战场电磁环境的基本概念.docVIP

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会发生作用,从而改变电磁环境的形态。它主要包括:电离层、地理环境、气象环境以及人为因素构成的各种传播媒介。3战场电磁环境构成的复杂性分析信息化作战作为一种全新的作战方式,其战场较量方式是以信息化战场为依托,以战场电子信息系统、武器系统、支援保障系统为支撑构成的作战体系间的整体较量。信息化战场上,围绕电磁频谱的控制和利用而形成的制电磁权,已经成为作战双方激烈争夺的新的战争“制高点”。充分认识复杂电磁环境对作战的影响,合理运用己方的电子信息武器,构建有利于己而不利于敌的复杂电磁环境,是夺取制电磁权乃至夺取战争主动权的前提和基础。频谱是电磁信号在频域的表现形态。一方面由于信息技术的迅猛发展和电子信息装备的大量使用,战场上电磁信号越来越多,所占频谱越来越宽,几乎覆盖了全部电磁信号频段。另一方面,由于大气衰减、电离层反射和吸收等传播因素影响,在实际应用过程中,能够使用的电磁频谱范围有限,军用频段更少,在某一局部频率区间,电磁信号呈现密集重叠的现象。如雷达频段通常在3MHz300 GHz,但实际装备只在有限的不连续的频率区间内工作,并非覆盖整个雷达频段。所有这一切都使得己方的电磁环境已相当复杂,必须有严格的无线电频谱管理才行。现代战争利用先进的信息技术,通过计算机和通信网,把战场所有战斗单元同指控系统和国家的信息基础设施联结成一个电子信息网络(即通常所说的“指挥自动化系统”或“自动化作战指挥系统”,简称“C4 ISR 系统”) ,充分而及时地获取、传输、处理和共享所需信息,使指挥更加便捷通畅,大大提高各战斗单元的战斗力, 体现联合作战的巨大威力 3 。与此同时,电磁环境覆盖的地域和空间范围进一步延伸和扩大。在整个战场上,我军各种通信系统、雷达系统、光电系统、武器控制与制导系统、电子对抗系统等门类繁多的电子信息设备和系统已渗透到各兵种部队,它们的使用能对整体作战能力发挥重要作用,成为高效发挥军队战斗力整体效能的“聚合剂”和“倍增器” 4 。然而,电子信息网络和电子设备与系统,只有首先使其适应战场电磁环境,才能发挥其自身作用。因此,既要考虑通信电磁环境,又要考虑雷达和光电等电磁环境;既要考虑信息系统工作,又要考虑武器系统的电磁环境;既要考虑电子信息系统的正常工作,还要考虑其相互影响,相互制约的情况。使所有电子信息系统和武器系统的分系统和设备之间具有良好的电磁兼容性。电子对抗系统运用于军事领域,使战场电磁环境呈现出显著的对抗性特征。战场电磁环境信息和战场态势密不可分,是纷繁复杂动态多变的。而所有的电子对抗行为,都是通过战场电磁环境实现的。以美国为例,每次战争前总是使用侦察卫星、侦察飞机、侦察船和分布在世界各地的侦察站,对对方的军事目标、通信枢纽、指控中心、雷达阵地、机场和港口等进行详细的侦察和定位,为远距离精确轰炸和导弹打击提供准确的坐标数据。在随后的每次军事行动中,又以电子战飞机、反辐射武器和其它电子战手段,进行长时间压制干扰,并配以信息欺骗,严重破坏以至瘫痪敌对方的指控体制、防空系统和通信设施,牢牢控制着战场复杂电磁环境下的“制电磁频谱权”。电子战作为一种重要的电子信息装备和作战手段,不仅拉开每场战争的序幕,而且贯穿战争始终,成为赢得战争的重要因素。战场上大量的电磁信号是在人为控制下产生的,或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此,在不同的作战时间,交战双方因作战目的不同,所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化,其变化的方式难以预测。从时间域上看,有时表现为相对静默,有时表现为非常密集。时间密集的电磁信号环境是现代战场电磁环境的显著特征。能量密度也是电磁辐射强度的一种表现形态。因电磁波传播因素的影响,战场空间的电磁信号能量不均匀,在有些地方能量集中,可能很强,有些地方能量分散,可能很弱。电磁能量密度的高低直接决定着对电子设备的影响程度。如强烈电子干扰可以使雷达迷茫,通信中断,连续强激光照射可以使光电探测器烧毁。目前美军正积极利用电磁能发展高功率微波武器、电磁脉冲弹、高能激光武器等。在现代战争条件下,电子信息系统易受到电磁炸弹( E - bomb)的打击。电磁炸弹是一种爆炸时产生强电磁脉辐射的炸弹,此电磁辐射具有持续时间短、电磁能量高度集中的特点 5 。它通常可用炮弹、战术导弹运载或空投等方式将电磁炸弹掷向目标附近爆炸。电磁炸弹根据产生电磁脉冲的频段分为两类:一类是辐射的电磁波在微波波段称为微波弹,这种炸弹由飞机投放或由导弹发射出去,在空中爆炸后,能烧毁某一区域内的电子器件,爆炸时释放的大能量电磁脉冲还能扰乱人的大脑神经系统,使人暂时失去知觉;另一类是辐射的频谱较宽(含微波) ,称为电磁脉冲弹,它是一种以增强核爆炸电磁脉冲破坏效应为主要特征的武器,也是一种新兴的电磁压制武器,可用于战略、战役纵深对电子设备的压制。电磁炸弹的主要特点有:具有全天候作战能力,具有“非致命”和“致命”的双重性;能杀伤多个、多种目标和隐形武器;以大功率电磁脉冲攻击电子设备的武器,对瞄准的精度要求不太高。电磁炸弹将超过本地雷电电磁脉冲的威力,摧毁计算机或其他电子设备内部的大规模集成电路,或干扰计算机及电子设备的正常工作,误触发信息设备的关键部位或敏感部位,使系统混乱、中断或闭锁,导致局部战区的指挥系统陷于瘫痪状态。战场复杂电磁环境的直接影响是战场感知的真实性。由于受复杂电磁环境的影响,可能导致侦察预警系统听不清、看不远、辨不明,全面影响各级指挥员和作战人员判断决策的准确性。所谓战场感知,实质上是从复杂的电磁活动中筛选出有价值的电磁信号,然后加以判断。而一旦敌方实施强力干扰,电磁活动便可能陷入混乱,继而引起传感器迷茫