發布時間：2020-12-25所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：針對水中兵器試驗區域中復雜電磁環境對試驗的影響越來越大的現狀，深入分析了水中兵器試驗區域中復雜電磁環境的特性及其組成;論述了復雜電磁環境對水中兵器海上試驗的主要影響，在此基礎上有針對性地提出了具體應對策略，為提高水中兵器試驗適應復雜
摘 要：針對水中兵器試驗區域中復雜電磁環境對試驗的影響越來越大的現狀，深入分析了水中兵器試驗區域中復雜電磁環境的特性及其組成;論述了復雜電磁環境對水中兵器海上試驗的主要影響，在此基礎上有針對性地提出了具體應對策略，為提高水中兵器試驗適應復雜電磁環境的能力提供了一種切實可行的方法。
關鍵詞：水中兵器;電磁環境;電磁干擾;頻譜監測;信息化試驗
1 前言
隨著水中兵器信息化建設的不斷深入，現有大量新型通信、雷達、導航、測控等電子信息裝備陸續裝備水中兵器試驗裝備中。大量電子信息裝備集中于狹窄的空間內，使得試驗區域的電磁環境相對復雜，電子信息裝備間的相互干擾更加嚴重。盡管現在電子信息裝備具有一定的電磁兼容能力，但如果周圍電磁環境中出現了超出其接收機動態范圍或有高功率同頻強干擾信號，將會造成設備性能下降或設備毀壞，從而影響設備的工作穩定性和安全可靠性。因此復雜電磁環境對水中兵器試驗的影響研究已顯得越來越重要。本文通過對水中兵器試驗區域復雜電磁環境的研究，分析了其對水中兵器試驗產生的影響，并給出了相應的應對策略。
2 復雜電磁環境的特性
復雜電磁環境，主要是指在一定的空域、時域和頻域上，電磁信號縱橫交叉、連續交錯、密集重疊，功率分布參差不齊，對相應的電磁活動產生重大影響的電磁環境。主要特性：
空間上無影無形，無處不在。電磁輻射源來自太空、空中、海上、地面甚至海中，來自不同平臺和電子設備。
時間上動態變化，隨機性強。電子設備不同目的不同時間段的啟動，使得特定區域點的電磁信號在時間序列上表現出顯著差異，時而持續連貫，時而集中突發，時而保持靜默[2]。當水中兵器試驗任務開始后，各種電子信息裝備集中使用時，電磁輻射達到最大。
頻率上相互重疊，跨度很大。一方面電磁信號所占頻譜越來越寬，幾乎覆蓋了全部電磁信號頻段。另一方面，由于大氣衰減、電離層反射和吸收等傳播因素影響，在實際應用過程中，能夠使用的電磁頻譜只有有限范圍，這直接導致在某一特定頻率區間，電磁信號呈現密集重疊的現象。
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能量上強弱起伏，分布不均。能量密度是電磁輻射強度的一種表現形態。由于各種輻射傳播因素的存在，不同目的的需求使得空間的電磁信號能量不會均勻，在有些地方能量集中，可能很強，有些地方能量分散,可能很弱。在試驗區域這一點上，電磁輻射能量起伏相對較小，分布不均則比較常見，主要集中在特定功率上信號很強。
3 試驗區域復雜電磁環境的組成
對水中兵器試驗區域復雜電磁環境的組成分析，是認識、管控和規避對試驗產生影響的基礎。通常情況下，水中兵器試驗區域的復雜電磁環境主要由如下兩個方面組成：自然電磁輻射和電子信息裝備電磁輻射。
3.1 自然電磁輻射環境
自然電磁輻射環境是指自然電磁輻射所產生的電磁反應總和。常見的靜電、雷電、電子噪聲、地磁場、太陽黑子活動、宇宙射線、閃電和雷暴的電場等，都是自然電磁輻射的組成部分。它對水中兵器試驗區域上信息化裝備的性能和效用發揮以及試驗、警戒、通信活動產生重大影響。電離層、地理環境、氣象環境等各種輻射傳播媒介的存在會影響電磁波的衰減和吸收等，同樣對水中兵器試驗區域復雜電磁環境的組成與變化發揮著一定的作用。
3.2 電子信息裝備電磁輻射環境
水中兵器試驗區域電磁環境的主要組成部分是試驗船(艦)上雷達、通信、導航、測控電子信息裝備和各類試驗專用裝備等產生的電磁輻射。這些設備的種類、部署、工作狀態等直接影響了試驗區域的復雜電磁環境的形態。它們為了完成特定任務(有時為了達到復雜電磁環境下的武器系統考核、鑒定、訓練等目的而需要構造復雜電磁環境)而實施的向試驗區域發射電磁信號。這些電磁輻射源是可以人為控制的，它們對水中兵器試驗區域電磁環境的復雜程度起到了關鍵作用。另外一些敵特發射的干擾電磁信號、民用的岸基信號發射臺、大功率電機、切斷大電流電路時也會產生電磁干擾，對水中兵器試驗區域復雜電磁環境產生一定影響。
4 復雜電磁環境對試驗的影響
復雜電磁環境對水中兵器試驗來說，是一把“雙刃劍”，有時為了充分考察某型武器裝備的性能，需要構造復雜的電磁環境，而復雜的電磁環境又會影響各種試驗電子信息裝備的正常穩定運行，尋找這兩者的平衡點是需要的。復雜電磁環境對試驗的影響主要是：增加水中兵器試驗區域復雜電磁環境的認知難度和影響水中兵器試驗效能的充分發揮。
4.1 增加認知難度
在水中兵器試驗環境中，需要提高對試驗區域的電磁環境認知能力，以完成對試驗電子信息裝備的判斷能力，由于受到水中兵器試驗區域復雜電磁環境的影響，以目前的技術手段，要比較準確地認知水中兵器試驗區域復雜電磁環境有一定的難度。
4.2 影響試驗效能發揮
當進行某項試驗任務時，往往是在試驗平臺之間傳輸大量數據和大量指控命令下實施的，通常需要多種電子信息裝備同時參與工作，這些設備既有發射電磁信號的也有接收電磁信號的還有發射和接收電磁信號同時存在的，此時試驗區域的電磁環境也最為復雜，電子信息裝備受到的影響也最大。電子信息裝備受到的影響主要是部分電子信息裝備在研制和引進時沒有進行頻率和功率的協調，存在頻譜使用重疊，發生相互間電磁干擾情況;另外由于狹窄空間內的電子信息裝備部署過于密集，存在諧波、旁瓣和雜散輻射等，對相鄰電子信息裝備或系統產生多頻、多向干擾。復雜電磁環境還可以通過熱效應、電磁輻射場和浪涌效應、強電場效應和磁效應等對水中兵器試驗區域中電子信息裝備造成誤操作、功能失效甚至損壞。
4.3 影響試驗數據安全
試驗數據是水中兵器試驗過程產生的最原始資源，是試驗結果報告和對武器及系統做出鑒定結論的核心依據，其重要性毋庸置疑。某些數字通信設備以無線信道傳輸數據，電磁輻射中常含有重要的試驗涉密數據，如果電磁防護措施不到位，就有潛在的電磁泄密風險。一旦造成電磁泄密，為試驗數據安全帶來嚴重危險，也為試驗安全保密工作帶來極大威脅。因此試驗數據安全問題不容忽視，應采取有力措施予以應對。
5 應對策略
由于水中兵器信息化建設的不斷推進，水中兵器試驗環境、通信指揮手段和各種先進數據傳輸裝備等的引入給水中兵器試驗區域的電磁環境增加了不小的復雜程度。傳統主要依靠電子信息裝備自身的電磁兼容能力和試驗經驗來避免裝備受到復雜電磁環境的影響已經不能滿足水中兵器試驗的需要。在易變的水中兵器試驗區域的復雜電磁環境下，任何單一的措施和技術都不可能達到萬無一失，必須構建多層次、多種類的立體復雜電磁環境抗干擾體系，從底層入手加強電子信息裝備自身的防護與應變能力，充分利用各種手段保障水中兵器試驗電子信息裝備的正常運行和保障電子信息系統的暢通。可以從以下三個方面來降低水中兵器試驗區域的復雜電磁環境給試驗帶來的影響。
5.1 提高認知能力
提高水中兵器在復雜電磁環境下的試驗效能，關鍵在于指戰員對復雜電磁環境的認知程度與應對措施。為適應水中兵器試驗環境要素的巨大變化，需要提高對水中兵器試驗區域復雜電磁環境的認知能力。目前水中兵器試驗對復雜電磁環境的認知主要停留在對各類試驗專用裝備、船載電子信息裝備等的技術性能參數(如用頻范圍、發射功率等)的了解層面上，這種認識是比較低的，無法掌握在動態試驗環境下的復雜電磁環境的更多細節，更沒辦法通過技術、管理手段規避復雜電磁環境對試驗的影響。為了加強對復雜電磁環境的認知能力，我們可以采用先進的電磁頻譜監測系統和電磁頻譜分析決策系統。電磁頻譜監測系統可以采用船載式和便攜式，分別應用在固定試驗區域和活動試驗區域，工作頻率范圍：1.6MHz～26.5GHz，能夠滿足對整個試驗區域復雜電磁環境的監測，主要監測電磁信號的類型、頻率、強度和測向等等。電磁頻譜分析決策系統對電磁頻譜監測系統測得的電磁信號數據進行分析，建立參數模型，并在分析的基礎上，產生最優頻譜使用方案，為指揮員提供決策。這些設備的引入，可以為較好抑制試驗區域電子信息裝備受到復雜電磁環境的電磁干擾提供依據，進而達到優選裝備工作頻率，減少裝備間的干擾，或根據裝備間的干擾程度，進行有序使用，確保電子信息裝備高效工作的目的。只有全面認識和了解水中兵器試驗區域復雜電磁環境，才能充分發揮水中兵器的試驗效能。
5.2 電磁防御
5.2.1基本防御
加強對關鍵性試驗用頻專用裝備、船載用頻電子信息裝備頻率的保護，確保不泄露、不受外界敵特干擾地發揮其試驗效能。在試驗進程中使用無線電傳輸數據時要加密鑰，防止在傳輸過程中因為電磁信號輻射而造成試驗數據泄密。
在復雜電磁環境的干擾下，水中兵器試驗電子信息裝備原有戰技性能將有所降低，并影響電子信息裝備的互連互通。針對復雜電磁信號的干擾機理，從強化設備自身電磁兼容的角度出發，注重各種電子信息裝備的前期設計，如合理配置電路板線路、信號線電源線底線分開、使用屏蔽等等。
5.2.2策略防御
針對復雜電磁環境對水中兵器試驗的影響，在試驗進程中可以靈活運用多種技術上、戰術上的方法來抗電磁干擾。
瞬時通信。這是一種將處理、壓縮后的信息在極短時間內快速發出去的通信體制。對截獲和干擾而言，它是一種時域保護措施。其抗干擾原理就是使用較大的脈沖功率快速、短時、隨機發送信息，因此電磁信號不易被偵收，是一種有效的抗干擾措施。
跳頻通信。它是在一定頻率范圍內快速改變頻率，避開對方截獲與干擾的通信體制。為確保通信時發射頻率不斷快速變化，接收機都能準確地收到，收發設備的頻率變化按照某個跳變規律進行跳變。
擴頻通信。這種通信方式是將信息載體的頻率變為遠大于信息帶寬的通信方式。該技術可使電子信息裝備采用較低的信號功率頻譜進行通信，具有低截獲、難偵收、抗干擾的特點。通過將擴頻技術與跳頻技術、跳時技術等綜合使用，還可使通信系統的中心頻率在更寬的頻率范圍內進行跳變，并且獲得更寬的頻譜擴展，從而大大提高電子信息裝備在復雜電磁環境下的抗干擾能力。
糾錯編碼技術。它是抵抗因存在干擾而出現錯碼的技術，利用該技術可以發現數據在傳輸過程中的錯誤，進而糾正錯誤。因此，通過采用糾錯編碼技術可在一定程度上抗復雜電磁環境對數據通信帶來的干擾。糾錯編碼方法很多，主要有：前向糾錯法、反饋糾錯法和反饋前向糾錯法。應用比較多的有RS編碼、海明碼等等。
5.3 頻譜管理
加強信息化水中兵器對電磁頻譜的管理能力，信息化水中兵器在建設各類試驗、訓練、演練使用的電子信息裝備都要進行電磁頻譜技術指標和用頻審批，確保電磁頻譜使用的安全、有序。可以建立相應的電磁兼容分析數據庫，為全面實現水中兵器試驗環境電磁頻譜管理提供數據支持。
在試驗方案擬制時，要充分調研各參試電子信息裝備的頻譜參數情況，合理分配試驗區域中各電子信息裝備的頻率及使用位置，做到最優化管理，減少設備間的電磁干擾。在試驗進程中，要及時監測頻率，及時發現、查處可能干擾試驗正常進行的電磁干擾活動。
另外，還可以借助先進的動態頻譜分配技術、頻譜管理輔助決策技術及面向服務的頻譜管理技術等，以最終實現水中兵器試驗區域頻譜的按需分配、自適應共享和自同步使用。
6 結束語
復雜電磁環境是未來信息化水中兵器所要面臨的首要問題，目前最為迫切的是要提高對水中兵器試驗區域復雜電磁環境的認識，只有深入研究復雜電磁環境的特點規律，認清復雜電磁環境形成的原因，并認識到其對電子裝備可能造成的影響，才能設法避免或減小復雜電磁環境造成的影響，從而提高水中兵器試驗適應復雜電磁環境的能力。——論文作者：靳登攀 1，陳杰 2
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