美軍應(yīng)對(duì)電磁環(huán)境效應(yīng)與頻譜支持的做法

霍文平，劉海鵬

（1．中國(guó)電波傳播研究所，山東青島 266107；2．總參通信部軍代局駐濟(jì)南地區(qū)軍代室，山東濟(jì)南250013）

美軍應(yīng)對(duì)電磁環(huán)境效應(yīng)與頻譜支持的做法

霍文平1，劉海鵬2

（1．中國(guó)電波傳播研究所，山東青島 266107；2．總參通信部軍代局駐濟(jì)南地區(qū)軍代室，山東濟(jì)南250013）

電子系統(tǒng)的電磁環(huán)境適應(yīng)性與頻譜依賴系統(tǒng)的頻譜需求的滿足程度都將影響系統(tǒng)效能的有效發(fā)揮，這些問(wèn)題對(duì)現(xiàn)代和未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的影響越來(lái)越突出。從政策文件要求、實(shí)現(xiàn)程序與方法方面介紹了美國(guó)國(guó)防部解決電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持問(wèn)題的方法，可對(duì)我軍在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供良好的借鑒。

電磁環(huán)境；電磁環(huán)境效應(yīng)；頻譜支持；裝備頻譜認(rèn)證；測(cè)試；評(píng)估

電磁環(huán)境效應(yīng)（E3）可對(duì)部隊(duì)、軍用設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)產(chǎn)生極大的不利影響，文獻(xiàn)［1］給出了許多由于電磁干擾（EMI）而造成的系統(tǒng)失效和異常、任務(wù)效果的削弱、甚至人員生命損失的案例。而隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，這種現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，從而對(duì)有效管理電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜使用提出了艱巨挑戰(zhàn)。

隨著對(duì)相關(guān)問(wèn)題研究的不斷深入，美國(guó)軍方逐漸認(rèn)識(shí)到，為確保系統(tǒng)在各種環(huán)境中兼容地運(yùn)行而不產(chǎn)生有害沖突，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不能再“假設(shè)”其系統(tǒng)將運(yùn)行于無(wú)干擾的電磁環(huán)境（EME）中，必須在系統(tǒng)采辦的壽命周期中綜合電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持（SS）要求，以處理和消除系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中可能遭遇的電磁環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題。為此，美國(guó)國(guó)防部建立了一整套完善的電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持程序，目的是保證其軍事系統(tǒng)在其全球行動(dòng)中與東道國(guó)的良好協(xié)調(diào)、壽命周期中有足夠的頻譜可用、在預(yù)期的作戰(zhàn)環(huán)境中與其他頻譜依賴系統(tǒng)兼容地運(yùn)行［1］。

1 有關(guān)政策和程序

美國(guó)國(guó)防部（DoD）要求所有的電氣和電子系統(tǒng)、分系統(tǒng)和裝備，包括含有電點(diǎn)火設(shè)備（EID）的軍火，在其預(yù)期的EME中相互兼容，而不引起或遭受由于E3引起的不可接受的性能降級(jí)。因此，必須加強(qiáng)適當(dāng)?shù)腅3要求，以確保與系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備和適用的預(yù)期程度的外部EME（系統(tǒng)間、射頻、雷電、電磁脈沖和靜電）的兼容處在這些環(huán)境中的人員、軍火和燃油的安全。為此，美國(guó)國(guó)防部要求，對(duì)所有的軍用電子和電氣系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備，在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期和采辦壽命周期內(nèi)考慮E3控制和SS要求。

國(guó)防部指令（DoDI）5000．2中規(guī)定了國(guó)防采辦系統(tǒng)（DAS）的運(yùn)作過(guò)程，參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議手冊(cè)（CJCSM）3170．01建立了聯(lián)合能力整合與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（JCIDS）的運(yùn)作過(guò)程［2］，參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議指令（CJCSI）6212．01保證了JCIDS規(guī)定的程序?qū)嵤?］。電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持需求通過(guò)國(guó)防采辦系統(tǒng)（DAS）實(shí)現(xiàn)，從準(zhǔn)備JCIDS文檔開(kāi)始，并通過(guò)開(kāi)發(fā)測(cè)試與評(píng)估（DT＆E）和作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估（OT＆E）生效。DoD要求在采辦項(xiàng)目的早期就對(duì)有關(guān)頻譜需求進(jìn)行考慮和處理（DoDI）4650．01，并在采辦的全過(guò)程考慮控制E3的正確設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用（DoDI）3222．3，以確保將作戰(zhàn)能力成功交付給戰(zhàn)斗人員。

1．1國(guó)防部指令（DoDI）5000．2

（DoDI）5000．2聲明：對(duì)所有的電磁頻譜依賴系統(tǒng)，項(xiàng)目管理人員必須使其符合美國(guó)和東道國(guó)的頻譜規(guī)則，他們應(yīng)向國(guó)防部各機(jī)構(gòu)的首席信息官（CIO）或相當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)決策者提交鑒定，證明在預(yù)期的壽命周期中，支持系統(tǒng)運(yùn)行的必要的電磁頻譜是或?qū)⑹强捎玫模?］。這些鑒定將作為在采辦里程碑節(jié)點(diǎn)提供給里程碑決策授權(quán)（MDA）的建議的基礎(chǔ)；同時(shí)聲明法定的要求，對(duì)電磁頻譜依賴的系統(tǒng)和設(shè)備的所有開(kāi)發(fā)者，在美國(guó)大陸及其領(lǐng)土，都應(yīng)提交“DD Form 1494裝備頻譜分配申請(qǐng)表”，并從國(guó)家電信與信息管理局（NTIA）取得頻譜支持認(rèn)證（SSC）。

1．2 聯(lián)邦規(guī)則法案（CFR）第47款

該規(guī)則要求符合國(guó)家電信與信息管理局（NTIA）的“聯(lián)邦無(wú)線電頻率管理規(guī)則與程序手冊(cè)”的規(guī)定，并應(yīng)用于在美國(guó)大陸及其領(lǐng)土使用電磁頻譜的所有聯(lián)邦機(jī)構(gòu)。

1．3 管理和預(yù)算辦公室（OMB）公告

該出版物要求在提交開(kāi)發(fā)和采購(gòu)依賴于無(wú)線電頻譜的通信電子系統(tǒng)（包括使用衛(wèi)星技術(shù)的所有系統(tǒng)）的預(yù)算估計(jì)之前，獲得NTIA對(duì)系統(tǒng)必需的無(wú)線電頻率可用的認(rèn)證。

1．4 國(guó)防部指令（DoDI）3222．3

（DoDI）3222．3（國(guó)防部電磁環(huán)境效應(yīng)綱要）建立管理和實(shí)現(xiàn)DoD電磁環(huán)境效應(yīng)控制的政策和職責(zé)，促進(jìn)陸、海、空、天的電子和電氣系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備相互間的電磁兼容及與自然和人造環(huán)境的兼容［5］。要求所有的電子和電氣系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備，包括含有電爆裝置的彈藥，在其預(yù)期的電磁環(huán)境（EME）中相互兼容，不引起或不遭受由于電磁環(huán)境效應(yīng)造成的不可接受的性能降級(jí)［6］。

1．5 國(guó)防部指令（DoDI）4650．01

（DoDI）4650．01（管理和使用電磁頻譜的政策和程序）建立了DoD管理和使用電磁頻譜的政策，并要求DoD組織在研制或采購(gòu)頻譜依賴設(shè)備或系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行一系列的頻譜支持與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（SSRA）［6］。

2 在采辦過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持的方法

美國(guó)國(guó)防部在裝備采辦過(guò)程中考慮電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持問(wèn)題的通用指南［7］。

1）確定支持待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的使命任務(wù)的頻譜需求和系統(tǒng)使用的預(yù)期的電磁環(huán)境；

2）確保在采辦和采購(gòu)文檔中論述與電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持需求有關(guān)的所有問(wèn)題，包括JCIDS文檔如初始能力文檔（ICD）、能力開(kāi)發(fā)文檔（CDD）、能力生成文檔（CPD）、信息支持計(jì)劃（ISP）和采辦文檔，包括測(cè)試與評(píng)估主計(jì)劃（TEMP）、征求意見(jiàn)稿、合同詳細(xì)規(guī)格說(shuō)明和其他有關(guān)的文檔等。其他的采辦過(guò)程中的實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境效應(yīng)控制和頻譜支持要求的指南，可參考MIL－HDBK－237和國(guó)防采辦指導(dǎo)手冊(cè)（DAG）；

3）應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)如MIL－STD－464和MIL－STD－461確保各系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備在其預(yù)期的EME中兼容運(yùn)行。當(dāng)暴露于作戰(zhàn)EME中時(shí)，系統(tǒng)必須滿足其性能要求；

4）在TEMP中定義電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持測(cè)試目標(biāo)，并分配足夠的測(cè)試資源，以保障測(cè)試目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；

5）核實(shí)并記錄在DT＆E和OT＆E中發(fā)現(xiàn)的電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持問(wèn)題；

6）考慮系統(tǒng)或裝備的預(yù)期使命任務(wù)和使用，包括單軍種、聯(lián)合作戰(zhàn)應(yīng)用和全球部署，以進(jìn)行早期的電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持作戰(zhàn)評(píng)估；

7）在作戰(zhàn)測(cè)試成熟度鑒定中提供電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估結(jié)論，并提供由于未解決的電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持問(wèn)題而導(dǎo)致的對(duì)作戰(zhàn)的影響、系統(tǒng)使用的限制條件和易損性的報(bào)告。

2．1 裝備頻譜認(rèn)證

根據(jù)管理和預(yù)審辦公室（OMB）公告A－11和（DoDI）5000．2和（DoDI）4650．01，要求對(duì)電磁頻譜依賴系統(tǒng)和裝備進(jìn)行ESC。OMB CA－11要求在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提交預(yù)算估計(jì)之前由NTIA進(jìn)行ESC，而且，所有的軍事頻譜依賴系統(tǒng)必須符合“NTIA聯(lián)邦無(wú)線電頻率管理規(guī)則和程序手冊(cè)”的頻譜規(guī)則。ESC申請(qǐng)必須由項(xiàng)目管理人員、軍品開(kāi)發(fā)人員或其他采辦機(jī)構(gòu)提交，通過(guò)相應(yīng)的軍種頻率管理辦公室（FMO），采用（DoDI）4650．01和NTIA手冊(cè)中的程序。如圖1中所示，在采辦過(guò)程的每個(gè)階段都要求進(jìn)行ESC。

圖1 采辦過(guò)程與E3／SS，ESC過(guò)程的關(guān)系

2．2 頻譜支持風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

頻譜支持風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（SSRA）用來(lái)確定并評(píng)估潛在的可影響整個(gè)系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的有關(guān)規(guī)則、技術(shù)和作戰(zhàn)過(guò)程中有關(guān)的電磁頻譜和E3問(wèn)題。如圖1中所示，貫穿采辦過(guò)程中，都要求進(jìn)行SSRA，且隨著裝備的設(shè)計(jì)逐漸成熟，SSRA的詳細(xì)程度也不斷增加。整個(gè)過(guò)程需要進(jìn)行初始SSRA、詳細(xì)SSRA和SSRA更新。

1）初始SSRA針對(duì)國(guó)家和國(guó)際頻譜規(guī)則要求、可用頻譜和E3問(wèn)題的潛在因素，對(duì)系統(tǒng)的頻譜需要和E3控制需要進(jìn)行評(píng)估。

2）詳細(xì)的SSRA，在采辦里程碑C之前進(jìn)行，隨著項(xiàng)目逐漸成熟，在初始評(píng)估結(jié)果和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提供有關(guān)問(wèn)題的不斷細(xì)化的評(píng)估細(xì)節(jié)。并對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，以確定對(duì)系統(tǒng)將來(lái)的運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響，并提出潛在的風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的減緩措施。

3）在生產(chǎn)和部署之前，要求更新所有SSRA進(jìn)行更新，應(yīng)完善系統(tǒng)的作戰(zhàn)環(huán)境預(yù)期，且通過(guò)減緩措施和／或戰(zhàn)術(shù)程序，頻譜問(wèn)題和電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)被減弱到可接受的水平。此時(shí)，開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)才可進(jìn)行裝備部署。

在對(duì)頻譜支持進(jìn)行評(píng)估時(shí)，還需要考慮作戰(zhàn)應(yīng)用的限制條件、可用頻率、東道國(guó)授權(quán)和已知的電磁干擾事件等。在國(guó)家和國(guó)防部授權(quán)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)頻譜依賴系統(tǒng)的裝備頻譜認(rèn)證之前，這些系統(tǒng)和裝備不能進(jìn)行合法運(yùn)行操作，另外，還必須從適當(dāng)?shù)膮^(qū)域頻率管理機(jī)構(gòu)取得頻率指配，而對(duì)于在美國(guó)大陸和領(lǐng)土區(qū)域之外使用的系統(tǒng)和裝備，也應(yīng)在使用之前從預(yù)期使用的國(guó)家取得授權(quán)。

頻譜依賴系統(tǒng)和裝備的開(kāi)發(fā)人員應(yīng)采用DoDI 4650．01中規(guī)定的任務(wù)確定并消除規(guī)則、技術(shù)和作戰(zhàn)的頻譜支持風(fēng)險(xiǎn)。隨著項(xiàng)目設(shè)計(jì)逐漸成熟，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)增加這些評(píng)估的詳細(xì)程度。開(kāi)發(fā)人員應(yīng)評(píng)估與其他頻譜依賴系統(tǒng)之間的有害電磁干擾的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)一同進(jìn)行管理。SSRA應(yīng)與頻譜支持認(rèn)證的相應(yīng)階段同步進(jìn)行。對(duì)于復(fù)雜的“系統(tǒng)家族（FoS）”或“系統(tǒng)的系統(tǒng)（SoS）”采辦項(xiàng)目，可能會(huì)要求不止一項(xiàng)SSRA。

2．3 開(kāi)發(fā)測(cè)試與評(píng)估過(guò)程中的電磁環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題

開(kāi)發(fā)測(cè)試與評(píng)估（DT＆E）將在對(duì)軍事標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)裁剪的基礎(chǔ)上，展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何充分消除電磁環(huán)境效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，和系統(tǒng)與相關(guān)的電磁環(huán)境效應(yīng)控制規(guī)范的符合性。開(kāi)發(fā)測(cè)試（DT）通常在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室或開(kāi)放的測(cè)試區(qū)域進(jìn)行，測(cè)試包括批準(zhǔn)生產(chǎn)測(cè)試和評(píng)估，和批準(zhǔn)進(jìn)行滿負(fù)荷生產(chǎn)之前的首套商品的電磁環(huán)境效應(yīng)測(cè)試。滿足電磁環(huán)境效應(yīng)控制要求雖不能保證達(dá)到平臺(tái)／系統(tǒng)集成時(shí)的電磁兼容，然而眾所周知，不滿足要求經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致作戰(zhàn)使用時(shí)的電磁干擾問(wèn)題，符合性越差，作戰(zhàn)使用時(shí)發(fā)生電磁干擾問(wèn)題的概率也越高。

2．4 作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估過(guò)程中的電磁環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題

對(duì)未解決的電磁環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題記錄系統(tǒng)使用的限制條件／易損性，要求進(jìn)行作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估（OT＆E）。在作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估中，應(yīng)仔細(xì)組織進(jìn)行電磁環(huán)境效應(yīng)測(cè)試，以便能夠確認(rèn)并解決影響任務(wù)效能的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)測(cè)試評(píng)估主計(jì)劃（TEMP）中描述的其他關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。這些評(píng)估可能包括測(cè)試和分析，也可能用于形成裝備的作戰(zhàn)使用程序和戰(zhàn)術(shù)策略。作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估應(yīng)盡可能在接近作戰(zhàn)電磁環(huán)境的環(huán)境中進(jìn)行。重要的是在項(xiàng)目的早期確定對(duì)E3要求核實(shí)的資源和配屬裝備，以保障需要是可用。

在作戰(zhàn)測(cè)試（OT）中，對(duì)于相應(yīng)于DT中發(fā)現(xiàn)的潛在的EMI源于受害者對(duì)的易感裝備，應(yīng)進(jìn)行確認(rèn)并系統(tǒng)地進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)使用平臺(tái)裝載的其他分系統(tǒng)和設(shè)備或系統(tǒng)，通過(guò)各種模式和功能，同時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)或系統(tǒng)的其余分系統(tǒng)的性能降級(jí)情況?！皢胃蓴_源對(duì)單受害者”和“多干擾源對(duì)單受害者”的條件都應(yīng)被評(píng)估。最通用的方法是通過(guò)視聽(tīng)形式的顯示和輸出來(lái)監(jiān)視被測(cè)系統(tǒng)或分系統(tǒng)的性能變化。評(píng)估天線連接的接收機(jī)在其運(yùn)行頻段內(nèi)的要求對(duì)正確的評(píng)估是重要的。另外，在EMI測(cè)試中，對(duì)非期望的響應(yīng)的探測(cè)，使得作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估中確定對(duì)作戰(zhàn)性能有影響的電磁易損性（EMV）的分析成為必要，電磁易損性分析要求確定在裝備壽命中期中可能遭遇的友方和敵方的輻射器，并確定作戰(zhàn)中遭遇干擾源系統(tǒng)的可能性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文所述美國(guó)國(guó)防部對(duì)E3控制和頻譜支持要求的規(guī)定，在國(guó)防部的采辦中強(qiáng)制實(shí)施，其經(jīng)驗(yàn)表明，在采辦過(guò)程的早期就對(duì)E3和頻譜支持問(wèn)題進(jìn)行考慮并通過(guò)SSRA和測(cè)試與評(píng)估獲得對(duì)這些關(guān)鍵問(wèn)題的評(píng)估結(jié)果，都增加其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)投入產(chǎn)出比和系統(tǒng)在電磁戰(zhàn)場(chǎng)的運(yùn)行效能，有效實(shí)現(xiàn)其作戰(zhàn)目標(biāo)。因此，為取得軍事綜合電子信息系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)場(chǎng)的抗有害電磁環(huán)境效應(yīng)的能力，應(yīng)借鑒美軍在相關(guān)領(lǐng)域的做法，從裝備開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的源頭入手，提高我軍事電子系統(tǒng)適應(yīng)各種電磁環(huán)境的能力，為獲取戰(zhàn)場(chǎng)電磁優(yōu)勢(shì)和信息優(yōu)勢(shì)提供可靠保障。

［1］ LEACH R D，ALEXANDER M B．Electronic Systems Failures and Anomalies Attributed to Electromagnetic Interference［M］．NASA：Reference Publication，1995．

［2］ CJCSM 3170．01C，Operation Joint Capabilities Integration and Development System［S］．

［3］ CJCSI 6212．01E，Interoperability and Supportability of Information Technology and National Security Systems［S］．

［4］ DoD Instruction 5000．2，Operation of the Defense Acquisition System［S］．

［5］ DoD Directive 3222．3，DoD Electromagnetic Environmental Effects Program［S］．

［6］ DoD Instruction 4650．01，Policy and Procedures for Management and Use of the Electromagnetic Spectrum［S］．

［7］ Defense Acquisition Guidebook，Chapter 7．6，Electromagnetic Spectrum［S］．

TN011

A

1008－1542（2011）12－0067－04

2011－06－20；責(zé)任編輯：張 軍

霍文平（1975－），男，河南安陽(yáng)人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電磁頻譜管理方面的研究。