試驗(yàn)場地復(fù)雜電磁環(huán)境的設(shè)計(jì)

彭文成 郭東明

（裝甲兵工程學(xué)院，豐臺(tái) 100072）

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試驗(yàn)場地復(fù)雜電磁環(huán)境的設(shè)計(jì)

彭文成 郭東明

（裝甲兵工程學(xué)院，豐臺(tái) 100072）

摘 要：本文從應(yīng)用對(duì)象、電磁頻譜、干擾種類三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，針對(duì)未來多種作戰(zhàn)場地復(fù)雜電磁環(huán)境模擬實(shí)現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)基于反饋控制原理的全頻域監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，目的是為構(gòu)建場地復(fù)雜電磁環(huán)境決策提供結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜電磁環(huán)境 模擬 反饋 控制 監(jiān)控系統(tǒng)

復(fù)雜電磁環(huán)境主要由電子對(duì)抗、雷達(dá)、通信、光電、敵我識(shí)別、導(dǎo)航、民用、自然電磁環(huán)境等構(gòu)成。未來，雙方從反偵察、反干擾、抗摧毀出發(fā)，將更多使用各種新體制雷達(dá)、通信、光電設(shè)備，在新體制電子設(shè)備上采用更復(fù)雜的信號(hào)樣式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上通信信號(hào)種類多達(dá)百種以上，雷達(dá)多采用新體制和特殊體制，使得雷達(dá)信號(hào)種類繁多且波形復(fù)雜。

1 應(yīng)用對(duì)象的層次結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，電磁環(huán)境復(fù)雜，組織復(fù)雜電磁環(huán)境場地可以分為單武器平臺(tái)場地、軍兵種場地和聯(lián)合作戰(zhàn)場地的構(gòu)建。這三種復(fù)雜電磁環(huán)境場地的構(gòu)建是以單武器平臺(tái)的電磁環(huán)境為基礎(chǔ)，可由多種單武器平臺(tái)場地形成軍兵種場地的復(fù)雜電磁環(huán)境。同樣，可由多個(gè)軍兵種復(fù)雜電磁環(huán)境場地構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境形成聯(lián)合作戰(zhàn)場地的復(fù)雜電磁環(huán)境，見圖1。

構(gòu)建單武器平臺(tái)場地的復(fù)雜電磁環(huán)境是由各軍兵種的師旅級(jí)單位依據(jù)現(xiàn)有的電子對(duì)抗裝備和人員以及補(bǔ)充相應(yīng)的電子戰(zhàn)裝備進(jìn)行組織，主要選擇單武器平臺(tái)所應(yīng)用的電磁設(shè)備，根據(jù)工作需求建立以可移動(dòng)設(shè)備為主的場地復(fù)雜電磁環(huán)境。這樣可以保證對(duì)對(duì)抗雙方部隊(duì)共同進(jìn)行訓(xùn)練，以滿足單武器平臺(tái)不同的時(shí)域、地域的訓(xùn)練課目要求，便于管理和統(tǒng)一指揮，同時(shí)減少專門的電子對(duì)抗武器裝備的投入。

構(gòu)建軍兵種場地的復(fù)雜電磁環(huán)境前，要有效組織技術(shù)設(shè)計(jì)，主體由各軍兵種的軍、師級(jí)別單位根據(jù)現(xiàn)有電子對(duì)抗部隊(duì)構(gòu)成。要依據(jù)所服務(wù)的軍兵種裝備的特點(diǎn)，補(bǔ)充相應(yīng)的電子戰(zhàn)武器裝備和業(yè)務(wù)人員，同時(shí)建立場地綜合電磁監(jiān)測與控制系統(tǒng)。為滿足各軍兵種訓(xùn)練的地空海場地都適用要求，系統(tǒng)可用移動(dòng)設(shè)計(jì)，方便不同的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建。軍兵種場地應(yīng)相對(duì)固定，避免數(shù)量過多和隨意設(shè)置，以利于場地復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建，相應(yīng)減少場地構(gòu)建的前期

投入。

聯(lián)合作戰(zhàn)場地的電磁環(huán)境構(gòu)建需要進(jìn)行專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)，是由戰(zhàn)區(qū)按照現(xiàn)有兵種的電子對(duì)抗部隊(duì)所包含兵力進(jìn)行組織。要根據(jù)所服務(wù)的戰(zhàn)區(qū)武器裝備的性質(zhì)、特點(diǎn)，補(bǔ)充電子戰(zhàn)裝備和兵力，同時(shí)建立完善的綜合場地電磁監(jiān)測和控制系統(tǒng)。聯(lián)合作戰(zhàn)場地電磁環(huán)境的地?？沼蛎娣e非常大，應(yīng)按照場地規(guī)模的需要，進(jìn)行電磁能量輸出。此外，要嚴(yán)格控制使用時(shí)機(jī)，并做好構(gòu)建前的通報(bào)，避免干擾民用電子設(shè)備。

圖1 聯(lián)合戰(zhàn)役場地復(fù)雜電磁環(huán)境層次結(jié)構(gòu)圖

2 電磁頻譜的層次結(jié)構(gòu)

電磁信號(hào)在頻域的表現(xiàn)形態(tài)即是頻譜。首先，現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境戰(zhàn)場上的電磁信號(hào)頻譜越來越寬，幾乎覆蓋了全部電磁信號(hào)頻段；其次，在戰(zhàn)場實(shí)際使用的電磁頻譜范圍極為有限，特別是軍用頻段更少，在某一局部頻率區(qū)間，有時(shí)候電磁信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)密集重疊的現(xiàn)象。比如，雷達(dá)電磁頻段通常在3MHz～300GHz，但實(shí)際裝備并非覆蓋整個(gè)雷達(dá)頻段，其實(shí)只在有限的不連續(xù)區(qū)間內(nèi)工作。根據(jù)以上軍用電磁頻譜的真實(shí)占有情況，復(fù)雜電磁頻譜的層次結(jié)構(gòu)又可分為長波電磁層、中波電磁層、短波電磁層、超短波電磁層和微米波電磁層。

各軍兵種應(yīng)根據(jù)所裝備的情況，靈活組織聯(lián)合作戰(zhàn)場地的復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建。在考慮系統(tǒng)的開放性基礎(chǔ)上，要保證對(duì)新裝備的兼容性，更要保證相對(duì)的完整性。一方面，在復(fù)雜電磁環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有裝備訓(xùn)練的要求；另一方面，要充分保證裝備發(fā)展、模擬各種敵電磁干擾等的需要，避免重復(fù)建設(shè)。

美軍認(rèn)為，電磁環(huán)境在一定的時(shí)空范圍內(nèi)將會(huì)對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)行動(dòng)帶來直接影響。一方面，敵對(duì)雙方在為爭奪信息優(yōu)勢上會(huì)運(yùn)用電磁能量來進(jìn)行探測，并消弱另一方對(duì)電磁頻譜的應(yīng)用，或者通過損壞、摧毀、堵塞等作戰(zhàn)模式，削弱對(duì)方應(yīng)用的電磁頻譜，同時(shí)保障己方避免承受電磁頻譜產(chǎn)生的影響。另一方面，己方通信系統(tǒng)、作戰(zhàn)系統(tǒng)和支援保障系統(tǒng)及系統(tǒng)信息化所造成的電磁頻譜環(huán)境（氣候、電磁輻射和電磁屏蔽等）必然將會(huì)產(chǎn)生相互干擾和制約。所以，設(shè)計(jì)好復(fù)雜電磁環(huán)境，不僅要模擬敵方針對(duì)我方的探測、消弱、損壞、摧毀的電磁頻譜攻擊，還需要模擬己方電子設(shè)備工作時(shí)所造成自身相互干擾和制約的電磁頻譜環(huán)境。

3 干擾種類和強(qiáng)度的層次結(jié)構(gòu)

電磁輻射強(qiáng)度的其中一種表現(xiàn)形態(tài)即是能量密度。復(fù)雜電磁環(huán)境中的電磁能量分布表現(xiàn)密度極為不均。這是由于受電磁波傳播等關(guān)鍵因素的影響，戰(zhàn)場上空間電磁信號(hào)能量一般是不均勻的。在有些地方能量特別集中，可能會(huì)很強(qiáng)；有些地方能量特別分散，可能會(huì)很弱。在戰(zhàn)場空間復(fù)雜電磁環(huán)境模擬時(shí)，需要完全予以還原和體現(xiàn)。電磁能量密度的高低直接決定著對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境場地電子設(shè)備的影響程度。在戰(zhàn)場空間復(fù)雜電磁環(huán)境的模擬時(shí)，要充分考慮真實(shí)的還原和實(shí)際的電磁能量密度。一方面要達(dá)到干擾效果，另一方面也要防止過量電磁能量輻射，以免造成不必要的電磁污染。另外，過強(qiáng)的電磁干擾不但可以使雷達(dá)致盲、中斷通信，而且可能會(huì)造成電子器件和業(yè)務(wù)人員的傷亡。比如，連續(xù)強(qiáng)激光的照射可以燒毀光電探測器，還會(huì)造成人員致盲或灼傷。目前，各發(fā)達(dá)國家都在努力利用電磁能研發(fā)高功率微波武器、電磁脈沖彈、高能激光武器等武器裝備，所以各輻射模塊應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制發(fā)射功率的上限，限制輻射源與干擾對(duì)象之間的最短安全距離。

設(shè)計(jì)復(fù)雜電磁環(huán)境的電磁能量分布主要是由現(xiàn)有武器裝備電磁源的分布、使用時(shí)機(jī)、頻譜特性決定，而構(gòu)成復(fù)雜電磁環(huán)境的各要素部分的物理特征和特性必須要實(shí)現(xiàn)可控。例如，干擾方式、發(fā)射頻率、編碼方式、調(diào)制方式、輻射方向、發(fā)信功率、發(fā)信內(nèi)容等，可以通過技術(shù)改造、技術(shù)革新等方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，并提高構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的可變范圍和可變因子的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)全頻域的功率、頻率、輻射方向、調(diào)制方式等可調(diào)，見圖2。

圖2 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)種類和強(qiáng)度控制

4 反饋控制原理的全頻域監(jiān)控系統(tǒng)

由于復(fù)雜電磁環(huán)境基本覆蓋了全部現(xiàn)武器裝備的通信設(shè)備和其他武器上的電子設(shè)備頻譜范圍，包括現(xiàn)代信息化時(shí)代可能裝備的電子設(shè)備的頻譜范圍，對(duì)應(yīng)地需要構(gòu)建相適應(yīng)的頻譜檢測系統(tǒng)，以保證對(duì)各種通信設(shè)備和其他相關(guān)電子設(shè)備的探測、干擾、定位、發(fā)信等工作的實(shí)施，并且提高復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的準(zhǔn)確性和精度。這就要求場地復(fù)雜電磁環(huán)境應(yīng)具有反饋控制的全頻域監(jiān)控系統(tǒng)，形成場地復(fù)雜電磁環(huán)境布設(shè)、調(diào)整和檢測的循環(huán)控制，保證電磁環(huán)境的布設(shè)效果，保障對(duì)場地復(fù)雜電磁環(huán)境實(shí)現(xiàn)情況的監(jiān)測和調(diào)整。此外，場地復(fù)雜電磁環(huán)境還要具有信號(hào)采集功能，通過采集參訓(xùn)設(shè)備的信號(hào)，形成對(duì)參訓(xùn)設(shè)備的監(jiān)視，從而達(dá)到對(duì)參訓(xùn)人員的訓(xùn)練評(píng)價(jià)，見圖3。

圖3 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬全頻域監(jiān)控系統(tǒng)控制示意圖

全頻域監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程是：系統(tǒng)指示電磁環(huán)境檢測模塊信號(hào)的接收機(jī)進(jìn)行探測場地復(fù)雜電磁環(huán)境的平時(shí)狀態(tài)，建立場地復(fù)雜電磁環(huán)境的初始值；在各種電臺(tái)工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過電磁環(huán)境檢測模塊檢測的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)指令進(jìn)行控制干擾信號(hào)發(fā)生模塊的相應(yīng)的干擾機(jī)開機(jī)工作，進(jìn)行可控制的干擾；系統(tǒng)再通過電磁環(huán)境檢測模塊檢測的數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整干擾信號(hào)發(fā)生模塊的相應(yīng)的干擾機(jī)工作狀態(tài)，直至達(dá)到理想效果；情況處置信號(hào)采集模塊及時(shí)將電臺(tái)人員的情況處置信息及時(shí)上傳系統(tǒng)，系統(tǒng)再通過干擾信號(hào)發(fā)生模塊對(duì)干擾機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和改變，從而不斷進(jìn)行重復(fù)或進(jìn)行新科目的干擾訓(xùn)練。

5 結(jié)語

本文分析復(fù)雜電磁環(huán)境的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮不同層次場地的具體需求，理想的系統(tǒng)方案通常受到各種不利條件和其他因素的制約而有所改變。而如何利用現(xiàn)有的條件，盡快建立一個(gè)具有復(fù)雜電磁環(huán)境的場地是關(guān)鍵點(diǎn)，這樣才能盡快使部隊(duì)在無聲的電磁戰(zhàn)場上得到磨練和提高。

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Design of Complex Electromagnetic Environment in Test Site

PENG Wencheng，GUO Dongming

（The Academy of Armored Forces Engineering， Fengtai 100072）

Abstract:This paper from the application object， the electromagnetic spectrum， kinds of jamming three aspects to analyze the structure of the system， in the future a variety of combat field complex electromagnetic environment simulation realization problem， design solutions based on feedback control principle of full frequency m onitoring system to provide s tructural analysis technical support for the construction of the space complex electromagnetic environment decision.

Key words:complex electromagnetic environment，simulation， feedback， control， monitoring system