海戰(zhàn)場電磁頻譜管控問題探析＊

（海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

隨著信息化時代的到來，戰(zhàn)爭形態(tài)已經(jīng)由機(jī)械化戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒癁橹鲗?dǎo)的“陸、海、空、天、電”五維一體的現(xiàn)代立體化戰(zhàn)爭。在電磁領(lǐng)域，各國都在不斷加大研究開發(fā)力度，并認(rèn)為這是決定未來戰(zhàn)場格局的決定性因素。在海上信息戰(zhàn)中，敵我雙方所采取的一切戰(zhàn)法、戰(zhàn)術(shù)及戰(zhàn)略，都是以奪取“制信息權(quán)”和“制電磁權(quán)”為中心展開的，而戰(zhàn)場電磁頻譜管理正是奪取“制信息權(quán)”和“制電磁權(quán)”的重要保障。文章在分析了海戰(zhàn)場電磁環(huán)境構(gòu)成的基礎(chǔ)上，指出海戰(zhàn)場存在的電磁頻譜管控問題，并結(jié)合外軍現(xiàn)有管控方法對我軍未來管控模式提出設(shè)想。

2 海戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)成及影響分析

電磁環(huán)境，通常是指在某一特定空間范圍內(nèi)，能夠?qū)τ妙l設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響的電磁信號和介質(zhì)的總和［1］。未來海戰(zhàn)場電磁環(huán)境構(gòu)成包括自然電磁環(huán)境和人為電磁環(huán)境。如圖1所示，自然電磁環(huán)境主要包括電離層放電、雷電、氣象變化導(dǎo)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(jù)的頻譜寬度約在2kHz～30kHz之間，這種噪聲具有隨機(jī)性，很難量化衡量，需要長期監(jiān)測統(tǒng)計。電離層隨晝夜光照不同產(chǎn)生變化，白天的電子密度大于晚上，主要對短波產(chǎn)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(chǎn)生共振導(dǎo)致的強(qiáng)烈吸收產(chǎn)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(chǎn)生的輻射對6GHz以上的微波也會產(chǎn)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(chǎn)生破壞甚至災(zāi)難性的后果。

圖1 自然電磁環(huán)境

人為電磁環(huán)境，是指由人類使用的各種電子或電氣設(shè)施的電磁輻射所構(gòu)成的電磁環(huán)境。海戰(zhàn)場主要作戰(zhàn)兵器是各種艦艇，在艦艇有限的空間內(nèi)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(shè)備，發(fā)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(dá)九個網(wǎng)絡(luò)）［2］，它們是海上人為電磁環(huán)境的主要組成部分。艦艇上的電子設(shè)備包括探測設(shè)備、通信設(shè)備、指控設(shè)備、武器控制設(shè)備、各型電子對抗設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備及各種用途的雷達(dá)系統(tǒng)等。戰(zhàn)時航母編隊群將會有5～10艘驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦、補(bǔ)給艦和潛艇等各型戰(zhàn)艦參與，空中有預(yù)警機(jī)及作戰(zhàn)飛機(jī)需要通信指揮及信息傳輸，太空有實時衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信傳輸，電磁環(huán)境瞬息萬變極其復(fù)雜。海戰(zhàn)場人為電磁環(huán)境如圖2所示。

圖2 海戰(zhàn)場人為電磁環(huán)境

人為產(chǎn)生的電磁環(huán)境對海上電磁環(huán)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(xiàn)有可用的所有頻段，加大了各型設(shè)備及系統(tǒng)間產(chǎn)生鄰頻干擾和互調(diào)干擾的幾率；2）眾多同型設(shè)備的使用必將增加同頻干擾出現(xiàn)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(hù)能力的需求加大，不易滿足。總之，由于海上自然電磁環(huán)境和人為電磁環(huán)境構(gòu)成的復(fù)雜性和多變性，對電磁頻譜進(jìn)行合理、科學(xué)、有效的管控必不可少。

3 海戰(zhàn)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(guān)鍵。未來海戰(zhàn)場隨著用頻武器裝備的不斷增多，戰(zhàn)場電磁信號密度和頻段覆蓋范圍會激增，戰(zhàn)場敵我在頻譜控制權(quán)的爭奪也會日趨白熱化，電磁環(huán)境將呈現(xiàn)出“路窄、車多、擁堵、雜亂”的復(fù)雜狀態(tài)，電磁頻譜管控形勢嚴(yán)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(lǐng)域，是軍事和社會發(fā)展有序進(jìn)行的基本要素之一。在未來海戰(zhàn)中隨著信息化武器裝備的增多和指揮系統(tǒng)對通信頻譜的依賴不斷增強(qiáng)，頻譜的使用基本覆蓋了全頻段，為了取得戰(zhàn)場上的主動權(quán)，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(tǒng)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(shù)手段和管控方法來解決供需之間的矛盾。

3．2 多元的參戰(zhàn)單元使得電磁頻譜控制復(fù)雜化

未來海戰(zhàn)場尤其是航母編隊作戰(zhàn)和渡海登島等近海戰(zhàn)役涉及的參戰(zhàn)軍種將多元化，指揮關(guān)系必將涉及到各軍兵種作戰(zhàn)單元。戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略層次繁復(fù)，編隊指揮和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)龐大，分支系統(tǒng)繁多。戰(zhàn)場上用頻設(shè)備種類和數(shù)量也隨之增多，加上有些設(shè)備用頻要求特殊，專用頻段很窄，不同體制設(shè)備同時工作，使電磁頻譜協(xié)調(diào)管控難度提高。渡海登島戰(zhàn)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(dǎo)致的同頻、鄰頻及互調(diào)干擾等，戰(zhàn)場頻譜管控部門組織管理協(xié)調(diào)十分復(fù)雜。

3．3 信號的密集重疊使得頻譜監(jiān)控難度提升

信息化海戰(zhàn)中，參戰(zhàn)的各型平臺在有限的空間設(shè)置大量的電子設(shè)備和信息化武器系統(tǒng)，發(fā)射的電磁波會在同一地域內(nèi)相互交融，如通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、電子對抗等軍用電磁設(shè)備發(fā)射功率大，帶寬覆蓋廣，接收機(jī)接收機(jī)靈敏度高，如果沒有合理設(shè)置，這些設(shè)備和信息化武器系統(tǒng)之間很容易干擾。電磁波密度過大更可能會產(chǎn)生阻塞干擾。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／秒。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(dá)到500萬脈沖／秒以上。如此密集的信號在戰(zhàn)場空域上交錯、時域上集中和能域上起伏變化，導(dǎo)致海戰(zhàn)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(wù)艱巨

現(xiàn)代化海戰(zhàn)中，各國為了奪取制信息權(quán)，在作戰(zhàn)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(jié)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(zhàn)頻譜使用的各因素中，自然因素相對穩(wěn)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(fù)雜多變難以預(yù)料。因此，海戰(zhàn)中頻譜管控既要保證我方電子設(shè)備正常使用穩(wěn)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(zhàn)提供輔助參考，管控任務(wù)十分艱巨。

4 外軍管控模式現(xiàn)狀分析及對我軍的啟示

未來的海上聯(lián)合作戰(zhàn)將是一個在海洋及近海內(nèi)陸范圍內(nèi)的立體空間上展開的，以海軍為主，多軍兵種協(xié)同的，以電子信息為主導(dǎo)的電子綜合戰(zhàn)［3～4］。各發(fā)達(dá)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(fā)達(dá)國家也不甘落后，日益加強(qiáng)對電磁頻譜管控技術(shù)的研究并開發(fā)了一些具備初步管控功能的軟件系統(tǒng)應(yīng)用于軍隊中。當(dāng)前，比較有名的頻譜資源管理系統(tǒng)有美國ATDI公司開發(fā)應(yīng)對電子戰(zhàn)環(huán)境的HTZWarefarenG 系統(tǒng)，挪威國防部支持開發(fā)的頻譜資源管理和無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件frida系統(tǒng)，瑞典某公司開發(fā)的頻譜規(guī)劃管理軟件WRAP 系統(tǒng)，美國的通信管理系統(tǒng)（CMS），以及由美國DSA 公司設(shè)計開發(fā)的無線頻譜資源管理規(guī)劃軟件全球電磁頻譜管理信息系統(tǒng)。（GEMS15）［5］。根據(jù)美軍的相關(guān)規(guī)定可知，制定無線頻譜資源管控方案主要包括戰(zhàn)場電磁態(tài)勢評估、擬制頻譜資源管理方案、確認(rèn)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(nèi)部的電磁頻譜管理由國防部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，建立了從參謀長聯(lián)席會議、軍事通信電子委員會、聯(lián)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(rèn)證機(jī)制，從用頻設(shè)備研制采購之初就對用頻設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證管理。頻譜認(rèn)證分為以下四個階段：概念期、試驗期、開發(fā)期、運行期［8］。加入認(rèn)證程序可以提前為用頻設(shè)備和系統(tǒng)提供前期分析，在開發(fā)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(fā)現(xiàn)干擾的存在并予以解決，減少了很多不必要的后續(xù)工作，節(jié)省后期開支。同時頻譜認(rèn)證也可以為船舶和機(jī)場的選址提供頻譜信息支持。美海軍頻譜認(rèn)證過程如圖3所示。

圖3 美海軍頻譜認(rèn)證過程

美國非常重視新技術(shù)的出現(xiàn)并積極主動探討、研究將新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有頻譜管理中的可行性。例如對于新出現(xiàn)的認(rèn)知無線電技術(shù)，F(xiàn)CC（美國聯(lián)邦通信委員會）就積極與各個行業(yè)交涉，并召開大量會議來討論認(rèn)知無線電系統(tǒng)機(jī)制以及對已有頻譜授權(quán)用戶的影響。

通過對外軍頻譜管控的學(xué)習(xí)與了解，我軍在頻譜管控方面獲得的啟示有：1）認(rèn)清頻譜資源是一個國家的主權(quán)象征，增強(qiáng)對頻譜管控的重視程度，把頻譜管控提高到戰(zhàn)略管理層面進(jìn)行資源配置。注重頻譜管控的頂層設(shè)計，對頻譜資源進(jìn)行全頻段管控，研究合理有效分配頻譜資源的技術(shù)手段，緊跟時代潮流，注重新技術(shù)的學(xué)習(xí)、吸收及運用。2）建立一個自上而下的戰(zhàn)場頻譜管控體系。其主要任務(wù)有：在平時，制定電磁頻譜管理預(yù)案，完善電磁頻譜管理法規(guī)，加強(qiáng)電磁頻譜管理理論研究，開展用頻訓(xùn)練等；在戰(zhàn)時，對戰(zhàn)場頻譜資源進(jìn)行動態(tài)的科學(xué)管理，對戰(zhàn)場電磁環(huán)境態(tài)勢進(jìn)行評估并對電磁兼容做出科學(xué)分析，指導(dǎo)部隊做好電磁攻擊和防護(hù)，并與地方相應(yīng)管理部門協(xié)調(diào)，實現(xiàn)信息交換和共享。3）注重平時電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立與情報數(shù)據(jù)搜集分析，開發(fā)為戰(zhàn)時服務(wù)的動態(tài)實時數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，同時開發(fā)綜合頻譜管控軟件，使其與數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)，盡量實現(xiàn)全時域、全頻域、全空域管控，共同組成戰(zhàn)時頻譜管控動態(tài)分析決策體系，為聯(lián)合指揮部分析決策提供有效數(shù)據(jù)支撐。4）裝備立項、研制或采購階段，執(zhí)行嚴(yán)格的頻譜審批認(rèn)證機(jī)制，由專門頻管部門結(jié)合現(xiàn)有裝備用頻情況，對裝備用頻合理性進(jìn)行分析、判斷，在正式列裝前進(jìn)行實地用裝電磁環(huán)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(gòu)想

面對日益嚴(yán)峻的戰(zhàn)場電磁環(huán)境，為了在未來海上作戰(zhàn)中取得制電磁權(quán)的主動性，在分析未來作戰(zhàn)中的電磁環(huán)境和學(xué)習(xí)外軍先進(jìn)管理思想模式的基礎(chǔ)上，我軍未來頻譜管控應(yīng)該從各軍兵種分別制定用頻策略、管控頻譜設(shè)備的模式向高效率的一體化管控模式轉(zhuǎn)變。借鑒外軍先進(jìn)思想并結(jié)合我國實情和現(xiàn)狀，立足打贏未來信息化戰(zhàn)爭的現(xiàn)實需求，我軍未來海戰(zhàn)場頻譜管控應(yīng)具有如下功能：1）健全、靈活、暢通的體制機(jī)制，使上下級頻譜管理需求信息快速傳達(dá)；2）實時的戰(zhàn)場電磁環(huán)境感知能力，快速及時獲取戰(zhàn)場電磁環(huán)境信息；3）高效綜合的一體化動態(tài)管控能力，對戰(zhàn)場電磁態(tài)勢出現(xiàn)的變化作出快速反應(yīng)，實現(xiàn)各設(shè)備用頻兼容，規(guī)避干擾頻段；4）各參戰(zhàn)單元之間互聯(lián)互通互操作的能力，便于戰(zhàn)場態(tài)勢感知與作戰(zhàn)需求與任務(wù)的上傳下達(dá)?？傊?，建立全方位、全頻域、大縱深、立體化的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)是實施戰(zhàn)場頻譜管理的基礎(chǔ)；構(gòu)建多層級、分布式、智能化頻譜信息處理決策網(wǎng)絡(luò)是核心；實現(xiàn)頻譜的動態(tài)管控和頻譜信息共享等管理控制是關(guān)鍵。據(jù)此為了更好地適應(yīng)未來海戰(zhàn)場，我軍頻譜管控體系應(yīng)實現(xiàn)模塊化管控模式，其構(gòu)成應(yīng)包括：頻譜感知分系統(tǒng)，海戰(zhàn)場用頻籌劃分系統(tǒng)，頻譜管控分系統(tǒng)，頻譜支持分系統(tǒng)和頻譜輔助決策分系統(tǒng)。如圖4所示。

圖4 海戰(zhàn)場綜合頻譜管控系統(tǒng)組成

其中頻譜感知分系統(tǒng)用來收集與海戰(zhàn)場密切相關(guān)的電磁頻譜信息。在網(wǎng)絡(luò)化趨勢越來越明顯其構(gòu)建速度越來越快的當(dāng)今社會，設(shè)計頻譜感知分系統(tǒng)應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢，應(yīng)用各種組網(wǎng)設(shè)備將各感應(yīng)設(shè)備獲得的信息迅速收集、傳送給分析決策部門，經(jīng)進(jìn)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(tǒng)根據(jù)事先統(tǒng)計了解各部門用頻需求，著眼整個作戰(zhàn)過程和作戰(zhàn)環(huán)境，以作戰(zhàn)目的、任務(wù)為服務(wù)目標(biāo)，采用系統(tǒng)分析的方法，將各種可能出現(xiàn)的情況綜合考慮，盡最大可能在籌劃階段將各種可能出現(xiàn)的電磁不兼容、設(shè)備間互擾、同頻干擾等不利因素對海戰(zhàn)場中我方用頻的影響程度降到最低。

頻譜管控分系統(tǒng)是整個綜合管控分系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)綜合各個子系統(tǒng)所提供的用頻信息和海戰(zhàn)場中的電磁環(huán)境情況，以頻譜支持分系統(tǒng)為參考，以輔助決策分系統(tǒng)為依托，結(jié)合指揮官作戰(zhàn)意圖和海戰(zhàn)場實時變化的環(huán)境和用頻情況，從總體上實時把握我方用頻動態(tài)，根據(jù)海戰(zhàn)場中作戰(zhàn)意圖、任務(wù)實現(xiàn)情況，快速調(diào)整各部門用頻參數(shù)，利用高效的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)將各部用頻信息分發(fā)到各艦艇中，使得各作戰(zhàn)單元迅速及時調(diào)整設(shè)備用頻參數(shù)，為戰(zhàn)爭最后的勝利提供直接保障。

頻譜支持分系統(tǒng)為管控系統(tǒng)提供與頻譜使用密切相關(guān)的一切氣象、水文、地理環(huán)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(jù)探測到的信息實時快速提供給管控分系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要提供和補(bǔ)充頻譜感知分系統(tǒng)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(tǒng)將綜合利用傳輸給管控部門的各種信息，結(jié)合海戰(zhàn)場具體情況和作戰(zhàn)進(jìn)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(tǒng)以作戰(zhàn)需求為牽引，全程為作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)目的服務(wù)，以取得海戰(zhàn)場用頻的主動權(quán)和作戰(zhàn)效能的最大化為目標(biāo)，是海戰(zhàn)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(tǒng)通過通用接口和高速數(shù)據(jù)線聯(lián)接，實現(xiàn)信息的實時高速共享。各分系統(tǒng)各司其職，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求靈活組合運用，對未來海戰(zhàn)場動態(tài)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(jié)語

文章在對未來海戰(zhàn)場電磁環(huán)境構(gòu)成及各因素可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了海戰(zhàn)場電磁環(huán)境在作戰(zhàn)中可能存在的問題。通過對外軍頻譜管控發(fā)展現(xiàn)狀及做法進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解，得到了的幾點啟發(fā)并提出了我軍頻譜管控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，在此基礎(chǔ)上提出了我軍未來海戰(zhàn)場電磁頻譜模塊化管控模式構(gòu)想，供我軍頻譜管控建設(shè)參考。總之，電磁戰(zhàn)場已成為與外太空、天空、地面和海洋并存的第五維戰(zhàn)場，未來的海上作戰(zhàn)艦艇編隊只有具備在密集信號環(huán)境下動態(tài)監(jiān)視、科學(xué)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(huán)境效應(yīng)［12］，充分發(fā)揮艦艇編隊整體作戰(zhàn)效能，取得未來海戰(zhàn)中的主動權(quán)。

［1］廖曉光．軍事無線電管理［M］．北京：解放軍出版社，2003：3-9．

［2］陳國沖，李寒梅．海軍信息戰(zhàn)中的戰(zhàn)場電磁頻譜管理［J］．艦船電子對抗，2007，30（1）：8-11．

［3］王強(qiáng)．美軍海戰(zhàn)場頻率規(guī)劃分析［J］．艦船電子對抗，2007，30（6）：26-32．

［4］吳小強(qiáng)．未來海戰(zhàn)場電磁頻譜管理［J］．艦船電子對抗，2008，31（3）：10-12，16．

［5］張波．海戰(zhàn)場無線頻譜資源管理策略研究，2010：3-5．

［6］王祥，胡雙喜．美軍聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場電磁頻譜管理研究［J］．指揮控制與仿真，2008，30（1）：118-120．

［7］曲兵超，文若鵬．現(xiàn)代戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境［M］．沈陽：白山出版社，2010．

［8］Governmentm Accountability Office．Defense spectrum management［EB／OL］．（2003-04-30）［2007-11-06］．http：∥www．gao．gov／new．items／d03617r．pdf．

［9］Arthur K，Cebrowsk，i John J，et al．Network centric war-fare：its origin and future［J］．Proceedings of the-Naval In-stitute，1998，124（1）：28-35．

［10］J-6．Joint Spectrum Interference Resolution［S］．2009，1．

［11］Joint Staff．Joint Operations in the Electromagnetic attle Space［S］．2000，1．

［12］候喜貴．21軍事通信改革與發(fā)展［M］．北京：解放軍出版社，2003：86-103．