電磁頻譜：信息化戰(zhàn)爭的“中樞神經(jīng)”

顏慧++石志申

在奇妙的物理世界中有這樣一種現(xiàn)象：交變電流在周圍空間會產(chǎn)生交變磁場，變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成了交變的電磁場，并能脫離其產(chǎn)生的波源向遠(yuǎn)處傳播。這種在空間以一定速度傳播的交變電磁場就是電磁波。電磁頻譜，則是由電磁波按波長或頻率排列起來，所形成的一個從零至無窮的結(jié)構(gòu)譜系。有時(shí)將電磁頻譜技術(shù)應(yīng)用簡稱為電磁頻譜。

電磁頻譜仿佛是一個披著隱形衣的魔法師，無影無蹤卻常常能制敵于千里之外，它的世界充滿了神奇色彩和超乎想象的力量。隨著電磁頻譜在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電磁頻譜漸漸從傳統(tǒng)的保障“配角”變成未來戰(zhàn)場上的“主角”。前美國海軍上將托馬斯?穆勒曾預(yù)言：“如果發(fā)生第三次世界大戰(zhàn)，獲勝者必將是最善于控制、駕馭和運(yùn)用電磁頻譜的一方?！?/p>

電磁頻譜的前世今生

電磁波的發(fā)現(xiàn)可以追溯到19世紀(jì)末。1862年，英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，但他本人并沒有能夠用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1886年，赫茲在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)身邊的一個線圈兩端發(fā)出電火花，由此推斷可能與電磁波有關(guān)。后來，他制作一個十分簡單而又非常有效的電磁波探測器——諧振環(huán)，就是把一根粗銅絲彎成環(huán)狀，環(huán)的兩端各連一個金屬小球，球間距離可以調(diào)整。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整諧振環(huán)的位置和小球的間距，終于在兩個小球間閃出電火花。1888年2月13日，赫茲在柏林科學(xué)院將他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布于世，整個科技界為之震動。赫茲的實(shí)驗(yàn)不僅證明了電磁波的存在，也為無線電通信的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，由此也開辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元。

1901年，隨著“無線電之父”馬可尼跨越大西洋的無線電通信試驗(yàn)成功，人類進(jìn)入了電磁時(shí)代，無線電通信席卷全球。1912年，巨型郵輪“泰坦尼克”號失事后，英國、美國等航海大國強(qiáng)制規(guī)定，超過一定噸位的船只必須加裝無線電臺，以保障海上航行安全。在第一次世界大戰(zhàn)期間，所有參戰(zhàn)的大國都使用無線電通信傳遞情報(bào)和命令。此后，無線電的廣播、導(dǎo)航、遙控相繼出現(xiàn)，給人類社會帶來了巨大變化。電磁波作為信息傳遞的重要載體，加速了信息時(shí)代的到來。

電磁頻譜就像水和太陽一樣不可或缺

目前，人類唯一理想的無線信息傳輸媒介非電磁頻譜莫屬。它與土地、森林、礦藏等資源一樣，既是一種稀缺的自然資源，也是決定國家發(fā)展和戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要戰(zhàn)略資源。電磁頻譜資源對人類的影響，就像水和太陽一樣不可或缺。

從理論上來說，電磁頻譜是覆蓋0至無窮大赫茲（Hz）的一種特殊自然資源。按照頻率由低到高的順序，包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、伽馬（γ）射線。一般意義上，國際電信聯(lián)盟規(guī)劃的可以利用的電磁頻譜范圍為10kHz～400GHz（1GHz=106kHz=109Hz）。但受目前信息技術(shù)水平的限制，可供人類開發(fā)和使用的頻譜只占資源總量的68%。其中，3GHz以下為最優(yōu)頻譜，應(yīng)用趨于飽和，發(fā)展空間受限；3GHz～10GHz的好用頻譜，應(yīng)用更廣泛，競爭更趨激烈；10GHz～60GHz的可用頻譜，技術(shù)日趨成熟，搶占優(yōu)先使用權(quán)的趨勢更加明顯；60GHz以上待開發(fā)頻譜，其利用受技術(shù)和元器件的限制，亟待突破；衛(wèi)星頻率軌道資源的好用頻率也已瓜分殆盡，“黃金導(dǎo)航頻率”的80%已被美國和俄羅斯率先搶占。

電磁頻譜具有很強(qiáng)的商業(yè)價(jià)值屬性。英國政府在其發(fā)布的《21世紀(jì)的頻譜管理》白皮書中，明確提出引入頻譜定價(jià)、頻譜拍賣、頻譜貿(mào)易等手段，激勵頻譜資源的高效利用和新技術(shù)的研發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1995～2011年，美、英、德、法、韓等國為發(fā)展第三代、第四代移動通信網(wǎng)絡(luò)，所拍賣的頻譜價(jià)值共計(jì)約1300億美元。同時(shí)，有研究采用（柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)）實(shí)證分析方法，通過對我國1999～2005年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，測算出頻譜投入對我國GDP增長率的貢獻(xiàn)高達(dá)6.3%，頻譜資源投入對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率則達(dá)到4.61%，已經(jīng)超過人力資本對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率。

電磁頻譜具有“三域”分割的特性。目前，除了航空無線電導(dǎo)航、遇險(xiǎn)搜救、射電天文等業(yè)務(wù)用頻屬于“專屬專用”的保障方式外，其他約90%以上的頻段都由多種無線電業(yè)務(wù)共用，之所以能夠共用，主要由于電磁頻譜具有空間域、時(shí)間域、頻率域的三維特性。當(dāng)多種用頻武器裝備密集部署時(shí)，電磁波在空域上縱橫交錯、時(shí)域上動態(tài)變化、頻域上密集交錯，“三域”重疊問題就很難避免，容易導(dǎo)致用頻裝備電磁通道“撞車打架”，產(chǎn)生自擾、互擾，也容易受到干擾。但三域中只要有一域區(qū)分好，用頻武器裝備之間也就不會相互干擾?？梢酝ㄟ^區(qū)分使用時(shí)段的方法，制定頻譜管制計(jì)劃，從時(shí)域?qū)用姹苊飧蓴_；可以通過拉開間隔距離的方法，制定部隊(duì)（裝備）的部署計(jì)劃，從空域?qū)用姹苊飧蓴_；可以通過劃分、規(guī)劃、分配和指配頻率的方法，制定用頻方案，從頻域?qū)用姹苊飧蓴_。

成也電磁頻譜，敗也電磁頻譜

盡管電磁波在19世紀(jì)末才被發(fā)現(xiàn)，但是它很快在世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)場上初試鋒芒。1935年1月，英國國家物理實(shí)驗(yàn)室無線電研究室主任羅伯特?沃森瓦特受英軍委托研究利用電磁波探測空中飛機(jī)裝置，最后他成功研制出對空警戒雷達(dá)的試驗(yàn)裝置。1938年，英軍利用沃森瓦特設(shè)計(jì)的雷達(dá)組建了世界上最早的防空雷達(dá)警網(wǎng)。到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)，英國已在東海岸建立了一個由20個地面雷達(dá)站組成的“本土鏈”雷達(dá)網(wǎng)。1940年夏天，在抗擊納粹德國大規(guī)?？找u“不列顛戰(zhàn)役”中，英國正是依靠使用短波頻段的“本土鏈”雷達(dá)贏得了20分鐘寶貴的空襲預(yù)警時(shí)間，以約900架戰(zhàn)機(jī)擊潰了德國2600架戰(zhàn)機(jī)的瘋狂進(jìn)攻。

在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，美軍對于電磁頻譜的依賴表現(xiàn)得更為明顯。戰(zhàn)爭初期，伊拉克擁有先進(jìn)的“卡里”防空系統(tǒng)， 700多架戰(zhàn)機(jī)、7000多門高炮和1.6萬枚低空導(dǎo)彈嚴(yán)陣以待。針對伊軍的軍事特點(diǎn)，美軍電磁兼容分析中心立即提供了多國部隊(duì)用于頻率指配的數(shù)據(jù)庫、海灣地區(qū)電磁環(huán)境資料等，并專門抽調(diào)專家到一線，組成多國部隊(duì)的頻譜管理機(jī)構(gòu)，實(shí)施及時(shí)有效的頻譜管理和無線電管制，從而為多國部隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)提供了可靠的保證。而伊拉克在多國部隊(duì)的電磁干擾和精確制導(dǎo)武器打擊下，無線電通信中斷、雷達(dá)迷盲、武器裝備性能難以正常發(fā)揮，其軍隊(duì)失去指揮并被分割，處處被動挨打。

隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，電磁頻譜日益成為戰(zhàn)場上的“急先鋒”。2011年5月，美軍擊殺本?拉登的“海王星之矛”行動就是電磁頻譜支撐現(xiàn)代作戰(zhàn)的一個經(jīng)典例證。此次行動，由美軍阿富汗賈拉拉巴德的聯(lián)合行動中心，通過衛(wèi)星通信指揮海豹突擊隊(duì)實(shí)施。在距白宮萬里之遙的巴基斯坦阿伯塔巴德，無人機(jī)將突擊隊(duì)的行動過程視頻通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)回傳白宮戰(zhàn)情室、五角大樓指揮中心和聯(lián)合行動中心。海豹第6小隊(duì)隊(duì)長利用超短波單兵電臺現(xiàn)場指揮，最終達(dá)成作戰(zhàn)目的。需要說明的是，每個海豹突擊隊(duì)員的通信裝備是“陸地勇士”單兵系統(tǒng)，使用甚高頻、特高頻頻段，可與特戰(zhàn)空勤團(tuán)、聯(lián)合行動中心之間進(jìn)行作戰(zhàn)協(xié)同和情報(bào)共享，其他武器系統(tǒng)加裝熱成像儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、激光測距瞄準(zhǔn)器等用頻設(shè)備，其工作頻段已突破無線電頻譜的上限，支持自動解算彈道、自動填裝靈敏彈藥、自動跟蹤瞄準(zhǔn)，進(jìn)而可選擇動能殺傷或凌空爆破殺傷等打擊手段。在整個行動中，通過運(yùn)用電磁頻譜，海豹突擊隊(duì)僅用時(shí)40分鐘，就成功獵殺世界恐怖頭目本?拉登。

2011年12月4日，伊朗向全世界宣布其捕獲了一架美國“哨兵”無人偵察機(jī)，并通過實(shí)物展示證實(shí)了這一新聞。一時(shí)間，世界輿論嘩然，人們紛紛猜測這樣先進(jìn)的隱形無人偵察機(jī)，怎么會被伊朗“手到擒來”。隨后有外媒披露，“哨兵”之所以會被捕獲，是因?yàn)橐练嚼肎PS漏洞重構(gòu)了這架無人機(jī)的坐標(biāo)，并發(fā)出欺騙性指令，控制其改變飛行航線并著陸，從而被其輕松捕獲。有專家指出，美伊電磁交鋒這一典型戰(zhàn)例，不僅凸顯出電磁頻譜空間無形較量分外激烈，更表明電磁頻譜對抗在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中舉足輕重。

電磁頻譜除了在戰(zhàn)場上讓人津津樂道的優(yōu)異表現(xiàn)，也有因管理不善而“自擺烏龍”的“囧事”。1914年，美國海軍大西洋艦隊(duì)首次在戰(zhàn)爭狀態(tài)下試驗(yàn)無線電通信設(shè)備，結(jié)果附近友鄰艦艇發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)烈火花干擾中斷了所有無線電通信，參加者不得不做出時(shí)間分配計(jì)劃，分配2小時(shí)給美國對國內(nèi)進(jìn)行無線電發(fā)射，其他4個國家各1小時(shí)。這樣，設(shè)在華盛頓的總部要間隔4小時(shí)才能與它在戰(zhàn)場上的武裝力量聯(lián)絡(luò)一次。

1967年7月，美軍“福萊斯特”號航母在執(zhí)行某次軍事任務(wù)時(shí)，艦載F-4“幽靈”式戰(zhàn)機(jī)受到該艦雷達(dá)波束照射干擾，飛機(jī)上懸掛的空地火箭彈被意外點(diǎn)火發(fā)射，擊中艦上一架A-4“天鷹”式攻擊機(jī)的副油箱，導(dǎo)致一系列爆炸，最終造成134人喪生、64人重傷、27架飛機(jī)損毀的后果。如此慘烈的“非戰(zhàn)斗減員”，罪魁禍?zhǔn)拙故且皇姶挪ǎ?/p>

1982年的英阿馬島海戰(zhàn)中，當(dāng)時(shí)號稱英國海戰(zhàn)利器和艦隊(duì)榮譽(yù)象征的“謝菲爾德”號巡洋艦由于沒有很好地解決衛(wèi)星通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的頻率使用問題，以至于兩個系統(tǒng)不能同時(shí)工作，一個系統(tǒng)工作時(shí)，另一個系統(tǒng)則必須關(guān)機(jī)。戰(zhàn)斗中，該艦與指揮所進(jìn)行衛(wèi)星通信，雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)機(jī)，因此沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)來襲的阿根廷戰(zhàn)機(jī)，最終被“超級軍旗”飛機(jī)發(fā)射的“飛魚”導(dǎo)彈擊中，艦毀人亡。

數(shù)次慘痛的教訓(xùn)讓西方軍事強(qiáng)國認(rèn)識到了電磁頻譜管理的重要性。有人這樣比喻：電磁空間是公路，武器裝備就是行駛于其中的車輛，而電磁頻譜管理就相當(dāng)于交通規(guī)則。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美軍一個步兵師約有70部雷達(dá)、2800部電臺，俄羅斯一個摩托化步兵師約有60部雷達(dá)、2040部電臺，保證如此多的電子裝備有條不紊地工作，需要強(qiáng)大的頻譜管理力量和機(jī)制。經(jīng)過幾次局部戰(zhàn)爭的洗禮，目前美軍從統(tǒng)帥部到野戰(zhàn)師，都設(shè)有專門的頻譜管理機(jī)構(gòu)，從國防部、聯(lián)合參謀部到各軍兵種，都建立了一整套完整的聯(lián)合戰(zhàn)役頻譜管理體系，形成了成熟的管理機(jī)制。例如，在海灣戰(zhàn)爭開始前，美軍首先投入的由100人組成的先遣隊(duì)中，就有3人是電磁頻譜管控人員，可見美軍對于電磁頻譜管理的重視程度。

電磁頻譜戰(zhàn)——沒有硝煙的戰(zhàn)場

傳統(tǒng)海空優(yōu)勢的發(fā)揮是建立在電磁優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，失去制電磁權(quán)，必將失去制空權(quán)、制海權(quán)。因此，電磁空間已成為與空間、地面和海洋并存的第四維戰(zhàn)場。21世紀(jì)掌握制電磁權(quán)與19世紀(jì)掌握制海權(quán)、20世紀(jì)掌握制空權(quán)一樣具有決定意義，因此信息化戰(zhàn)爭中頻譜甚至比子彈更重要?？梢哉f，未來信息化作戰(zhàn)，誰贏得了制電磁權(quán)，誰就掌握了戰(zhàn)場主動權(quán)。

面對世界范圍內(nèi)電磁頻譜競爭的不斷升級，美軍先后出臺了《聯(lián)合頻譜構(gòu)想》《國防部頻譜戰(zhàn)略規(guī)劃》以及《“頻譜戰(zhàn)”戰(zhàn)略》等頂層指導(dǎo)文件，并采取避開擁擠頻段、開發(fā)高端頻譜等方式，研發(fā)微波、激光、電磁脈沖等武器裝備，積極搶占頻譜資源。據(jù)報(bào)道，位于美國俄亥俄州懷特-帕特森空軍基地的美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室，正在加緊進(jìn)行有關(guān)頻譜戰(zhàn)的3個項(xiàng)目的研究。美國海軍官方網(wǎng)站的消息稱，美國海軍正在建立信息優(yōu)勢部隊(duì)，作戰(zhàn)重點(diǎn)放在電磁頻譜領(lǐng)域。美國陸軍則一邊裁軍一邊將移動信息網(wǎng)絡(luò)和空地?zé)o人平臺作為未來部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要增長點(diǎn)。其電子戰(zhàn)部門負(fù)責(zé)人稱，無人機(jī)的真正較量不是發(fā)生在空中，而是在電磁頻譜空間。

在美國正致力于推行的“亞洲再平衡”戰(zhàn)略中，已把中國視為與之爭奪遠(yuǎn)東地區(qū)頻譜戰(zhàn)主導(dǎo)權(quán)的有力潛在對手。美國國際評估和戰(zhàn)略中心的高級研究員理查德·費(fèi)舍爾在接受美國《連線》雜志的采訪時(shí)說：“我們現(xiàn)在痛苦地意識到，他們（中國）的戰(zhàn)機(jī)所攜帶的干擾系統(tǒng)可能具有讓空對空導(dǎo)彈失靈的能力。”

意識到中國電磁頻譜攻擊會帶來的嚴(yán)重威脅，美國空軍已加緊步驟訓(xùn)練飛行員在沒有GPS和雷達(dá)協(xié)助、甚至連無線電通訊也失效的情況下，駕駛飛機(jī)作戰(zhàn)的能力。同時(shí)，美國海軍也在測試一種能讓無人機(jī)在受到電磁頻譜攻擊后迅速與GPS衛(wèi)星重建聯(lián)系的天線。

有專家分析，如果中國打贏了頻譜戰(zhàn)，就不僅是美國空軍，連美國地面部隊(duì)也會遭受重創(chuàng)。因?yàn)槊绹鴩鴷岩?，美軍三分之二的地面?zhàn)車在2025年以前實(shí)現(xiàn)無人化控制，這些機(jī)器人戰(zhàn)車被認(rèn)為是在環(huán)太平洋地區(qū)實(shí)施登陸突擊作戰(zhàn)的理想武器。但如空中的無人機(jī)一樣，地面無人戰(zhàn)車在沒有任何人類的引導(dǎo)以及穩(wěn)定的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的支撐下，將無法執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。如果中國電磁頻譜武器實(shí)施的干擾壓垮了它們的導(dǎo)航系統(tǒng)，這些剛剛沖上海灘的機(jī)器人戰(zhàn)車便會癱瘓。美國陸軍計(jì)劃推出具有友好可視化界面的軟件，可以實(shí)時(shí)反映戰(zhàn)地電磁頻譜戰(zhàn)狀態(tài)。這樣，士兵們能夠迅速指出哪些地點(diǎn)是安全的，處于美軍控制下，哪些區(qū)域則很容易受到對手的電子攻擊。

在未來的信息化戰(zhàn)場上，電磁頻譜將成為戰(zhàn)場上的“中樞神經(jīng)”。網(wǎng)絡(luò)電磁空間以自然存在的電磁能為承載體，以人造網(wǎng)絡(luò)為平臺，以信息控制為手段，通過信息傳輸充斥于陸?？仗鞂?shí)體空間，并依托電磁指令傳遞無形信息，來控制聯(lián)合作戰(zhàn)體系高效運(yùn)行。因此，信息化戰(zhàn)爭欲謀制信息權(quán)，必先謀制電磁權(quán)。

信息化戰(zhàn)爭是體系與體系的對抗。為此，設(shè)置“戰(zhàn)場迷霧”，使戰(zhàn)場對己方“單向透明”，使對手“信息制盲”，成為破敵作戰(zhàn)體系重要的戰(zhàn)爭形式。電磁頻譜管理以探測、監(jiān)測為手段感知電磁作戰(zhàn)空間，成為料敵如神的“慧眼”，使電磁空間對己方“透明”，進(jìn)而奪取戰(zhàn)爭制電磁權(quán)和制信息權(quán)。反之，如不能感知電磁空間，作戰(zhàn)體系就將成為“聾子”和“瞎子”，只能被動挨打而無反擊之力。

信息化戰(zhàn)爭中形成體系作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，是各作戰(zhàn)要素必須能夠融合相輔、整體共生。然而，各作戰(zhàn)要素往往分屬不同領(lǐng)域不同部門，難以兼顧各方需求，電磁頻譜管理正是以電磁檢測為手段，對己方用頻設(shè)備和系統(tǒng)可進(jìn)行電磁兼容性分析，避免相互干擾抵消，從而確保形成體系作戰(zhàn)能力。在英阿馬島海戰(zhàn)中，英軍沒有很好地解決電磁頻率使用問題，結(jié)果導(dǎo)致艦毀人亡。可見，用頻設(shè)備并不是越多越強(qiáng)大，如果不能電磁兼容，甚至?xí)嗷サ窒鲬?zhàn)性能。

基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力，核心是把各種作戰(zhàn)要素集成為整體作戰(zhàn)能力，以頻譜識別、頻率分配等為手段，盤活體系傳輸網(wǎng)絡(luò)。在伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍正是憑借強(qiáng)大的電磁頻譜管理能力，確保了美英聯(lián)軍不同體制電子設(shè)備的相互兼容，使近2萬部電臺構(gòu)成的無線電網(wǎng)絡(luò)正常使用，為贏得戰(zhàn)場優(yōu)勢發(fā)揮了重要作用。

進(jìn)入21世紀(jì)，世界各軍事強(qiáng)國對電磁頻譜管理一直是高度重視，并相繼制定出戰(zhàn)略規(guī)劃指導(dǎo)發(fā)展。法國、德國和荷蘭先后發(fā)布了電磁頻譜管理發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以確保國家電磁空間安全運(yùn)行，并努力成為電磁空間領(lǐng)域第一梯隊(duì)的國家。美俄更是雄心勃勃，欲力拔頭籌。

相關(guān)鏈接

電磁頻譜的新技術(shù)

相對于自然地理空間，電磁空間可以說是技術(shù)的集合體。因此，這一領(lǐng)域新技術(shù)發(fā)展日新月異，勢如破竹。

頻譜水印技術(shù)，是一種信息隱藏技術(shù)。水印概念最早于1993年提出，并在后來應(yīng)用到頻譜識別領(lǐng)域。通常，靜態(tài)頻譜分配管理可導(dǎo)致頻譜資源“緊缺”的假象，而認(rèn)知無線電與電磁頻譜管理相結(jié)合，就會發(fā)現(xiàn)“頻譜空穴”，并加以充分利用，可有效提高頻譜利用率和質(zhì)量。

信息柵格技術(shù)堪稱力量“倍增器”。信息柵格技術(shù)應(yīng)用能夠在網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境上構(gòu)造動態(tài)的虛擬組織，從而實(shí)現(xiàn)信息共享與資源協(xié)作，使戰(zhàn)場電磁空間感知能力實(shí)現(xiàn)幾何級增長。

此外，還有動態(tài)頻譜接入技術(shù)、超寬帶技術(shù)等都在被發(fā)展應(yīng)用到電磁頻譜管理領(lǐng)域。與電磁空間的風(fēng)起云涌之勢相對應(yīng)，目前各軍事強(qiáng)國在電磁頻譜領(lǐng)域的高技術(shù)競爭，可謂劍拔弩張，日趨白熱化。

【責(zé)任編輯】張小萌