新一代軍用指揮信息系統的復雜電磁環境適應性需求分析

姚富強，趙杭生，陸銳敏

(總參第六十三研究所，南京 210007)

1 前言

在新軍事變革的浪潮中，世界各國的軍隊都在不斷地發展和完善自己的指揮信息系統。為了提高基于信息系統的體系作戰能力，我國也需要考慮新一代軍用指揮信息系統的建設問題，這可能是未來信息作戰所需的公共支撐平臺。軍用指揮信息系統與一般專用指揮信息系統的根本區別在于軍用指揮信息系統必須具有頑強的戰場生存能力，尤其復雜電磁環境的適應能力是對抗環境下生存能力的核心問題，是加強電磁空間安全戰略能力建設的重要組成部分。

美軍在2007年頒布的《電子戰手冊》［1］中進一步明確了電子進攻、電子防御和電子支援的電子戰體系架構，并指出:“電子戰居于信息戰五種核心能力之首，信息戰的所有核心能力要么直接使用電子戰，要么間接得益于電子戰”。借鑒美軍有益的經驗，結合我軍新的使命任務，新一代軍用指揮信息系統需要重點加強復雜電磁環境適應性的能力建設。國內外軍用指揮信息系統中與電磁環境關系最為密切的單元都主要集中在地面及近空無線傳輸裝備(包括數據鏈、各頻段無線電臺、微波接力機等)、衛星通信系統以及電磁頻譜管理系統等方面，這些裝備和系統的復雜電磁環境適應性是新一代軍用指揮信息系統復雜電磁環境適應性的重點所在，也是國內外共同關注的問題，如果解決不好，就意味著軍用指揮信息系統在戰時不能有效運行。因此，需要深入分析其威脅和需求，明確發展的技術思路。

2 信息作戰電磁環境特點

2．1 頻譜安全日趨嚴峻

隨著偵察技術的進步，發達國家已實現了寬頻段、遠距離、高速度、弱信號的全域監控。偵獲電磁信號的時間越來越短，短波、超短波輻射源的測向和定位速度分別達到50 ～100 ms和 1 ～2 ms［2，3］。偵獲電磁信號的距離越來越長，可以實現全球任何地區短波信號的截獲，利用升空偵測手段可偵察到數百千米甚至上千千米以外的超短波、微波地面輻射源。偵測手段越來越多樣化，發達國家已形成完備的陸基、海基、空基和天基偵察系統，可對我國整個電磁空間實施不間斷的立體偵察。總之，無論是戰時還是平時，我國電磁頻譜安全都面臨新的考驗，對電磁信號的反偵察、抗截獲能力必須提出更高要求。

2．2 人為干擾越來越強

隨著干擾技術的進步，發達國家在發展大功率壓制性干擾的同時，又積極發展分布式靈巧干擾，不僅裝備形式多種多樣、干擾方式多種多樣、干擾樣式多種多樣，而且寬帶化、智能化、網絡化程度不斷提高，干擾信號頻譜動態變化，反應速度不斷加快，使戰場可用頻譜急劇壓縮，頻譜資源在可用與不可用之間迅速轉換。在未來戰爭中，新一代軍用指揮信息系統將不可避免地遭受來自地基、海基、空基和天基等不同方向、多層次、大縱深的電磁干擾威脅。所以，新一代軍用指揮信息系統不僅要適應和平時期人為無意干擾，更要對適應戰時對抗環境下干擾快速變化的能力和頻譜自調整能力提出新的要求。

2．3 電磁脈沖威脅凸顯

高功率電磁脈沖武器已日趨成熟，有的國家具備了實戰應用的能力，由于其脈沖頻譜覆蓋范圍寬，功率巨大，脈沖能量幾乎無孔不入，對于各種應用半導體技術的武器裝備都將形成嚴重威脅，尤其是信息化程度較高的衛星轉發器、空中平臺、指揮信息中心和有線、無線通信裝備等，可使其陷入癱瘓，喪失戰斗力。發達國家在發展電磁脈沖武器的同時，對重要武器平臺和重要基礎設施采用了相應的電磁脈沖防護措施。所以，新一代軍用指揮信息系統遭受電磁脈沖攻擊的威脅難以避免，需要加強針對性的電磁脈沖防護措施，尤其是暴露在地面、海面和近空的機動通信平臺以及空間的衛星平臺更需要防護。

2．4 頻譜管理難度增大

電磁頻譜是一個開放的空間，隨著我軍使命任務的變化和軍民用頻裝備日益增多，各種來源不同的電磁頻譜重疊交錯，有時還要遂行境外軍事行動和實施遠距離打擊，電磁頻譜管理的難度越來越大。美軍在《電子戰手冊》和《電磁頻譜管理》［1，4］等條例中詳細規定了電磁頻譜的戰前規劃方法和戰時協調機制，提出了“以作戰的方式管理電磁頻譜，為電子戰提供電子支援，并與聯合軍事行動完全整合”等電磁頻譜作戰的重要思想。所以，要樹立電磁頻譜管理是電子戰重要組成部分的觀念，對新一代電磁頻譜管理系統提出更高要求，重點保證戰時軍用指揮信息系統能擁有足夠的可用頻譜資源。

3 地面及近空無線傳輸裝備發展現狀與復雜電磁環境適應性需求

3．1 地面及近空無線傳輸裝備發展現狀

經過幾十年的發展，國內外用于地面及近空的數據鏈、各頻段無線電臺、微波接力機等無線傳輸裝備都有了很大進步［5］，其抗干擾能力有了明顯提高，有的具備了相當高的技術水平，并形成了戰斗力。但與發達國家和我軍使命任務的要求相比，我國新一代軍用無線傳輸裝備對電磁環境適應性進一步發展的需求可能有:有限頻譜的高效利用、動態頻譜抗干擾、抗靈巧干擾、寬帶波形與可重構、通信與數據鏈的兼容、抗干擾參數統一管控和抗電磁脈沖武器等。

3．2 無線傳輸裝備復雜電磁環境適應性需求

3．2．1 高效頻譜使用需求

雖然擴展頻譜是當前無線傳輸的有效抗干擾手段，但實踐表明，單純擴展頻譜技術體制在頻譜資源、數據速率和抗干擾能力之間的矛盾日益突出，難以適應未來戰場惡劣電磁環境下的通信需求，我們要從提高有限頻譜資源的利用率入手，尋找新的技術途徑，努力在不增加頻譜資源條件下，進一步發揮擴展頻譜技術體制的優勢和抗干擾能力。

3．2．2 動態頻譜抗干擾需求

面對快速變化的電磁干擾環境，無線傳輸裝備需要針對動態干擾的機理及其弱點，具備對動態干擾頻譜的實時感知能力，在此基礎上，采用以動制動策略，通信波形在多維域信號空間動態變化，由固定頻譜抗干擾發展到動態頻譜抗干擾，以達到有效抵抗和規避動態干擾的目的。這一新技術在有些場合已達實用化水平，有待于進一步擴大應用范圍。

3．2．3 抗靈巧干擾需求

長期以來，基于信號體積的功率壓制干擾理論引領了通信干擾和抗干擾的發展［3］，然而大功率壓制干擾目前受到反輻射精確打擊的威脅。近些年來，發達國家在大力發展基于信號偵察和相關的小功率靈巧干擾，正在由功率戰向比特戰過渡［6］。針對靈巧干擾的新挑戰及其弱點，需要重點加強信號的反偵察、抗截獲、抗干擾聯合設計。

3．2．4 寬帶波形與可重構需求

為抵抗不同人為干擾和便于抗干擾互通，需要根據電磁環境，靈活使用不同的信號波形，不僅要實時改變波形參數，還要設計寬帶波形以及實現波形可重構，這是由于窄帶波形容易被壓制干擾，固定波形難以抵抗不同干擾樣式，且波形是互通的基礎。為此，我們要攻克數字射頻的瓶頸，實現從基帶到射頻的全數字化，不能僅限于中頻以下的數字化。

3．2．5 通信與數據鏈的兼容需求

通信與數據鏈原是從不同的需求層面發展起來的，但如果數據鏈與無線電臺采用相近或相同的頻段和抗干擾體制，且裝備形態獨立，將在同一作戰平臺上占用空間大，電磁兼容問題突出，影響作戰平臺的效能發揮。是否需要根據兩者的共同點，考慮兼容設計的技術路線，以節省資源，發揮更大的效益，可能是國內外的一個共性問題。

3．2．6 抗干擾參數統一管控需求

抗干擾參數描述了通信網系的屬性。跳頻是目前國內外使用最多、最有效的通信抗干擾手段，跳頻參數統一管控是解決網系運用和降低互擾的有效途徑，否則，再好的跳頻通信裝備也難以發揮應有的作戰效能。海灣戰爭中，多國部隊的各頻段跳頻電臺就曾出現過嚴重的互擾。所以，需要在使用通信抗干擾手段的同時，重視和解決其互擾問題。

3．2．7 抗高功率電磁脈沖武器需求

與電磁干擾的“軟殺傷”不同，高功率電磁脈沖武器通過產生瞬間高強度的電磁能，對通信裝備進行“硬摧毀”。目前，需要在已有成果基礎上，進一步加強系統級防護、相應軍用標準制定和應用研究等并從電磁脈沖毀傷效應著手，尋找高效防護的技術途徑，避免簡單的措施堆砌，最終達到提高防護性能，又不降低相應平臺機動性的目的。

4 衛星通信系統發展現狀與復雜電磁環境適應性需求

4．1 衛星通信系統發展現狀

目前，發達國家的衛星通信技術和裝備發展迅速，已形成了多軌道、多星座、數據速率高和受保護能力強的多種衛星通信網系。經過幾十年的發展，我國軍用衛星通信系統也有了很大的進步，在遂行多樣化軍事任務中發揮了很好的作用，但與發達國家和我軍使命任務的要求相比，其電磁環境適應性進一步發展的需求可能有:抗惡劣干擾、分層綜合防御、可變通信容量抗干擾業務支持和衛星平臺防護等。

4．2 衛星通信系統復雜電磁環境適應性需求

4．2．1 抗惡劣干擾需求

雖然衛星通信具有覆蓋范圍廣、信道質量好等優點，但它比地面和近空通信系統更容易受到干擾和摧毀。美軍采取的策略是根據傳輸信息重要性程度和境內、境外運用，分別使用受保護程度不同的衛星通信系統，對于關鍵的信息，使用抗干擾能力強的衛星通信系統。相比之下，我們要在抗惡劣干擾衛星通信技術研究等方面引起高度重視。

4．2．2 分層綜合防御需求

美軍衛星通信受保護系統在傳輸層采用了EHF頻段、抗截獲/抗干擾信號設計、多種天線波束等措施;在系統層，受保護系統是一個多星系統，具有星間鏈路，并且組成全球組網的閉環系統，星間路由能夠提供網絡抗干擾能力和系統生存能力。相比之下，我們要進一步加強和重視衛星通信分層防御的設計，最終形成綜合防御能力。

4．2．3 可變通信容量抗干擾業務支持需求

信息作戰對衛星通信容量的需求很大，且業務種類增多。UHF、SHF是目前軍用衛星通信的常用頻段，但使用過多已十分擁擠。美軍新一代衛星通信系統的發展重點之一是同時提高通信容量和抗干擾能力。因此，新一代衛星通信系統需要向寬帶化發展，拓展更高的頻段，以提供適應戰時的可變容量抗干擾業務和遭受強干擾時的自組網能力。

4．2．4 衛星平臺防護需求

由于衛星平臺共視的特殊性，其本身的安全問題非常重要。美軍對受保護系統的衛星平臺采取了核加固、抗輻射加固、多軌道多層次布星、安裝警戒和反摧毀武器等防護措施，抗攻擊能力很強。我們同樣需要高度重視通信衛星平臺及其載荷的防護問題，盡可能采取一些有效的安全防護措施，進一步增強衛星平臺抗多種攻擊的能力。

5 電磁頻譜管理系統發展現狀與復雜電磁環境適應性需求

5．1 電磁頻譜管理系統發展現狀

近些年來，電磁頻譜管理的內涵和理念都發生了很大的變化，美國在已有電磁頻譜管理的基礎上，2010年8月又發布了《電磁頻譜控制戰略構架》［7］，指出“電磁頻譜控制可為美軍提供全過程的、所有域和所有軍事行動的主動權”，從管理發展到控制，以維持電磁頻譜的絕對優勢。我國軍用電磁頻譜管理的發展也很快，但與發達國家和我軍使命任務的要求相比，其電磁環境適應性進一步發展的需求可能有:戰時頻譜管控、國際頻譜協調、數據資源共享、監測設備優化整合、分布式網絡化協作頻譜監測和電磁頻譜安全等。

5．2 電磁頻譜管理系統復雜電磁環境適應性需求

5．2．1 戰時頻譜管控需求

戰時頻譜管控需求主要體現在:不依賴既有設施的保底管控手段建設，要求設備體積小、機動性強、且頻譜監測與頻譜數據傳輸一體化設計;動態頻譜管控手段建設，根據戰場電磁頻譜態勢的變化，與用頻裝備實時交互信息，且作戰部隊頻譜指揮裝備成體系建設。總之，不僅需要嚴密的戰前頻譜規劃，更需要靈活的戰時頻譜管控手段。

5．2．2 國際性頻譜協調需求

根據新的使命任務，我軍有時需要出境遂行軍事任務，這就要求具備境外頻譜管理與協調能力。美軍已建立了獨立出境作戰和與盟國聯合作戰的國際性電磁頻譜協調機制，具備了很強的國際性電磁頻譜協調。在這方面，我們要不斷完善跨境頻譜管理手段和國際性電磁頻譜協調機制的建設，深入研究滿足長遠發展需求的機制和手段。

5．2．3 頻譜數據資源共享需求

在美軍近期發布的《電磁頻譜控制戰略構架》［7］中，積極推動和形成綜合的軍民統一的國家電磁頻譜控制，其頻譜數據資源共享是基本要求。為了擴大頻譜監測和控制的覆蓋范圍，需要進一步共享軍、地各有關部門關于頻譜感知的數據資源，統一數據格式，形成共享的網絡化頻譜數據環境，實現頻譜數據庫的高度融合。

5．2．4 頻譜監測設備整合需求

根據聯合作戰、信息作戰需求，要在統一的標準下，進一步對頻譜監測設備研發和采購進行規范，對頻譜監測設備的種類予以整合，以有利于頻譜監測網系的互聯互通;同時，不同承載平臺的頻譜監測手段需要進一步成系列考慮，以便于形成陸、海、空等空間的聯合頻譜監測力量，這也是電磁頻譜控制戰略的重要組成部分。

5．2．5 分布式網絡化協作頻譜監測需求

分布式網絡化協作頻譜監測是滿足大區域高效頻譜監測的基礎。區域性分布式聯合電磁頻譜監測網可進行多節點協作監測，有效提高頻譜監測的準確性和實效性。同時，發展小型化、低成本、可組網的便攜式監測站，有利于提高頻譜監測網絡的部署靈活性、重點地域覆蓋率、監測與測向的反應速度，更好地滿足未來信息作戰條件下的頻譜監測需求。

5．2．6 電磁頻譜安全管理需求

常規的頻譜管理是規劃頻譜，而電磁頻譜安全管理是保護頻譜。電磁頻譜安全主要包括頻譜參數保密性安全和頻譜可用性安全，成為國家和國防安全戰略的重要組成部分。美軍同時重視射頻情報獲取與頻譜安全的手段建設，每年召開一次電磁環境效應(E3)項目評估會，頻譜安全風險評估［8］是其重要內容之一。我們至少要重點考慮不同任務用頻的區別、頻譜保護及泄露控制和安全風險評估等問題。

6 發展建議

1)高度重視電子防御體系建設的整體規劃。充分認識新一代軍用指揮信息系統復雜電磁環境適應能力在未來信息作戰中的重要地位，強化電磁空間防御作戰的理念，正確區分軍用指揮信息系統與民用、專用信息系統技術路線的差異;根據復雜電磁環境的適應性需求，在考慮新一代軍用指揮信息系統體系框架的同時，進行電子防御的頂層設計，明確相應的要求和指標;建立健全軍用指揮信息系統電子防御的理論體系、技術體系和裝備體系，處理好和平時期運用和戰時運用的關系;梳理對電磁環境敏感的裝備類型，根據不同的使用環境和可能的電磁威脅，結合已有的研究新成果，提出合理的電子防御措施，不搞一刀切和簡單的堆砌，切實提高新一代軍用指揮信息系統對復雜電磁環境的適應能力。

2)高度重視電子防御新技術研究及其應用。無線傳輸用頻裝備是新一代軍用指揮信息系統戰時應用的核心。需要重點關注:針對干擾和衰落引起的信道不確定性進行系統設計［9］，提高無線傳輸的可靠性;拓展頻段和頻譜高效利用，提高抗干擾通信容量;寬帶高速跳頻，提高抗阻塞和抗跟蹤干擾能力;非線性變參數擴譜，提高抗靈巧干擾能力;信號波形動態配置與可重構，提高抗干擾互通能力;對干擾信號頻、能、時、空等多維域實時感知和處理，提高動態頻譜抗干擾能力;同類同頻段無線傳輸裝備抗干擾體制及其參數管控體制的統一和整合，提高網系運用能力;電磁脈沖防護，提高抗強攻擊能力;多星、多軌、多頻段和抗惡劣干擾等衛星通信網絡體系，提高多層防御能力和抗空間打擊能力。

3)高度重視電磁頻譜管理系統的功能擴展。根據未來電磁空間作戰的需要，電磁頻譜管理系統的功能需要由立足本土的和平時期頻譜協調向頻譜作戰和控制擴展，尤其為用頻裝備提供電子支援。需要重點關注:電磁頻譜進入作戰計劃，提高整體信息作戰能力;完善戰時電磁頻譜管控裝備體系并使用動態管控技術，提高戰時頻譜管控能力;研制和完善綜合電磁頻譜管理系統，提高各軍兵種聯合電磁頻譜管控能力;加速推進頻譜數據資源共享和分布式網絡化協作頻譜監測技術的應用，提高電磁頻譜管控的技術水平;重視國際性電磁頻譜協調手段和機制建設，提高國際性軍用電磁頻譜協調能力;加強電磁頻譜安全管理，設置作戰、訓練和試驗等不同的參數和模式，降低和規避電磁頻譜安全的風險。

7 結語

新一代軍用指揮信息系統在基于信息系統的體系作戰中具有核心地位，其戰場生存能力的核心是復雜電磁環境適應性。筆者在總結信息作戰電磁環境特點的基礎上，從學術研究的角度，重點分析了新一代軍用指揮信息系統中與電磁環境最為密切的有關裝備和系統的復雜電磁環境適應性需求，并提出了一些針對性的發展建議。

［1］Joint Chiefs of Staff．Electronic wirfare［R］．USA:Joint Chiefs of Staff．2007．1．

［2］陸建勛．抗干擾高頻通信系統若干問題的探討［J］．現代軍事通信，2002，10(1):28－30．

［3］姚富強．通信抗干擾工程與實踐［M］．北京:電子工業出版社，2008．

［4］Francis E D．Electromagnetic spectrum management［C］//2007 Army Spectrum Management Conference，USA，2007，845 －915．

［5］姚富強．軍事通信抗干擾工程發展策略研究與建議［J］．中國工程科學，2005，7(5):24 －29．

［6］楊小牛．突破“瓶頸”把握未來—通信對抗發展思考［J］．通信對抗，2004(2):3－8．

［7］LCDR J D，McCreary．A strategy framework for electromagnetic spectrum control［R］．USA:Electronic Warfare Directorate，Joint Information Operations Warfare Center，and United States Strategic Command，2010．

［8］Tait G．EM Risk Assessment:RF Emissions in the Below Deck Environment［C］//2011 DoD E3 PROGRAM REVIEW，“Conneting the Tactical Edge”，Los Angeles CA，2011(4):4 －8．

［9］Amos Lapidoth，Prakash Narayan．Reliable Communication Under Channel Uncertainty［J］．IEEE Transactions on Information Theory．1998，44(6):2148 －2176．