复杂电磁环境效应分析与解读

张江明，付茂才，刘 青

（中国电波传播研究所，山东 青岛 266107）

电子信息系统复杂电磁环境效应是复杂的电磁环境对电子信息系统的影响的统称，国外一般称为E3（Electromagnetic Environment Effects）问题。电磁环境效应具体内容主要包括电磁干扰（EMI）、电磁辐射（EMR）、静电沉积、静电放电（ESD）、电子防护（EP）、电磁兼容性（EMC）、电磁脉冲（EMP）、电磁易损性（EMV）危害等。

受复杂电磁环境效应影响，电磁空间内的电子信息系统、用频装备效能发挥程度高低不一，部分装备甚至无法正常使用。更大的威胁在于电磁环境效应会对通信指挥网络产生级联影响，严重时使整体作战能力无形中大打折扣[1]。事实证明，复杂多变的电磁环境效应，对其范围内的电子信息系统影响巨大，对通信设备可能产生传不远、听不清、误码高的影响，对雷达设备可能产生看不远、辨不清的影响，对导航设备可能产生被误导、被诱骗的影响。

基于此，复杂电磁环境效应的研究工作有其重要性和紧迫性。本文从复杂电磁环境定义、基本特征、构成因素等方面对复杂电磁环境效应进行分析与解读。

1 复杂电磁环境定义

战场复杂电磁环境指的是在一定的空域、时域、频域和功率域上，多种电磁信号同时存在，对用频装备运用和作战行动产生一定影响的电磁环境[2]。具体来说，就是在特定的战场空间内，电磁辐射源种类多、辐射强度差别大、信号分布密集、信号形式多样，能对指挥通信、雷达侦察、电子装备运用产生严重威胁和影响的电磁环境[3]。

2 复杂电磁环境特征

电磁环境复杂性主要有如下体现。

电磁频谱覆盖范围广。电磁频谱既是传递信息的载体，又是获取信息的重要手段，是一种重要的战略资源，是电子对抗中的争斗焦点。当前，电子信息系统的频谱几乎占据了整个电磁频谱，涵盖所有频段，特别是超宽带技术的兴起，单设备工作所占用的频带较之前有很大的改变[4]。

辐射源数量多、密度高。电子信息系统种类多、数量大，各种业务需求衍生出的不同技术体制的电子信息系统数以亿计，拥挤在有限的频段、空间内，电磁环境的信号密度变得越来越高。如移动通信基站设备全球保有数量急剧增加，从2008 年的351.6 万个到2013 年的779.3 万个，3G 通信基站数量持续增加的同时，4G 通信基站近两年迎来飞速发展，2015 年中国4G 基站规模已接近150 万个，占全球4G 基站数量50%以上。

信号与调制类型的多样化。目前，各类电子信息系统广泛采用了复杂的信号调制样式，同时新技术体制设备的投入使用进一步加剧了这种情况，如现代通信系统采用了正交频分多址（OFDMA）[5]、宽带码分多址（WCDMA）[6]、时分同步码分多址（TD-SCDMA）[7]、单载波频分多址（SC-FDMA）[8]等体制。

电波环境非稳态时变。受传播介质、地形变化等因素的影响，无线电波在传播过程中是非稳定、时刻变化的，这也导致了电波环境的非稳态时变特性。如地面反射、大地吸收、地质变化、建筑物的反射和边缘绕射等地理因素造成的多径效应，入射至电离层的线极化波再返回地面时将发生角度偏转[9-10]引起的极化状态变化，这些因素均加剧了电磁环境的复杂多变性。

3 复杂电磁环境构成因素

造成战场电磁环境复杂多变的因素较多，其主要构成因素如下所述。

3.1 电磁干扰环境

电磁干扰环境主要指对抗方利用电子战装备实施的全方位、高强度、有针对性的电磁干扰辐射。这是造成战场电磁环境复杂性最突出的关键因素，它对电子装备运用、指挥通信以及作战行动构成严重威胁。电磁干扰来源主要有：①空中电子干扰。空中电子干扰主要来源于干扰机，现今各国都在大力研发空中电子战飞机，空中电子干扰将越来越多，干扰威胁大大增加。如美军EA-18G“咆哮者”电子战飞机[11]、EC-130H 通信干扰飞机[12]等。②地面电磁干扰。地面电子干扰辐射源种类繁多，如地对地短波、超短波干扰，地对空雷达干扰装备以及专门的通信干扰装备。③海上电子干扰。海上电子干扰包括舰载电子战系统以及舰载干扰弹。如美军的AN/SLQ-32 型舰载电子战系统[13]，其主要功能包括识别、预警反舰导弹目标并可进行强力的定向无源干扰。

3.2 非干扰用频装备辐射环境

非干扰用频装备辐射环境主要是指侦查探测、防空反导以及指挥通信等电子信息系统威胁环境，主要有：①侦察监视系统，包括侦察卫星、侦察飞机，如电子侦察卫星、无人机等。美军在伊拉克、阿富汗战争行动中，给无人机提供了广阔的展示其作战才能的舞台，声名赫赫的“全球鹰”无人机[14]在敌情侦察、反恐跟踪等行动中发挥了巨大作用。2010 年3 月至5月，美国先后试验了3 种空天型飞行器，即HTV-2 猎鹰高超速无人机、X-37B 空天无人机和X-51A 临近空间高超声速巡航导弹，开启了无人机向更高、更远、更快的空天领域发展的潮流[15]。②预警探测系统，主要有地面、海上、空中预警雷达等，如美军E-3 空中预警机、美国AN/FPS-115“铺路爪”远程预警雷达。③防空反导系统，主要有防空导弹系统雷达、火控雷达，如美军高空区域防御（THAAD）地基X 波段雷达，即“萨德”反导系统[16]。④无线指挥通信系统，主要包括各类短波、超短波、微波通信以及地空、空空、舰空、岸舰指挥、卫星通信系统等。

3.3 用频装备自扰互扰环境

己方用频装备自扰互扰环境指的是在同一时域、空域内，己方各类用频装备密集分布、同时使用时可能存在的同频、邻频、互调干扰等，这些也都会影响装备效能的发挥，严重时导致电子信息系统无法工作，危及作战行动的胜利。用频设备在设计之初已考虑各系统间、系统内设备间的电磁兼容性，但大量传统设备的信息化改造，加之新的电子设备的不断应用，导致同一区域内的电磁环境密度越来越高，实际干扰电平会超出部分装备的允许干扰电平，造成干扰。在大型作战应用平台上，如舰船、飞机等必须统筹考虑各电子系统间的电磁兼容问题，防止出现电磁干扰影响作战能力的情况[17]。因此，新形势下的大型应用平台上各电子信息系统间电磁兼容性面临严峻挑战。

3.4 民用设备电磁辐射环境

民用设备电磁辐射环境主要指同一时域、空域内的各类民用电子设备形成的电磁环境，诸如广电、移动通信基站等大功率辐射设备与己方用频装备工作于同一时间、同一空间、频段相近时，极有可能产生无意干扰，对己方装备性能发挥、通信指挥、作战行动带来一定影响。当飞机飞越大功率广播电台附近时，地空通信频率受到干扰，并且可以听到广播内容。这表明，大功率的广播发射源威胁航空通信安全[18]。

4 E3 问题国内外研究动态

复杂电磁环境效应的最新研究进展首先用于支撑信息化条件下的军队作战行动。用频设备试验、评估实现“像作战那样试验和训练”是信息化战争的必然要求。美国在此方面的研究一直走在全球前列，美军建立了面向用频设备全寿命周期的电磁环境研制程序和标准，颁布电磁环境效应顶层标准MIL-STD-464C，构建了完善的数字/半实物仿真内场试验验证条件，构建了基于“怎么打，怎么验”的外场试验验证条件，构建了跨地域多用频设备复杂电磁环境适应性联合试验能力，且保持了稳定的试验验证人才队伍[19]。

随着电磁环境相关技术研究的深入，先进国家尤其是美国已形成一整套电磁干扰分析计算的数字仿真软件和相适应的庞大数据库，并及时根据发展形势更新换代，以适应不同战场军用平台的需求。涉及该领域的主要产品包括美国国防部的SPECTRUM XXI、美国ATDI 公司的HTZ Warfareng、英国Logica 公司的Logica 频谱管控工具软件、瑞典Telub 公司的Wrap 无线频谱管理系统等。

但国内复杂电磁环境研究领域仍存在许多不足之处：复杂电磁环境的定义和分类分级标准未统一；复杂电磁环境的逼真构建无标准、无固定参照对象；复杂电磁环境中干扰评估体系无标准。这些都是复杂电磁环境效应专业领域亟需加强的方向。

5 结束语

美军的研发历程及军事行动清晰表明，控制电磁环境、夺取并保持电磁优势是打赢现代信息化战争的先决条件。基于此，制电磁权和制信息权是新形势下军事斗争的需求，是打赢发生在电磁空间无形战场中更加激烈的战斗[20]、赢得未来战争主动权的重要因素。