戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性內(nèi)涵分析與研究

劉帥，李智，周立新

（裝備指揮技術(shù)學(xué)院，北京 101416）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備和信息化武器被投入到戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)踐中。這些用頻設(shè)備為交戰(zhàn)雙方圍繞爭(zhēng)奪制電磁權(quán)、制信息權(quán)進(jìn)而奪取戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)所進(jìn)行的各種電磁活動(dòng)提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也形成了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的新要素——戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境，進(jìn)一步拓展了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的內(nèi)涵。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的一種客觀存在，它一方面具有信息的傳遞作用，另一方面阻礙著用頻裝備效能的發(fā)揮。文中對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的本質(zhì)進(jìn)行了討論，為復(fù)雜性的界定提供了思路。

1 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境構(gòu)成要素分析

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境是指在一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間內(nèi)對(duì)用頻裝備產(chǎn)生影響的各種電磁活動(dòng)和現(xiàn)象的總和[1]。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境構(gòu)成元素眾多，本質(zhì)上可以將其分解為2個(gè)層面：1）電磁環(huán)境的主體應(yīng)用層——各種輻射源輻射的電磁波，包括自然電磁輻射如靜電、雷電等，人為電磁輻射如廣播電視、雷達(dá)、無線電通信、無線電導(dǎo)航、電子干擾等，以及一些設(shè)備產(chǎn)生的人們所不期望的附加電磁輻射如高壓放電、電火花等；2）電磁環(huán)境的背景層——輻射傳播因素，它雖然不能輻射電磁波，但作為傳播媒介能深刻影響電磁波的傳播，包括大氣、各種氣象條件、地理環(huán)境以及人工散布的煙幕、箔條等。

對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)電磁空間的演變而言，只作用于局部區(qū)域且持續(xù)時(shí)間短，或長(zhǎng)時(shí)間存在但不具備突變性的自然電磁輻射、民用電磁輻射以及高壓放電等附加輻射，其影響不大，歸屬于基本要素。各種軍用設(shè)備輻射的電磁波在戰(zhàn)場(chǎng)電磁空間則表現(xiàn)活躍，是戰(zhàn)爭(zhēng)條件下特有的產(chǎn)物，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的發(fā)展演化起著決定性作用，歸屬于主體要素，包括雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)、光電系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、敵我識(shí)別系統(tǒng)、引信系統(tǒng)等引起的輻射。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性內(nèi)涵

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境各層面之間、層面內(nèi)各要素之間通過不同的耦合方式交織在一起，使得戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境表現(xiàn)出隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性、可控性、敏感性、復(fù)雜性等復(fù)雜系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)。復(fù)雜性是戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境最本質(zhì)的概括。

對(duì)于電磁環(huán)境的復(fù)雜性，學(xué)界目前主要有2 種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為復(fù)雜性是戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的客觀屬性[2—6]，可以用電磁信號(hào)空域分布、頻域分布、強(qiáng)度分布、信號(hào)種類、樣式分布、背景噪聲強(qiáng)度、信號(hào)密度、頻率占用度、頻率重合度等指標(biāo)進(jìn)行描述。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為復(fù)雜性是針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的受體而言，由于作戰(zhàn)條件、作戰(zhàn)對(duì)象以及作戰(zhàn)任務(wù)的不同，電磁環(huán)境對(duì)作戰(zhàn)裝備的工作效能影響程度不同[7—9]，可以用預(yù)警探測(cè)和監(jiān)視效能、電子偵察效能、電子進(jìn)攻效能、電子防御能力、電磁兼容效能等指標(biāo)描述。

客觀性與主觀性僅是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的不同角度的理解，過于強(qiáng)調(diào)任何一方都會(huì)顯得片面。前者忽略了電磁環(huán)境復(fù)雜性的相對(duì)性，同樣的電磁環(huán)境，對(duì)于電磁頻譜管控能力強(qiáng)、電子設(shè)備抗干擾能力強(qiáng)的作戰(zhàn)方或信息裝備而言沒有影響，就不能稱其為復(fù)雜；對(duì)于電磁防護(hù)能力弱的一方可能造成指揮癱瘓、通信中斷、雷達(dá)致盲等毀滅性破壞，就是一個(gè)非常復(fù)雜的環(huán)境。后者在確定各系統(tǒng)的工作效能指標(biāo)時(shí)，對(duì)人的主觀性過度依賴，缺乏統(tǒng)一的、客觀的標(biāo)準(zhǔn)，極端情況下會(huì)得到相矛盾的結(jié)論。

筆者認(rèn)為，應(yīng)該從戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的本質(zhì)特征與表現(xiàn)形式上進(jìn)行理解，將上述2 種觀點(diǎn)統(tǒng)一起來。

2.1 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的本質(zhì)特征

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境處于開放的電磁空間中，是由不同層次、數(shù)量巨大的多種要素相互聯(lián)系、相互作用，共同形成的開放性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，除了具有一般復(fù)雜巨系統(tǒng)的特點(diǎn)，它還有著自身的特點(diǎn)[1]。

1）混沌震蕩，高效能與漏洞并存。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的各種構(gòu)成要素始終處于動(dòng)態(tài)變化之中，要素與要素之間的關(guān)系也是一種非線性關(guān)系，使得整體上處在一種混沌振蕩過程中，導(dǎo)致在特定的時(shí)空和特定的頻段上效能高、能量強(qiáng)，在其它時(shí)空及頻段則效能低、能量弱，從而出現(xiàn)缺口、漏洞。

2）動(dòng)態(tài)多變，處于臨界狀態(tài)。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的各種人為構(gòu)成要素之間，存在著規(guī)避與對(duì)抗2種背離的運(yùn)動(dòng)趨向。在己方內(nèi)部之間規(guī)避沖突，在敵對(duì)雙方之間強(qiáng)烈對(duì)抗，始終處于穩(wěn)定與失衡的臨界狀態(tài)。

3）劇烈聯(lián)動(dòng)，牽一發(fā)而動(dòng)全身。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境從相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)到不穩(wěn)定狀態(tài)的變化是“躍變”，而不是“漸變”，往往一個(gè)微小的變化，都將引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成局部甚至整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域的電磁態(tài)勢(shì)失衡。

2.2 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的表現(xiàn)形式

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的復(fù)雜性，通過用頻設(shè)備的相互作用以及時(shí)間、空間、頻譜、功率特征來表現(xiàn)。

1）交互方式復(fù)雜，具有相對(duì)性。一方面，同樣的電子設(shè)備在不同的電磁環(huán)境下工作效能不同；另一方面，同樣的電磁環(huán)境下，不同的用頻設(shè)備工作效能也不相同。此外，一定的電磁環(huán)境對(duì)于單個(gè)或幾個(gè)用頻設(shè)備可能構(gòu)成復(fù)雜電磁環(huán)境，但對(duì)于整個(gè)作戰(zhàn)部隊(duì)不構(gòu)成嚴(yán)重影響，從整體上不能將其定義為復(fù)雜電磁環(huán)境。

2）時(shí)間上變幻莫測(cè)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)。在不同的作戰(zhàn)時(shí)間內(nèi)，交戰(zhàn)雙方因作戰(zhàn)目的不同，所產(chǎn)生的電磁信號(hào)數(shù)量、種類、密集程度將隨時(shí)間而變化，其變化的方式難以預(yù)測(cè)。

3）空間上無處不在，無影無形。戰(zhàn)場(chǎng)空間中的電磁波看不見、摸不著，但它存在于戰(zhàn)場(chǎng)空間的每一個(gè)位置，作用于有形的電子設(shè)備上。

4）頻譜上無限寬廣，密集交疊。一方面戰(zhàn)場(chǎng)上電磁信號(hào)所占頻譜越來越寬，幾乎覆蓋了從無線電波到光波的全部電磁信號(hào)頻段；另一方面，由于大氣衰減、電離層反射和吸收等傳播因素影響，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠使用的電磁頻譜只是有限范圍，軍用頻段更少。在某一局部頻率區(qū)間，電磁信號(hào)呈現(xiàn)密集重疊的現(xiàn)象。

5）功率上強(qiáng)弱起伏，分布不均。因輻射傳播因素的影響，戰(zhàn)場(chǎng)空間的電磁信號(hào)能量不均勻，在有些地方能量集中，可能很強(qiáng)；有些地方能量分散，可能很弱。電磁能量密度的高低直接決定著其對(duì)電子設(shè)備的影響程度。

3 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性的定量描述

文獻(xiàn)[3—9]基于效能評(píng)估的思想，對(duì)電磁環(huán)境建立了指標(biāo)體系，借助模糊數(shù)學(xué)、層次分析法、集對(duì)理論、對(duì)策論等工具對(duì)復(fù)雜性進(jìn)行了定量描述。這些評(píng)估方法的出發(fā)點(diǎn)只是強(qiáng)調(diào)了電磁環(huán)境復(fù)雜性的客觀性或主觀性，不能對(duì)復(fù)雜性進(jìn)行統(tǒng)一的表達(dá)。

事實(shí)上，輻射源工作狀態(tài)主要取決于發(fā)射端的電磁防護(hù)能力，接收機(jī)的工作狀態(tài)主要取決于電磁防護(hù)能力和所處位置的信噪比。

在此基礎(chǔ)上，筆者嘗試提出用靈敏度δ來統(tǒng)一表示用頻設(shè)備的電磁防護(hù)能力和信噪比，具體定義如下：

式中：c 為用頻設(shè)備的電磁防護(hù)能力，dB；w為用頻設(shè)備的信噪比門限，dB。

對(duì)于發(fā)射機(jī)，若將 c 細(xì)化為 3 個(gè)門限值 c1，c2，c3，則可將發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)劃分為正常工作、受少許影響、受較大影響、不能正常工作4 種狀態(tài)，通過與實(shí)際環(huán)境中的電平值比對(duì)便可定義發(fā)射機(jī)所處電磁環(huán)境的復(fù)雜程度；對(duì)于接收機(jī)，同樣可將靈敏度δ劃分為f1，f2，f33個(gè)門限值，分別對(duì)應(yīng)接收機(jī)工作正常、出現(xiàn)少許噪音、出現(xiàn)明顯噪音、信號(hào)完全被淹沒4個(gè)工作狀態(tài)，通過與實(shí)際環(huán)境中的電平值比對(duì)即可確定接收機(jī)所處電磁環(huán)境的復(fù)雜程度。具體對(duì)應(yīng)情況見表1。

表1 電磁環(huán)境復(fù)雜程度與用頻設(shè)備靈敏度對(duì)應(yīng)Table 1 Classification of EME complexity with equipment sensitivity threshold

復(fù)雜程度的評(píng)估步驟如下：

1）在明確輻射源位置后，通過波動(dòng)方程可計(jì)算出戰(zhàn)場(chǎng)空間中任一處的電平值；

2）依據(jù)用頻設(shè)備（發(fā)射機(jī)或接收機(jī)）的靈敏度將戰(zhàn)場(chǎng)空間劃分為不同的子空間，可稱為靈敏度子空間；

3）確定用頻設(shè)備的坐標(biāo)位置，定義其所處電磁環(huán)境的復(fù)雜程度，如圖2所示；

4）對(duì)于作戰(zhàn)部隊(duì)整體而言，可依據(jù)部隊(duì)的所有用頻設(shè)備處于電磁環(huán)境復(fù)雜度子空間的統(tǒng)計(jì)狀況定義整體電磁環(huán)境復(fù)雜程度，如70%用頻設(shè)備處于中度復(fù)雜環(huán)境中，即可定義整體處在中度復(fù)雜環(huán)境中。

該方法以環(huán)境中的信噪比來表達(dá)電磁環(huán)境復(fù)雜性客觀性的一面，以用頻設(shè)備自身的電磁防護(hù)能力及信噪比門限表達(dá)電磁環(huán)境復(fù)雜性、主觀性的一面，通過2者的匹配對(duì)應(yīng)能夠?qū)?zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜程度進(jìn)行有效的表示。

4 結(jié)語

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，復(fù)雜性是其組成要素整體表現(xiàn)的結(jié)果。筆者深入探討了戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的層次結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜性的本質(zhì)屬性，并提供了一種復(fù)雜程度度量的思路。這對(duì)于認(rèn)識(shí)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的本質(zhì)，把握戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的發(fā)展演化規(guī)律大有裨益。下一步工作主要是對(duì)復(fù)雜程度定量描述思路的實(shí)現(xiàn)，以期建立完善的具體的評(píng)價(jià)模型。

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