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电磁频谱知识大全

发 布:2017-8-28 16:30:00查 看:68

 一、电磁频谱的特性
电磁频谱,指的是电磁波按照频率或波长分段排列所形成的结构谱系。

一是具有国家主权性。

电磁频谱是目前人类唯一理想的无线信息传输媒介,属于国家所有,与土地、森林、矿藏等资源一样,既是一种稀缺的自然资源,也是决定国家发展和战争胜负的重要战略资源。电磁频谱资源对人类的影响,就像水和太阳一样不可或缺。我国《物权法》的第46条至52条,分别规定了矿藏、土地、森林、野生动植物、频谱、文物、国防资产的国有属性,体现了电磁频谱领域的国家主权性。其中第50条单独明确规定,“无线电频谱资源属于国家所有”。频谱资源的国有属性这一条是完全单列的,13个字单独成条在我国的法律中还不多见。

二是具有资源的无限性和使用的有限性。
理论上电磁频谱是覆盖0至无穷大赫兹的一种特殊自然资源。按照频率由低到高的顺序,包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽玛(γ)射线和宇宙射线。一般意义上,国际电信联盟规划的可以利用电磁频谱范围为10kHz-400GHz,低于这一范围进入音频,高于这一范围进入光波的范围。但受目前信息技术水平的限制,可供人类开发和使用的频谱只占资源总量的68%。其中,3GHz以下最优频谱,应用趋于饱和,发展空间受限,我军72%以上的用频武器装备和国家78%以上的民用无线电设备,都集中在3GHz以下,用频矛盾十分突出;3GHz-10GHz的好用频谱,应用更广泛,竞争更趋激烈;10GHz-60GHz的可用频谱,技术日趋成熟,抢占优先使用权的趋势更加明显;60GHz以上待开发频谱,开发利用受技术和元器件的限制,亟待突破;卫星频率轨道资源的好用频率瓜分殆尽,“黄金导航频率”的80%已被美国和俄罗斯率先抢占。

三是具有商业价值属性。
英国政府在其发布的《21世纪的频谱管理》白皮书中,明确提出引入频谱定价、频谱拍卖、频谱贸易等手段,激励频谱资源的高效利用和新技术的研发。据不完全统计,1995年至2011年间,美、英、德、法、韩等国为发展第三代、第四代移动通信网络,所拍卖的频谱价值共计约1300亿美元。同时,有研究采用(柯布-道格拉斯生产函数)实证分析方法,通过对我国1999年至2005年的数据进行分析后,测算出频谱投入对我国GDP增长率的贡献高达6.3%,频谱资源投入对经济增长的贡献率则达到4.61%,已经超过人力资本对经济增长的贡献率。

四是具有“三域”分割的特性。
目前,除了航空无线电导航、遇险搜救、射电天文等业务用频属于“专属专用”的保障方式外,其他约90%以上的频段都由多种无线电业务共用,之所以能够共用,主要由于电磁频谱具有空间域、时间域、频率域的三维特性。当多种用频武器装备密集部署时,电磁波在空域上纵横交错、时域上动态变化、频域上密集交错,“三域”重叠问题就很难避免,容易导致用频装备电磁通道“撞车打架”,产生自扰、互扰,也容易受到干扰。但三域中只要有一域区分好,用频武器装备之间也就不会干扰。可以通过区分使用时段的方法,制定频谱管制计划,从时域层面避免干扰;可以通过拉开间隔距离的方法,制定部队(装备)的部署计划,从空域层面避免干扰;可以通过划分、规划、分配和指配频率的方法,制定用频方案,从频域层面避免干扰。

五是具有开放性。
电磁波无疆无界,看不见,摸不着,跳动于无形空间,渗透在每个角落。电磁频谱资源为人类共同拥有,国际共用、军地共用、敌我共用,只要符合国际的划分规定就可以,人们把它概括为电波传播无国界。电磁辐射源可以来自太空、空中、海上、地面、海中,来自我方和敌方,来自军用和民用,来自不同平台和设备,各类用频武器装备易受自扰互扰、有意干扰或无意干扰,这就带来了复杂的电磁环境。

六是电磁环境是否复杂具有相对性。
复杂电磁环境是指在一定的空间域、时间域和频率域上,多种电磁信号同时存在,对武器装备运用和作战行动产生一定影响的电磁环境。电磁环境可以是简单的,也可以是复杂的。简单的电磁环境对用频装备A的影响可能是简单的,但对用频装备B的影响就可能是复杂的。因而“复杂电磁环境”中的“复杂”是对电磁环境的一种相对描述,是人们对电磁环境的一种主观认识程度。通常将造成下述两种情况的的电磁环境称为复杂电磁环境。一是敌方的电磁干扰压制,己方的电子信息装备抗敌电磁干扰压制的能力弱;二是己方的电子信息装备的电磁兼容性差,电磁管控不力。如果用频装备的作战效能不会因为电磁环境的影响而下降,这时的电磁环境就不应该称为复杂电磁环境。所以,从本质上来说,复杂电磁环境未必“复杂”,我们不应该纠结于电磁环境怎么复杂,更应该研究电子信息装备在战场电磁环境中的适应能力。

七是具有可控性。
电磁频谱资源存在于作战的全时空,作用于战争的全要素,贯穿于作战的全过程。频段越来越拥挤,频谱需求越旺盛,频谱资源供需矛盾的现象越来越突出。我们可以通过“开源节流”的方式缓解上述矛盾,开源是通过采用先进信号传输技术、提高用频设备工艺水平等手段,推动电子信息装备在高频段的应用,并加大我军在国际上的竞争能力,抢占卫星频轨资源;节流是前端做好频谱资源规划,统筹管理好频谱资源的使用,后端对在用和退役装备节余下来的频谱资源进行重新规划。其中,美国提出的频谱碎片整理技术,欧洲开发的“频谱池”技术,都是将不连续的频谱资源收集整合,提高频谱的使用效益。

二、对电磁频谱重要性描述

(1)频谱和子弹一样重要。
(2)21世纪将是频谱战的时代。
(3)频谱是一种无形的战斗力,并且是可与火力机动力相提并论的新型战斗力。
(4)电磁频谱将是唯一能支持机动作战、分散作战和高强度作战的重要载体,是未来战场上影响战争胜负的重要因素。
(5)通过支持各类用频装备,电磁频谱已经成为现代战争打通远程机动作战行动“情报链、指挥链、打击链、保障链”回路的唯一媒质,进而达成远程决策、实时指挥、临机处置的作战目的。
(6)3GHz以下最优频谱,应用趋于饱和,发展空间受限;3GHz-10GHz的好用频谱,应用更广泛,竞争更趋激烈;10GHz-60GHz的可用频谱,技术日趋成熟,抢占优先使用权的趋势更加明显;60GHz以上待开发频谱,期待新的突破。如,我国公众移动通信的频谱需求要在现有基础上还需增加1600MHz,并且都基本集中在5GHz以下,对我军相关频段的用频装备影响将会更加突出。
(7)电磁波是什么?电磁频谱又是什么?物理世界有这样一种奇特的现象,交变电流在周围空间会产生交变磁场,变化的电场和磁场相互联系,形成了交变的电磁场,并能脱离其产生的波源向远处传播,这种在空间以一定速度传播的交变电磁场就是电磁波。
(8)电磁频谱是目前人类唯一的无线信息传输媒介,属于国家所有,与土地、森林、矿藏等资源一样,既是一种稀缺的自然资源,也是决定国家发展和战争胜负的重要战略资源。电磁频谱资源对人类的影响,就像水和太阳一样不可或缺。
(9)电磁频谱是支撑作战必须的战略资源,其存于无形,轻于无量,是信息化战争之魂。电磁频谱资源存在于作战的全时空,作用于战争的全要素,贯穿于作战的全过程。可以说,未来信息化作战,谁赢得了制电磁权,谁就掌握了战场的主动权。
(10)美国前参谋长联席会议主席托马斯·穆勒曾说:“如果发生第三次世界大战,获胜者必将是最善于控制和运用电磁频谱的一方。
(11)电磁频谱在经济、军事等领域的广泛应用,使其逐渐从后台走向前台,世界范围内的频谱和卫星轨道资源争夺日益激烈,电磁空间成为各方搏杀的主要战场。各国竞相完善相关法规,最大限度地维护本国的电磁频谱空间利益,极力推进电磁频谱资源市场化和国际化。美国人讲:“频谱是一个国家的主权。”
(12)面对频谱资源竞争日益激烈的严峻形势,中央军委指出:“时代的进步和我国的发展,使我们的国家安全利益逐渐超出传统的领土、领海、领空范围,不断向海洋、太空、电磁空间扩展和延伸。太空安全、海洋安全、电磁空间安全,已成为国家安全的重要领域。”
(13)目前,世界用频业务需求膨胀,频谱资源紧张,思科Visual Networking Index(VNI)研究报告指出:“由于具备移动互联网功能的移动产品的视频应用和相关服务日趋普及,2015年的全球移动数据流量比2010年上升26倍,达到每月6.3EB(exabyte,艾字节,1EB=2的60次方byte)或每年75EB。”

三、频谱与装备之间关系的重要性描述

(1)二战期间,英国凭借使用短波频段的“本土链”雷达赢得了20分钟宝贵的空袭预警时间,以约900架战机击溃了德国2600架战机的疯狂进攻。
(2)甚低频、极低频通信技术的应用,使潜艇能在几十、上百米深的水下接收指令,提高了潜艇的隐蔽性和战斗力。1972年,美军在远隔4600公里的距离上,实现了与水下120米深处的核潜艇通信。据了解,美军目前的3kHz以下极低频技术,可达成水下400米深的对潜通信。
(3)1991年,美军在海湾战争中向伊拉克发射了一枚配备非核爆电磁脉冲弹头的战斧巡航导弹,攻击了伊拉克防空指挥中心的电子系统。1999年,美军在对南联盟的轰炸中,使用了尚在试验中的电磁微波武器,瘫痪南通信设施3个多小时。2003年,美军又用电磁脉冲弹空袭了伊拉克国家电视台,造成其转播信号中断。
(4)2011年的5月,美军击杀本·拉登的“海王星之矛”行动就是电磁频谱支撑现代作战的一个经典例证。此次行动,由美军阿富汗贾拉拉巴德的联合行动中心,通过卫星通信指挥海豹突击队实施,在距白宫万里之遥的巴基斯坦阿伯塔巴德,无人机将突击队的行动过程视频通过卫星通信系统回传白宫情况室、五角大楼指挥中心和联合行动中心。海豹第6小队队长利用超短波单兵电台现场指挥,最终达成作战目的。需要说明的是,每个海豹突击队员的通信装备是“陆地勇士”单兵系统,使用甚高频、特高频频段,与特战空勤团、联合行动中心之间进行作战协同、态势分发和情报共享,其他武器系统加装热成像仪、数字摄像机、激光测距瞄准器等用频设备,工作频段已突破无线电频谱3000吉赫兹的上限,支持自动解算弹道、自动填装灵敏弹药、自动跟踪瞄准,进而选择动能杀伤或凌空爆破杀伤等打击手段。
(5)英阿马岛之战,号称英海战利器和舰队骄傲象征的“谢菲尔德”号巡洋舰,因卫星通信和雷达系统互不兼容,只能轮流开机工作,被阿根廷“超级军旗”飞机抓住战机,发射“飞鱼”式导弹所击沉。
(6)第5次中东战争,以色列利用事先截获的叙利亚军队雷达和“萨姆”导弹发射的频谱参数,作战中,仅用6分钟就将其驻守在贝卡谷地的19个“萨姆”防空导弹阵地彻底摧毁。
(7)2011年12月,伊朗采用首先干扰压制RQ-170隐身无人侦察机测控链路,迫其转入依赖卫星导航系统自主飞行,然后对机载卫星导航设备实施位置欺骗,诱导其落于伊朗境内。
 
四、电磁频谱管理的重要性描述

(1)1967年,美军“福莱斯特”航母在执行某次军事任务时,舰载F-4“鬼怪”式战机受该舰雷达波束照射干扰,飞机悬挂的空地火箭弹被意外点火发射,击中舰上1架A-4“天鹰”式攻击机的副油箱,导致一系列连锁爆炸,造成134人丧生、64人重伤、27架飞机损毁。
(2)1980年4月,美派联合特遣部队和当地别动队共同执行营救驻伊大使馆人质任务。在其撤离途中,由于和别动队的通信设备(调频电台)互不兼容,用频协同失误,造成1架直升机与运输机相撞,亡8人、损失2亿美元,对卡特政府打击沉重。
(3)未来的战场频谱规划系统主要有以下几个方面的发展趋势。一是覆盖全维度,实现全方位、全频段、全要素的作战频谱规划。二是嵌入联合作战全过程,强调频谱辅助作战决策。要求作战频谱规划与联合作战体系相融合,进入作战指挥员“视野之内”,能像指挥控制火力使用一样组织管理电磁频谱的使用,能通过创新的频谱分析手段和方式为联合指挥人员提供战场频谱决策支持信息,提升战场电磁空间的筹划、指挥及协同能力。三是突出多兵种联合作战,强化用频协同运用。要求作战频谱规划能同时应用于作战、通信、情报、电抗、技侦、气象水文等部门,服务于各军种,解决各部门和各军种之间的用频协调问题,改变传统的专属专用和条块切割的频率保障方式,精确开展用频筹划,高效组织用频协同,提高频谱资源使用效率。四是强调数据先行,实现动态和实时的作战频谱规划。要求作战频谱规划能依托精细化的频谱数据、模型、知识,通过实时分析和比对,能及时主动地发现潜在频率冲突和干扰,利用灵活的规则和策略来动态调整部队用频,避免冲突和干扰,保障作战行动实施。五是强化技术研究,体现自动化和智能化的作战频谱规划。要求作战频谱规划能结合现有云计算、数据挖掘、人机结合智能决策技术、可视化推演分析等新技术,实现自动化数据采集、智能化决策分析,使未来的作战频谱规划系统操作更简便、功能更强大、保障更简单。
(4)数据挖掘技术在频管工程应用中包含以下几个方面:数据特征化可以应用到信号分析中,便于技术人员更好的分析信号;分类技术可以应用到频谱监测中,以便更好的查找干扰;聚类技术可以应用到频谱分配中,以便更好的分配频率;关联分析可以应用到频管决策中,以便提高辅助决策的水平。

五、电磁环境复杂≠复杂电磁环境
电磁环境是一种客观存在,早已有之。从理论上讲,战场电磁环境日益复杂是战争形态由机械化战争向信息化战争演变的必然结果。信息化条件下,电子设备和信息化武器装备在战场上使用空前广泛,数量众多的电磁辐射体集结在一定的作战地域,敌方与己方的、对抗的与非对抗的各种电磁信号充斥于一定的作战空间,客观上就形成了一个密集错综、动态变幻的电磁环境,从而使战场电磁环境呈现出复杂化的态势。
当然,科学分析起来,形成复杂电磁环境的主要原因不外乎有两个方面:一是敌方的电磁干扰压制,己方的电子设备和信息化武器装备抗敌电磁干扰压制的能力低。二是己方的电子设备和信息化武器装备的电磁兼容性差、电磁频谱分配和管控不力,造成电磁信号的自扰或互扰现象严重。由此可见,信息化条件下战场上的电磁环境复杂绝不等于复杂电磁环境。
美、俄等世界主要国家正是基于这样的认识,都很重视从源头上解决电磁环境复杂的问题,防止战场电磁环境复杂演变为复杂电磁环境。一是注重从顶层制定电子设备和信息化武器装备的电磁兼容性与抗干扰、抗毁伤能力的技术指标。早在上世纪七八十年代,美、苏等国就制定了从电子元器件、零部件到坦克、飞机、舰船等电子设备和信息化武器装备的防电磁脉冲辐射能力和电磁兼容性的技术指标,并在交付部队前进行严格的验证考核。二是建立权威管理体系,加强对电磁频谱的科学分配和有效管控。美、苏等国在上世纪六十年代就设立了军地联合的权威机构,先后制定颁布了一系列频谱管理法规,形成了一整套电磁频谱的分配和管理规章。
防止和解决将“战场电磁环境复杂”演变为“战场复杂电磁环境”问题的有效之道很多,当务之急一是给电子设备和信息化武器装备罩上“金钟罩”,增强抗敌电磁干扰和电磁毁伤能力;二是增强武器装备和信息系统的电磁兼容性,以及严格电磁频谱的分配与管控,使它们在共同的电磁环境中能够和谐工作而不影响各自的功能、性能,消除电磁信号的自扰和互扰。
当前,强化复杂电磁环境下的军事训练已成为我军由传统训练模式向信息化条件下训练模式转变的重要抓手,必须下大力气抓好。但需要强调和引起足够重视的是,训练并不能解决“战场复杂电磁环境”的问题,要根除这一痼疾,必须采取果断措施从源头上解决电磁环境复杂的问题,否则,极易出现高新电子装备和信息化武器装备配发越多,电磁环境就会越复杂的尴尬局面。

关键字:嘉兆科技、测试测量

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