浅谈电磁频谱管理
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作者: 孙高海 陈金来 刘 兵 蒋洪晖 吴克启
[摘 要]信息化战场上,各种各样的电子信息作战装备同时应用于战场,加之激烈的电磁干扰以及民用电磁设施的影响,使得战场电磁环境极其复杂,可用频谱资源十分有限。能否高效地实施频谱管理,决定信息优势的获取乃至战争胜败。
[关键词]频谱管理 电磁环境 长期预报 实时探测
[中图分类号]TN92[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0107-01
未来高技术条件下的战争是多维一体的、立体的信息化战争,敌我双方将在指挥控制、情报侦察、无线通信、雷达导航、精确制导、遥测遥控等领域中使用大量的电子装备,因此对频谱的依赖性越来越强,电磁频谱在战场上的作用更加举足轻重。无线电通信装备和电子设备的不断增加,对频率的需求迅速增长,频率资源越来越紧张,必须对电磁频谱采取有效管理,否则将导致可用频率的严重匮乏。
1 电磁频谱管理的重要性
1.1 保障通信系统总体性能的发挥
电磁频谱是有限的自然和军事资源,更是不可或缺的战略资源,是战场信息的主要载体。特别是短波频谱资源因其具有不易“摧毁”的“中继系统”――电离层而具有很高的军事价值。最有效地使用有限的频谱资源是频谱管理的重要内容之一,没有频谱管理,就谈不上对有限频谱资源的合理有效使用。在战时如果缺乏强有力的频谱管理,就不可能保证诸多类型的通信系统总体性能的发挥和提高。
1.2 确保电子设备系统可靠有序工作
未来高技术条件下的战争是多维一体的、立体的、信息化战争,战争成败的关键在于取得对信息资源的控制权,形成压倒对手的信息优势,同时将信息优势转化为战术优势,提高部队战斗力和生存能力。战场电磁环境异常复杂,电磁信号将非常密集。军用无线电设备一般发射功率大,接收灵敏度高,如果频谱管理不当,容易产生相互干扰。连同敌方电磁辐射源再加上周围环境噪声和电气干扰,战场电磁环境十分拥挤。战争中,指挥控制系统、情报侦察系统、通信系统、电子战系统等电子设备在战场上的广泛应用,使信息的获取、控制和利用都将与争夺电磁频谱的使用和控制紧密相关,频谱管理的能力就成为指控系统稳定运行的关键,直接影响到作战的成败。
1.3 是取得战场制电磁频谱权的前提
取得制电磁频谱权是开展信息战的前提,是取得现代战争胜利的关键。在电磁频谱权争夺中,战场频谱管理将发挥重要的作用。主要表现在:一是通过对电磁频谱的变化情况进行监测分析,及时调整我方各层次通信、指挥和控制系统的使用频率,保证通信指挥顺畅。二是通过频谱管理手段有效地监视电子战的过程与结果,为掌握制龟磁频谱权打下基础。信息化战场的海空优势发挥完全建立在掌握电磁优势的基础上,失去制电磁权,必将失去制空权、制海权,进而失去战争的主动权。
2 电磁频谱管理的特点
电磁频谱管理的主体是无线电频谱管理。无线电频谱有其基本特点和属性,对其管理,必须依据其属性和特点,进行科学管理。
2.1 无线电频谱是特殊的自然资源
无线电频谱是一种特殊的自然资源。其特殊性主要体现在:三维性,它具有频率、空间和时间的三维性,在不同频率,或不同空间,或不同时间可以共同使用无线电频谱;有限性,对某一个频段或频率而言,它在一定区域及一定时间内是非常有限而紧张的,必须进行有序管理;共享性,它是一种共享性资源,无线电电波的传播不受行政区域的限制,若随意使用无线电频谱,可能干扰其他国家或部门对频率的使用,因此必须实施有规则的管理;非消耗又易受污染性,它可以反复利用而不被消耗,又易受自然噪声和人为噪声的干扰。
2.2 不同频段频谱的特色管理
电磁频谱又是一种看不见的无形资源,频谱管理是一种无形管理,又有诸多特殊性,因此科学有序管理尤为重要。电磁频谱是无形的,但使用频率的载体即无线电设备(或称用频设备)是具体的。对无线电设备及台站的射频频谱参数进行全过程管理是电磁频谱管理本质的具体表现,是由无形管理向有形管理转换的有效方式。通过对无线电设备使用频率及射频频谱参数的管理,实现在指定电磁空间内多个无线电设备使用频率的兼容共存,达到科学有序管理。
电磁频谱管理本质上是频率、空间和时间的三维管理,不同频段的电波传播规律各不相同,对频谱管理必须要依据电波传播规律和业务种类,并结合时间和空间环境等具体情况,进行综合有序管理。如对3MHz～30MHz的短波频段,主要是远距离天波传播,使用频段窄、空间隔离困难,适合安排窄频谱、低速率的无线电业务;对3 GHz～300GHz的微波频段,主要是近距离视距传播,使用频段宽、空间隔离容易,适合安排宽频谱、高速率的无线电业务。
3 短波天波通信存在的主要问题及解决的方法
短波天波通信主要是利用短波电离层反射,短波电离层反射是一种时变的色散信道。这种信道的时变性造成短波通信工作频率是不能任意选择的,为了使短波通信质量保持一定的水平,通信系统就必须做相应调整以适应电离层的变化,否则就不能建立可靠的通信。而短波信道的时变性具有一定的统计规律,人们常常采用预报的方式对电离层的某些参数进行预报,如最高可用频率预报等。频率预报对通信线路的设计提供了很有价值的参考,但是这种预报属于长期预报,其预报的结果是某一阶段的统计平均值。也就是在所谓电离层平静状态下,长期预报所确定的频率可以获得较好的通信效果,但是它表示的是平均条件下的最佳频率,并不能给出围绕均值变化的数据。而预报值与实测值在一天内有很大的误差,因此长期预报只能给通信人员在频率选择方面提供参考,很难反应出电离层信道参数的具体变化。所以使用长期预报所提供的最佳通信频率实际上起不到最佳的通信效果。而且长期预报没有考虑到多径的影响,而这种多径效应对通信的影响较大,尤其对于数据通信。
为了得到准确、实时的电离层参数,可以通过短波探测技术对信道进行实时探测,除了能得到线路实际的最高可用频率外,还可以得到信道多径传播情况和信道传输的衰减情况。通信方就可以根据这些短波信道参数,对通信频率进行质量优选,型成最佳频率。
目前,世界各国主要采用无线电探测系统对电离层进行远距离测量。探测系统主要通过发射脉冲、Chirp信号以及其它波形来测量电离层反射信号的群时延。当接收机与发射机放置在同一位置时,称为垂直探测。如果接收机与发射机分别置于几百到几千公里的探测电路两端时,则称为斜向探测。而斜向探测又分为两种:斜向脉冲法、Chirp信号法。在我国,研究的主要方向是Chirp斜向探测。
4 结语
电磁战场已成为与空间、地面和海洋并存的第四维战场,我军只有具备在未来海战场密集信号环境下动态监视、科学管理和控制电磁频谱的能力。才能有效运用电磁频谱,控制电磁环境效应。发挥我军军事电子装备的作战效能,实现并保持电磁优势。
[作者简介]
孙高海(1983-),男,助教,本科,主要研究方向:无线通信技术。
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