战场电磁环境的基本概念

1 战场电磁环境的基本概念

电磁环境通常是指存在于给定场所电磁现象的

总和。战场电磁环境则是指一定的战场空间内对作

战有影响的电磁活动和现象的总和,即在一定的战

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

的电磁环境。

和战场其它诸多环境相比,电磁环境是战场环

境中更为重要的组成部分。战场电磁环境不仅是战

场上通信、雷达、计算机、光电设备的信号环境,而且

也是电子对抗的信号环境。由于电子信息化设备的

普及和使用,现代战场上电磁辐射源及电磁信号变

得高度密集,电磁辐射源多样,电磁辐射信号种类繁

多,导致电磁环境趋于复杂。此外,还有民用广播、电视、通信及雷达形成的电磁环境,都可能对战场电

磁环境产生重要影响。

战场电磁环境已经成为信息化战场区别于传统

战场的最突出标志。信息化条件下,战场环境突显

出电磁环境这一要素,对军队建设、国防建设及军事

斗争活动都将产生广泛而深刻的影响。2 战场电磁环境的基本构成

战场上诸多电子设备,特别是无线电通信、侦察

等设备,通过天线或其它辐射体把电能转换为电磁

能,然后向外传递,通常把这种过程或现象称为电磁

波辐射。产生电磁辐射的设备都可视为辐射电磁源。

通常辐射电磁源被分为自然辐射电磁源和人为

辐射电磁源,其电磁波辐射分别称为自然辐射和人

为辐射。根据战场电磁环境的性质和形成机理,一

般认为战场电磁环境主要由人为电磁辐射、自然电

磁辐射和辐射传输因素3个部分组成。2. 1 人为电磁辐射

人为电磁辐射是由人工操控条件下各种电子或

其它电器设备向空间发射电磁能量的电磁辐射。它

是战场电磁环境的主体,包括有意电磁辐射和无意

电磁辐射。

2. 1. 1 有意电磁辐射

有意电磁辐射是为着特定的电磁活动目的而人

为向空中特定区域发生的电磁辐射,通常通过天线

向外辐射。有意电磁辐射源主要包括通信设备、雷

达、光电设备、制导设备、导航设备、敌我识别系统、

测控系统、电子干扰系统、无线电引信,以及广播电

视设备等。

有意电磁辐射源的部署位置、工作状态及战术运用规律等都会对战场环境和电磁态势产生影响,

作战的指挥者必须掌握战场上敌我双方以及民用辐

射电磁源的配置情况,这样不仅可以预测己方电磁

信号情况,有针对性地调整己方电子设备的部署,制

定合理的作战方案。还可通过查找敌方辐射源的密

集区和信息交换的频繁区,判断敌方通信、指挥中枢

等情况,进而确定作战尤其是电子对抗行动的主要

方向。

在现代战争中,就己方而言,电磁辐射源已相当

密集,所形成的电磁环境已相当复杂。例如一个师部署的典型地域面积为(50 ×60) km2 ,地域内通信

电台的数量可达3000 部,由于电台部署的不均匀

性,使得一些地域电台的数量可达每平方公里几十

部[ 1 ] 。通常情况下,人为电磁辐射源又需组合工

作,由若干通信台站、通信枢纽、传输信道或通信干

扰设备等组成通信类辐射源的组网。当然,在电磁

环境中,重点关注的无线网,其结构复杂,基本覆盖

了整个战场地域和空间。指挥员所关注的是网络的

相对稳定性、计划性。尤其是战场无线电通信频谱

的有效管理,是战场电磁环境的构成基础。事实上,

战场上雷达类设备组网后的电磁辐射往往是战场电

磁环境构成的主体,这样就对战场电磁环境产生十

分复杂的影响。2. 1. 2 无意电磁辐射

无意电磁辐射是电子或电器设备在工作时非期

望的电磁辐射,是无意且没有任何目的性的,它一般

不通过天线辐射,是人们所不需要的一种电磁辐射。

包括:计算机、家用电器、医疗器械等电磁辐射;电气

化铁路、汽车发动机、电动机产生的辐射;传导电磁

辐射,例如电力线辐射、变压器辐射等;工频交变电

磁场,例如在大功率电机、变压器以及电力线等附近

的电磁场,它以电磁波形式向外辐射的场强虽不大,

但在近场区会产生严重电磁干扰;脉冲放电,例如在

切断大电流电路时产生火花放电,其瞬时电流变化

率很大,会产生很强的电磁干扰。

由于信息社会对电磁信息的依赖程度加大,各

种无意电磁辐射会越来越多,对战场电磁环境也将

带来越来越严重的影响。尤其武器装备由于电磁兼

容特性不良所产生的无意电磁辐射不容忽略,这些

无意电磁辐射将使得电磁环境更加复杂。人为电磁辐射是21世纪电磁环境科学领域面

临的重大问题。有关专家曾经预言,随着电子、通

信、计算机、汽车与电器设备等大量进入城市和家

庭,城市空间人为电磁能量每年增长7% ～14% ,也

就是说在25年之内,环境电磁能量会增加25倍, 50

年内会增加700倍[ 1 ] 。因此, 21世纪的城市电磁环

境会变得更加复杂与恶化,也使得未来战场的电磁

环境越来越复杂。

2. 2 自然电磁辐射

自然电磁辐射是非人为因素产生的电磁波辐

射。在自然电磁环境中,静电、雷电和地磁场等自然辐射是几种最主要的电磁辐射。

静电是自然环境中最普遍的电磁辐射源。特别

是干燥地区,物体所带的静电可能会达数千伏,静电

的潜在危害无处不在。静电场的强度取决于充电物

体上的电荷数量和与它的电荷量不同的物体之间的

距离。如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的

电压超过元件的击穿强度,元件就会造成损坏。静

电放电脉冲的能量还可以产生局部发热,使半导体

器件熔断损坏。

雷电是自然界中最为强烈的一种瞬间电磁辐

射。雷电发生在从对流层以下大气层范围直至地表

之下的整个空间范围内,雷电对电磁环境的影响是

全方位的。雷电对电子信息系统和武器系统的影响

分为直击雷与电磁脉冲的两种损害,雷电电磁脉冲

记为LEMP (即Lightning Electromegnetic Pulse) 。直

击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的

放电现象,直击雷防护通常采用设置避雷针的办法。与直击雷造成的损害相比,电磁脉冲所引起的新技

术设备的损坏可能会更严重。无论是闪电在空间的

先导通道或回击通道中产生的迅变电磁场,还是闪

电通过避雷系统以后所产生的迅变电磁场,都会在

空间一定范围内产生电磁作用。它可以是电磁感应

作用,其值可用法拉第电磁感应定律确定,也可以是

脉冲电磁辐射。它在三维空间范围内将对一切电子

设备发生作用,既可以对闭合的金属回路产生感应

电流,也可以在不闭合的导体回路产生感应电动势,

且由于其迅变时间极短,感应电压会很高。

现代军事电子信息系统和武器系统都采用大量

微电子技术,在现代超大规模集成电路(VLSI)中,

数十万元件集成在一个小小的芯片上。它的能耗极

小、灵敏度极高、体积很小,使得LEMP足以对它发

生作用,甚至毁坏它。据文献[ 2 ]介绍:当雷电电磁

场脉冲超过0. 07 Gs时就会引起微机失效;当雷电

电磁场脉冲超过2. 4 Gs时,集成电路将发生永久性

损坏,电子信息系统和武器系统大量采用VLSI,使

得系统被损坏的概率极大增加。

自然界电磁辐射源的种类还非常多,除了上述

静电、雷电之外,还有电子噪声、大地表面磁场与电

场、宇宙辐射和太阳活动引起的电场等。

2. 3 辐射传播因素

辐射传播因素是电磁环境的重要构成要素,它对人为电磁辐射和自然电磁辐射都