复杂电磁环境的分析与建模

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

任何作战行动都在一定的空间和环境中进行。作战空间和作战环境是一个时代的科学技术、武器装备、作战方式和自然因素有机结合的产物。当今时代，信息技术的迅猛进展及其在军事领域的广泛应用，孕育了新的战争形态——信息化战争，信息化战争中，交战双方大量使用电子信息装备，不仅数量庞大、体制复杂、种类多样，而且功率大，在激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，以及己方大量使用电子设备引起的相互阻碍和干扰，造成在电磁信号时域上突发多变、空域上纵横交错、频域上拥挤重叠。即信息化战争开发了与陆海空天相并列的“第五维战争空间”——电磁空间，形成了与传统的社会、地理、气象、水文等并重的新的战场环境——战场电磁环境。随着军队信息化进程的加快，战场电磁环境日益复杂，电磁空间的斗争空前加剧，并对军事活动产生着深刻的阻碍。使得战场感知难、指挥操纵难、支援保障难以及信息化装备作战效能难。因此夺取制电磁权，成为夺取制信息权，进而夺取战争主动权的关键。深入研究复杂战场电磁环境，对掌握信息化战争的主动权，打赢信息化战争具有重要意义。

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1.2战场复杂电磁环境的相关研究现状

战场电磁环境关于世界而言依旧个全新的学科，各国关于战场电磁环境的认识与研究还有无限的提升的空间。美国国防部认为，电磁环境(EME)是存在于防护区内的一个或若干个射频场战场，在2009年指出战场电磁环境是军队、系统或平台在指定的作战环境中执行作战任务时，可能遇到的在不同频段辐射或传导的电磁发射体的功率与时刻分布的作用结果。前苏联军事百科全书中指出，电磁环境是阻碍无线电装置或其部件工作的电磁辐射环境。美、俄(苏)军方关于电磁环境概念的表述不仅限于一定区域内的电磁现象总和，更有时域、频域、空域、能量域“四域”特征方面的认识。我国对战场电磁环境相关问题的研究起步较晚，且战场电磁环境概念在学术界还未统一。其中具有代表性的观点是：战场电磁环境，确实是指在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的战场电磁环境。总的来讲复杂电磁环境能够理解为敌我双方所在的电磁空间冲突、对抗剧烈的战场电磁环境[1] [2]。

对战场电磁环境复杂性的认识既有客观的、共同的宏观度量标准，又可依照电子设备个体、电子设备群体、C4ISR(指指挥、操纵、通信、计算机、情报及监视与侦查)系统在复杂

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电磁环境下的作战效能而产生不同的、特定的度量标准。因此，战场电磁环境的复杂性包括客观复杂性和主观复杂性两大类。

(1)客观复杂性

战场电磁环境的一般复杂性或客观复杂性用于定量描述电磁环境客观的、共同的、宏观的特征，能对战场电磁环境的复杂性进行初步的可能。

(2)主观复杂性

主观复杂性是指战场电子设备个体、电子设备群体、C4ISR系统由于受到电磁环境的阻碍导致了作战效能下降，依据作战效能下降的程度，可得到它所面临的战场电磁环境复杂性的评价结论。

动态随机、冲突剧烈、纷繁复杂的战场电磁环境现象背后隐藏着战场电磁环境的深层内涵。深刻认识战场电磁环境需要全面正确地理解战场电磁环境内涵。其内涵有如下三点：战场电磁环境是战场环境的重要组成部分。战场电磁环境看不见、摸不着，但它客观存在，与陆海空天环境一样，是战场环境的重要组成部分。现今电磁空间逐渐成为战争角逐的焦点。电磁空间安全已上升到同国家海洋安全、太空安全同等重要的地位。

战场电磁环境复杂化进程加剧。当前，电子技术与信

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息技术的迅猛进展。大量电子信息装备不断涌现并装备部队。高新技术催生出一批新概念电磁武器，这促使战场电磁环境不断加速复杂化。

战场电磁环境对现代战争产生重大阻碍。大量电子信息装备应用于作战，使得战争的每一个进程几乎都离不开电子信息装备，从而造就了复杂的战场电磁环境。冲突、对抗剧烈、复杂的战场电磁环境反过来又阻碍了电子信息装备的作战性能，造成战场感知迷茫、指挥操纵紊乱、通信联络中断、行动效能失控，对整个战争产生了重大阻碍[3] [4]。

除上述的内涵以外，战场复杂电磁环境作为一个有多种因素相互阻碍作用，同时与外界有着能量、信息交换的复杂开放巨系统，它有着许多特性，在不同的时刻、地域、频段表现出的特性也不一样。其特性要紧有如下：

(1) 广袤而无形。战场电磁环境既看不见也摸不着，不被人直接感知，但它客观存在。一方面传递信息支援作战，另一方面又严峻阻碍着战争的每一个进程。

(2) 冲突对抗激烈。战场电磁环境冲突对抗剧烈是区不于其它电磁环境的显著标志，敌对双方都在电磁空间着力压制对方的电磁火力，战场电磁环境冲突与对抗日益加剧。

(3) 高度动态随机。当前，随着各种新电子信息技术、新调制体制的电磁信号不断出现，及武器装备平台机动性能

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进一步提升；各种自然或人为随机电波传播媒介因素的介入。所有这些因素相互作用、不断阻碍，使战场电磁环境表现为高度动态随机，战场电磁环境也更加复杂[5]。

在相关技术文献中提到的有关电磁环境复杂程度的参量指标有：环境噪声电平、频段占用度、时刻占用度、空间覆盖率、功率通量密度、信号场强、信号类型、频谱密度、干扰场强、脉冲流密度、信号密度等，但通常都用频段占用度、时刻占用度、空间覆盖率来评判电磁环境的复杂程度等级。

(1) 电磁环境门限

在相应频段工作的电子信息设备产生一定干扰的电磁环境信号功率密度谱的最小值，其大小依据国际电信联盟( ITU)推举的中国地区各频段背景噪声值高10 dB为基准。

(2) 频谱占用度

在一定时刻和空间范围内，电磁信号功率密度谱的平均值超过指定的电磁环境门限所占有的频带与作战用频范围的比值，用FO表示。

(3) 时刻占有度

在一定的空间和频率范围内，电磁环境的信号功率密度谱的平均值超过指定的电磁门限所占用的时刻长度与作战时刻段的比值，用TO表示。

(4) 空间覆盖率

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