電磁頻譜：信息化戰爭的“中樞神經”

顏慧++石志申

在奇妙的物理世界中有這樣一種現象：交變電流在周圍空間會產生交變磁場，變化的電場和磁場相互聯系，形成了交變的電磁場，并能脫離其產生的波源向遠處傳播。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構譜系。有時將電磁頻譜技術應用簡稱為電磁頻譜。

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域的廣泛應用，電磁頻譜漸漸從傳統的保障“配角”變成未來戰場上的“主角”。前美國海軍上將托馬斯?穆勒曾預言：“如果發生第三次世界大戰，獲勝者必將是最善于控制、駕馭和運用電磁頻譜的一方。”

電磁頻譜的前世今生

電磁波的發現可以追溯到19世紀末。1862年，英國物理學家麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在，但他本人并沒有能夠用實驗證實。1886年，赫茲在做放電實驗時，偶然發現身邊的一個線圈兩端發出電火花，由此推斷可能與電磁波有關。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，就是把一根粗銅絲彎成環狀，環的兩端各連一個金屬小球，球間距離可以調整。經過反復調整諧振環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，赫茲在柏林科學院將他的實驗結果公布于世，整個科技界為之震動。赫茲的實驗不僅證明了電磁波的存在，也為無線電通信的產生奠定了基礎，由此也開辟了電子技術的新紀元。

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成功，人類進入了電磁時代，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、美國等航海大國強制規定，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。在第一次世界大戰期間，所有參戰的大國都使用無線電通信傳遞情報和命令。此后，無線電的廣播、導航、遙控相繼出現，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，也是決定國家發展和戰爭勝負的重要戰略資源。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，國際電信聯盟規劃的可以利用的電磁頻譜范圍為10kHz～400GHz（1GHz=106kHz=109Hz）。但受目前信息技術水平的限制，可供人類開發和使用的頻譜只占資源總量的68%。其中，3GHz以下為最優頻譜，應用趨于飽和，發展空間受限；3GHz～10GHz的好用頻譜，應用更廣泛，競爭更趨激烈；10GHz～60GHz的可用頻譜，技術日趨成熟，搶占優先使用權的趨勢更加明顯；60GHz以上待開發頻譜，其利用受技術和元器件的限制，亟待突破；衛星頻率軌道資源的好用頻率也已瓜分殆盡，“黃金導航頻率”的80%已被美國和俄羅斯率先搶占。

電磁頻譜具有很強的商業價值屬性。英國政府在其發布的《21世紀的頻譜管理》白皮書中，明確提出引入頻譜定價、頻譜拍賣、頻譜貿易等手段，激勵頻譜資源的高效利用和新技術的研發。據不完全統計，1995～2011年，美、英、德、法、韓等國為發展第三代、第四代移動通信網絡，所拍賣的頻譜價值共計約1300億美元。同時，有研究采用（柯布-道格拉斯生產函數）實證分析方法，通過對我國1999～2005年的數據進行分析后，測算出頻譜投入對我國GDP增長率的貢獻高達6.3%，頻譜資源投入對經濟增長的貢獻率則達到4.61%，已經超過人力資本對經濟增長的貢獻率。

電磁頻譜具有“三域”分割的特性。目前，除了航空無線電導航、遇險搜救、射電天文等業務用頻屬于“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務共用，之所以能夠共用，主要由于電磁頻譜具有空間域、時間域、頻率域的三維特性。當多種用頻武器裝備密集部署時，電磁波在空域上縱橫交錯、時域上動態變化、頻域上密集交錯，“三域”重疊問題就很難避免，容易導致用頻裝備電磁通道“撞車打架”，產生自擾、互擾，也容易受到干擾。但三域中只要有一域區分好，用頻武器裝備之間也就不會相互干擾。可以通過區分使用時段的方法，制定頻譜管制計劃，從時域層面避免干擾；可以通過拉開間隔距離的方法，制定部隊（裝備）的部署計劃，從空域層面避免干擾；可以通過劃分、規劃、分配和指配頻率的方法，制定用頻方案，從頻域層面避免干擾。

成也電磁頻譜，敗也電磁頻譜

盡管電磁波在19世紀末才被發現，但是它很快在世界大戰的戰場上初試鋒芒。1935年1月，英國國家物理實驗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裝置，最后他成功研制出對空警戒雷達的試驗裝置。1938年，英軍利用沃森瓦特設計的雷達組建了世界上最早的防空雷達警網。到第二次世界大戰爆發時，英國已在東海岸建立了一個由20個地面雷達站組成的“本土鏈”雷達網。1940年夏天，在抗擊納粹德國大規模空襲“不列顛戰役”中，英國正是依靠使用短波頻段的“本土鏈”雷達贏得了20分鐘寶貴的空襲預警時間，以約900架戰機擊潰了德國2600架戰機的瘋狂進攻。

在1991年的海灣戰爭中，美軍對于電磁頻譜的依賴表現得更為明顯。戰爭初期，伊拉克擁有先進的“卡里”防空系統， 700多架戰機、7000多門高炮和1.6萬枚低空導彈嚴陣以待。針對伊軍的軍事特點，美軍電磁兼容分析中心立即提供了多國部隊用于頻率指配的數據庫、海灣地區電磁環境資料等，并專門抽調專家到一線，組成多國部隊的頻譜管理機構，實施及時有效的頻譜管理和無線電管制，從而為多國部隊協同作戰提供了可靠的保證。而伊拉克在多國部隊的電磁干擾和精確制導武器打擊下，無線電通信中斷、雷達迷盲、武器裝備性能難以正常發揮，其軍隊失去指揮并被分割，處處被動挨打。

隨著技術的飛躍發展，電磁頻譜日益成為戰場上的“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代作戰的一個經典例證。此次行動，由美軍阿富汗賈拉拉巴德的聯合行動中心，通過衛星通信指揮海豹突擊隊實施。在距白宮萬里之遙的巴基斯坦阿伯塔巴德，無人機將突擊隊的行動過程視頻通過衛星通信系統回傳白宮戰情室、五角大樓指揮中心和聯合行動中心。海豹第6小隊隊長利用超短波單兵電臺現場指揮，最終達成作戰目的。需要說明的是，每個海豹突擊隊員的通信裝備是“陸地勇士”單兵系統，使用甚高頻、特高頻頻段，可與特戰空勤團、聯合行動中心之間進行作戰協同和情報共享，其他武器系統加裝熱成像儀、數字攝像機、激光測距瞄準器等用頻設備，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，進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，通過運用電磁頻譜，海豹突擊隊僅用時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，并通過實物展示證實了這一新聞。一時間，世界輿論嘩然，人們紛紛猜測這樣先進的隱形無人偵察機，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，是因為伊方利用GPS漏洞重構了這架無人機的坐標，并發出欺騙性指令，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代信息化戰爭中舉足輕重。

電磁頻譜除了在戰場上讓人津津樂道的優異表現，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首次在戰爭狀態下試驗無線電通信設備，結果附近友鄰艦艇發射機產生的強烈火花干擾中斷了所有無線電通信，參加者不得不做出時間分配計劃，分配2小時給美國對國內進行無線電發射，其他4個國家各1小時。這樣，設在華盛頓的總部要間隔4小時才能與它在戰場上的武裝力量聯絡一次。

1967年7月，美軍“福萊斯特”號航母在執行某次軍事任務時，艦載F-4“幽靈”式戰機受到該艦雷達波束照射干擾，飛機上懸掛的空地火箭彈被意外點火發射，擊中艦上一架A-4“天鷹”式攻擊機的副油箱，導致一系列爆炸，最終造成134人喪生、64人重傷、27架飛機損毀的后果。如此慘烈的“非戰斗減員”，罪魁禍首竟是一束電磁波！

1982年的英阿馬島海戰中，當時號稱英國海戰利器和艦隊榮譽象征的“謝菲爾德”號巡洋艦由于沒有很好地解決衛星通信系統和雷達系統的頻率使用問題，以至于兩個系統不能同時工作，一個系統工作時，另一個系統則必須關機。戰斗中，該艦與指揮所進行衛星通信，雷達系統關機，因此沒能及時發現來襲的阿根廷戰機，最終被“超級軍旗”飛機發射的“飛魚”導彈擊中，艦毀人亡。

數次慘痛的教訓讓西方軍事強國認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于交通規則。據統計，美軍一個步兵師約有70部雷達、2800部電臺，俄羅斯一個摩托化步兵師約有60部雷達、2040部電臺，保證如此多的電子裝備有條不紊地工作，需要強大的頻譜管理力量和機制。經過幾次局部戰爭的洗禮，目前美軍從統帥部到野戰師，都設有專門的頻譜管理機構，從國防部、聯合參謀部到各軍兵種，都建立了一整套完整的聯合戰役頻譜管理體系，形成了成熟的管理機制。例如，在海灣戰爭開始前，美軍首先投入的由100人組成的先遣隊中，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——沒有硝煙的戰場

傳統海空優勢的發揮是建立在電磁優勢的基礎上，失去制電磁權，必將失去制空權、制海權。因此，電磁空間已成為與空間、地面和海洋并存的第四維戰場。21世紀掌握制電磁權與19世紀掌握制海權、20世紀掌握制空權一樣具有決定意義，因此信息化戰爭中頻譜甚至比子彈更重要。可以說，未來信息化作戰，誰贏得了制電磁權，誰就掌握了戰場主動權。

面對世界范圍內電磁頻譜競爭的不斷升級，美軍先后出臺了《聯合頻譜構想》《國防部頻譜戰略規劃》以及《“頻譜戰”戰略》等頂層指導文件，并采取避開擁擠頻段、開發高端頻譜等方式，研發微波、激光、電磁脈沖等武器裝備，積極搶占頻譜資源。據報道，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驗室，正在加緊進行有關頻譜戰的3個項目的研究。美國海軍官方網站的消息稱，美國海軍正在建立信息優勢部隊，作戰重點放在電磁頻譜領域。美國陸軍則一邊裁軍一邊將移動信息網絡和空地無人平臺作為未來部隊戰斗力的重要增長點。其電子戰部門負責人稱，無人機的真正較量不是發生在空中，而是在電磁頻譜空間。

在美國正致力于推行的“亞洲再平衡”戰略中，已把中國視為與之爭奪遠東地區頻譜戰主導權的有力潛在對手。美國國際評估和戰略中心的高級研究員理查德·費舍爾在接受美國《連線》雜志的采訪時說：“我們現在痛苦地意識到，他們（中國）的戰機所攜帶的干擾系統可能具有讓空對空導彈失靈的能力。”

意識到中國電磁頻譜攻擊會帶來的嚴重威脅，美國空軍已加緊步驟訓練飛行員在沒有GPS和雷達協助、甚至連無線電通訊也失效的情況下，駕駛飛機作戰的能力。同時，美國海軍也在測試一種能讓無人機在受到電磁頻譜攻擊后迅速與GPS衛星重建聯系的天線。

有專家分析，如果中國打贏了頻譜戰，就不僅是美國空軍，連美國地面部隊也會遭受重創。因為美國國會已要求，美軍三分之二的地面戰車在2025年以前實現無人化控制，這些機器人戰車被認為是在環太平洋地區實施登陸突擊作戰的理想武器。但如空中的無人機一樣，地面無人戰車在沒有任何人類的引導以及穩定的導航數據的支撐下，將無法執行作戰任務。如果中國電磁頻譜武器實施的干擾壓垮了它們的導航系統，這些剛剛沖上海灘的機器人戰車便會癱瘓。美國陸軍計劃推出具有友好可視化界面的軟件，可以實時反映戰地電磁頻譜戰狀態。這樣，士兵們能夠迅速指出哪些地點是安全的，處于美軍控制下，哪些區域則很容易受到對手的電子攻擊。

在未來的信息化戰場上，電磁頻譜將成為戰場上的“中樞神經”。網絡電磁空間以自然存在的電磁能為承載體，以人造網絡為平臺，以信息控制為手段，通過信息傳輸充斥于陸海空天實體空間，并依托電磁指令傳遞無形信息，來控制聯合作戰體系高效運行。因此，信息化戰爭欲謀制信息權，必先謀制電磁權。

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

信息化戰爭中形成體系作戰能力的關鍵，是各作戰要素必須能夠融合相輔、整體共生。然而，各作戰要素往往分屬不同領域不同部門，難以兼顧各方需求，電磁頻譜管理正是以電磁檢測為手段，對己方用頻設備和系統可進行電磁兼容性分析，避免相互干擾抵消，從而確保形成體系作戰能力。在英阿馬島海戰中，英軍沒有很好地解決電磁頻率使用問題，結果導致艦毀人亡。可見，用頻設備并不是越多越強大，如果不能電磁兼容，甚至會相互抵消作戰性能。

基于信息系統的體系作戰能力，核心是把各種作戰要素集成為整體作戰能力，以頻譜識別、頻率分配等為手段，盤活體系傳輸網絡。在伊拉克戰爭中，美軍正是憑借強大的電磁頻譜管理能力，確保了美英聯軍不同體制電子設備的相互兼容，使近2萬部電臺構成的無線電網絡正常使用，為贏得戰場優勢發揮了重要作用。

進入21世紀，世界各軍事強國對電磁頻譜管理一直是高度重視，并相繼制定出戰略規劃指導發展。法國、德國和荷蘭先后發布了電磁頻譜管理發展戰略規劃，以確保國家電磁空間安全運行，并努力成為電磁空間領域第一梯隊的國家。美俄更是雄心勃勃，欲力拔頭籌。

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電磁頻譜的新技術

相對于自然地理空間，電磁空間可以說是技術的集合體。因此，這一領域新技術發展日新月異，勢如破竹。

頻譜水印技術，是一種信息隱藏技術。水印概念最早于1993年提出，并在后來應用到頻譜識別領域。通常，靜態頻譜分配管理可導致頻譜資源“緊缺”的假象，而認知無線電與電磁頻譜管理相結合，就會發現“頻譜空穴”，并加以充分利用，可有效提高頻譜利用率和質量。

信息柵格技術堪稱力量“倍增器”。信息柵格技術應用能夠在網絡資源環境上構造動態的虛擬組織，從而實現信息共享與資源協作，使戰場電磁空間感知能力實現幾何級增長。

此外，還有動態頻譜接入技術、超寬帶技術等都在被發展應用到電磁頻譜管理領域。與電磁空間的風起云涌之勢相對應，目前各軍事強國在電磁頻譜領域的高技術競爭，可謂劍拔弩張，日趨白熱化。

【責任編輯】張小萌