海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)構(gòu)想

王 雋

(解放軍91977部隊(duì)，北京 100036)

0 引 言

對(duì)海上作戰(zhàn)行動(dòng)而言，電磁頻譜的可得性是一切行動(dòng)的基礎(chǔ)，海上指揮通信、預(yù)警探測(cè)、目標(biāo)指示、武器制導(dǎo)和電子對(duì)抗等作戰(zhàn)活動(dòng)，均需要對(duì)電磁頻譜進(jìn)行合理充分的運(yùn)用，同時(shí)還要盡力破壞敵方運(yùn)用電磁頻譜的能力。海戰(zhàn)場(chǎng)必須建設(shè) “面向作戰(zhàn)、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、有效支持” 保障各型用頻裝備高效發(fā)揮其作戰(zhàn)效能的電磁頻譜管控系統(tǒng)。

1 外軍海戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管控技術(shù)發(fā)展研究

海上電磁環(huán)境具有交織性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，并且由于眾多設(shè)備在頻譜上存在自擾、互擾和環(huán)境干擾等問(wèn)題[1]，外國(guó)海軍一直高度重視頻譜應(yīng)用和作戰(zhàn)體系的建設(shè)，研制了岸基、海上以及綜合化的電磁頻譜綜合管理與應(yīng)用支持系統(tǒng)。

(1) 美海軍AESOP系統(tǒng)[2]

AESOP是動(dòng)態(tài)電磁頻譜作戰(zhàn)程序的縮寫(xiě)，由SENTEL公司為美國(guó)海軍研發(fā)，全部的AESOP系統(tǒng)包括頻譜計(jì)劃軟件、基于互聯(lián)網(wǎng)加密協(xié)議路由(SIPR)的服務(wù)中心、相關(guān)操作流程與保障團(tuán)隊(duì)等部分組成。

AESOP系統(tǒng)的主要功能包括：制訂雷達(dá)、交戰(zhàn)系統(tǒng)的用頻計(jì)劃；通信計(jì)劃制定；所有艦載輻射源的沖突預(yù)測(cè)與消解；自動(dòng)生成頻率指配計(jì)劃、聯(lián)合限制頻率表,以及頻譜作戰(zhàn)指南；岸基與海上輻射源的潛在沖突分析；滿(mǎn)足海軍認(rèn)證的頻譜管控消息；基于網(wǎng)絡(luò)的頻譜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)同步；分析計(jì)算工具，包括雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈、通信網(wǎng)臺(tái)、塔康以及衛(wèi)星通信等。

AESOP的典型界面如圖1所示，它廣泛部署于美國(guó)海軍的主要艦艇以及岸基海上指揮所，為多次美軍行動(dòng)提供頻譜協(xié)同保障。目前即將部署其4.0版本，增強(qiáng)的功能包括：滿(mǎn)足MCEB Pub8(軍用通信電子白板第8版)的數(shù)據(jù)交互和顯示標(biāo)準(zhǔn)；滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系架構(gòu)，包括Web服務(wù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集成、對(duì)岸基數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)、有限帶寬下的獨(dú)立運(yùn)行能力等；改進(jìn)了天線(xiàn)模型，包括二維與三維空間模型；改進(jìn)了人機(jī)交互界面；更加自動(dòng)化的頻譜分析工具。

圖1 AESOP雷達(dá)覆蓋與通信網(wǎng)臺(tái)覆蓋能力分析界面

(2) 美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)SPEED系統(tǒng)

SPEED是系統(tǒng)計(jì)劃工程與評(píng)估設(shè)備的縮寫(xiě)，由IMC電磁頻譜技術(shù)工作組研發(fā)，提供可模塊化升級(jí)的通信設(shè)備規(guī)劃功能。

SPEED系統(tǒng)可以工作于2種模式。其中，離線(xiàn)模式由軟件內(nèi)置功能實(shí)現(xiàn)，提供初步的通信計(jì)劃功能；在線(xiàn)模式可以通過(guò)調(diào)用國(guó)家頻譜管理辦公室的相應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)多種頻譜應(yīng)用支持能力。SPEED的典型界面如圖2所示，其在線(xiàn)模式的主要功能包括：干擾報(bào)告與干擾分析；生成頻率指配表與聯(lián)合限制頻率表；電子戰(zhàn)沖突消解；頻譜態(tài)勢(shì)生成與顯示；系統(tǒng)與圖形管理。

圖2 SPEED的離線(xiàn)分析與在線(xiàn)分析界面

(3) 北約其它國(guó)家的典型系統(tǒng)

北約針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)頻譜應(yīng)用需求，在其北約體系結(jié)構(gòu)框架(NAF 3.0)中提出了專(zhuān)門(mén)的頻譜視圖，采用基于網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與統(tǒng)一的格式標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化并協(xié)同各盟國(guó)的頻譜應(yīng)用活動(dòng)，使參與的軍事單位更好地完成其軍事任務(wù)。該套服務(wù)系統(tǒng)與客戶(hù)端由英國(guó)統(tǒng)一研制。

此外，在北約國(guó)家中，土耳其國(guó)防部的“情報(bào)與信息安全研究中心”研制的MARSSys(輻射頻譜分析與管理系統(tǒng))具有一定的代表性，該系統(tǒng)采用云計(jì)算的方式提供大量的輔助分析與頻譜計(jì)算工具，涵蓋不同頻段與不同應(yīng)用，具有一定的技術(shù)先進(jìn)性，包括中長(zhǎng)波/短波/超短波分析、通聯(lián)分析、雷達(dá)分析、調(diào)頻/調(diào)幅廣播分析工具等。其典型界面如圖3所示。

圖3 MARSSys的典型頻率分析界面

通過(guò)對(duì)上述系統(tǒng)分析可以看到，現(xiàn)代軍事強(qiáng)國(guó)的頻譜管控呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

(1) 動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化的趨勢(shì)。頻譜使用與作戰(zhàn)行動(dòng)緊密結(jié)合，貫穿戰(zhàn)前、戰(zhàn)中、戰(zhàn)后全過(guò)程。對(duì)頻譜使用的支持，正在由傳統(tǒng)靜態(tài)的電磁頻譜管控概念逐漸向基于作戰(zhàn)的、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)的戰(zhàn)場(chǎng)頻譜控制方向發(fā)展，發(fā)展實(shí)時(shí)頻率調(diào)度、資源分配、輔助決策、在線(xiàn)分析能力，更加高效地支持頻譜域的作戰(zhàn)活動(dòng)。

(2) 精細(xì)化、定量化的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的頻譜管控僅在裝備用頻的頻段、時(shí)段和能量進(jìn)行粗放規(guī)定；而軍事強(qiáng)國(guó)所普遍采用的頻譜作戰(zhàn)手段，則基于精細(xì)化的裝備模型、傳播模型開(kāi)展定量計(jì)算，并結(jié)合作戰(zhàn)行動(dòng)與任務(wù)要求開(kāi)展計(jì)劃與協(xié)同。

(3) 網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化的趨勢(shì)。先進(jìn)軍用頻譜應(yīng)用支持系統(tǒng)，普遍基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)不同軍兵種乃至不同國(guó)家頻率協(xié)同，采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效快速的頻譜分析計(jì)算，采用Web服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜管控計(jì)劃的靈活發(fā)布與快捷查詢(xún)。

(4) 功能綜合化、規(guī)范化。AESOP系統(tǒng)可以直接生成雷達(dá)、武器、通信、導(dǎo)航等裝備的用頻計(jì)劃，自動(dòng)生成頻率指配計(jì)劃、聯(lián)合限制頻率表、用頻計(jì)劃制定、各種輻射源的沖突預(yù)測(cè)與消解作業(yè)程序等。

2 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)構(gòu)想

2.1 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)功能需求

海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)需要綜合運(yùn)用水面、水下、空中和岸基等多種作戰(zhàn)平臺(tái)和航空兵、通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等多種專(zhuān)業(yè)兵種。多平臺(tái)、多兵種同處于一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)空間，共享無(wú)形的頻譜資源和電磁空間，頻譜的使用和管理異常困難。海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)就是要為海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)提供用頻保障，支持編隊(duì)/艦艇指揮員和指揮機(jī)構(gòu)制定作戰(zhàn)方案、作戰(zhàn)計(jì)劃和保障計(jì)劃，提供電磁頻譜計(jì)劃、監(jiān)視、協(xié)調(diào)和控制手段，實(shí)現(xiàn)電磁頻譜資源的有序使用，發(fā)揮海戰(zhàn)場(chǎng)整體作戰(zhàn)效能。海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)的能力需求主要包括以下6個(gè)方面：

(1) 完整統(tǒng)一的作戰(zhàn)頻譜用頻規(guī)劃

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和裝備用頻需求，在作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的組織管理下，通過(guò)統(tǒng)一的作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃，解決頻譜資源共享利用問(wèn)題，解決己方裝備之間的自擾互擾問(wèn)題；結(jié)合作戰(zhàn)任務(wù)要求，制定協(xié)調(diào)一致的裝備用頻計(jì)劃，重點(diǎn)保障關(guān)鍵任務(wù)、關(guān)鍵裝備的頻譜使用。

(2) 實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的電磁頻譜態(tài)勢(shì)感知

以岸基、艦載、機(jī)載等多源頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合敵情、己情等各類(lèi)信息，完成海戰(zhàn)場(chǎng)頻譜數(shù)據(jù)處理和態(tài)勢(shì)生成，為指揮員掌握作戰(zhàn)區(qū)域輻射源分布、能量分布和頻譜活動(dòng)變化情況，為作戰(zhàn)行動(dòng)提供頻譜管控決策數(shù)據(jù)支撐。

(3) 直觀(guān)明確的電磁頻譜態(tài)勢(shì)掌握

采用直觀(guān)、明確的可視化手段，為不同級(jí)別、類(lèi)型、角色的指揮員展現(xiàn)不同視角的海戰(zhàn)場(chǎng)綜合頻譜態(tài)勢(shì)；展現(xiàn)頻譜態(tài)勢(shì)的綜合分析結(jié)果，方便指揮員掌握裝備受擾狀態(tài)、作戰(zhàn)效能變化、頻譜占用等信息，為作戰(zhàn)進(jìn)程監(jiān)控、作戰(zhàn)行動(dòng)調(diào)整、戰(zhàn)場(chǎng)力量調(diào)度提供決策支持。

(4) 動(dòng)態(tài)有效的電磁頻譜管控協(xié)調(diào)

面對(duì)實(shí)時(shí)變化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，全面掌握己方裝備用頻狀態(tài)、受擾狀態(tài)、作戰(zhàn)效能、空閑頻率等信息，根據(jù)用頻計(jì)劃，監(jiān)督我方裝備用頻狀態(tài)；接收干擾申訴，對(duì)出現(xiàn)的頻譜異?；蚋蓴_進(jìn)行及時(shí)查處，對(duì)己方裝備用頻沖突進(jìn)行協(xié)調(diào)和管控；響應(yīng)臨機(jī)用頻申請(qǐng)，快速完成裝備用頻指配；根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)變化和相應(yīng)要求，臨機(jī)調(diào)整裝備用頻計(jì)劃，調(diào)整頻譜管控措施，保障作戰(zhàn)任務(wù)用頻需求。

(5) 全面可靠的電磁頻譜數(shù)據(jù)支持

各類(lèi)頻譜管控業(yè)務(wù)的計(jì)算與分析，包括裝備間沖突計(jì)算、空間能量分布計(jì)算、裝備用頻效能計(jì)算等，均依賴(lài)于裝備用頻參數(shù)、作戰(zhàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)、頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、頻譜規(guī)則策略數(shù)據(jù)、電波環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等支撐。因此，需要一套完整的數(shù)據(jù)收集、管理、維護(hù)以及應(yīng)用支持機(jī)制。

2.2 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)分為頻譜感知、頻譜管控和頻譜支持三大功能域，提供相應(yīng)的頻譜管理服務(wù)，如圖4所示。

其中：

(1) 頻譜感知功能域：為頻譜管理提供實(shí)時(shí)的電磁環(huán)境和頻譜感知數(shù)據(jù)，由各類(lèi)電磁信號(hào)感知設(shè)備組成，包括雷達(dá)傳感器、通信系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)和艦載飛機(jī)等，具備寬頻段掃描監(jiān)測(cè)、短波信道探測(cè)、衛(wèi)星信道探測(cè)、信號(hào)定向定位、信號(hào)測(cè)量分析、環(huán)境感知、用頻裝備參數(shù)采集等功能。

(2) 頻譜管控功能域：能通過(guò)各種輔助決策工具實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的規(guī)劃協(xié)調(diào)、動(dòng)態(tài)管控和頻譜態(tài)勢(shì)生成及展現(xiàn)功能，包括電磁態(tài)勢(shì)軟件、用頻規(guī)劃軟件、動(dòng)態(tài)管控軟件、用頻輔助決策軟件。其中，電磁態(tài)勢(shì)軟件通過(guò)對(duì)頻譜感知域提供的頻譜感知數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合處理后形成區(qū)域電磁態(tài)勢(shì)，包含電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)、輻射源目標(biāo)態(tài)勢(shì)、裝備用頻態(tài)勢(shì)、可用頻譜資源態(tài)勢(shì)、用頻異常態(tài)勢(shì)、綜合電磁態(tài)勢(shì)等；規(guī)劃協(xié)調(diào)軟件完成海戰(zhàn)場(chǎng)用頻計(jì)劃及協(xié)調(diào)方案的制定，包含各艦用頻需求分析功能，用頻計(jì)劃、協(xié)調(diào)方案制定功能；動(dòng)態(tài)管控軟件通過(guò)監(jiān)視和分析各裝備的用頻情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)頻譜資源的動(dòng)態(tài)管控功能和對(duì)電子戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)同指揮，包含狀態(tài)監(jiān)視、異常處理、頻率控制與指揮、電子戰(zhàn)協(xié)同等功能。

(3) 頻譜支持功能域：頻譜管理的數(shù)據(jù)支撐功能域，由頻管相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，用以存儲(chǔ)頻管和電磁環(huán)境的歷史及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供用頻需求數(shù)據(jù)、規(guī)則類(lèi)的專(zhuān)家知識(shí)以及敵我雙方已知用頻裝備和輻射源的頻譜特征數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過(guò)各類(lèi)頻譜分析工具，包括干擾排查、干擾預(yù)測(cè)、頻率分配、決策建議、用頻分析與效能評(píng)估等服務(wù)，為用頻規(guī)劃、動(dòng)態(tài)管控等提供輔助決策支持功能。

2.3 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用面向服務(wù)的層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，由核心層、通用支撐層、基礎(chǔ)服務(wù)層、頻譜支持層、頻譜應(yīng)用層5層組成，具體如圖5所示。

核心層提供操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)設(shè)施；通用支撐層提供相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和構(gòu)件平臺(tái)；核心層與通用支撐層應(yīng)與指控系統(tǒng)裝備軟件的通用結(jié)構(gòu)保持一致；數(shù)據(jù)/模型層提供頻管相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和典型模型；基礎(chǔ)服務(wù)層提供頻管業(yè)務(wù)中最基礎(chǔ)的通用計(jì)算服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)層針對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理需求提供了一系列定制插件；應(yīng)用軟件層提供可與指揮員進(jìn)行人機(jī)交互的頻管軟件。

3 結(jié)束語(yǔ)

電磁頻譜是繼水、土地、森林、礦藏之后又一種重要的國(guó)家戰(zhàn)略資源。本文提出的海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控系統(tǒng)能力需求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件架構(gòu)，可為深入研究海戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管控提供參考。