天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境的構(gòu)建

摘要：提出了生態(tài)電磁環(huán)境新概念，即和諧、高效、綠色、安全電磁環(huán)境的總和，同時(shí)提出了構(gòu)建天地一體生態(tài)電磁環(huán)境的基本機(jī)理、模型與方法以及需突破的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)為構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境研究是一項(xiàng)關(guān)系到中國(guó)未來信息網(wǎng)絡(luò)健康發(fā)展的重大課題，對(duì)于國(guó)家利益拓展、國(guó)防建設(shè)等具有戰(zhàn)略意義。需要拓展研究思路，樹立生態(tài)電磁環(huán)境科學(xué)發(fā)展的理念。

關(guān)鍵詞：天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)；電磁環(huán)境；抗干擾；電磁頻譜安全；電磁頻譜管理

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-6868 （2016） 04-0029-005

類比自然環(huán)境，電磁環(huán)境是指影響各類無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行效果的各種自然要素和人為要素及其相互作用關(guān)系的總和。自然環(huán)境具有地域及環(huán)境資源的不可分割性，電磁環(huán)境同樣具有地域和頻譜資源的不可分割性，尤其是遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境更是如此。所有無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)都工作于電磁環(huán)境中，電磁環(huán)境的好壞成為一個(gè)國(guó)家電磁制衡能力的重要組成部分。

不幸的是，與自然環(huán)境產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象類似，當(dāng)今電磁環(huán)境也持續(xù)惡化，出現(xiàn)了“電磁霧霾”現(xiàn)象[1-2]。例如：幾十年前，幾瓦、十幾瓦的短波電臺(tái)可通幾百、幾千千米，而在通信技術(shù)、頻率預(yù)報(bào)技術(shù)和器件技術(shù)等高度發(fā)達(dá)的今天，由于相同頻段、不同系統(tǒng)間非合作頻率競(jìng)爭(zhēng)伴隨功率競(jìng)爭(zhēng)形成無意干擾，造成短波電磁環(huán)境人為背景噪聲逐年上升[1-2]，短波業(yè)務(wù)系統(tǒng)與電磁環(huán)境之間形成惡性循環(huán)，使得幾百瓦甚至數(shù)千瓦的短波電臺(tái)反而通不好，教訓(xùn)極為深刻。其他頻段和場(chǎng)合可能也有類似問題，但遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的影響范圍更大，問題更突出，比如：有些衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)[3]處于相同或相鄰頻段，其用頻必然造成沖突和人為背景噪聲上升，如果不提前規(guī)劃和采取有效措施，地面和近空的電磁環(huán)境污染會(huì)向空間擴(kuò)展，猶如自然環(huán)境中的“人到哪污染到哪”，將嚴(yán)重影響天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行和效能發(fā)揮。同時(shí)，隨著“網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)”態(tài)勢(shì)的形成，“網(wǎng)絡(luò)電磁行動(dòng)”[4-5]由軍隊(duì)行動(dòng)向國(guó)家行為擴(kuò)展，中國(guó)電磁環(huán)境還存在嚴(yán)峻的人為惡意破壞等的安全威脅。

全球已建設(shè)電磁環(huán)境無線電噪聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，也頒布了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于電磁環(huán)境惡化的原因和如何改善電磁環(huán)境等問題一直未見研究報(bào)道。

1 電磁環(huán)境惡化的原因

在擁有所需頻譜資源前提下，影響無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能的主要要素有無線電技術(shù)和電磁環(huán)境。電磁環(huán)境主要由自然因素和人為要素構(gòu)成。自然要素是難以改變或抗拒的，但人為要素是人類自己產(chǎn)生的，也是可以改變和控制的。人為要素主要與頻譜管理模式和人類用頻的方法有關(guān)。

（1）現(xiàn)行頻譜管理模式與電磁環(huán)境的關(guān)系

頻譜管理經(jīng)歷了“先占先得”的登記式管理到國(guó)際《無線電規(guī)則》框架下協(xié)調(diào)式管理的發(fā)展歷程[6]。傳統(tǒng)或現(xiàn)有頻譜管理模式主要內(nèi)容有：在充分協(xié)商的前提下，通過平衡各方利益，制定和修訂《無線電規(guī)則》，工作重點(diǎn)是按業(yè)務(wù)進(jìn)行固定頻率劃分，以此維護(hù)無線電頻率使用秩序。所謂固定頻譜劃分[6]，就是將大部分頻段作為授權(quán)頻段，讓授權(quán)用戶在給定區(qū)域內(nèi)對(duì)該頻段具有長(zhǎng)期的絕對(duì)排他使用權(quán)；同時(shí)，保留一些非授權(quán)頻段允許非授權(quán)競(jìng)爭(zhēng)使用。

固定頻譜劃分存在的主要問題是：難以適應(yīng)各種軍民無線電設(shè)備對(duì)頻譜爆炸式增長(zhǎng)的需求。例如，對(duì)某種業(yè)務(wù)進(jìn)行固定頻譜劃分后，由于頻譜資源有限，在某些區(qū)域甚至全球又難免與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的頻譜存在重疊。又由于不同系統(tǒng)的用戶數(shù)量在不斷增加且缺乏系統(tǒng)間的頻譜協(xié)調(diào)機(jī)制，勢(shì)必造成工作頻率非合作競(jìng)爭(zhēng)沖突。所以，固定頻譜劃分限制了頻譜機(jī)動(dòng)自由，使得有些遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)際上被迫采用非合作競(jìng)爭(zhēng)用頻方式，可能成為電磁環(huán)境主要互擾噪聲來源。

同時(shí)，國(guó)際《無線電規(guī)則》中對(duì)無線電設(shè)備帶外域和雜散域無用發(fā)射的規(guī)定[8-9]，也直接影響到電磁環(huán)境。例如，《無線電規(guī)則》對(duì)于無線電設(shè)備的無用發(fā)射主要規(guī)定了相對(duì)或固定衰減限值，沒有針對(duì)遠(yuǎn)程中、大功率無線電傳輸特性，做出無用發(fā)射功率限值的專門規(guī)定，使得無用發(fā)射隨著用頻發(fā)射的增大而增大，可能成為電磁環(huán)境重要互擾來源，從而干擾其他短波用戶的工作頻率。

（2）當(dāng)前主要用頻方式與電磁環(huán)境的關(guān)系

在國(guó)際《無線電規(guī)則》框架下，當(dāng)前無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要用頻方法有：頻率自適應(yīng)、認(rèn)知無線電、分集和增大發(fā)射功率等。存在的主要問題有：頻率自適應(yīng)技術(shù)只考慮系統(tǒng)自身選頻，不顧及其他同頻段用戶；認(rèn)知無線電技術(shù)仍存在不同系統(tǒng)間的同頻競(jìng)爭(zhēng)和二次頻率競(jìng)爭(zhēng)[7]；分集技術(shù)在同時(shí)采用多個(gè)天線分集發(fā)射時(shí)，會(huì)增加額外頻譜污染；增大發(fā)射功率的使用方法除了在競(jìng)爭(zhēng)頻率上直接形成干擾外，發(fā)射機(jī)帶外域、雜散域無用發(fā)射隨之增大[8-9]，在提高自身主頻信噪比的同時(shí)，背景噪聲升高，使更多用戶遭受影響，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)與電磁環(huán)境之間形成惡性循環(huán)。

分析表明：現(xiàn)行頻譜管理模式和人類用頻方法均對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響，主要表現(xiàn)在非合作頻率競(jìng)爭(zhēng)伴隨功率競(jìng)爭(zhēng)和無用發(fā)射均增加人為噪聲干擾。以上主要分析結(jié)論已在短波電磁環(huán)境實(shí)際測(cè)試中得到驗(yàn)證[1-2]，[8-9]。

2 電磁環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)以上分析和驗(yàn)證，在新的歷史時(shí)期，尤其在構(gòu)建天地一體化和地面遠(yuǎn)程信息網(wǎng)絡(luò)背景下，中國(guó)電磁環(huán)境面臨如下嚴(yán)重挑戰(zhàn)：

（1）電磁環(huán)境不和諧。在固定頻率劃分框架下，頻譜需求與頻譜資源矛盾愈加突出，造成越來越多的同頻段合法用戶用頻沖突不斷發(fā)生和性能下降。

（2）電磁頻譜不高效。頻率沖突引起頻譜資源低效利用，且固定頻率劃分又造成部分可用頻率閑置，同時(shí)業(yè)務(wù)與頻率固定難以做到電磁環(huán)境自適應(yīng)。

（3）電磁環(huán)境不綠色。為提高自身信噪比，大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)增大發(fā)射功率，無用發(fā)射隨之增大，電磁環(huán)境背景噪聲和系統(tǒng)功耗升高、環(huán)境信噪比下降。

（4）電磁環(huán)境不安全。在網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)威脅下，智能干擾、靈巧干擾、誘騙干擾和網(wǎng)絡(luò)入侵等人為惡意攻擊以及偵察、監(jiān)視等手段技術(shù)水平不斷提高。

當(dāng)前的固定頻譜管理模式和“只顧自己不顧別人”的用頻方式，不能從根本上解決以上問題。面對(duì)挑戰(zhàn)，需要跳出傳統(tǒng)發(fā)展思路的框框，樹立大環(huán)境、大管理、大服務(wù)的理念，構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的生態(tài)電磁環(huán)境的新理論、新思路和新方法，逐步明確發(fā)展之路。

3 生態(tài)電磁環(huán)境的基本概念

如同人類需要生態(tài)自然環(huán)境一樣，無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)同樣需要生態(tài)電磁環(huán)境。以前的無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用主要考慮自身的業(yè)務(wù)種類和抗干擾等需求以及基于業(yè)務(wù)的固定頻譜管理模式等，很少考慮頻譜使用和單系統(tǒng)性能、功能設(shè)置等要素與所處電磁環(huán)境相互作用的關(guān)系。

（1）和諧電磁環(huán)境

和諧電磁環(huán)境是指各無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的頻率、功率等要素之間相互合作的電磁環(huán)境，個(gè)體與環(huán)境之間形成良性的循環(huán)，而非只顧自己、不顧別人。

（2）高效電磁環(huán)境

高效電磁環(huán)境是指頻譜利用率高的電磁環(huán)境[10]，實(shí)現(xiàn)“頻譜無處不在”、“泛在頻譜”和電磁環(huán)境自適應(yīng)，不僅僅是追求用戶個(gè)體頻譜利用率高。

（3）綠色電磁環(huán)境

綠色電磁環(huán)境是指信噪比高、背景噪聲低的電磁環(huán)境，這要求各種無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)無用發(fā)射功率低，且能耗低。和諧、高效均有利于形成綠色電磁環(huán)境。

（4）安全電磁環(huán)境

安全電磁環(huán)境是指各類電磁活動(dòng)能夠正常擁有和使用電磁頻譜，而且其秘密電磁頻譜信息不被竊取和利用的電磁環(huán)境[11-12]。安全電磁環(huán)境屬于對(duì)抗范疇。

（5）幾個(gè)基本概念之間的關(guān)系

和諧、高效、綠色電磁環(huán)境之間不是獨(dú)立的，是相互聯(lián)系的，側(cè)重點(diǎn)各有不同，和諧、高效、綠色電磁環(huán)境的構(gòu)建有利于安全電磁環(huán)境的形成。基于此，文章將和諧、高效、綠色、安全電磁環(huán)境的總和稱為生態(tài)電磁環(huán)境，其目的是用戶個(gè)體與電磁環(huán)境形成良性循環(huán)，具有自調(diào)節(jié)、自恢復(fù)等能力。

4 電磁環(huán)境“外部不經(jīng)濟(jì)”現(xiàn)象建模

自然環(huán)境是指與人類密切相關(guān)的，影響人類生活和生產(chǎn)的各種自然要素和人為要素及其相互作用的總和。影響自然環(huán)境的自然要素主要有天象（宇宙、太陽(yáng)、月球等）、氣象（雨、雪、霧、風(fēng)、雷電、云層、水汽等）、地理（地質(zhì)、地形、地貌、植被、河流、建筑物等）；影響自然環(huán)境的人為要素主要有工業(yè)污染和生活污染等。某一區(qū)域自然環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫、污染負(fù)荷等，其整體狀況可由各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)后的綜合指數(shù)描述。

類比自然環(huán)境，影響電磁環(huán)境的自然要素主要有天象（太陽(yáng)、天電、電離層等）、氣象（雨、雪、霧、風(fēng)、雷電、云層、水汽等）、地理（地質(zhì)、地形、地貌、植被、地物、建筑物等）；影響電磁環(huán)境的人為要素主要有工業(yè)噪聲干擾、集合無意輻射、用頻活動(dòng)（如天地一體和短波等遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)間同頻競(jìng)爭(zhēng)、中大功率臺(tái)（站）無用發(fā)射形成的無意干擾）等。電磁環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括污染負(fù)荷類指標(biāo)（噪聲電平或噪聲系數(shù)、頻率-時(shí)間占用度等）和環(huán)境利用類指標(biāo)（頻譜利用率、誤碼率、可通率、目標(biāo)檢測(cè)概率等），電磁環(huán)境整體狀況可由各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)后的綜合指數(shù)描述。

在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，“外部不經(jīng)濟(jì)”主要指某些經(jīng)濟(jì)主體因其他經(jīng)濟(jì)主體的行為而受到不利影響且又不能從造成不利影響的經(jīng)濟(jì)主體獲得應(yīng)有補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)現(xiàn)象[7]，[13]，其根源在于地域及環(huán)境資源的不可分割性。某些國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展與自然環(huán)境惡化之間的矛盾屬于典型的“外部不經(jīng)濟(jì)”問題。顯然，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的外部不經(jīng)濟(jì)行為破壞了自然環(huán)境。與此類似，在相同或相鄰頻段時(shí)，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境具有典型的地域和頻譜資源不可分割性，在頻譜資源有限和業(yè)務(wù)用戶不斷增加的情況下，加上人為要素的負(fù)面影響，也同樣受到外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的困擾，使得所處電磁環(huán)境持續(xù)惡化。

運(yùn)用外部不經(jīng)濟(jì)原理，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象可以建模為[7]，[13]：

公式（1）中，表示某單一遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)A利用頻率f運(yùn)行的效用函數(shù)，它受制于一系列的自然要素，以及可能對(duì)其造成影響的一系列人為要素，這些人為要素也稱為用頻活動(dòng)中的外部不經(jīng)濟(jì)行為，它們對(duì)所處電磁環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，降低了遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)A的效用函數(shù)，系統(tǒng)A是“外部不經(jīng)濟(jì)”結(jié)果的接受者，即

類比自然環(huán)境外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，結(jié)合以上模型，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象具有非市場(chǎng)調(diào)節(jié)性、非故意破壞性、強(qiáng)迫性、累積性、相互性等特征。

與外部不經(jīng)濟(jì)相反，“外部經(jīng)濟(jì)”是指某些經(jīng)濟(jì)主體因其他經(jīng)濟(jì)主體的良好行為而受到有利影響且又無需付出額外成本的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。因此，將外部經(jīng)濟(jì)的自然環(huán)境稱為生態(tài)自然環(huán)境，即有利于人類和各種生物及其種群之間和諧相處的各種人為要素及其相互作用關(guān)系的總和，可由自然環(huán)境綜合指數(shù)判定是否滿足生態(tài)自然環(huán)境要求。與生態(tài)自然環(huán)境概念類比，可進(jìn)一步將生態(tài)電磁環(huán)境理解為外部經(jīng)濟(jì)的電磁環(huán)境，即有利于各種無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的各種人為要素及其相互作用關(guān)系的總和，可由電磁環(huán)境綜合指數(shù)判定是否滿足生態(tài)電磁環(huán)境要求。

5 構(gòu)建生態(tài)電磁環(huán)境基本機(jī)理與方法

5.1 數(shù)學(xué)模型

科學(xué)界在研究生態(tài)環(huán)境的過程中，為從不同角度刻畫生態(tài)系統(tǒng)及其變化規(guī)律，建立了數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)，產(chǎn)生了諸多數(shù)學(xué)模型[14]，如Lotka-Volterra模型和生態(tài)平衡方程、競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)模型、互利系統(tǒng)模型、隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型等，其中的隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型可以用于研究刻畫生物種群（群落）生滅、平衡的變化規(guī)律、制約關(guān)系、改良和控制等。生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境研究的數(shù)學(xué)成果[14-15]已在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如金融生態(tài)環(huán)境、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)等。也可以通過移植和映射等方法，研究電磁環(huán)境中的類生態(tài)特性，刻畫無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)用頻與電磁環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。

設(shè)為原模型，其中，為系統(tǒng)初始外部環(huán)境，為原系統(tǒng)內(nèi)部組成，為原系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為原系統(tǒng)功能。為一新模型，其中為系統(tǒng)外部環(huán)境，為系統(tǒng)內(nèi)部組成，為系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)；表示系統(tǒng)功能。原模型通過映射變換成新模型，表示為：

上述模型映射可以分解為近似映射、同態(tài)映射乘積。

生態(tài)數(shù)學(xué)模型作為一種重要的生態(tài)學(xué)研究方法，在解釋生態(tài)現(xiàn)象，描述生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量、信息、價(jià)值流向等生態(tài)變化過程，揭示生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律，預(yù)測(cè)生態(tài)變化趨勢(shì)，定向調(diào)控和優(yōu)化管理生態(tài)系統(tǒng)等諸多問題中，都發(fā)揮了巨大作用。研究生物發(fā)展變化的常用數(shù)學(xué)生物學(xué)模型是生物群落動(dòng)力學(xué)模型方程[14]：

公式（4）中表示群落中相互作用各種群大小構(gòu)成的向量，其中為種群數(shù)量；是偏差函數(shù)向量，對(duì)應(yīng)于各種群大小的確定性成分；是隨機(jī)波動(dòng)強(qiáng)度向量；是白噪聲向量，是簡(jiǎn)單擴(kuò)散Wiener過程的導(dǎo)數(shù)。

研究物種退化問題時(shí)，公式（4）可以變化為Volterra群落退化問題[14]：

公式（5）中，是正平衡狀態(tài)的對(duì)角矩陣，為群落矩陣， 為噪聲項(xiàng)。

在研究生態(tài)平衡時(shí)，有生態(tài)平衡方程。通常，生物群落有3種基本變量[14]：

·生產(chǎn)者，其生物量為

（ ；為生產(chǎn)者總數(shù)）；

·消費(fèi)者，其密度為

（ ；為消費(fèi)者總數(shù)）；

·分解者，其濃度為

（ ；為分解者總數(shù)）。

反映質(zhì)量守恒定律的生態(tài)平衡方程可以寫為[14] ：

公式（6）中，和分別是生產(chǎn)者和消費(fèi)者的出生率和死亡率；為第類生物消費(fèi)第類生物的消費(fèi)函數(shù)；為第類生產(chǎn)者吸收類養(yǎng)分的消費(fèi)函數(shù)；為第類消費(fèi)者被分解為類養(yǎng)分的生產(chǎn)強(qiáng)度，、、分別是與3種組分相對(duì)應(yīng)的出入流量的總和。

以上這些數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)模型，已經(jīng)從生態(tài)學(xué)抽象成數(shù)學(xué)，可以應(yīng)用于各種類生態(tài)模型中。由于電磁環(huán)境惡化主要是由人為造成的，是可逆的，電磁環(huán)境也是一種類生態(tài)環(huán)境，因此可利用上述模型，通過公式（3）的映射關(guān)系，映射到生態(tài)電磁環(huán)境中，用于研究不同無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展變化，包括電磁環(huán)境控制與還原措施。

5.2 生態(tài)電磁環(huán)境的穩(wěn)定性

生態(tài)系統(tǒng)中穩(wěn)定性的定義有多種，普遍采用的定義是以俄國(guó)數(shù)學(xué)家A. M. Lyapunov的名字命名的Lyapunov穩(wěn)定性[15]。假設(shè)微分系統(tǒng)為：

是它的平衡點(diǎn)或穩(wěn)定狀態(tài)，即滿足方程。

對(duì)一切成立，則稱是局部Lyapunov穩(wěn)定的，這里是相應(yīng)于初值的解。進(jìn)一步，如果當(dāng)時(shí)，有成立，則是漸進(jìn)穩(wěn)定的；如果對(duì)于任何初值函數(shù)都成立，則是全局漸近穩(wěn)定的。反之，如果不是局部穩(wěn)定的，則稱是不穩(wěn)定的。通過上述定義和公式（3）的映射關(guān)系，公式（8）也可以用于研究遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的穩(wěn)定性及其判斷。

6 需突破的關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)文中提出的構(gòu)建天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境的思路和模型，在利用有關(guān)已有技術(shù)基礎(chǔ)上，需突破一些具有原始創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）天地頻率共享技術(shù)

天地頻率共享是構(gòu)建和諧、高效電磁環(huán)境的基本要求。由于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)具有地域不可分割性，在天地頻段相同或相臨條件下，還具有頻譜資源不可分割性。因此，不僅單個(gè)用戶的發(fā)射可能對(duì)大范圍內(nèi)的其他用戶接收機(jī)形成干擾，而且隨著用戶數(shù)量的不斷增加，處于相同頻率、不同地理位置的用戶相互作用，共同影響電磁環(huán)境。因此，要實(shí)現(xiàn)天地頻率共享，需要將非合作競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為合作競(jìng)爭(zhēng)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分析不同用戶之間頻率、功率、節(jié)點(diǎn)和范圍等多元要素的關(guān)聯(lián)性，并研究其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

（2）降低無用發(fā)射技術(shù)

降低無用發(fā)射功率是構(gòu)建綠色電磁環(huán)境的內(nèi)在要求和必由之路。在當(dāng)時(shí)無線電技術(shù)水平和器件工藝制約條件下，現(xiàn)行國(guó)際《無線電規(guī)則》有關(guān)條款[8，9]對(duì)無線電設(shè)備無用發(fā)射主要做出了相對(duì)衰減或固定衰減的限值規(guī)定。根據(jù)新的發(fā)展需求，首先要根據(jù)必要帶寬、帶外域和雜散域的定義和計(jì)算方法，建立無用發(fā)射功率分布模型，解決無用發(fā)射是否合理的評(píng)判問題；其次，利用全數(shù)字發(fā)信機(jī)的最新成果[16]，發(fā)揮數(shù)字射頻功放在高效率和高線性等方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步降低無用發(fā)射功率限值。

（3）天地頻譜服務(wù)技術(shù)

頻譜服務(wù)技術(shù)作為構(gòu)建和諧、高效、綠色電磁環(huán)境的紐帶，需要在天地一體化系統(tǒng)中開發(fā)和應(yīng)用。所謂頻譜服務(wù)，是一種基于Web的分布式?jīng)Q策的、新的頻譜管理模式[7]，也是一種頻譜接入模式。用頻決策權(quán)在用戶，用戶能實(shí)時(shí)獲取所需頻率和接入等服務(wù)，用戶數(shù)量幾乎不受限制，響應(yīng)速度也幾乎不受用戶數(shù)量的影響。預(yù)示著頻譜資源從預(yù)先劃分、沖突協(xié)調(diào)的靜態(tài)管理模式，走向政策推動(dòng)、按需接入、自主決策的動(dòng)態(tài)資源共享與服務(wù)模式，頻譜使用從單網(wǎng)獨(dú)占模式，走向多網(wǎng)共用開放式模式。

（4）頻譜安全控制技術(shù)

電磁頻譜安全與控制是構(gòu)建安全電磁環(huán)境的核心，主要在對(duì)抗條件下使用。電磁頻譜安全是指應(yīng)對(duì)頻譜資源爭(zhēng)奪與占用威脅的電磁頻譜戰(zhàn)略性安全，應(yīng)對(duì)電磁干擾與限制威脅的電磁頻譜可用性安全和應(yīng)對(duì)偵察監(jiān)視與利用威脅的電磁頻譜保密性安全等[11-12]。電磁頻譜安全控制是指規(guī)避或降低電磁頻譜安全風(fēng)險(xiǎn)所需的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、協(xié)調(diào)和處置等控制活動(dòng)[11-12]。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)的新威脅，該項(xiàng)內(nèi)容對(duì)于建設(shè)大型遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)尤為重要，以確保天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)在對(duì)抗條件下的電磁環(huán)境安全。

7 發(fā)展建議

（1）構(gòu)建軍民融合天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系

未來天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程，為使其正常運(yùn)行和發(fā)揮更大的使用效益，從需求論證、總體設(shè)計(jì)到技術(shù)開發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行，都需要貫徹軍民融合、軍民共用和資源整合的指導(dǎo)思想，避免軍民各自建設(shè)。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）和“銥”系統(tǒng)等就是很好的例證。

（2）加強(qiáng)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的完整性設(shè)計(jì)

理論和實(shí)踐表明，一種巨型信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了業(yè)務(wù)類型和服務(wù)范圍等基本要素外，需提前考慮所需的頻譜和軌道資源？如何做到頻譜可用？如何降低頻譜信息被竊取的風(fēng)險(xiǎn)？即電磁頻譜戰(zhàn)略性安全、可用性安全和保密性安全[11-12]，從而構(gòu)建生態(tài)電磁環(huán)境。

（3）推動(dòng)天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境專項(xiàng)研究

構(gòu)建天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境是一項(xiàng)探索性、理論性和先導(dǎo)性很強(qiáng)的研究工作，涉及范圍廣，需求迫切，難度很大，要做好長(zhǎng)期打攻堅(jiān)戰(zhàn)的準(zhǔn)備。建議相關(guān)主管部門引起高度重視，盡快開展立項(xiàng)論證和研究工作，以破解電磁環(huán)境惡化的難題，爭(zhēng)取戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)。

8 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境研究是一項(xiàng)關(guān)系到中國(guó)未來信息網(wǎng)絡(luò)健康發(fā)展的重大課題，對(duì)于國(guó)家利益拓展和國(guó)防建設(shè)具有戰(zhàn)略意義，涉及的關(guān)鍵技術(shù)可能具有顛覆性、前沿性和廣域性。我們要拓展研究思路，樹立生態(tài)電磁環(huán)境科學(xué)發(fā)展的理念。

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