海戰場電磁頻譜管控問題探析＊

（海軍工程大學 武漢 430033）

1 引言

隨著信息化時代的到來，戰爭形態已經由機械化戰爭轉變為信息化為主導的“陸、海、空、天、電”五維一體的現代立體化戰爭。在電磁領域，各國都在不斷加大研究開發力度，并認為這是決定未來戰場格局的決定性因素。在海上信息戰中，敵我雙方所采取的一切戰法、戰術及戰略，都是以奪取“制信息權”和“制電磁權”為中心展開的，而戰場電磁頻譜管理正是奪取“制信息權”和“制電磁權”的重要保障。文章在分析了海戰場電磁環境構成的基礎上，指出海戰場存在的電磁頻譜管控問題，并結合外軍現有管控方法對我軍未來管控模式提出設想。

2 海戰場復雜電磁環境構成及影響分析

電磁環境，通常是指在某一特定空間范圍內，能夠對用頻設備或系統產生一定影響的電磁信號和介質的總和［1］。未來海戰場電磁環境構成包括自然電磁環境和人為電磁環境。如圖1所示，自然電磁環境主要包括電離層放電、雷電、氣象變化導致的靜電放電以及來自宇宙的電磁輻射等。雷電和靜電放電占據的頻譜寬度約在2kHz～30kHz之間，這種噪聲具有隨機性，很難量化衡量，需要長期監測統計。電離層隨晝夜光照不同產生變化，白天的電子密度大于晚上，主要對短波產生影響。超過3M～30M 時的影響可以忽略不計。氣候變化的影響主要由空氣中水汽分子和氧氣分子與特定頻率產生共振導致的強烈吸收產生影響，氧分子吸收峰為60GHz和118GHz，水汽分子吸收峰為22GHz和183GHz。另外水汽和氧氣分子吸收能量后產生的輻射對6GHz以上的微波也會產生影響。宇宙電磁輻射主要來源于太陽擾動，主要影響電離層從而對短波通信產生破壞甚至災難性的后果。

圖1 自然電磁環境

人為電磁環境，是指由人類使用的各種電子或電氣設施的電磁輻射所構成的電磁環境。海戰場主要作戰兵器是各種艦艇，在艦艇有限的空間內配置了從超長波、中波、短波、超短波到微波等頻段的各種電子設備，發射功率從幾瓦到幾十瓦，甚至幾千瓦、幾十千瓦，同一頻段又有多臺在不同時間同時工作（例如短波，有的艦艇多達九個網絡）［2］，它們是海上人為電磁環境的主要組成部分。艦艇上的電子設備包括探測設備、通信設備、指控設備、武器控制設備、各型電子對抗設備、導航設備及各種用途的雷達系統等。戰時航母編隊群將會有5～10艘驅逐艦、護衛艦、補給艦和潛艇等各型戰艦參與，空中有預警機及作戰飛機需要通信指揮及信息傳輸，太空有實時衛星數據通信傳輸，電磁環境瞬息萬變極其復雜。海戰場人為電磁環境如圖2所示。

圖2 海戰場人為電磁環境

人為產生的電磁環境對海上電磁環境造成的主要影響有：1）電磁頻譜覆蓋范圍廣，幾乎涵蓋了現有可用的所有頻段，加大了各型設備及系統間產生鄰頻干擾和互調干擾的幾率；2）眾多同型設備的使用必將增加同頻干擾出現的概率，對同頻干擾控制難度加大，頻譜分配更加困難；3）防范、遏制敵方電磁攻擊提高己方電磁防護能力的需求加大，不易滿足。總之，由于海上自然電磁環境和人為電磁環境構成的復雜性和多變性，對電磁頻譜進行合理、科學、有效的管控必不可少。

3 海戰場電磁頻譜管控面臨的主要問題

頻譜管控，是指對電磁頻譜資源的管理與控制活動，包括無線電頻率的分配、指配、分析及決策。頻率管控是電磁頻譜管控工作的核心，是確保用頻武器裝備良好電磁兼容的關鍵。未來海戰場隨著用頻武器裝備的不斷增多，戰場電磁信號密度和頻段覆蓋范圍會激增，戰場敵我在頻譜控制權的爭奪也會日趨白熱化，電磁環境將呈現出“路窄、車多、擁堵、雜亂”的復雜狀態，電磁頻譜管控形勢嚴峻。

3．1 有限的頻譜資源使得供需矛盾惡化

電磁頻譜作為有限的自然資源，被廣泛用于通信和其他領域，是軍事和社會發展有序進行的基本要素之一。在未來海戰中隨著信息化武器裝備的增多和指揮系統對通信頻譜的依賴不斷增強，頻譜的使用基本覆蓋了全頻段，為了取得戰場上的主動權，必須有足夠的頻譜資源才能滿足龐大的高科技裝備和系統的需求。而頻譜資源的有限性決定了頻譜供需的矛盾必將不斷惡化，需要新的技術手段和管控方法來解決供需之間的矛盾。

3．2 多元的參戰單元使得電磁頻譜控制復雜化

未來海戰場尤其是航母編隊作戰和渡海登島等近海戰役涉及的參戰軍種將多元化，指揮關系必將涉及到各軍兵種作戰單元。戰術、戰役和戰略層次繁復，編隊指揮和聯合作戰指揮信息系統龐大，分支系統繁多。戰場上用頻設備種類和數量也隨之增多，加上有些設備用頻要求特殊，專用頻段很窄，不同體制設備同時工作，使電磁頻譜協調管控難度提高。渡海登島戰役中更會面臨民用無線電信號的干擾，加之頻率分配指配不盡合理導致的同頻、鄰頻及互調干擾等，戰場頻譜管控部門組織管理協調十分復雜。

3．3 信號的密集重疊使得頻譜監控難度提升

信息化海戰中，參戰的各型平臺在有限的空間設置大量的電子設備和信息化武器系統，發射的電磁波會在同一地域內相互交融，如通信、導航、雷達、電子對抗等軍用電磁設備發射功率大，帶寬覆蓋廣，接收機接收機靈敏度高，如果沒有合理設置，這些設備和信息化武器系統之間很容易干擾。電磁波密度過大更可能會產生阻塞干擾。在海灣戰爭后，軍事專家評估其戰場電磁信號環境密度已超過100萬脈沖／秒。未來海戰隨著參戰兵力增加，信息化裝備的提升，其信號環境密度將可能達到500萬脈沖／秒以上。如此密集的信號在戰場空域上交錯、時域上集中和能域上起伏變化，導致海戰場電磁空間十分擁擠，管控難度加大。

3．4 激烈的電子對抗使得頻譜管控任務艱巨

現代化海戰中，各國為了奪取制信息權，在作戰中必將大量運用信息對抗裝備，用于主動干擾的軟殺傷和直接毀滅打擊的硬摧毀武器裝備結合使用，干擾與反干擾紛繁交錯，降低或破壞對方有效使用電磁頻譜的能力。在影響作戰頻譜使用的各因素中，自然因素相對穩定，影響有限，民用頻譜可以控制，敵對雙方的電子對抗因素最為激烈，復雜多變難以預料。因此，海戰中頻譜管控既要保證我方電子設備正常使用穩定運行，又要努力避免敵方干擾和硬摧毀，還要掌握敵方對電磁頻譜的配置和使用情況，為己方作戰提供輔助參考，管控任務十分艱巨。

4 外軍管控模式現狀分析及對我軍的啟示

未來的海上聯合作戰將是一個在海洋及近海內陸范圍內的立體空間上展開的，以海軍為主，多軍兵種協同的，以電子信息為主導的電子綜合戰［3～4］。各發達國家很早就意識到電磁頻譜管控的重要性，其中美軍在電磁頻譜管控上起步較早，走在世界的前列。俄羅斯、日本和歐洲發達國家也不甘落后，日益加強對電磁頻譜管控技術的研究并開發了一些具備初步管控功能的軟件系統應用于軍隊中。當前，比較有名的頻譜資源管理系統有美國ATDI公司開發應對電子戰環境的HTZWarefarenG 系統，挪威國防部支持開發的頻譜資源管理和無線通信網絡規劃軟件frida系統，瑞典某公司開發的頻譜規劃管理軟件WRAP 系統，美國的通信管理系統（CMS），以及由美國DSA 公司設計開發的無線頻譜資源管理規劃軟件全球電磁頻譜管理信息系統。（GEMS15）［5］。根據美軍的相關規定可知，制定無線頻譜資源管控方案主要包括戰場電磁態勢評估、擬制頻譜資源管理方案、確認頻譜資源需求和制定頻譜資源使用計劃四個步驟［6］。美軍內部的電磁頻譜管理由國防部統一領導，建立了從參謀長聯席會議、軍事通信電子委員會、聯合頻率管理組、總司令到諸軍兵種的完善電磁頻譜管理體系［7］。在制定頻譜管控計劃時美軍在2007年又增加了頻譜認證機制，從用頻設備研制采購之初就對用頻設備進行認證管理。頻譜認證分為以下四個階段：概念期、試驗期、開發期、運行期［8］。加入認證程序可以提前為用頻設備和系統提供前期分析，在開發研制階段將不合理的用頻方式排除在外，另外也可以提早發現干擾的存在并予以解決，減少了很多不必要的后續工作，節省后期開支。同時頻譜認證也可以為船舶和機場的選址提供頻譜信息支持。美海軍頻譜認證過程如圖3所示。

圖3 美海軍頻譜認證過程

美國非常重視新技術的出現并積極主動探討、研究將新技術應用于現有頻譜管理中的可行性。例如對于新出現的認知無線電技術，FCC（美國聯邦通信委員會）就積極與各個行業交涉，并召開大量會議來討論認知無線電系統機制以及對已有頻譜授權用戶的影響。

通過對外軍頻譜管控的學習與了解，我軍在頻譜管控方面獲得的啟示有：1）認清頻譜資源是一個國家的主權象征，增強對頻譜管控的重視程度，把頻譜管控提高到戰略管理層面進行資源配置。注重頻譜管控的頂層設計，對頻譜資源進行全頻段管控，研究合理有效分配頻譜資源的技術手段，緊跟時代潮流，注重新技術的學習、吸收及運用。2）建立一個自上而下的戰場頻譜管控體系。其主要任務有：在平時，制定電磁頻譜管理預案，完善電磁頻譜管理法規，加強電磁頻譜管理理論研究，開展用頻訓練等；在戰時，對戰場頻譜資源進行動態的科學管理，對戰場電磁環境態勢進行評估并對電磁兼容做出科學分析，指導部隊做好電磁攻擊和防護，并與地方相應管理部門協調，實現信息交換和共享。3）注重平時電磁環境數據庫的建立與情報數據搜集分析，開發為戰時服務的動態實時數據共享系統，同時開發綜合頻譜管控軟件，使其與數據庫聯網，盡量實現全時域、全頻域、全空域管控，共同組成戰時頻譜管控動態分析決策體系，為聯合指揮部分析決策提供有效數據支撐。4）裝備立項、研制或采購階段，執行嚴格的頻譜審批認證機制，由專門頻管部門結合現有裝備用頻情況，對裝備用頻合理性進行分析、判斷，在正式列裝前進行實地用裝電磁環境檢測，力求將電磁干擾可能性降至最低。

5 未來我軍頻譜管控模式構想

面對日益嚴峻的戰場電磁環境，為了在未來海上作戰中取得制電磁權的主動性，在分析未來作戰中的電磁環境和學習外軍先進管理思想模式的基礎上，我軍未來頻譜管控應該從各軍兵種分別制定用頻策略、管控頻譜設備的模式向高效率的一體化管控模式轉變。借鑒外軍先進思想并結合我國實情和現狀，立足打贏未來信息化戰爭的現實需求，我軍未來海戰場頻譜管控應具有如下功能：1）健全、靈活、暢通的體制機制，使上下級頻譜管理需求信息快速傳達；2）實時的戰場電磁環境感知能力，快速及時獲取戰場電磁環境信息；3）高效綜合的一體化動態管控能力，對戰場電磁態勢出現的變化作出快速反應，實現各設備用頻兼容，規避干擾頻段；4）各參戰單元之間互聯互通互操作的能力，便于戰場態勢感知與作戰需求與任務的上傳下達。總之，建立全方位、全頻域、大縱深、立體化的頻譜感知網絡是實施戰場頻譜管理的基礎；構建多層級、分布式、智能化頻譜信息處理決策網絡是核心；實現頻譜的動態管控和頻譜信息共享等管理控制是關鍵。據此為了更好地適應未來海戰場，我軍頻譜管控體系應實現模塊化管控模式，其構成應包括：頻譜感知分系統，海戰場用頻籌劃分系統，頻譜管控分系統，頻譜支持分系統和頻譜輔助決策分系統。如圖4所示。

圖4 海戰場綜合頻譜管控系統組成

其中頻譜感知分系統用來收集與海戰場密切相關的電磁頻譜信息。在網絡化趨勢越來越明顯其構建速度越來越快的當今社會，設計頻譜感知分系統應充分利用網絡化的優勢，應用各種組網設備將各感應設備獲得的信息迅速收集、傳送給分析決策部門，經進一步的計算、判斷為指揮決策者提供直接有效的用頻參考。

用頻籌劃分系統根據事先統計了解各部門用頻需求，著眼整個作戰過程和作戰環境，以作戰目的、任務為服務目標，采用系統分析的方法，將各種可能出現的情況綜合考慮，盡最大可能在籌劃階段將各種可能出現的電磁不兼容、設備間互擾、同頻干擾等不利因素對海戰場中我方用頻的影響程度降到最低。

頻譜管控分系統是整個綜合管控分系統的核心，該系統綜合各個子系統所提供的用頻信息和海戰場中的電磁環境情況，以頻譜支持分系統為參考，以輔助決策分系統為依托，結合指揮官作戰意圖和海戰場實時變化的環境和用頻情況，從總體上實時把握我方用頻動態，根據海戰場中作戰意圖、任務實現情況，快速調整各部門用頻參數，利用高效的網絡化系統將各部用頻信息分發到各艦艇中，使得各作戰單元迅速及時調整設備用頻參數，為戰爭最后的勝利提供直接保障。

頻譜支持分系統為管控系統提供與頻譜使用密切相關的一切氣象、水文、地理環境、電離層實時變化情況等各種影響頻譜使用的外界信息，并根據探測到的信息實時快速提供給管控分系統，該系統主要提供和補充頻譜感知分系統所不能完成的功能，但對用頻使用確實存在巨大影響的各種外界信息。

輔助決策分系統將綜合利用傳輸給管控部門的各種信息，結合海戰場具體情況和作戰進度，實時的分析計算并得出最佳用頻手段和方式，為管控部門和指揮決策部門提供直接的用頻參考方案。該系統以作戰需求為牽引，全程為作戰任務和作戰目的服務，以取得海戰場用頻的主動權和作戰效能的最大化為目標，是海戰場中頻譜管控的有效支撐。

總之，在模塊化管控模式下，各個分系統通過通用接口和高速數據線聯接，實現信息的實時高速共享。各分系統各司其職，根據作戰任務需求靈活組合運用，對未來海戰場動態實時可靠的電磁頻譜管控提供有效的決策支撐管控作用。

6 結語

文章在對未來海戰場電磁環境構成及各因素可能產生的影響進行分析的基礎上，指出了海戰場電磁環境在作戰中可能存在的問題。通過對外軍頻譜管控發展現狀及做法進行學習和了解，得到了的幾點啟發并提出了我軍頻譜管控系統應具備的功能，在此基礎上提出了我軍未來海戰場電磁頻譜模塊化管控模式構想，供我軍頻譜管控建設參考。總之，電磁戰場已成為與外太空、天空、地面和海洋并存的第五維戰場，未來的海上作戰艦艇編隊只有具備在密集信號環境下動態監視、科學管理和控制電磁頻譜的能力，才能有效運用電磁頻譜，控制電磁環境效應［12］，充分發揮艦艇編隊整體作戰效能，取得未來海戰中的主動權。

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