电磁环境对通信设备的影响

金景怡

（武警士官学校，浙江 杭州 311400）

0 引言

当今环境下，复杂多样的电磁环境会对一般的通信系统、人员及医疗系统等造成一定的电磁干扰。也就是说，通信设备一旦应用于现代信息化战场，也必然会受到复杂电磁环境的影响，严重时会造成设备性能受损甚至损坏。通过分析电磁环境的特征，采取有效防护手段，对军用通信设备及系统进行有效的电磁防护，保证有效通信，是打赢现代化信息战的关键一环。

1 电磁环境特征

当今社会背景下，由于电子设备使用的多样性以及一些自然因素，导致现代信息化战场周围具有复杂多变的电磁环境。复杂的电磁环境特别是指在一定的空间、时间以及频谱范围内，由于人为或者自然因素产生的电磁辐射以及各类电磁现象的总和。一般来说，信息化战场周围产生复杂电磁环境的人为主要因素有：敌我电子对抗中的电磁干扰产生的高密度、高强度电磁波，各种现代化武器装备释放的多光谱电磁波以及一些民用电磁装置的电磁波和辐射等。其主要特征如下。

（1）种类多样性。由于战场上使用的通信设备种类比较多，造成设备周围产生的电磁信号各式各样。除了这些种类电磁信号之间的直接相互影响外，各类通信设备由于设计原因，本身均会产生多次谐波、多级互调，会对周围的电磁环境形成二次污染，再加上设备间信号的互调产物，会对设备的通信能力造成较大影响，也就无法保证战场上的通信质量。

（2）信号多样性。随着电子通信技术的迅猛发展，各种电子设备使用的信号形式也越来越复杂。按照频率划分，可以分为微波信号、高频信号和低频信号；按照信号连续性，可以分为数字信号和模拟信号；按照功率，又可以分为大功率信号和小功率信号。据不完全统计，目前可识别的通信信号就有100 多种，这些不同种类的通信信号之间的叠加使用，就更增加了周围电磁环境的复杂性。就雷达来说，其采用的就是对目标进行电磁波发射，接收其回波，由此获得与目标的距离、方位等信息，因此雷达又被称为“无线电定位”。雷达信号在发射过程中，可能受到其他物体、云雨等反射而造成的杂波，会对雷达信号的识别造成困难。

（3）频谱重叠性。战场上产生的的电磁信号几乎能够涵盖电子信号的所有频段，虽然频谱范围也随之扩宽，但由于周围电子信息设备数量多、种类杂，导致信号的频谱仍然会在一定程度上产生重叠。同时，由于电磁波在空间内进行传递时，会遇见各类影响电磁波传递的因素，包括自然因素及人为干扰因素，而信息化战场上敌我双方电磁攻击的目标不同，所处位置也不同，电磁波在传递过程中，也会受到空间电磁能量分布不均匀的影响，就会影响设备的正常通信功能。

（4）电磁环境变化无法测量。由于电磁发射环境的不可控制性，加上随着时间的变化电磁环境也会发生改变，使得电磁环境的准确测量成为幻影。也就是说，即使刚才使用信号传递的频段无其他杂乱电磁信号，但转瞬间就可能发生变化。

2 电磁环境对通信设备的影响

严重的电磁干扰会使通信设备内部电路受损，导致通信设备的运行出现故障。严重时，甚至会对通信设备内部电路中的关键器件造成永久性的功能损坏。

信号分布的密集程度会导致各通信设备之间信号的联通困难[1]。敌我双方在进行电磁对抗时，相对来说会在一个比较狭小的空间范围内。在这个空间内布置数量较多的通信装备，本身就会使得电磁环境中的信号异常密集，再加上敌我对抗的干扰电磁信号、战场周围一些民用通信设备产生的电磁信号以及其他会对电磁环境产生干扰的信号，这些不同种的电磁信号在此空间内密集交错，频谱范围大量重叠，将直接导致通信信号之间的竞争冲突现象，将会给通信设备信号的传递以及与各设备之间的信息联通造成比较大的影响，严重时甚至导致对抗失败。

电磁信号样式繁杂多样，导致信号识别困难[2]。当代信息通信技术不断发展，各种各样的新型电台系统不断涌入信息化战场中。这些系统中，不仅有传统的信号调制方式，还有OFDM、QAM、DS-SS、CDMA、TDMA 等新型调制方式[3]，增加了信号识别的困难。也就是说，在通信设备终端进行信号识别，将会变得非常复杂。而敌我双方电子通信设备在使用过程中的信号改变，导致没有规律的各种电磁信号辐射会在空间中交替产生，或者在时间上相对集中，或者对该频域产生不同程度的拥挤现象，就会产生敌我信号交织、电磁信号动态变化不易破解及信号混叠等情况，进而对通信中的信号产生干扰。这都给终端上的信号识别带来新的问题。

3 能够有效应对电磁环境干扰的方法措施

在战场上，若敌方对我方通信设备进行有意干扰进而释放电磁波，加上电子设备本身产生的电磁能量，会对我方的通信设备造成损伤甚至导致无法有效进行信息通信。如果不对这些电磁环境进行提前防护，会直接导致我方在战场上处于劣势。电磁环境随着科技的飞速发展只会日趋复杂。要想使战争中的通信设备保持正常工作状态，实现良好的通信能力，首先必须发展通信技术，提高通信设备的抗干扰能力。可以从以下方面着手。

（1）紧盯设备设计需求，实现电路集成模块化。一是模块化设计。电路集成模块化是当代电子信息发展最关键的一环。若电路模块出现故障，要能够实现对此电路模块的快速替代更换，从而保证设备维护与维修的速度与效率。同时，在电路进行集成化的同时，也会缩小设备的整体体积。设备越小越轻、携带方便的同时，也更容易实现设备的隐蔽性。二是实现抗干扰设计需求。实现抗干扰设计需求，是设备实现期望功能的主要关键点，能够实现通信设备主要用途的要求，同时能够根据需求设计有效的抗干扰功能。这样能够保证设备在电磁环境日趋复杂的信息化战场上发挥其重要通信作用。

（2）对设备设置合理的接地方式。接地是指将电路或者设备外壳与零电位点（大地）相连。理想的接地既能保证设备与操作人员的安全，又能为电路系统增加一个抑制外来电磁干扰的功能。设计接地电路时，设计人员要综合考虑各种地线的布局以及接地方法的使用。通信设备常用的接地方法主要包括系统接地、保护接地[2]以及地线设计，同时还要避免电路中形成不必要的回路，也就提高了设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）能力。另外，通信设备的防雷接地工作也十分重要。比如，可在设备的进线侧设计相应的雷电电涌保护器，避免交换机设备受到雷击而影响通信的整体运行安全性[3]。

（3）对设备中可能互相产生影响的不同模块以及信号系统之间采用物理手段进行隔离，使设备间各模块的信号独立运行，避免互相产生干扰。此方法需要利用好屏蔽材料的屏蔽特性，可以在设备内部电路中对可能产生干扰的电子线路进行有效的包裹覆盖，从而避免传递信号过程中的互相干扰；亦或是可以利用电流的特性对内部电路设计进行合适走线，将易产生干扰的模块相互避开，从而有效避免设备内部各种信号间的干扰。

（4）采用滤波方法过滤有效频率。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，当接收器接收有用信号时，也会接收到那些不希望有的干扰。采用滤波电路，可以只让所需要的频率成分通过，对干扰频率成分加以抑制。

（5）利用软件抗干扰设计[4]。合理的软件设计可以用来识别电磁环境下的有用信号和干扰信号。但使用这种方法，必须掌握有用信号和干扰信号在时间上出现的规律，同时为了保证接收的信号无误，还要将不同方向、不同路径接收到的同一个信号进行比较，根据逻辑关系判别信号，进而滤掉干扰信号[5]。

（6）研发合理的通信抗干扰技术。目前使用的抗干扰技术主要有跳频通信、扩频通信以及自适应技术。跳频通信是一种扩频通信技术，主要用在短波和超短波频段的信号传递中，其工作原理是不断调整设备的频率，这样能够抵挡敌人对我方通信信号的探索，以此抵御敌方的信号干扰。扩频通信技术旨在使敌方更难发现隐蔽通信信号，并能够显著降低窄带干扰的影响，以达到抗干扰的目的。这种通信方式发展迅速，目前已经应用于卫星通信、无线定位等各类通信场景中。一般来说，直接频谱通信用于传输信息的射频带宽是信息带宽的10 到100 倍，也正是因此，大大提高了通信设备的通信能力。自适应技术具有主动适应和目标优化的特性，由此可以有效减少甚至避免产生信号震荡，或者能够屏蔽在工作状态下不希望出现的信号和噪声，也就能防止传递的通信信号发生畸变。自适应技术主要用来辅助其他抗干扰措施的功能实现。

4 结语

在现代战争中，无论是信息化战争还是其他高科技战争，最终都是为了保护我方，抵御敌方入侵。信息化手段的最终目的是保证我方通信保持畅通，保护我方通信的秘密，进而瘫痪敌方的通信，获取其通信内容。因此，在现代化信息战场上，对我方设备实施有效的抗干扰措施，有效地分析和评估战场上的敌我双方电磁环境形势，并对敌方采取各种破坏性电磁干扰，就能更好地掌握战场主动权。