美軍電磁頻譜管理現(xiàn)狀芻議

摘 要:在未來戰(zhàn)場上，電磁領(lǐng)域?qū)巩惓＜ち遥l譜資源供求矛盾也日漸突出，戰(zhàn)場電磁態(tài)勢將十分復(fù)雜，因此，實施對電磁頻譜資源科學(xué)有效的管理，奪取戰(zhàn)場制電磁權(quán)，對打贏信息化條件下的高科技戰(zhàn)爭起著至關(guān)重要的作用。從美軍電磁頻譜管理體制、政策構(gòu)想、發(fā)展趨勢等方面，介紹了美軍電磁頻譜管理的基本情況，為我軍頻譜管理體系的完善與發(fā)展提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:美軍; 頻譜管理; BSM; 認知無線電

中圖分類號:TN911 文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0041-04

Discussion on Actuality of Electromagnetic Spectrum Management in US Armed Force

YU Jiang1， ZHANG Lei2， SHEN Liu-ping3

(1. Unit 73691 of PLA， Nanjing 210014， China;2. Institute of Communications Engineering， PLA University of Science Technology， Nanjing 210007， China;

3. Unit 73681 of PLA， Nanjing 210042， China)

Abstract:In the future battlefield， the countermeasure in electromagnetic field will appear more drastic， the contradiction of supply and demand for spectrum resource will tend to be more prominent， and the battlefield electromagnetic situation will become more complicated. Therefore， scientific and effective management of the electromagnetic spectrum resource， and seizure of control right the electromagnetic spectrum in a battlefield play an important part in wining high-tech warfare. The general situation of electromagnetic spectrum management in US armed force is introduced including the management system， policies， schemes and the trend of development etc. Thereferences for consummating and developing spectrum management system of Chinese armed force are provided.

Key words:US army; spectrum management; BSM; cognitive radio

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是陸、海、空、天、電磁“五維一體”的聯(lián)合作戰(zhàn)，戰(zhàn)場處在廣闊的電磁環(huán)境之中，無線電頻率已經(jīng)成為影響戰(zhàn)爭全局的不可或缺的重要戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)資源和力量，電磁頻譜資源的不足就意味著軍隊總體作戰(zhàn)效能的降低，部隊有效履行使命任務(wù)的能力將受到負面影響，因此頻譜資源短缺就如同戰(zhàn)略能源儲備(如石油)匱乏一樣，代價是極其巨大的。由于意識到這點，美軍電磁頻譜管理很早就起步了，他們制定和發(fā)布了一系列電磁頻譜管理政策和計劃，并且建立了完善的電磁頻譜管理體系，同時不斷加大對戰(zhàn)場頻譜管理的深入研究，積極探索認知領(lǐng)域的電磁頻譜管控機制，為美軍有效的管理和使用電磁頻譜資源，取得戰(zhàn)場電磁優(yōu)勢提供了有力的保障。

1 美軍電磁頻譜領(lǐng)域的管理體制

1.1 美軍電磁頻譜管理的指導(dǎo)思想

美軍的電磁頻譜管理是以軍事行動需求為指導(dǎo)，著眼于為國防部的工作提供最大的總體利益，為實現(xiàn)對有限電磁頻譜的有效利用而采取的一系列措施。電磁頻譜的管理應(yīng)當(dāng)是在熟悉作戰(zhàn)部隊需求并對這些需求做出快速響應(yīng)的基礎(chǔ)上進行的，并且應(yīng)當(dāng)與主要的政策制定機構(gòu)保持緊密聯(lián)系，以使電磁頻譜管理的問題能夠受到充分的關(guān)注。在與其他國家機構(gòu)和商業(yè)客戶共享有限的電磁頻譜資源的同時，應(yīng)確保不能對國防部的工作造成影響，并使國防部由于資源共享而造成的頻譜損失風(fēng)險降至最低[1]。

1.2 美軍電磁頻譜管理的體系結(jié)構(gòu)

基于這個指導(dǎo)思想，美軍對其內(nèi)部的無線電管理機構(gòu)進行優(yōu)化配置、資源整合，經(jīng)過海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等幾次局部戰(zhàn)爭的洗禮后，逐步形成了一套科學(xué)高效的電磁頻譜管理體系。美軍從統(tǒng)帥部到野戰(zhàn)師都設(shè)有專門的頻譜管理機構(gòu)，從國防部、聯(lián)合參謀部到各軍兵種，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制。目前，美軍頻譜管理的高層領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)是參謀長聯(lián)席會議、軍事通信電子委員會和聯(lián)合頻譜管理小組。在參謀長聯(lián)席會議的領(lǐng)導(dǎo)下，通信電子委員會和聯(lián)合頻譜管理小組負責(zé)陸、海、空軍的頻譜分配、調(diào)整、檢查和使用，而隸屬于聯(lián)合頻譜管理小組的聯(lián)合頻譜中心則負責(zé)頻譜規(guī)劃和業(yè)務(wù)研究，為高層領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)的頻譜管理提供技術(shù)支持。國防部、各軍種到各軍種一級司令部都設(shè)有相應(yīng)級別的頻譜管理機構(gòu)。各主要作戰(zhàn)方向均設(shè)有戰(zhàn)區(qū)頻譜管理機構(gòu)，戰(zhàn)區(qū)頻譜管理機構(gòu)與國家頻譜管理機構(gòu)平行，如果在頻譜使用過程中發(fā)生沖突，戰(zhàn)區(qū)頻譜管理機構(gòu)可以直接與國家頻譜管理機構(gòu)協(xié)調(diào)解決。

按照美軍的頻譜管理規(guī)程，在由兩個軍種以上組成的所有海外司令部中，其頻譜管理由各軍種組成的最高聯(lián)合指揮部負責(zé)，參謀長聯(lián)席會議給予指導(dǎo)。此外，參謀長聯(lián)席會議主席和負責(zé)通信電子的助理國防部長還對國防部電磁兼容中心、陸軍和空軍的頻譜管理中心等給予直接的政策指導(dǎo)，從而保證了對無線電頻率的協(xié)調(diào)管理。美軍駐外部隊的頻譜管理都在最高司令部的控制之下。在聯(lián)合司令部里，聯(lián)合參謀長實施政策指導(dǎo)，海外指揮員對分司令部實施戰(zhàn)區(qū)指導(dǎo)。戰(zhàn)區(qū)指揮員通過聯(lián)合參謀在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)控制頻譜使用[2]。

2 美軍電磁頻譜管理的現(xiàn)實狀況

電磁頻譜管理是對電磁頻譜資源實施科學(xué)的劃分、規(guī)劃、分配和指配，使其能夠得到合理、有效的利用。為在21世紀(jì)信息作戰(zhàn)中獲得頻譜優(yōu)勢，美軍加強電磁頻譜管理體系建設(shè)，創(chuàng)新電磁頻譜管理理念，完善電磁頻譜管理方式，同時著眼未來、深化改革，積極探索軍事電磁頻譜管理的發(fā)展方向。

2.1 美軍電磁頻譜管理的頂層設(shè)計

早在2004年8月，美國五角大樓就出臺了《電磁頻譜管理和使用政策》，重新修訂了電磁頻譜管理和使用方面的相關(guān)政策。2007年，美國參謀長聯(lián)席會議出版了名為“聯(lián)合出版物3-13.1，電子戰(zhàn)”條令，明確了有關(guān)負責(zé)保護己方頻譜應(yīng)用及破壞敵方頻譜應(yīng)用組織的職責(zé)，隨后美國國防部又陸續(xù)頒發(fā)了一系列文件，如《國防部指令4650.1無線電頻譜的管理和使用》、《陸軍野戰(zhàn)條令PM24-2頻譜管理》、《海軍作戰(zhàn)指令2400.1無線電頻譜管理》、《空軍指令33-188無線電頻譜管理》等[3]。這些政策法規(guī)將電磁頻譜管理定義為在操作、設(shè)計和管理過程中對電磁頻譜運用的計劃、協(xié)調(diào)和管理活動，其目的是使依賴電磁頻譜工作的設(shè)備和系統(tǒng)在預(yù)定的環(huán)境工作時不會造成或遭受不確定的影響。

2.2 美軍電磁頻譜管理的底層運作

從近幾場現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭可以看出，電磁頻譜管理貫穿于作戰(zhàn)的全過程，對戰(zhàn)斗的成敗起著舉足輕重的作用。美軍頻譜管理的最終目標(biāo)是建立全球電磁頻譜信息系統(tǒng)，實現(xiàn)從傳感器到射手的實時無沖突頻譜接入，頻譜管理向全域管理、動態(tài)管理、網(wǎng)絡(luò)化管理、智能化管理的方向發(fā)展。圖1是美軍頻譜管理典型實施流程示意圖。美軍電磁頻譜管理設(shè)置了四個實現(xiàn)環(huán)節(jié):信息獲取、分析決策、管理控制及應(yīng)用服務(wù)[4-7]。

圖1 美軍頻譜管理典型實施流程

(1) 信息獲取。建立全方位、大縱深、立體化的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)，時時掌握電子信息裝備的用頻情況，進行戰(zhàn)場態(tài)勢評估，掌握相對于敵人的優(yōu)勢信息，制定完善的頻譜管理和使用計劃。

(2) 分析決策。構(gòu)建分布式、智能化頻譜信息處理決策網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)形勢變化做出快速響應(yīng)，快速分析，不拘泥于戰(zhàn)前制定的方案，靈活機動地處置戰(zhàn)場上出現(xiàn)的未曾預(yù)料的復(fù)雜情況，實時掌握戰(zhàn)場主動。

(3) 管理控制，即實現(xiàn)頻譜的動態(tài)分配。要按照網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級、在用設(shè)備、設(shè)備間隔、轉(zhuǎn)發(fā)需求、轉(zhuǎn)發(fā)使用限制等原則進行分配。

(4) 應(yīng)用服務(wù)，即頻譜有效接入。為戰(zhàn)場各類裝備提供有效頻譜接入，使裝備之間電磁兼容良好，同時還可以根據(jù)敵情決定所用裝備及所用頻率，達到頻譜的最高效率使用和頻譜按需接入。

2.3 美軍電磁頻譜管理的計劃構(gòu)想

在美國國防部2006年發(fā)布的一份電磁頻譜管理的戰(zhàn)略性計劃中就大力倡導(dǎo)開發(fā)新技術(shù)，并呼吁國內(nèi)和國際論壇積極支持國防部的頻譜需求，旨在實現(xiàn)四個特定的目標(biāo):改進頻譜管理并改善電磁頻譜環(huán)境;通過技術(shù)革新來最大限度地使用頻譜;提高頻譜和電磁環(huán)境效應(yīng)感知能力，從而引起用戶和決策者的注意并使他們意識到應(yīng)該從何處著手研究;在全國和國際頻譜論壇上提倡并保護國防部的頻譜需求[8]。

提出這一計劃的很大一部分原因是美軍認為在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各種傳感器、信息傳輸與處理技術(shù)的應(yīng)用使各種軍事行動更加依賴于電磁頻譜，進而使現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場電磁環(huán)境變得更加復(fù)雜，電子戰(zhàn)的應(yīng)用已逐漸滲透到現(xiàn)代戰(zhàn)爭的每一角落，成為國防力量的重要組成部分，其目的就在于保證并維持己方部隊有效地控制和使用電磁頻譜，并通過破壞、欺騙等手段阻止敵方使用電磁頻譜。

另外，美軍還先后制定了《2010年全頻譜作戰(zhàn)構(gòu)想》、《2010年聯(lián)合頻譜構(gòu)想》以及與之相配套的《21世紀(jì)聯(lián)合頻譜使用和管理》，為美軍電磁頻譜管理工作的有效開展提供了參考依據(jù)，并指明了發(fā)展方向。

3 美軍電磁頻譜管理的理論研究和發(fā)展趨勢

3.1 戰(zhàn)場頻譜管理(BSM)

近年來，美軍利用科技優(yōu)勢，通過主導(dǎo)電磁頻譜開發(fā)利用技術(shù)，制定有利于其武器裝備發(fā)展的國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，同時，積極開展戰(zhàn)場頻譜管理領(lǐng)域的深入研究，著眼提高通信電子系統(tǒng)整體抗干擾能力，摸索出一套戰(zhàn)場頻譜管理(Battlefield Spectrum Management，BSM)機制。

BSM的主要任務(wù)是系統(tǒng)規(guī)劃作戰(zhàn)過程中需要使用的頻段，然后分配給各個作戰(zhàn)單位，并加以科學(xué)的管理和協(xié)調(diào)，以保證所有用頻設(shè)備充分發(fā)揮其自身功能，從而獲得最大的戰(zhàn)斗力。所描述的范圍包含管理戰(zhàn)場頻譜使用的所有程序，并且支持和控制這些系統(tǒng)的管理過程不是局限于提供頻率指配、解決碰撞和研究開發(fā)設(shè)備，它也包括有理有據(jù)地建議司令官減少其部隊電磁信號的特征。協(xié)調(diào)是實現(xiàn)有效頻譜管理的關(guān)鍵之一，通過與上級、下級和友鄰的直接協(xié)調(diào)，頻譜管理人員能減少或克服來自友鄰部隊的干擾。

美軍戰(zhàn)場頻譜管理的具體操作分為師(Division)、軍(Corps)、軍以上單位(Echelons Above Corps，EAC)三級。每一級的通信主管在頻譜管理方面對司令負責(zé)。在師、軍和EAC里，經(jīng)特別訓(xùn)練的通信科人員完成BSM功能。頻譜管理人員與上級、下級、友鄰以及其他科室協(xié)調(diào)，完成如下四種基本的頻譜管理功能:頻譜分配;數(shù)據(jù)庫維護;干擾消除;頻譜信號特征評估[9，10]。

3.2 提高頻譜利用率的技術(shù)研究

單從提高頻譜利用率的角度入手，美軍就開發(fā)了多種成熟有效的技術(shù)，這些技術(shù)要么通過限定信號的傳播區(qū)域來增加用戶數(shù)以實現(xiàn)空間復(fù)用，要么利用信號間傳播方式和傳播地點的不同來實現(xiàn)相同頻譜在同一地區(qū)的同時使用，以達到頻譜復(fù)用的目的。如基于信號傳播控制的頻譜復(fù)用技術(shù)包括定向天線和組網(wǎng)技術(shù)等;利用信號間差異的頻譜復(fù)用技術(shù)有擴展頻譜、信號極化和智能天線技術(shù)等[11]。

值得注意的是，美國國防部高級計劃局(DARPA)未來通信計劃的重點內(nèi)容之一是采用動態(tài)頻譜接入(Dynamic Spectrum Access，DSA)技術(shù)，該技術(shù)在有的文獻中也稱伺機頻譜接入技術(shù)或靈活頻譜接入技術(shù)，具體的定義為在接入頻譜的過程中，其發(fā)射參數(shù)(包括頻率、信道、帶寬、發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼方式以及接入方法等)沒有預(yù)先設(shè)定，而是可以根據(jù)需要隨時選擇和動態(tài)變換的接入技術(shù)[12]。該技術(shù)重點解決以下三個方面的問題:實時電磁環(huán)境感知能力;可重配置波形;完善的動態(tài)頻譜管理和維護策略。動態(tài)頻譜接入的一個具體范例就是自動頻率選擇 (Automatic Frequency Selection，AFS)技術(shù)，主要應(yīng)用于現(xiàn)代車載無線電設(shè)備、數(shù)字式增強型無線電通訊(Digital Enhanced Cordless Telecommunications，DECT)系統(tǒng)以及工作于5 GHz的IEEE 802.11h無線局域網(wǎng)設(shè)備等。

3.3 電磁頻譜管理的理論延伸

現(xiàn)在，美軍正試圖將認知無線電引入到電磁頻譜管理的范疇當(dāng)中，他們提出了下一代無線通信(XG)項目，用以研制和開發(fā)頻譜捷變無線電臺(Spectrum Agile Radios)，該無線電臺可在使用法規(guī)的范圍內(nèi)，動態(tài)自適應(yīng)變化的無線環(huán)境，此項研究采用的就是認知無線電技術(shù)。從信號處理的角度出發(fā)，認知無線電是一個智能無線電通信系統(tǒng)，能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實時改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線電信號的統(tǒng)計特性變化，從而達到在任何時間、任何地點實現(xiàn)高可靠性通信、有效利用頻譜資源的目的[13]。

認知無線電的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三種類型:集中式、分布式和集中+分布式。它通過頻譜自適應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配，相關(guān)技術(shù)包括頻譜檢測技術(shù)、自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)以及復(fù)合自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等。

軍用認知無線電就是認知無線電在軍事上的應(yīng)用，是一種能夠感知當(dāng)前軍事無線環(huán)境，并通過對環(huán)境的理解和學(xué)習(xí)，實時調(diào)整它的內(nèi)部配置，以適應(yīng)外部戰(zhàn)場環(huán)境變化的無線電。

采用認知環(huán)的形式來理解軍用認知無線電的認知能力，如圖2所示。在認知環(huán)中，頻譜感知模塊實時監(jiān)測戰(zhàn)場電磁環(huán)境的變化，通過頻譜特征提取為頻譜策略決策提供依據(jù)，而在決策過程中還綜合了頻譜管理中心分配的頻譜資源、業(yè)務(wù)需求等信息，在頻譜策略庫中選擇最佳方案，并予以實施。另外，認知中還包含頻譜本地認知與頻譜網(wǎng)絡(luò)認知。每一部認知無線電臺均具有頻譜本地認知能力，將這些信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)頻譜管理中心，就可以完成對各個區(qū)域、各個時間段的頻譜認知。

認知無線電展現(xiàn)了一種全新的頻譜管理模式，它將自身與外部環(huán)境完全匹配，和其他很多技術(shù)高度綜合，已越來越廣泛的被人們接受，而將戰(zhàn)場環(huán)境感知、通信、指控綜合在一起的軍用認知無線電，必將引領(lǐng)軍事電磁頻譜管理的新一輪革新。

圖2 軍用頻譜認知無線電的認知環(huán)

4 結(jié) 語

美國海軍上將托馬斯#8226;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運用電磁頻譜的一方。”由此可見，迅速掌控未來戰(zhàn)爭電磁領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)，是關(guān)系到國防和軍隊建設(shè)長遠發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，已經(jīng)成為信息時代各國維護自身安全的戰(zhàn)略性任務(wù)。中國軍隊經(jīng)過多年發(fā)展，已形成相當(dāng)規(guī)模的電磁頻譜管理體系，目前正向“綜合一體化”方向發(fā)展，逐漸把單個或多個作戰(zhàn)平臺上的不同種類、不同型號、不同頻段、不同用途的頻譜管理裝備與多種作戰(zhàn)手段有機地組成一個整體，提高其自動化水平，完善電磁頻譜管理能力。但是不難看出，我軍開展的很多頻管工作都是模仿型、探索型、貫徹型的管理行為，針對性、時效性不強，尤其對復(fù)雜電磁環(huán)境的頻譜管理更是難度大、經(jīng)驗少，相對于美軍而言仍有不小差距，因此，我軍必須高度重視和加大這方面的研發(fā)力度，真正把握住“需要管什么，應(yīng)該怎么管”這一核心問題。

參考文獻

[1]吳浩，王海，林春應(yīng).美軍電磁頻譜管理政策與機構(gòu)[J].外軍信息戰(zhàn)，2006(3):39-41.

[2]王永華，鄭生勝.美軍電磁頻譜管理的成功經(jīng)驗分析[J].外軍信息戰(zhàn)，2008(3):39-40.

[3]于德敏，范寶龍.淺析美軍的電磁頻譜管理[J].外國軍事學(xué)術(shù)，2007，4(4):71-72.

[4]STAFF J. Joint operations in the electromagnetic battle space[M]. Washington: Joint Staff， 2000.

[5]STAFF J. Joint doctrine for electronic warfare[M]. Washington: Joint Staff， 2000.

[6]STAFF J. Electronic warfare[M]. Washington: Joint Staff， 2007.

[7]US Army War College.Information operations primer[M]. Pennsylvanian: US Army War College， 2006.

[8]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.

[9]吳少淳.美軍戰(zhàn)場頻譜管理研究[J].現(xiàn)代軍事通信，2000，8(3):51-55.

[10]張健美，柳永祥，邱永紅.美軍電磁頻譜管理體系概述[J].安全與電磁兼容，2007(2):13-17.

[11]STRINE J A， PORTIGAL D L.An introduction to spectrum management[EB/OL]. [2006-10-16]. http://www.itu.int/ITU-D/treg/ Events/Seminars/Virtual.

[12]許云林，張洪順，孫夢婕.頻譜效率、認知技術(shù):頻管改革的動力與挑戰(zhàn)[J].中國無線電，2008，5(9):38-41.

[13]李冀.認知無線電技術(shù)及其軍事應(yīng)用[J].現(xiàn)代軍事，2008(2):59-61.