化和相应要求，临机调整装备用频计划，调整频谱管控措施，保障作战任务用频需求。

(5) 全面可靠的电磁频谱数据支持

各类频谱管控业务的计算与分析，包括装备间冲突计算、空间能量分布计算、装备用频效能计算等，均依赖于装备用频参数、作战应用数据、频谱监测数据、频谱规则策略数据、电波环境数据、气象数据、地理信息数据等支撑。因此，需要一套完整的数据收集、管理、维护以及应用支持机制。

2.2 海战场电磁频谱管控系统体系结构

海战场电磁频谱管控系统分为频谱感知、频谱管控和频谱支持三大功能域，提供相应的频谱管理服务，如图4所示。

其中：

(1) 频谱感知功能域：为频谱管理提供实时的电磁环境和频谱感知数据，由各类电磁信号感知设备组成，包括雷达传感器、通信系统、电子战系统和舰载飞机等，具备宽频段扫描监测、短波信道探测、卫星信道探测、信号定向定位、信号测量分析、环境感知、用频装备参数采集等功能。

(2) 频谱管控功能域：能通过各种辅助决策工具实现对频谱资源的规划协调、动态管控和频谱态势生成及展现功能，包括电磁态势软件、用频规划软件、动态管控软件、用频辅助决策软件。其中，电磁态势软件通过对频谱感知域提供的频谱感知数据进行信息融合处理后形成区域电磁态势，包含电磁环境态势、辐射源目标态势、装备用频态势、可用频谱资源态势、用频异常态势、综合电磁态势等；规划协调软件完成海战场用频计划及协调方案的制定，包含各舰用频需求分析功能，用频计划、协调方案制定功能；动态管控软件通过监视和分析各装备的用频情况，实现对海战场频谱资源的动态管控功能和对电子战系统的协同指挥，包含状态监视、异常处理、频率控制与指挥、电子战协同等功能。

(3) 频谱支持功能域：频谱管理的数据支撑功能域，由频管相关数据库构成，用以存储频管和电磁环境的历史及实时数据，提供用频需求数据、规则类的专家知识以及敌我双方已知用频装备和辐射源的频谱特征数据。同时，通过各类频谱分析工具，包括干扰排查、干扰预测、频率分配、决策建议、用频分析与效能评估等服务，为用频规划、动态管控等提供辅助决策支持功能。

2.3 海战场电磁频谱管控系统软件架构

海战场电磁频谱管控系统软件架构采用面向服务的层次化结构设计思想，由核心层、通用支撑层、基础服务层、频谱支持层、频谱应用层5层组成，具体如图5所示。

核心层提供操作系统、设备驱动、基础数据库等基础设施；通用支撑层提供相关设计规范和构件平台；核心层与通用支撑层应与指控系统装备软件的通用结构保持一致；数据/模型层提供频管相关数据库和典型模型；基础服务层提供频管业务中最基础的通用计算服务；应用服务层针对海战场频谱管理需求提供了一系列定制插件；应用软件层提供可与指挥员进行人机交互的频管软件。

3 结束语

电磁频谱是继水、土地、森林、矿藏之后又一种重要的国家战略资源。本文提出的海战场电磁频谱管控系统能力需求、系统结构和软件架构，可为深入研究海战场电磁频谱管控提供参考。