現代海戰場復雜電磁環境對艦船的影響分析及對策*

孟慶操 楊 光

(海軍大連艦艇學院艦炮系 大連 116018)

?

現代海戰場復雜電磁環境對艦船的影響分析及對策*

孟慶操 楊 光

(海軍大連艦艇學院艦炮系 大連 116018)

復雜電磁環境已經成為現代海戰場的重要特征和突出表現。論文介紹了海戰場復雜電磁環境的構成、基本特征、干擾電磁信號的性質、以及影響等,旨在認識復雜電磁環境,掌握其特點規律,并采取相應的措施和應對之策。

電磁環境; 艦船; 電子干擾; 電子對抗

Class Number TM15

1 引言

復雜電磁環境是指在一定的戰場空間內,由空域、時域、頻域、能量上分布的數量繁多、樣式復雜、密集重疊、動態交迭的電磁信號構成的電磁環境[1],其表現形式是指在傳輸媒質中存在的電磁場或電信號。

在信息化條件下作戰,艦船完全是在作戰海區復雜電磁環境中依靠各種信息系統實現耦合和聯系的,各作戰平臺主要通過電磁波實現戰場信息和指揮命令之間的傳遞交互。因此,現代海戰場復雜電磁環境必然會對艦船作戰指揮、武器使用等各個方面產生重要影響。

2 海戰場復雜電磁環境的構成

在一定的外部條件下,各種電磁輻射源在特定的作戰海區空間內產生的電磁輻射就形成了海戰場復雜電磁環境。根據海戰場復雜電磁環境的性質和形成機理,海戰場復雜電磁環境主要由人為電磁輻射、自然電磁輻射和輻射傳播因素三個部分組成[2],如圖1所示,這三種組成要素直接決定著海戰場復雜電磁環境的形態。

2.1 人為電磁輻射

人為電磁輻射是在由人工操控條件下各種電子或電器設備向空間發射電磁能量的電磁輻射。它是海戰場電磁環境的主要形成條件,其主要包括有意電磁輻射和無意電磁輻射。

1) 有意電磁輻射

有意電磁輻射是為著特定的電磁活動目的而人工有意向空中特定區域形成的電磁輻射,一般都通過發射天線向外輻射。有意電磁輻射源的種類、分布、工作狀態等直接決定著海戰場電磁環境的形態,它是海戰場電磁環境的關鍵構成要素。有意電磁輻射源主要包括電子干擾系統、通信電臺、雷達、光電設備、制導設備、導航系統、敵我識別系統、以及無線電引信等。

圖1 海戰場復雜電磁環境構成

2) 無意電磁輻射

無意電磁輻射是電子或電器設備在工作時非期望地形成的電磁輻射。無意電磁輻射具有兩個典型特征:一是輻射的非主觀操控性,二是輻射空間的隨意性,它對海戰場電磁環境的影響要比人為電磁輻射小。無意電磁輻射通常有以下幾類:電子設備的非天線輻射,例如電子武器裝備的艙內輻射；運動設備的電磁輻射,例如發電機、電動機產生的輻射；傳導電磁輻射,例如變壓器輻射；工頻交變電磁場,例如在大功率電機、變壓器等附近的電磁場；脈沖放電,例如切斷大電流電路時產生的火花放電。

2.2 自然電磁輻射

與人為電磁環境相對應,非人為因素產生的電磁波,這部分電磁波所形成的電磁環境稱為自然電磁環境。在自然電磁環境中,靜電、雷電和地磁場等自然輻射是幾種最重要的電磁輻射,這些自然電磁輻射對艦船電子裝備的影響特別嚴重,有些影響甚至是毀滅性的。

1) 靜電

靜電是自然環境中最普遍的電磁輻射源。靜電的產生是當兩個不同的物體相互接觸時,就會使得一個物體失去一些電子而帶正電,另一個得到一些剩余電子的物體則帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會積累使物體帶上靜電,因此靜電的潛在危害無處不在,靜電放電問題解決不好,會對艦船電子設備造成極大影響。

2) 雷電

自然界中最為強烈的一種瞬間電磁輻射。在自然界積雨云形成過程中,大氣電場、溫差起電效應,使正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度,就會在云與云之間或云與地之間發生放電,也就是人們平常所說的雷電。雷電輻射對艦船電子設備的影響主要表現在雷電流在閃擊中直接進入金屬管道或導線產生電或熱效應,破壞其機械和電氣結構。

3) 其他自然電磁輻射

自然電磁輻射源的種類非常多,除了上述靜電、雷電之外,主要還有電子噪聲、大地表面磁場、大地磁層、大地表面的電場、大地內部的電場、大氣中的電流電場、閃電和雷暴的電場、太陽無線電輻射和銀河系無線電輻射等。

2.3 輻射傳播因素

輻射傳播因素是電磁環境的重要構成要素,它對人為電磁輻射和自然電磁輻射都會發生作用,從而改變電磁環境的形態。它主要包括電離層、地理環境、氣象環境等。

1) 電離層

地球大氣圈層的垂直結構可以按照電磁性質分為中性大氣層、電離層和磁層。其中電離層是中性大氣層和磁層之間的過渡區域,這里存在著自由電子和離子,數量和密度足以影響電磁波的傳播。由于電離層的隨機、色散、向異性的介質特性,使電波在其中的傳播會產生各種效應,影響艦船通信信號特別是短波信號傳輸的穩定性。

2) 地理環境

地形是影響電磁波傳播的重要地理環境[3]。地形對電磁波產生反射、折射、繞射和散射等影響,對海戰場電磁環境的生成及變化造成重要的影響。比如:地球曲率和海面反射對雷達探測距離會產生影響等。

3) 氣象環境

氣象環境如雨、雪、霧等對電磁波的傳播產生衰減和吸收作用[4]。這些衰減和吸收是由兩個因素引起的:一是氧與水蒸汽的吸收；二是大氣中水滴的散射與吸收。

3 海戰場復雜電磁環境的基本特征

3.1 構成上表現為類型眾多,影響各異

海戰場復雜電磁環境主要由電子對抗環境、雷達環境、通信環境、光電環境、自然電磁環境等構成。每一類型的電磁環境又由不同類型的電磁輻射源生成,并對不同的信息化武器裝備產生影響。

3.2 空間上表現為無形無影,無處不在

海戰場空間中的電磁波,存在于海戰場空間的任何一個位置。海戰場上的電磁輻射源來自太空、空中、海上、地面,來自我方和敵方,來自軍用和民用,來自不同平臺和電子設備。

3.3 時間上表現為變幻莫測,密集交迭

海戰場交戰雙方因作戰目的不同,所產生的電磁信號數量、種類、密集程度將隨時間而變化,其變化的方式難以預測。

3.4 頻譜上表現為無限寬廣,擁擠重疊

信息化戰場上電磁信號幾乎覆蓋了全部電磁信號頻段。但是由于大氣衰減、電離層反射等傳播因素影響,實際能夠使用的電磁頻譜范圍有限,軍用頻段更少,在局部頻率區間,電磁信號呈現密集重疊的現象。

3.5 能量上表現為密度不均,跌宕起伏

因電磁波傳播因素的影響,海戰場空間的電磁信號能量不均勻,在有些地方能量集中,有些地方能量分散。

3.6 樣式上表現為數量繁多,波形復雜

海戰場交戰雙方從反偵察、反干擾、抗摧毀角度出發,越來越多地使用各種新體制設備,并且采用更為復雜的信號樣式。

4 海戰場干擾電磁信號的性質

現代海戰中,電磁環境異常復雜,電磁信號非常密集,數量巨大,而且電磁信號的種類繁雜。既有敵方故意施放的干擾信號,也有己方電子設備輻射的信號；既有地物或云團等反射的雜波,也有民用電子設備發射的信號；甚至還有一些自然體輻射的電磁信號[5]。電磁環境的影響主要是各種電磁信號對跟蹤制導雷達系統的干擾作用。根據電磁信號的性質和來源分為無源干擾和有源干擾兩類,有源干擾又分為壓制性干擾和欺騙性干擾。

4.1 無源干擾

無源干擾除了海面和雨、雪、雹、云等自然水文因素產生的雜波信號外,主要是敵方故意施放的箔條等產生的雜波信號?？找u飛機發現有導彈來襲或被艦空導彈武器系統跟蹤后,一般會施放金屬箔條、玻璃纖維等人工反射體產生無源干擾信號。當大量的人工反射體散布于導彈武器系統制導雷達作用空域時,雷達會接收到大量的強干擾信號,這些強干擾信號會增大導彈的制導誤差,或使引信過早引爆戰斗部,或使制導系統不能正確識別、選擇目標,甚至可能將真實目標完全掩蓋起來。

4.2 壓制性干擾

壓制性干擾是利用噪聲干擾機施放很強的噪聲或噪聲樣的干擾信號,使真實目標回波信號受到壓制,降低雷達對真實目標的發現概率,隱蔽目標。按戰術使用方式的不同,壓制性干擾可以分為自衛式干擾、伴隨式干擾和遠距離支援干擾[6]。

自衛式干擾設備安裝于轟炸機、對海攻擊機等作戰飛機。當飛機發現對方導彈來襲時,則施放自衛式干擾信號,當導彈跟蹤制導雷達主波束照射到目標時,接收到的不僅有目標回波,還有自衛式干擾信號。

伴隨式干擾由安裝在伴隨干擾機上的大功率干擾機發射。伴隨干擾機隨同負責對海攻擊的空襲飛機進入作戰區域,發射大功率干擾信號,對跟蹤制導雷達主瓣實施干擾。

遠距離支援干擾是在遠程艦空導彈殺傷區以外對跟蹤制導雷達副瓣實施干擾,由空襲體系中專門的大型干擾飛機實施,持續威脅艦船防御體系。

4.3 欺騙性干擾

欺騙性干擾是利用干擾發射機發送一個或多個與目標回波信號相似的干擾脈沖,對跟蹤制導雷達進行角度、距離、速度上的欺騙干擾或模擬假目標信號,使跟蹤制導雷達分辨不清真假目標或接收錯誤的目標信息,導致雷達產生跟蹤、定位錯誤和測量混亂,不能正確測量、跟蹤真實目標,降低導彈對真正目標的攔截概率。

4.4 無意干擾

現代海戰中,艦船雷達除了接收到敵方的故意干擾信號外,還會接收到各種有源輻射體無意的輻射信號,包括己方電子設備、民用電子設備、雷電干擾、太陽噪聲、宇宙噪聲等。

5 海戰場復雜電磁環境的影響

5.1 復雜電磁環境消弱了戰場感知能力

海戰場復雜電磁環境影響,使艦船可能面臨看不遠、看不清、辨不明的困難。復雜電磁環境下,在遭受敵電磁干擾時,艦船通過自身探測獲取目標信息的能力受到較大影響,雷達發現距離將大大降低[7]。演練結果表明,艦艇警戒雷達遭受干擾時,發現距離降低幅度較大,制導雷達跟蹤目標距離降低也很明顯。受復雜電磁環境影響,一些敵我識別器只能辨別部分目標,而對敵方的其他目標無法準確辨別。艦船外部信息支援力量由于通信距離遠,通信方式、信道溝通率和傳輸速度受環境影響較大,導致信息傳輸中斷或信息的可靠性下降,造成作戰過程中指揮員難以進行及時有效的決策。

5.2 復雜電磁環境影響了指揮控制的質量

海戰場復雜電磁環境影響,使艦船可能面臨聯不上、通不穩、傳不準的困難。復雜電磁環境下,由于通信鏈路可靠性和穩定性不好,使通信聯絡溝通不夠順暢。海戰時,態勢信息龐雜、指揮命令多、信息流量大、通信對抗劇烈,而傳統的短波、超短波信道抗干擾能力差、溝通率低、傳輸速率慢、信息傳遞差錯率升高,將無法保障作戰指揮時的信息傳輸需求,造成海上作戰態勢不明,指揮命令難以及時下達,復雜電磁環境所造成的信息不暢,會嚴重影響指揮的穩定性。

5.3 復雜電磁環境提升了艦船防御難度

海戰場復雜電磁環境影響,使艦船編隊可能面臨選不準、防不住的困難。面對復雜電磁環境,加上敵方強烈的電磁干擾,艦船防御的難度將大大增加。未來海戰,敵電子干擾兵力可實施電磁壓制,影響已方對戰場態勢的正確判斷,降低導彈末制導雷達的捕捉概率[8],使其無法選擇所需精確攔截的目標。同時,戰時動用兵力多,使用電子裝備頻繁,電磁特征明顯,隱蔽作戰企圖難度增大。

6 海戰場復雜電磁環境的應對措施

復雜電磁環境對現代海戰的影響是客觀存在的,有些甚至是不以人們的意志為轉移的。但在未來信息化海戰中,如何充分利用對作戰有利的條件和各種因素,怎樣采取各種綜合措施克服對作戰不利的因素,是我們必須加以研究解決的緊迫問題。現代海戰中克服電磁環境影響應采取以下主要對策措施。

6.1 加強現代海戰頻譜管理,爭奪現代海戰制電磁權

制電磁權,是指在一定的時空范圍內對電磁頻譜的控制權[9]。掌握了制電磁權就意味著己方能自由使用電磁頻譜,不受對方的電磁威脅,同時剝奪了對方自由使用電磁頻譜的權利。制電磁權中的電磁斗爭在海戰場上已呈現出全頻譜、全時域、高立體的基本態勢,如果沒有科學、合理的戰場頻譜管理的支援,就會造成己方各種電磁設備間的相互干擾,加之敵方電子戰力量的猖獗,使爭奪制電磁權的斗爭陷于被動。因此,嚴格科學的戰場頻譜管理,保護己方有效地使用頻譜顯得尤為重要。

6.2 準確分析戰場電磁環境態勢,善于施計用謀,變被動為主動

現代海戰的電磁環境,較之以往的電磁環境顯得更加隱蔽、更加多變、更加充滿活力。對它的分析和謀劃直接關系到指揮員判斷情況、用計設謀和爭奪制電磁權,只有通過對電磁環境分析和測定電磁信號源、信號種類、工作特性和威脅等級,才能策劃、制定有利于己的電子對抗方略,變被動為主動。

6.3 有效實施電磁對抗,為己方信息系統安全提供可靠保障

電磁對抗的實質是敵我雙方為爭奪電磁頻譜的控制權即制電磁權所展開的斗爭[10]。實施高強度電磁干擾,加強電子防護,前伸電磁攻擊距離是可靠保障己方信息系統安全的有效手段。

6.4 重視解決電磁兼容問題,提高信息化武器裝備的作戰能力

隨著軍隊信息化進程的加快,應投入大量的人力和財力,有效的解決電子設備(系統)之間的電磁兼容問題,來提高信息化武器裝備對復雜電磁環境的適應能力。

7 結語

復雜電磁環境已經成為現代海戰場的重要特征和突出表現。認識復雜電磁環境,掌握其特點規律,采取相應的措施和應對之策對提高武器裝備作戰和保障信息系統安全等方面有十分重要的作用。

[1] 周輝.戰場復雜電磁環境分析與應對策略[J].裝備指揮技術學院學報,2007,12(6).

[2] 王汝群.戰場電磁環境[M].北京:解放軍出版社,2006:27-48.

[3] 唐曉衛,郝志娟,黃海仁.淺談海洋環境要素在防御作戰中的作用[J].飛航導彈,2007(6):17-19,23.

[4] 陶勇.氣象水文環境及空間天氣對導彈作戰的影響[J].軍事氣象水文,2008(1):15-18.

[5] Anthony E.Spezio.Electronic Warfare Systems[J].IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques,2002,50(3):633-644.

[6] 李健,李相民.電子戰對地空導彈攔截行動的影響[J].指揮控制與仿真,2007,29(3):9-12.

[7] 張中南,王峰,張衛鋒.未來海上防空作戰戰場環境研究[J].現代防御技術,2005(6):9-13.

[8] 方書甲.海洋環境對海軍裝備性能的影響分析[J].船舶科學技術,2004,26(1):5-10.

[9] 池亞軍,薛興林.戰場環境與信息化戰爭[M].北京:國防大學出版社,2010:56-57.

[10] 房振剛,龐繼先,王來和.復雜電磁環境下海軍作戰訓練研究[M].北京:總參謀部軍訓和兵種部出版,2007:80-81.

Analysis and Countermeasures of the Impact of Complex Electromagne Tic Environment on the Warships in Modern Naval Battle Field

MENG Qingcao YANG Guang

(Department of Shipboard Gun,Dalian Naval Academy,Dalian 116018)

Complex electromagnetic environment has become an important characteristic and outstanding performance of the modern naval battle field.In this paper,the composition of naval battle field complex electromagnetic environment,basic characteristics,the nature and the impact of the interference of electromagnetic signals,etc are introduced.With the purpose of meetting complex electromagnetic environment,its characteristic is grasped,and corresponding measures and response are adopted.

electromagnetic environment,warship,electronic interference,electronic countermeasures

2014年8月11日,

2014年9月26日基金項目:海軍大連艦艇學院科研發展基金項目資助。

孟慶操,男,博士,副教授,研究方向:艦船裝備技術保障。楊光,男,碩士,助教,研究方向:艦船裝備技術保障。

TM15

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.038