一、電磁頻譜的特性
電磁頻譜,指的是電磁波按照頻率或波長分段排列所形成的結(jié)構(gòu)譜系。
1·是具有國家主權(quán)性。
電磁頻譜是目前人類唯一理想的無線信息傳輸媒介,屬于國家所有,與土地、森林、礦藏等資源一樣,既是一種稀缺的自然資源,也是決定國家發(fā)展和戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要戰(zhàn)略資源。電磁頻譜資源對人類的影響,就像水和太陽一樣不可或缺。我國《物權(quán)法》的第46條至52條,分別規(guī)定了礦藏、土地、森林、野生動植物、頻譜、文物、國防資產(chǎn)的國有屬性,體現(xiàn)了電磁頻譜領(lǐng)域的國家主權(quán)性。其中第50條單獨明確規(guī)定,“無線電頻譜資源屬于國家所有”。頻譜資源的國有屬性這一條是完全單列的,13個字單獨成條在我國的法律中還不多見。
2·是具有資源的無限性和使用的有限性。
理論上電磁頻譜是覆蓋0至無窮大赫茲的一種特殊自然資源。按照頻率由低到高的順序,包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、伽瑪(γ)射線和宇宙射線。一般意義上,國際電信聯(lián)盟規(guī)劃的可以利用電磁頻譜范圍為10kHz-400GHz,低于這一范圍進入音頻,高于這一范圍進入光波的范圍。但受目前信息技術(shù)水平的限制,可供人類開發(fā)和使用的頻譜只占資源總量的68%。其中,3GHz以下最優(yōu)頻譜,應(yīng)用趨于飽和,發(fā)展空間受限,我軍72%以上的用頻武器裝備和國家78%以上的民用無線電設(shè)備,都集中在3GHz以下,用頻矛盾十分突出;3GHz-10GHz的好用頻譜,應(yīng)用更廣泛,競爭更趨激烈;10GHz-60GHz的可用頻譜,技術(shù)日趨成熟,搶占優(yōu)先使用權(quán)的趨勢更加明顯;60GHz以上待開發(fā)頻譜,開發(fā)利用受技術(shù)和元器件的限制,亟待突破;衛(wèi)星頻率軌道資源的好用頻率瓜分殆盡,“黃金導(dǎo)航頻率”的80%已被美國和俄羅斯率先搶占。
3·是具有商業(yè)價值屬性。
英國政府在其發(fā)布的《21世紀(jì)的頻譜管理》白皮書中,明確提出引入頻譜定價、頻譜拍賣、頻譜貿(mào)易等手段,激勵頻譜資源的高效利用和新技術(shù)的研發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計,1995年至2011年間,美、英、德、法、韓等國為發(fā)展第三代、第四代移動通信網(wǎng)絡(luò),所拍賣的頻譜價值共計約1300億美元。同時,有研究采用(柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù))實證分析方法,通過對我國1999年至2005年的數(shù)據(jù)進行分析后,測算出頻譜投入對我國GDP增長率的貢獻(xiàn)高達(dá)6.3%,頻譜資源投入對經(jīng)濟增長的貢獻(xiàn)率則達(dá)到4.61%,已經(jīng)超過人力資本對經(jīng)濟增長的貢獻(xiàn)率。
4·是具有“三域”分割的特性。
目前,除了航空無線電導(dǎo)航、遇險搜救、射電天文等業(yè)務(wù)用頻屬于“專屬專用”的保障方式外,其他約90%以上的頻段都由多種無線電業(yè)務(wù)共用,之所以能夠共用,主要由于電磁頻譜具有空間域、時間域、頻率域的三維特性。當(dāng)多種用頻武器裝備密集部署時,電磁波在空域上縱橫交錯、時域上動態(tài)變化、頻域上密集交錯,“三域”重疊問題就很難避免,容易導(dǎo)致用頻裝備電磁通道“撞車打架”,產(chǎn)生自擾、互擾,也容易受到干擾。但三域中只要有一域區(qū)分好,用頻武器裝備之間也就不會干擾。可以通過區(qū)分使用時段的方法,制定頻譜管制計劃,從時域?qū)用姹苊飧蓴_;可以通過拉開間隔距離的方法,制定部隊(裝備)的部署計劃,從空域?qū)用姹苊飧蓴_;可以通過劃分、規(guī)劃、分配和指配頻率的方法,制定用頻方案,從頻域?qū)用姹苊飧蓴_。
5·是具有開放性。
電磁波無疆無界,看不見,摸不著,跳動于無形空間,滲透在每個角落。電磁頻譜資源為人類共同擁有,國際共用、軍地共用、敵我共用,只要符合國際的劃分規(guī)定就可以,人們把它概括為電波傳播無國界。電磁輻射源可以來自太空、空中、海上、地面、海中,來自我方和敵方,來自軍用和民用,來自不同平臺和設(shè)備,各類用頻武器裝備易受自擾互擾、有意干擾或無意干擾,這就帶來了復(fù)雜的電磁環(huán)境。
6·是電磁環(huán)境是否復(fù)雜具有相對性。
復(fù)雜電磁環(huán)境是指在一定的空間域、時間域和頻率域上,多種電磁信號同時存在,對武器裝備運用和作戰(zhàn)行動產(chǎn)生一定影響的電磁環(huán)境。電磁環(huán)境可以是簡單的,也可以是復(fù)雜的。簡單的電磁環(huán)境對用頻裝備A的影響可能是簡單的,但對用頻裝備B的影響就可能是復(fù)雜的。因而“復(fù)雜電磁環(huán)境”中的“復(fù)雜”是對電磁環(huán)境的一種相對描述,是人們對電磁環(huán)境的一種主觀認(rèn)識程度。通常將造成下述兩種情況的的電磁環(huán)境稱為復(fù)雜電磁環(huán)境。一是敵方的電磁干擾壓制,己方的電子信息裝備抗敵電磁干擾壓制的能力弱;二是己方的電子信息裝備的電磁兼容性差,電磁管控不力。如果用頻裝備的作戰(zhàn)效能不會因為電磁環(huán)境的影響而下降,這時的電磁環(huán)境就不應(yīng)該稱為復(fù)雜電磁環(huán)境。所以,從本質(zhì)上來說,復(fù)雜電磁環(huán)境未必“復(fù)雜”,我們不應(yīng)該糾結(jié)于電磁環(huán)境怎么復(fù)雜,更應(yīng)該研究電子信息裝備在戰(zhàn)場電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。
7·是具有可控性。
電磁頻譜資源存在于作戰(zhàn)的全時空,作用于戰(zhàn)爭的全要素,貫穿于作戰(zhàn)的全過程。頻段越來越擁擠,頻譜需求越旺盛,頻譜資源供需矛盾的現(xiàn)象越來越突出。我們可以通過“開源節(jié)流”的方式緩解上述矛盾,開源是通過采用先進信號傳輸技術(shù)、提高用頻設(shè)備工藝水平等手段,推動電子信息裝備在高頻段的應(yīng)用,并加大我軍在國際上的競爭能力,搶占衛(wèi)星頻軌資源;節(jié)流是前端做好頻譜資源規(guī)劃,統(tǒng)籌管理好頻譜資源的使用,后端對在用和退役裝備節(jié)余下來的頻譜資源進行重新規(guī)劃。其中,美國提出的頻譜碎片整理技術(shù),歐洲開發(fā)的“頻譜池”技術(shù),都是將不連續(xù)的頻譜資源收集整合,提高頻譜的使用效益。
二、對電磁頻譜重要性描述
(1)頻譜和子彈一樣重要。
(2)21世紀(jì)將是頻譜戰(zhàn)的時代。
(3)頻譜是一種無形的戰(zhàn)斗力,并且是可與火力機動力相提并論的新型戰(zhàn)斗力。
(4)電磁頻譜將是唯一能支持機動作戰(zhàn)、分散作戰(zhàn)和高強度作戰(zhàn)的重要載體,是未來戰(zhàn)場上影響戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要因素。
(5)通過支持各類用頻裝備,電磁頻譜已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭打通遠(yuǎn)程機動作戰(zhàn)行動“情報鏈、指揮鏈、打擊鏈、保障鏈”回路的唯一媒質(zhì),進而達(dá)成遠(yuǎn)程決策、實時指揮、臨機處置的作戰(zhàn)目的。
(6)3GHz以下最優(yōu)頻譜,應(yīng)用趨于飽和,發(fā)展空間受限;3GHz-10GHz的好用頻譜,應(yīng)用更廣泛,競爭更趨激烈;10GHz-60GHz的可用頻譜,技術(shù)日趨成熟,搶占優(yōu)先使用權(quán)的趨勢更加明顯;60GHz以上待開發(fā)頻譜,期待新的突破。如,我國公眾移動通信的頻譜需求要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還需增加1600MHz,并且都基本集中在5GHz以下,對我軍相關(guān)頻段的用頻裝備影響將會更加突出。
(7)電磁波是什么?電磁頻譜又是什么?物理世界有這樣一種奇特的現(xiàn)象,交變電流在周圍空間會產(chǎn)生交變磁場,變化的電場和磁場相互聯(lián)系,形成了交變的電磁場,并能脫離其產(chǎn)生的波源向遠(yuǎn)處傳播,這種在空間以一定速度傳播的交變電磁場就是電磁波。
(8)電磁頻譜是目前人類唯一的無線信息傳輸媒介,屬于國家所有,與土地、森林、礦藏等資源一樣,既是一種稀缺的自然資源,也是決定國家發(fā)展和戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要戰(zhàn)略資源。電磁頻譜資源對人類的影響,就像水和太陽一樣不可或缺。
(9)電磁頻譜是支撐作戰(zhàn)必須的戰(zhàn)略資源,其存于無形,輕于無量,是信息化戰(zhàn)爭之魂。電磁頻譜資源存在于作戰(zhàn)的全時空,作用于戰(zhàn)爭的全要素,貫穿于作戰(zhàn)的全過程。可以說,未來信息化作戰(zhàn),誰贏得了制電磁權(quán),誰就掌握了戰(zhàn)場的主動權(quán)。
(10)美國前參謀長聯(lián)席會議主席托馬斯·穆勒曾說:“如果發(fā)生第三次世界大戰(zhàn),獲勝者必將是最善于控制和運用電磁頻譜的一方。
(11)電磁頻譜在經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使其逐漸從后臺走向前臺,世界范圍內(nèi)的頻譜和衛(wèi)星軌道資源爭奪日益激烈,電磁空間成為各方搏殺的主要戰(zhàn)場。各國競相完善相關(guān)法規(guī),最大限度地維護本國的電磁頻譜空間利益,極力推進電磁頻譜資源市場化和國際化。美國人講:“頻譜是一個國家的主權(quán)。”
(12)面對頻譜資源競爭日益激烈的嚴(yán)峻形勢,中央軍委指出:“時代的進步和我國的發(fā)展,使我們的國家安全利益逐漸超出傳統(tǒng)的領(lǐng)土、領(lǐng)海、領(lǐng)空范圍,不斷向海洋、太空、電磁空間擴展和延伸。太空安全、海洋安全、電磁空間安全,已成為國家安全的重要領(lǐng)域。”
(13)目前,世界用頻業(yè)務(wù)需求膨脹,頻譜資源緊張,思科Visual Networking Index(VNI)研究報告指出:“由于具備移動互聯(lián)網(wǎng)功能的移動產(chǎn)品的視頻應(yīng)用和相關(guān)服務(wù)日趨普及,2015年的全球移動數(shù)據(jù)流量比2010年上升26倍,達(dá)到每月6.3EB(exabyte,艾字節(jié),1EB=2的60次方byte)或每年75EB。”
三、頻譜與裝備之間關(guān)系的重要性描述
(1)二戰(zhàn)期間,英國憑借使用短波頻段的“本土鏈”雷達(dá)贏得了20分鐘寶貴的空襲預(yù)警時間,以約900架戰(zhàn)機擊潰了德國2600架戰(zhàn)機的瘋狂進攻。
(2)甚低頻、極低頻通信技術(shù)的應(yīng)用,使?jié)撏茉趲资⑸习倜咨畹乃陆邮罩噶睿岣吡藵撏У碾[蔽性和戰(zhàn)斗力。1972年,美軍在遠(yuǎn)隔4600公里的距離上,實現(xiàn)了與水下120米深處的核潛艇通信。據(jù)了解,美軍目前的3kHz以下極低頻技術(shù),可達(dá)成水下400米深的對潛通信。
(3)1991年,美軍在海灣戰(zhàn)爭中向伊拉克發(fā)射了一枚配備非核爆電磁脈沖彈頭的戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈,攻擊了伊拉克防空指揮中心的電子系統(tǒng)。1999年,美軍在對南聯(lián)盟的轟炸中,使用了尚在試驗中的電磁微波武器,癱瘓南通信設(shè)施3個多小時。2003年,美軍又用電磁脈沖彈空襲了伊拉克國家電視臺,造成其轉(zhuǎn)播信號中斷。
(4)2011年的5月,美軍擊殺本·拉登的“海王星之矛”行動就是電磁頻譜支撐現(xiàn)代作戰(zhàn)的一個經(jīng)典例證。此次行動,由美軍阿富汗賈拉拉巴德的聯(lián)合行動中心,通過衛(wèi)星通信指揮海豹突擊隊實施,在距白宮萬里之遙的巴基斯坦阿伯塔巴德,無人機將突擊隊的行動過程視頻通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)回傳白宮情況室、五角大樓指揮中心和聯(lián)合行動中心。海豹第6小隊隊長利用超短波單兵電臺現(xiàn)場指揮,最終達(dá)成作戰(zhàn)目的。需要說明的是,每個海豹突擊隊員的通信裝備是“陸地勇士”單兵系統(tǒng),使用甚高頻、特高頻頻段,與特戰(zhàn)空勤團、聯(lián)合行動中心之間進行作戰(zhàn)協(xié)同、態(tài)勢分發(fā)和情報共享,其他武器系統(tǒng)加裝熱成像儀、數(shù)字?jǐn)z像機、激光測距瞄準(zhǔn)器等用頻設(shè)備,工作頻段已突破無線電頻譜3000吉赫茲的上限,支持自動解算彈道、自動填裝靈敏彈藥、自動跟蹤瞄準(zhǔn),進而選擇動能殺傷或凌空爆破殺傷等打擊手段。
(5)英阿馬島之戰(zhàn),號稱英海戰(zhàn)利器和艦隊驕傲象征的“謝菲爾德”號巡洋艦,因衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)互不兼容,只能輪流開機工作,被阿根廷“超級軍旗”飛機抓住戰(zhàn)機,發(fā)射“飛魚”式導(dǎo)彈所擊沉。
(6)第5次中東戰(zhàn)爭,以色列利用事先截獲的敘利亞軍隊雷達(dá)和“薩姆”導(dǎo)彈發(fā)射的頻譜參數(shù),作戰(zhàn)中,僅用6分鐘就將其駐守在貝卡谷地的19個“薩姆”防空導(dǎo)彈陣地徹底摧毀。
(7)2011年12月,伊朗采用首先干擾壓制RQ-170隱身無人偵察機測控鏈路,迫其轉(zhuǎn)入依賴衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自主飛行,然后對機載衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備實施位置欺騙,誘導(dǎo)其落于伊朗境內(nèi)。
四、電磁頻譜管理的重要性描述
(1)1967年,美軍“福萊斯特”航母在執(zhí)行某次軍事任務(wù)時,艦載F-4“鬼怪”式戰(zhàn)機受該艦雷達(dá)波束照射干擾,飛機懸掛的空地火箭彈被意外點火發(fā)射,擊中艦上1架A-4“天鷹”式攻擊機的副油箱,導(dǎo)致一系列連鎖爆炸,造成134人喪生、64人重傷、27架飛機損毀。
(2)1980年4月,美派聯(lián)合特遣部隊和當(dāng)?shù)貏e動隊共同執(zhí)行營救駐伊大使館人質(zhì)任務(wù)。在其撤離途中,由于和別動隊的通信設(shè)備(調(diào)頻電臺)互不兼容,用頻協(xié)同失誤,造成1架直升機與運輸機相撞,亡8人、損失2億美元,對卡特政府打擊沉重。
(3)未來的戰(zhàn)場頻譜規(guī)劃系統(tǒng)主要有以下幾個方面的發(fā)展趨勢。一是覆蓋全維度,實現(xiàn)全方位、全頻段、全要素的作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃。二是嵌入聯(lián)合作戰(zhàn)全過程,強調(diào)頻譜輔助作戰(zhàn)決策。要求作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃與聯(lián)合作戰(zhàn)體系相融合,進入作戰(zhàn)指揮員“視野之內(nèi)”,能像指揮控制火力使用一樣組織管理電磁頻譜的使用,能通過創(chuàng)新的頻譜分析手段和方式為聯(lián)合指揮人員提供戰(zhàn)場頻譜決策支持信息,提升戰(zhàn)場電磁空間的籌劃、指揮及協(xié)同能力。三是突出多兵種聯(lián)合作戰(zhàn),強化用頻協(xié)同運用。要求作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃能同時應(yīng)用于作戰(zhàn)、通信、情報、電抗、技偵、氣象水文等部門,服務(wù)于各軍種,解決各部門和各軍種之間的用頻協(xié)調(diào)問題,改變傳統(tǒng)的專屬專用和條塊切割的頻率保障方式,精確開展用頻籌劃,高效組織用頻協(xié)同,提高頻譜資源使用效率。四是強調(diào)數(shù)據(jù)先行,實現(xiàn)動態(tài)和實時的作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃。要求作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃能依托精細(xì)化的頻譜數(shù)據(jù)、模型、知識,通過實時分析和比對,能及時主動地發(fā)現(xiàn)潛在頻率沖突和干擾,利用靈活的規(guī)則和策略來動態(tài)調(diào)整部隊用頻,避免沖突和干擾,保障作戰(zhàn)行動實施。五是強化技術(shù)研究,體現(xiàn)自動化和智能化的作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃。要求作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃能結(jié)合現(xiàn)有云計算、數(shù)據(jù)挖掘、人機結(jié)合智能決策技術(shù)、可視化推演分析等新技術(shù),實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集、智能化決策分析,使未來的作戰(zhàn)頻譜規(guī)劃系統(tǒng)操作更簡便、功能更強大、保障更簡單。
(4)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在頻管工程應(yīng)用中包含以下幾個方面:數(shù)據(jù)特征化可以應(yīng)用到信號分析中,便于技術(shù)人員更好的分析信號;分類技術(shù)可以應(yīng)用到頻譜監(jiān)測中,以便更好的查找干擾;聚類技術(shù)可以應(yīng)用到頻譜分配中,以便更好的分配頻率;關(guān)聯(lián)分析可以應(yīng)用到頻管決策中,以便提高輔助決策的水平。
五、電磁環(huán)境復(fù)雜≠復(fù)雜電磁環(huán)境
電磁環(huán)境是一種客觀存在,早已有之。從理論上講,戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜是戰(zhàn)爭形態(tài)由機械化戰(zhàn)爭向信息化戰(zhàn)爭演變的必然結(jié)果。信息化條件下,電子設(shè)備和信息化武器裝備在戰(zhàn)場上使用空前廣泛,數(shù)量眾多的電磁輻射體集結(jié)在一定的作戰(zhàn)地域,敵方與己方的、對抗的與非對抗的各種電磁信號充斥于一定的作戰(zhàn)空間,客觀上就形成了一個密集錯綜、動態(tài)變幻的電磁環(huán)境,從而使戰(zhàn)場電磁環(huán)境呈現(xiàn)出復(fù)雜化的態(tài)勢。
當(dāng)然,科學(xué)分析起來,形成復(fù)雜電磁環(huán)境的主要原因不外乎有兩個方面:一是敵方的電磁干擾壓制,己方的電子設(shè)備和信息化武器裝備抗敵電磁干擾壓制的能力低。二是己方的電子設(shè)備和信息化武器裝備的電磁兼容性差、電磁頻譜分配和管控不力,造成電磁信號的自擾或互擾現(xiàn)象嚴(yán)重。由此可見,信息化條件下戰(zhàn)場上的電磁環(huán)境復(fù)雜絕不等于復(fù)雜電磁環(huán)境。
美、俄等世界主要國家正是基于這樣的認(rèn)識,都很重視從源頭上解決電磁環(huán)境復(fù)雜的問題,防止戰(zhàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜演變?yōu)閺?fù)雜電磁環(huán)境。一是注重從頂層制定電子設(shè)備和信息化武器裝備的電磁兼容性與抗干擾、抗毀傷能力的技術(shù)指標(biāo)。早在上世紀(jì)七八十年代,美、蘇等國就制定了從電子元器件、零部件到坦克、飛機、艦船等電子設(shè)備和信息化武器裝備的防電磁脈沖輻射能力和電磁兼容性的技術(shù)指標(biāo),并在交付部隊前進行嚴(yán)格的驗證考核。二是建立權(quán)威管理體系,加強對電磁頻譜的科學(xué)分配和有效管控。美、蘇等國在上世紀(jì)六十年代就設(shè)立了軍地聯(lián)合的權(quán)威機構(gòu),先后制定頒布了一系列頻譜管理法規(guī),形成了一整套電磁頻譜的分配和管理規(guī)章。
防止和解決將“戰(zhàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜”演變?yōu)椤皯?zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境”問題的有效之道很多,當(dāng)務(wù)之急一是給電子設(shè)備和信息化武器裝備罩上“金鐘罩”,增強抗敵電磁干擾和電磁毀傷能力;二是增強武器裝備和信息系統(tǒng)的電磁兼容性,以及嚴(yán)格電磁頻譜的分配與管控,使它們在共同的電磁環(huán)境中能夠和諧工作而不影響各自的功能、性能,消除電磁信號的自擾和互擾。
當(dāng)前,強化復(fù)雜電磁環(huán)境下的軍事訓(xùn)練已成為我軍由傳統(tǒng)訓(xùn)練模式向信息化條件下訓(xùn)練模式轉(zhuǎn)變的重要抓手,必須下大力氣抓好。但需要強調(diào)和引起足夠重視的是,訓(xùn)練并不能解決“戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境”的問題,要根除這一痼疾,必須采取果斷措施從源頭上解決電磁環(huán)境復(fù)雜的問題,否則,極易出現(xiàn)高新電子裝備和信息化武器裝備配發(fā)越多,電磁環(huán)境就會越復(fù)雜的尷尬局面。
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