復雜電磁環境下戰場電磁頻譜動態管理研究＊

(92785部隊 秦皇島 066200)

1 引言

未來的信息化戰爭,將是“陸、海、空、天、電”五維一體的立體化作戰,軍事行動是在越來越復雜的電磁環境中實施的,復雜電磁環境是指在一定的空域、時域、頻域上,電磁信號縱橫交叉、連續交錯、密集重疊、功率分布參差不齊,對相應的電磁活動產生重大影響的電磁環境[1]。電磁環境效應直接影響著武器裝備戰斗效能的發揮和戰場的生存能力,制電磁權成為制信息權的核心,而頻譜管理又是制電磁權的關鍵。戰場電磁頻譜管理貫穿于戰爭的全過程,戰爭中能否科學有序地管理使用電磁頻譜,將直接影響戰爭的勝負,復雜電磁環境下的頻譜管理在現代戰爭中占有極其重要的地位。

2 戰場電磁頻譜管理概述

2.1 基本概念

電磁頻譜是把電磁波按波長或者頻率排列起來所形成的譜系[2],電磁頻譜是一種有限的特殊的自然資源。隨著電子信息技術的發展,越來越多的電子信息裝備應用于戰場,電磁斗爭日趨激烈,需要更多的頻譜資源,供求矛盾將越來越大,戰場需要頻譜管理。

戰場電磁頻譜動態管理(以下簡稱頻譜管理),是指在戰場電磁環境極其復雜,電磁頻譜資源相對有限的作戰條件下,通過作戰的、技術的或行政的手段和規程,對戰場電磁頻譜進行預先探測,實時監控,實時分配電磁頻譜,確保己方有效使用頻譜資源,進而達成作戰目的[3]。

2.2 戰場電磁頻譜管理的主要特點

?頻譜爭奪激烈,管理復雜,難度加大。

信息化條件下交戰雙方在單位時間內對頻譜的爭奪十分激烈,加上電磁空間廣闊,頻譜使用軍民交融,使頻譜的管理日趨復雜,難度增大。

?戰場電磁態勢多變,需對頻譜進行動態實時管理。

戰場環境和態勢瞬息萬變,要求電磁頻譜管理能對做出快速反應,以保障通信聯絡和戰斗需求,頻譜管理也因此由靜態管理模式向動態管理模式發展。

?需要對頻譜進行網絡化、智能化管理。

頻譜管理已經完成了由手工作業到計算機輔助的轉變,最終目標將是實現在自動化、網絡化基礎上的智能化管理,實現戰場頻譜的自適應戰術規劃。

2.3 美軍戰場電磁頻譜動態管理

美軍的電磁頻譜管理工作走在其他國家前面。美軍認為,“電磁頻譜是軍事活動不可或缺的資源,對軍隊來說,電磁頻譜的不足就意味著軍隊總體作戰效能的降低。”美軍電磁頻譜的管理體制和值得我們學習的主要經驗包括[4～5]：

一是建立了權威的戰場電磁頻譜管理機構,美軍在聯合作戰司令部一級設立“聯合頻率管理辦公室”,負責各級部隊的頻率管理工作。

二是頒布了電磁頻譜管理條例,如《網絡中心頻譜管理戰略》、《電磁頻譜管理戰略計劃》等,對頻譜管理機構的職責、管理方案的制訂程序等都做出了嚴格的規定。

三是建立了較為完善的電磁頻譜管理系統。首先,美軍依據美國國防部體系架構框架開發了國防部頻譜管理體系結構(DSMA),對國防部頻譜管理變革進行清晰描述。其次,還開發了具體的頻譜管理系統,如頻譜21世紀、頻譜認證系統等。

3 戰場電磁頻譜動態管理總體架構體系

戰場電磁頻譜管理是一個龐大的體系,其主要任務是統一劃分和指配頻率,制定頻譜管理的規章和規則,監測戰場電磁環境,協調各部門的業務關系,為頻譜使用提供服務接口。電磁頻譜動態管理控制系統是技術構架體系的核心系統,頻譜信息采集系統、頻譜信息傳輸系統、頻譜管理應用仿真系統等是技術構架體系的支撐系統。

圖1 戰場電磁頻譜動態管理體系

借鑒美軍電磁頻譜的管理經驗和方案,本文構建的具體的電磁頻譜管理體系如圖1所示,主要包括以下幾個部分：

1)完善的戰時電磁頻譜管理法規和制度。完善的法規制度是實施戰場電磁頻譜管理的保障。在頻譜管理方案中要根據各作戰部隊的具體任務、作戰區域等情況來進行區分,形成簡潔明了的頻譜使用計劃。

2)權威的管理機構。需要設立專門的電磁頻譜資源管控機構,由作戰指揮部門牽頭,結合情報、信息作戰和其他保障部門的需求,統一制訂電磁資源使用與協調計劃,并納入到整體作戰計劃之中,作為戰時行動的依據。

3)不間斷的戰場電磁環境監測網絡。戰場電磁態勢獲取是制定頻譜管理計劃的前提,獲取到的態勢的準確與否直接影響到頻譜管理方案的合理程度。

4)電磁頻譜管理控制系統。根據獲取的戰場電磁態勢,在指揮人員的決策控制下,根據選定的分配準則,對戰場電磁頻譜進行動態實時管理、分配,確保我方的指揮、通信和武器控制。管理控制系統是電磁頻譜管理體系的重要組成部分,下一章節將會對其進行設計。

5)電磁對抗系統。戰場上我方的電磁頻譜會受到敵方的干擾,僅靠“防”、合理分配是遠遠不夠的,要以攻為守,積極地與敵開展高強度的、持續不斷的電磁對抗,破壞、摧毀敵方精心構筑的電磁環境,使戰場電磁態勢向有利于己方的方向轉化。

6)效能評估系統。從作戰用頻保障能力、電磁環境感知能力、電磁環境管制能力等方面,對電磁頻譜管理的優劣進行評估,為決策者提供科學客觀的理論支撐,幫助決策者選擇最佳方案。

4 戰場電磁頻譜動態管理控制系統的設計[6～8]

本章節主要對頻譜管理體系中的動態管理控制系統進行研究設計。

管理控制系統作為電磁頻譜技術構架體系的核心,其工作流程主要分為戰場電磁態勢評估、頻譜管理和決策方案制定、頻譜動態分配、應用服務接入四個部分,如圖2所示。其中對電磁態勢進行評估是實施戰場頻譜管理的前提;構建頻譜管理和決策方案是基礎;實現頻譜的動態分配和頻譜信息注入等管理控制是核心;最后實現為戰場各類無線通信系統、雷達系統、導航系統、定向能量武器系統等提供有效頻譜接入是目標。

圖2 電磁頻譜管理工作流程

1)戰場電磁態勢評估

戰場電磁態勢評估是制定頻譜管理計劃的前提。通過建立全方位的、大縱深、立體化的頻譜感知網絡,時時掌握電磁戰場上各種電子信息裝備的用頻情況,準確、全面地對敵我所處電磁環境進行綜合的評估,掌握相對于敵人的優勢信息,進而制訂完善的頻譜管理計劃和頻譜使用計劃。

2)頻譜管理方案和決策方案制定

頻譜管理方案包括各作戰力量對電磁頻譜的協調、控制和使用,其內容必須和作戰行動完全一致。有效的頻譜使用和管理方案是制定軍事行動計劃的前提,因此頻譜管理方案必須結合作戰計劃綜合制定。頻譜管理方案的擬制必須以一種連續的方式進行,并且要有相當的提前量。

戰場情況瞬息萬變,還要根據當前的態勢構建實時的處理決策方案,對戰場態勢變化做出快速反應,保證各種電子設備或系統使用的頻率相互兼容。頻譜管理和決策還要按請求種類的不同確定出優先級,對級別高的請求優先分給頻譜,保證主要作戰方向、重點作戰部隊的頻率使用。如首先滿足武器制導系統的用頻需求,其次是情報偵察、指揮通信,然后是電子對抗。

3)頻譜動態分配[9～10]

根據選定的方案,實現戰場電磁頻譜的動態分配。規劃之前將所有型號設備的可使用的頻率作為頻率資源,扣除保護頻率、上級已使用的頻率及強干擾的頻率后得到供規劃使用的頻率資源。

對于高優先級的請求,由于關乎主要作戰方向,采用“直接分配型”算法,若頻率被占用,關鍵時刻中斷低優先級的請求,優先滿足高優先級請求。

對于中等優先級,采用“協調型”算法,即多個自適應頻譜的無線電系統分別測量、判斷周圍的電磁環境并共享得到的信息,進而根據得出的頻譜空間的頻率占用狀況以協商的方式產生合適的自適應信號波形。

對于較低優先級的,利用“尋找機會型”的自適應頻譜接入,采用自適應頻譜的無線電系統確定某頻段沒有其他系統在工作,將自動地利用空閑頻段。只要這一過程循環進行,系統就能對不斷改變的電磁環境實時地做出反應。無線電系統占用空閑頻段不需要與其它系統協調,因此是一種“免合作”的接入,避免對其他用戶造成影響。

4)應用服務接入

應用服務,即頻譜有效接入。為戰場各類通信裝備、導航定位裝備、偵察預警裝備、電子對抗裝備等提供有效的頻譜接入。保證裝備之間電磁兼容良好,不會因為頻率使用不當而相互干擾,同時還可以根據敵情決定所用裝備及所用頻率,達到頻率的最高效率使用和頻率按需接入。

5 結語

本文針對復雜電磁環境下戰場頻譜管理的特點,設計了戰場電磁頻譜管理體系,重點研究了電磁頻譜管理控制系統。

未來的局部戰爭,必將是在越來越復雜的電磁環境中展開,戰場之一便是頻譜戰場,戰場電磁頻譜資源使用日益緊張,頻譜管理將貫穿于作戰的全過程,且對戰爭勝負起著極其重要的作用,這已經被當代美國發動的幾場局部戰爭證實。因此,加強戰場電磁頻譜管理、構建戰場電磁頻譜動態管理體系,是打贏未來信息化條件下局部戰爭的必然要求,對將來我軍奪取戰場的制電磁權具有至關重要的意義。

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