海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)構(gòu)想

黃炳濤

(中國艦船研究院，北京 100192)

海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)構(gòu)想

黃炳濤

(中國艦船研究院，北京 100192)

從海戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復(fù)雜性、電磁頻譜資源的重要性及電磁頻譜資源管理的緊迫性等多個方面闡述了建立海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的必要性。闡明了海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的任務(wù)和總體組成框架，各組成單元的功能，管理原則及與其他系統(tǒng)之間的關(guān)系等，為構(gòu)建我國海戰(zhàn)場未來電磁頻譜管理體系提供參考。

海戰(zhàn)場;電磁頻譜管理系統(tǒng)

0 引言

目前，領(lǐng)海和制海洋權(quán)之爭已成為各國政府及軍隊關(guān)注的焦點，如何維護我國領(lǐng)海安全和海洋資源是我國海軍最重要、最緊迫的任務(wù)之一。我國海戰(zhàn)場條件下水面艦艇的電磁頻譜管理研究相對滯后，難以滿足我海軍復(fù)雜電磁環(huán)境頻譜規(guī)劃、分配和調(diào)整的需要。因此，本文提出海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的初步構(gòu)想，為下一步開展海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)研制奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 未來海戰(zhàn)場的電磁環(huán)境狀況分析

隨著世界軍事裝備及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已成為陸、海、空、天、電磁等五維一體的全空域的高科技戰(zhàn)爭，因此未來海戰(zhàn)的廣度、深度和嚴酷性是可以想象的。未來海戰(zhàn)場的電磁環(huán)境將具有以下特點:

1)信號方向的多重性

未來海戰(zhàn)場的電磁信號除了常規(guī)的海、陸、空各種載體平臺電子設(shè)備發(fā)出的電磁、光學(xué)信號外，還有來自太空中各種同步衛(wèi)星、非同步衛(wèi)星和飛行器的電磁信號，因此海戰(zhàn)場電磁信號的方向具有四面八方的立體空間特點。

2)極高的信號密度環(huán)境

在海灣戰(zhàn)爭后，軍事專家評估其戰(zhàn)場電磁信號環(huán)境密度已超過100萬脈沖/s。未來海戰(zhàn)隨著參戰(zhàn)兵力增加，信息化裝備的提升，其信號環(huán)境密度將可能達到500萬脈沖/s以上。

3)信號的復(fù)雜度將大幅度提升

近年來雷達通信、電子對抗等設(shè)備新體制、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如相控陣技術(shù)、變頻技術(shù)、雷達成像技術(shù)、低截獲概率探測技術(shù)等已廣泛應(yīng)用到裝備中，信號具有形式多樣、快速、多變，無規(guī)律，軍用民用信號混雜，信號強度高低參差不齊等多重特點，導(dǎo)致對環(huán)境信號的探測和復(fù)雜信號處理非常困難。

4)高能電磁、激光等新式武器投入使用導(dǎo)致電磁環(huán)境更加惡化

由于微波、激光武器及脈沖炸彈等高能武器技術(shù)日趨成熟，并將投入作戰(zhàn)使用，造成電磁環(huán)境的嚴重惡化。全面而激烈的信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)造成電磁頻譜混雜重疊，敵我雙方人為制造的各種欺騙干擾、偽信號等導(dǎo)致真假信號混淆難分，敵我友信號的區(qū)分和識別尤其困難。

2 海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的作用、功能和組成

2.1 海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的作用

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對信息的依賴程度越來越高，無論是對目標信息的獲取與跟蹤，多種信息與作戰(zhàn)命令傳送，對載體平臺和武器系統(tǒng)的信息引導(dǎo)和打擊效果的評估等均依賴著信息系統(tǒng)性能的發(fā)揮。也就是說從戰(zhàn)爭準備、戰(zhàn)爭過程直到戰(zhàn)爭結(jié)束，信息系統(tǒng)和信息技術(shù)貫穿了戰(zhàn)爭的全過程。信息系統(tǒng)發(fā)揮作用的基本條件是確保占有充分的電磁頻譜資源，在某種程度上信息戰(zhàn)的關(guān)鍵是電磁頻譜資源的爭奪，誰能充分占有和利用電磁頻譜資源，誰就能占有信息戰(zhàn)的優(yōu)勢，電磁頻譜管理系統(tǒng)就是在復(fù)雜的海戰(zhàn)場電磁環(huán)境中對電磁頻譜實時監(jiān)視評估、頻譜資源爭奪決策與信息裝備用頻區(qū)間和使用時機的指揮系統(tǒng)，對我方電子裝備靈活占有和利用頻譜資源，充分發(fā)揮電子裝備的作戰(zhàn)效能將起到重要作用。

2.2 海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的基本功能

戰(zhàn)略級電磁頻譜管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能:

1)根據(jù)進入海戰(zhàn)場的不同階段和預(yù)定的作戰(zhàn)對象，制定電磁頻譜使用預(yù)案。

2)能高靈敏度偵收戰(zhàn)場內(nèi)電磁環(huán)境中的電子信號，并能詳細分析電子信號的頻譜分布和頻譜特征。

3)能接收戰(zhàn)場內(nèi)各載體平臺電磁頻譜監(jiān)測設(shè)備和電子對抗偵收設(shè)備傳來的電子信號參數(shù)和頻譜參數(shù)，并進行綜合處理和識別，形成海戰(zhàn)場電磁頻譜綜合態(tài)勢圖。

4)根據(jù)我方編隊的作戰(zhàn)任務(wù)和武器使用情況，實時提出我方電子設(shè)備使用頻譜分布區(qū)間、使用時機的建議及效能評估結(jié)果，供戰(zhàn)場電磁頻譜管理指揮員決策使用。

5)根據(jù)戰(zhàn)場電磁頻譜管理使用決策向己方作戰(zhàn)平臺電子設(shè)備發(fā)布電磁頻譜使用命令，達到占有電磁頻譜優(yōu)勢的目的。

2.3 海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的基本組成

由于未來海戰(zhàn)場是由海、陸、空、天等多兵種、多編隊、多載體平臺組成的一個復(fù)雜的群體，因此，海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)也是由多個載體平臺、區(qū)域電磁頻譜管理分系統(tǒng)和海戰(zhàn)場電磁頻譜中心管理系統(tǒng)(以下簡稱為中心管理系統(tǒng))組成的大系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)組成框圖Fig.1 The constitute of EM frequency

3 建立海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)構(gòu)想

3.1 區(qū)域編隊電磁頻譜管理分系統(tǒng)

區(qū)域編隊可是若干個海上編隊、空中編隊和岸基編隊，每個區(qū)域編隊由若干個作戰(zhàn)平臺組成。區(qū)域編隊電磁頻譜管理分系統(tǒng)安裝在編隊內(nèi)的1個作戰(zhàn)平臺上，由區(qū)域電磁頻譜監(jiān)視設(shè)備和區(qū)域電磁頻譜管理設(shè)備組成。負責(zé)管理區(qū)域編隊內(nèi)作戰(zhàn)平臺的電磁頻譜，同時將編隊內(nèi)電磁頻譜監(jiān)視設(shè)備所獲得的電子信號參數(shù)和頻譜信息發(fā)送給中心管理系統(tǒng)，并接受中心管理系統(tǒng)發(fā)來的電磁頻譜管理指令，執(zhí)行管理命令。

1)電磁頻譜監(jiān)視設(shè)備

負責(zé)偵收本區(qū)域編隊周圍環(huán)境的電子信號參數(shù)和頻譜信息，并對重點威脅信號進行定位，確定威脅信號的地理位置。

2)區(qū)域電磁頻譜管理設(shè)備

對區(qū)域內(nèi)電磁頻譜監(jiān)視設(shè)備送來的區(qū)域電磁頻譜信息進行處理和識別，形成區(qū)域電磁頻譜態(tài)勢。依據(jù)其數(shù)據(jù)庫中存儲的敵我友各方的電子信號參數(shù)及頻譜特征進行敵我友、作戰(zhàn)平臺及武器屬性的識別;按照預(yù)先確定的作戰(zhàn)任務(wù)、電磁頻譜使用原則和當時電磁頻譜態(tài)勢分布，確定我方編隊內(nèi)電磁頻譜使用區(qū)間。實時指揮編隊內(nèi)的各電子裝備占用有利的電磁頻譜資源，發(fā)揮其最有效的作戰(zhàn)效能。并向指揮員提供我方電子對抗資源干擾敵方電子裝備的頻譜資源，使敵方電子裝備不能有效使用頻譜資源而削弱其作戰(zhàn)效能。

區(qū)域電磁頻譜管理系統(tǒng)還將本區(qū)域電磁頻譜態(tài)勢上報中心管理系統(tǒng)，并接收中心管理系統(tǒng)電磁頻譜分配管理指令，執(zhí)行其管理命令。

3.2 海戰(zhàn)場電磁頻譜中心管理系統(tǒng)

中心管理系統(tǒng)由中心電磁頻譜監(jiān)測設(shè)備和電磁頻譜中心管理設(shè)備組成。

中心電磁頻譜監(jiān)測設(shè)備負責(zé)監(jiān)測載體平臺周圍的電磁信號參數(shù)及頻譜特征，并確定電磁信號方位，發(fā)送給電磁頻譜中心管理設(shè)備。

電磁頻譜中心管理設(shè)備包括以下單元:

1)電磁頻譜信息融合處理單元

中心管理設(shè)備將接收到的區(qū)域編隊電磁頻譜管理分系統(tǒng)和中心電磁頻譜監(jiān)測設(shè)備送來的多種離散信息進行融合處理，根據(jù)信息源的方位(或地理坐標)、信號參數(shù)及頻譜特性進行歸類、分析融合(處理流程如圖2所示)，綜合形成海戰(zhàn)場信息源分布綜合態(tài)勢圖，如圖3所示。

2)電磁頻譜識別單元

該單元對信息源進行識別，依據(jù)信息源資料庫中存儲的大量信號參數(shù)和頻譜特性數(shù)據(jù)對信息源進行識別，得出敵、我、友和載體平臺等屬性，判斷信息源的威脅程度，信息源識別處理流程見圖4所示。

3)電磁頻譜態(tài)勢形成單元

根據(jù)電磁頻譜信息融合處理單元和電磁頻譜識別單元送來的處理結(jié)果可以形成海戰(zhàn)場電磁頻譜態(tài)勢圖，如圖3所示。

電磁頻譜態(tài)勢圖可根據(jù)需要分為以下幾種類型:

①電磁頻譜全景態(tài)勢

如圖5所示，其中敵(包括屬性不明)、我(含友方)信號可用不同顏色區(qū)別顯示。

②電磁頻譜分頻段態(tài)勢

當需要詳細顯示(或處理)某一分頻段電磁頻譜態(tài)勢時，可根據(jù)人工選定頻段區(qū)間顯示信息源電磁頻譜特性(如圖6)，同樣敵、我信息可用不同顏色區(qū)別顯示。

圖6 被選擇頻段區(qū)間頻譜分布態(tài)勢Fig.6 Frequency spectrum situation of selected frecquency band

③空間分區(qū)電磁頻譜態(tài)勢

根據(jù)人工選定的空間區(qū)域(方位B到方位B2)顯示該空間區(qū)域內(nèi)信息源電磁頻譜分布態(tài)勢，如圖7所示。

4)電磁頻譜決策單元

電磁頻譜決策單元主要有以下2項功能:

①戰(zhàn)前各階段電磁頻譜分配使用預(yù)案

在航渡、警戒階段和作戰(zhàn)初期，電磁頻譜決策單元根據(jù)編隊組成和任務(wù)，編隊內(nèi)各作戰(zhàn)平臺類型及電子設(shè)備的性能和頻譜使用需求制定頻譜分配使用預(yù)案，編隊中各作戰(zhàn)平臺按其預(yù)案使用頻譜資源。

在制定頻譜分配預(yù)案時要兼顧以下原則:頻譜資源要滿足其承擔任務(wù)的需求;頻譜資源分布要使己方、友方之間兼容工作，不會產(chǎn)生電磁頻譜使用沖突;盡量避免暴露我方(含友方)電子裝備電磁頻譜使用的能力和區(qū)間，在預(yù)案中要充分留有頻譜資源備份使用的區(qū)間。

②戰(zhàn)時電磁頻譜實時指配

電磁頻譜決策單元進行頻譜資源使用的綜合規(guī)劃決策，實時制定我方編隊使用電磁頻譜的頻譜區(qū)間。其制定的準則應(yīng)滿足以下幾點:電磁頻譜資源分配應(yīng)根據(jù)當時作戰(zhàn)任務(wù)及作戰(zhàn)方案進行，頻譜資源應(yīng)優(yōu)先滿足重要作戰(zhàn)任務(wù)及承擔任務(wù)的作戰(zhàn)平臺電子設(shè)備的電磁頻譜資源需求;編隊內(nèi)及編隊之間應(yīng)不產(chǎn)生電磁頻譜使用沖突;在頻譜資源分配中應(yīng)充分考慮作戰(zhàn)雙方在電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)條件下，頻譜資源的靈活使用和變化，能在電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)環(huán)境中占據(jù)頻譜資源使用的主動權(quán)。

5)電磁頻譜管理單元

該單元的任務(wù)是執(zhí)行電磁頻譜決策單元所做出的編隊電磁頻譜分配命令，指導(dǎo)各區(qū)域編隊合理使用頻譜資源，動態(tài)管理海戰(zhàn)場內(nèi)我方編隊及作戰(zhàn)平臺的電磁頻譜資源，要求快速、實時、準確。

6)電磁頻譜管理效能評估單元

電磁頻譜管理效能評估單元的功能是對電磁頻譜決策單元自動做出的電磁頻譜分配計劃進行作戰(zhàn)效能評估。根據(jù)敵我雙方作戰(zhàn)平臺及武器系統(tǒng)的電磁頻譜使用的能力和當時實際電磁頻譜使用情況進行評估，幫助電磁頻譜決策指揮員人工修改決策使用。

效能評估準則是:我方區(qū)域編隊之間是否存在相互干擾;承擔主要作戰(zhàn)任務(wù)的區(qū)域編隊電子、武器系統(tǒng)使用頻譜需求能否滿足;敵方實施干擾后，我方實際使用頻譜損失程度和作戰(zhàn)能力損失程度。

7)電磁頻譜管理決策人工干預(yù)單元

該單元供電磁頻譜管理決策人工干預(yù)使用。電磁頻譜管理決策可以預(yù)定多個電磁頻譜分配方案，指揮員可以從多個預(yù)選方案中挑選某一方案，也可由指揮員在戰(zhàn)時根據(jù)當時電磁頻譜態(tài)勢，臨時局部修改決策方案。

4 與其他主要系統(tǒng)的關(guān)系

4.1 作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)

1)接受作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)指令，掌握當前作戰(zhàn)意圖，執(zhí)行作戰(zhàn)命令，并為完成作戰(zhàn)任務(wù)提供電磁頻譜使用保障。

2)在敵我雙方實施電子對抗條件下，為我方武器系統(tǒng)實時選擇有利的電磁頻譜區(qū)間，充分發(fā)揮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

3)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)向電磁頻譜管理系統(tǒng)實時提供區(qū)域編隊、作戰(zhàn)平臺和敵方平臺的地理坐標及航向。

4.2 通信系統(tǒng)

電磁頻譜管理中心站與區(qū)域編隊電磁頻譜管理分系統(tǒng)之間電磁頻譜態(tài)勢傳輸信息量大，實時性強，需要數(shù)據(jù)鏈給予充分保障。要求數(shù)據(jù)鏈有足夠的傳輸速度。

4.3 電子對抗系統(tǒng)

電子對抗系統(tǒng)向電磁頻譜管理系統(tǒng)提供周圍環(huán)境信息源參數(shù)及信息源方位，供電磁頻譜管理系統(tǒng)進行信息源態(tài)勢和識別處理使用。

4.4 導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)向電磁頻譜管理系統(tǒng)提供本載體的地理坐標航向、海圖等信息。

4.5 敵我識別系統(tǒng)

接收敵我識別系統(tǒng)信息，供電磁頻譜管理系統(tǒng)進行信息源態(tài)勢和識別處理使用。

5 結(jié)語

本文提出海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的組成和功能分配，并分析電磁頻譜管理系統(tǒng)與其他主要系統(tǒng)設(shè)備的功能接口關(guān)系，形成海戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)的初步構(gòu)想，為下一步解決海戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境下的電磁頻譜干擾問題奠定基礎(chǔ)。

［1］中船重工七院.水面艦艇編隊電磁兼容研究探討［A］.水面艦艇電磁兼容技術(shù)研討會會議資料匯編［C］，2008.3 －11.

［2］匡遠波.復(fù)雜電磁環(huán)境下海軍艦艇電磁兼容技術(shù)的發(fā)展思路［A］.水面艦艇電磁兼容技術(shù)研討會會議資料匯編［C］，2008.20 －26.

The electromagnetic spectrum management system in the ocean battlefield

HUANG Bing-tao
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

In this paper，the author described the complicacy of the electromagnetic environment in the ocean battlefield to prove the necessity of the electromagnetic spectrum management system.The constitute and function of the electromagnetic spectrum management system，and the relationship among the spectrum management system and the other system are described to present reference for the ocean battlefield electromagnetic spectrum program and manage.

ocean battlefield;electromagnetic spectrum management system

E815;TNO3

A

1672－7649(2011)06－0026－05

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.007

2011－05－06

黃炳濤(1970－)，男，高級工程師，專業(yè)方向為艦船總體。