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电磁频谱管控技术随着电子技术和移动通信技术的飞速发展，电磁频谱的使用和管理已经成为国家安全和经济安全不可或缺的重要组成部分。
电磁频谱是无线电和通信技术的物质基础，是国家军事、经济、文化、科技等领域的宝贵资源。
从20世纪70年代开始，电磁频谱管控技术逐渐兴起，并随着时间的推移逐渐成熟。
电磁频谱管控技术是指对无线电频谱进行监视、调控、分配和应用的技术方法和手段，是保障国家安全和经济安全必不可少的手段之一。
1978年，美国联邦通信委员会（FCC）实施了第一个完整的电磁频谱管理计划，从而奠定了全球电磁频谱管理的基石。
在这个计划中，FCC在全美范围内建立了用于电磁频谱分配、授权和监测的全国电磁频谱管理系统（NTIA）。
此后，许多国家陆续建立了自己的电磁频谱管理机构和电磁频谱管控体系。
在此基础上，电磁频谱管控技术得到了快速发展。
中国的电磁频谱管理始于20世纪50年代末期，1958年，中国电视机开始向社会公开发售，这标志着中国电磁频谱管理进入了规范化的阶段。
目前，中国电信、广电、铁路、卫星等行业均有相关的电磁频谱管控体系和技术方法。
电磁频谱管控技术主要包括电磁频谱监测、电磁频谱控制、电磁频谱分配、电磁频谱规划和电磁频谱利用等方面。
电磁频谱监测是电磁频谱管控技术的重要组成部分，可以实现对无线电频率和信号的监控、采集、分析和判断，为电磁频谱的合理利用提供依据。
电磁频谱监测技术主要包括远距离监测、局部监测和频谱探测等方式。
远距离监测主要是通过卫星、固定站、航空器等方式进行，可以实现对大范围的电磁频谱信号的监控；局部监测适用于对某个区域或目标进行频谱监测；频谱探测则是利用信号探测器、频谱分析仪等设备对电磁频谱进行在线监测。
在电磁频谱控制方面，主要是通过电磁频谱监测数据和相关法规制度，采取相应的措施进行频谱管制。
通过发放无线电通信执照、设定频道和频率、组织应急频率、限制某些频段的使用等方式对电磁频谱进行控制和管理。
电磁频谱分配是指将电磁频谱资源按照一定规则和标准分配给各个用户，确保各种频率资源的合理分配和利用。
复杂电磁环境对雷达作战能力的影响及应对措施作者：李勇军来源：《中国科技博览》2014年第32期摘要：随着武器装备信息化程度的不断提高，现代战场上大量使用电子信息装备，不仅数量庞大、体制复杂、种类多样，而且功率大，使得战场空间中的电磁信号非常密集，形成了极为复杂的电磁环境。
本文就雷达工作所面临的复杂电磁环境进行了分析，并简要探讨了复杂电磁环境对雷达作战能力的影响，以及提高复杂电磁环境下雷达作战能力应采取的应对措施。
关键词：复杂电磁环境；雷达；作战能力【分类号】TN974雷达作战能力主要由威力范围、精度、分辨力等能力指标构成，这些指标均与其设计功能直接相关。
由此可见，在不同战场使用环境和不同作战任务下，雷达具有不同的作战能力，因此复杂电磁环境是影响雷达作战能力发挥的最主要的因素。
1雷达面临的复杂战场电磁环境在一定的空域、时域、频域上，电磁信号纵横交叉、连续交错、密集重叠，功率分布动态变化构成了复杂的电磁环境，这对武器装备效能、作战指挥和部队作战行动的无形战场环境产生严重影响。
在现代战场上，雷达工作面临的电磁环境主要由无意干扰信号环境、对手的有意干扰信号环境、战场背景信号环境、回波信号环境以及高功率武器形成的强电磁脉冲（高功率微波）等构成，如图1所示。
图1 雷达电磁环境构成在雷达电磁环境的这些构成要素中，对手的有意干扰信号环境是最核心的要素，也是现代战场雷达面临的最主要的电磁威胁。
2复杂的电磁环境对雷达工作的影响信息化战场上，大量使用的各种用频装备，极大恶化了雷达工作的电磁环境。
雷达装备不仅会受到己方相互间和民用装备的无意干扰影响，还要与对手的恶意干扰和破坏展开激烈对抗，也可能会受到战场背景信号环境的影响。
为此，可从影响目标探测的稳定性、影响目标信息的真实性、影响目标航迹处理的可靠性和影响作战保障的难度等四个主要方面来阐述战场复杂的电磁环境对雷达作战能力的影响。
1）影响目标探测的稳定性复杂电磁环境下，强烈的电磁干扰将影响远方空情通报、近方目标指示雷达发现目标和空情通报，以至无目标指示，贻误战机；当有二级以上干扰时，雷达显示器上的噪声将显著增强，接收机逐步接近饱和，目标回波被干扰淹没；由于雷达干扰机施放假目标的技术水平不断提高，假目标可以大量复制，在雷达显示器上可能出现满屏的假目标，使操纵手对真目标的判断带来困难，同时使搜索雷达自动录取饱和，而单个假目标的逼真度越来越高，诱使操纵手上当受骗，造成错情、漏情。
复杂电磁环境下高性能频谱感知与分析方法研究信息通信的发展向陆海空天一体化方向演进,对非本土、陌生、新无线频谱环境的主动快速感知与分析是国家无线电监测战略的重要组成部分。
同时,因现代无线通信系统可在一个毫秒内完成对一个跳频点的使用,从而要求在亚毫秒时间段内完成对频谱的快速感知。
针对动态无线频谱的快速测量能力已成为衡量国家实力的关键指标,是频谱深度分析的基础。
此外,无线通信发展面临一个重大变革的契机,从传统的静态频谱管理与分配策略,转变为动态高效的管理与分配手段,这也需要对周边复杂电磁环境的深度分析能力。
我国在复杂电磁环境下的频谱快速感知和频谱深度分析的关键技术水平仍处于初步阶段,有较大的提升空间。
因此,本文从解决无线电频谱监测领域发展所面临的复杂电磁频谱感知与分析问题出发,针对复杂电磁环境下频谱快速感知和深度分析的重大需求,并针对现有技术方法的测不快,辩不准等问题,重点研究快速频谱感知方法、微弱信号识别技术以及混叠信号识别技术等。
本文主要内容如下:(1)空域快速频谱感知方法为了减少传统空间频谱感知的时间和能量开销,本文提出了一种基于空-时相关性的快速区域频谱感知方案(RSS)。
首先,目标空域被分成许多小的网格区域,我们通过利用各个不同位置网格的频谱状态之间的相关性(空间相关性),使用多中心网格(MCM)聚类算法将待测网格聚类成高度相关的组。
在每个组中,选择一些空间相关性高的网格作为被测网格(DM),而没有被选中的网格(EM),其状态根据与DM状态的空间相关性和由马尔科夫建模的历史状态的时间相关性来进行最大后验概率(MAP)估计。
由于每组中只有选定的DMs会被检测,这样大幅度降低了检测网格数目,从而节省了频谱感知开销。
此外,由于两个独立的估计过程可能会产生相互矛盾的结果,我们设计了基于最小熵的融合算法,并得到最终的判决结果。
最后,使用在无线电环境地图(REM)测量中获得的数据进行方法性能测试验证,结果表明,基于空-时相关性的区域频谱扫描方案相比传统方法可降低51%感知开销且相比传统方法具有更小的性能损失。
第4期2008年8月Journal of C AE I TVol .3No .4Aug .2008收稿日期:2008206202 修订日期:2008206218电磁信息控制专题复杂电磁环境战场频谱管理王先义,陈丹俊,刘 斌,朱允锋(中国电波传播研究所,山东青岛 266107)摘 要:在现代战争中,电磁领域已成为与地面、海洋、空间和太空并存的第五维战场,制电磁频谱权成为制信息权的核心,战场频谱管理是夺取制电磁频谱权的重要保障。
阐述了战场频谱管理基本概念,重点介绍了外军研究现状,并针对当前战场频谱管理的热点问题,论述了复杂电磁环境下联合作战战场频谱管理面临的技术挑战和发展趋势。
关键词:复杂电磁环境;频谱管理;新技术中图分类号:O441.4 文献标识码:A 文章编号:167325692(2008)042338207Ba ttlef i eld Spectru m Manage men t i n Co m plexElectro magneti c Env i ronm en tWANG Xian 2yi,CHE N Dan 2jun,L I U B in,Z HU Yun 2feng(China Research I nstitute of Radi owave Pr opagati on,Shandong Q ingdao 266107,China )Abstract:I n the modern war,electr omagnetic domain has become t o be the fifth battlefield besides the land,the sea,the sky,and the s pace .The key t o contr ol infor mati on in the war is t o contr ol electr omag 2netic s pectru m ,which is achieved by battlefield s pectru m manage ment .I n this paper,the basic concep 2ti on of battlefield s pectrum manage ment is exp lained .Then the p resent situati on of the manage ment of m ilitary electr omagnetic s pectrum abr oad is s pecially intr oduced .And in the vie w of current hot t op ics about battlefield s pectru m manage ment,the technol ogical challenge and trend of s pectru m manage ment faced in j oint operati ons in comp lex electr omagnetic envir on ment are discussed .Key words:comp lex electr omagnetic envir on ment;s pectru m manage ment;ne w technol ogy0 引 言电磁环境(E ME,electr omagnetic envir on ment )一般是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和[1,2]。
文献[3]中将战场电磁环境定义为:在特定的行动环境里军队、系统或者平台执行其规定的任务时可能遇到的,在各种频率范围内由辐射或传导的电磁发射(水平)功率和时间分布的结果。
它是由电磁骚扰,电磁脉冲,电磁辐射对人员、军械和挥发性材料危害,以及雷电和沉积静电等自然现象的综合,包括人为电磁辐射、自然电磁辐射和电磁波传播环境3个部分。
军事行动是在越来越复杂的电磁环境中实施的[4]。
由于战场电磁环境受参战地域装备的分布状况、工作频率、辐射功率、辐射方式、所处地理地物环境、气象条件等多种影响,因而,战场电磁环境是由时域、频域、能域和空域上分布密集、数量繁多、样式复杂、动态随机的多种电磁信号交叠而成的复杂环境。
复杂电磁环境已经成为信息化战场区别于传统战场最突出的标志。
信息时代,电磁频谱是惟一能支持机动作战、分散作战和高强度作战的重要媒质。
外军评论认为:“频谱是一种无形战斗力,并且可以与火力、机械动力相提并论的新型战斗力。
”电磁领域成为“第五维战场”,电磁频谱成为重要战争资源,影响甚至决定着战争的进程和结局。
高技术条件下的现代战争就 2008年第4期王先义等:复杂电磁环境战场频谱管理339是频谱战,制电磁频谱权成为制电磁信息权的核心,战场频谱管理是夺取“制信息权”和“制电磁权”的重要保障。
20世纪80年代英阿马岛战争,谢菲尔德号驱逐舰因为电磁频谱不兼容导致被击沉;20世纪90年代的海湾战争,以美国为首的多国部队激烈争夺电磁频谱的控制权,使频谱战扩展到“全频域、全时域、全空域”。
在电子技术日新月异并日益广泛地应用于军事领域的今天,它就像一把双刃剑,在推动武器装备和指挥现代化的同时,也使战场电磁环境日趋复杂,电磁斗争日益激烈,现代高技术战争需要电磁频谱管理。
1 战场频谱管理及相关概念1.1 基本概念 (军事)频谱管理(MS M,m ilitary s pectrum man2 age ment)是指军队领导机关和电磁频谱管理机构制定电磁频谱管理政策、规定,划分、规划、分配、指配频率和航天器轨道资源,以及对电磁频谱和轨道资源使用情况进行监督、检查和协调处理等活动统称[5]。
战场频谱管理(BS M,battlefield s pectru m manage ment)是指在特定的军事行动中通过作战的、技术的或行政的手段和规程,实施的(军事)频谱管理。
其主要任务是:统一划分和指配频率,监督和管理无线电设备设置和使用;监测战场电磁环境,维护无线电设备工作秩序;实施战场无线电管制,协调各部门的业务关系,消除己方相互干扰等。
BS M在复杂战场电磁环境下发挥着信息战中“频谱警察”的作用。
1.2 工作流程战场频谱管理是通过频谱信息感知(获取)、分析决策、管理控制和应用服务四个环节实现。
四个环节共同实现频谱信息的闭环处理,如图1所示,其中建立全方位、大纵深、立体化的频谱感知网络是实施战场频谱管理的基础;构建分布式、智能化频谱信息处理决策网络是核心;实现频谱的动态分配和频谱信息注入等管理控制是关键;最后实现为战场各类无线电通信系统、定位系统、雷达系统、遥测系统、导航系统、多谱传感器系统、定向能量武器系统等提供有效频谱接入和全域频谱信息支撑的管理目标。
在闭环处理过程中,可接收外部状态激励输入信息、需求输入信息,并可对外输出共享频谱管理决策信息。
图1 战场频谱管理处理流程 制定电磁频谱管理方案是实施战场频谱管理的基础,是战场频谱管理系统的主要和核心功能,同时,电磁频谱管理方案也是联合作战部门制定作战计划的重要依据之一。
电磁频谱管理方案的制定由作战地域电磁情况分析、电磁态势评估,拟制频谱管理决心建议,收集并确认频谱需求和制定频谱使用计划等四个主要过程组成,其流程如图2所示。
电磁频谱管理方案包括频谱管理计划、频谱使用计划和频谱处置预案等。
频谱管理计划包括联合作战力量对电磁频谱的协调、控制和使用,其内容必须与作战行动计划相协调;频谱使用计划包括联合作战各部队的频段分配、使用时间、地域、保护频率及限制频率等内容。
3402008年第4期图2 频谱管理方案制定流程2 美军频谱管理现状与发展趋势2.1 美军频管发展概况 美军在研制战场频谱管理系统方面起步较早,从20世纪70年代起,就陆续开发了一系列的频谱管理系统。
1999年,美军在《联合频谱构想2010》(JS V2010,j oint s pectru m visi on 2010)中,提出全方位、全频段频率管理,要求为无线电导航、定位系统、雷达系统、遥测系统、通信系统、多谱传感器系统、定向能量武器系统等提供有效的频谱接入。
在《联合构想2020》(j oint visi on 2020)中指出,“解决频谱管理问题是实现实时、可靠、整合的GI G 能力,实现主宰机动、精确打击、聚焦后勤和全维防护的关键……可有效消解国内、国际、民用频谱需求对军事信息系统频谱接入的严重威胁和频谱冲突”。
随后,又发布和修改了一系列的纲领性文件,提出了其21世纪频谱管理的指导方针和全方位、全频段频率管理的需求。
2002年,美国防部提出了增强军事频谱管理能力的四大战略措施,其中重要的两个措施包括改进频谱管理业务过程和通过技术革新改进频谱利用,具体目标包括开发综合的电磁频谱管理体系结构,以支持联合作战环境对电磁频谱的需求,提升动态环境下电磁频谱管理决策支持的能力,提高电磁频谱管理的效率和自动化能力等。
2006年8月,美军发布了《网络中心频谱管理战略》(Do D net 2centric s pectru m manage ment strategy )。
提出了“网络中心战”(NC W ,net w ork centric warfare )概念来概括信息化时代军事领域涌现出来的各种新变化。
NC W 对部队网络化和信息共享及协作的高度依赖,使得在恶劣的战场电磁环境中对电磁频谱的有效利用和控制成为成功实施NC W 的前提条件,同时也导致战场频谱管理面临前所未有的挑战,传统的静态、集中式的频谱管理模式已不能适应NC W 的需要。
2007年5月,美国防部发布修改的《电磁频谱管理战略计划》(depart m ent of defense electr omagnet 2ic s pectrum manage ment strategic p lan ),提出了美国防部电磁频谱管理和E3控制的目标和相关的战略与目标,强调进行国防部频谱管理变革。
国防部频谱管理体系结构(DS MA ,defense s pectru m manage ment architecture )是依据美国国防部体系架构框架(DoDAF,depart m ent of defense ar 2chitecture fra me work )而开发的,对国防部频谱管理变革进行清晰描述。
DS MA 给出了网络中心环境下频谱管理的未来视图,并详细描述了目前和未来的业务过程及期望的频谱管理能力,其最终的目标是实现GE MSI S,为美军提供从传感器到射手的实时无冲突的频谱接入。
截止2007年底,美国防部不断对DS MA 进行的调整,以反映频谱管理的发展方向并提出相关的支撑技术。
