靳登攀1，陈杰2
1.海装装备项目管理中心，北京 100071；2.海军驻宜昌地区军事代表室，湖北 宜昌 443003
摘 要：针对水中兵器试验区域中复杂电磁环境对试验的影响越来越大的现状，深入分析了水中兵器试验区域中复杂电磁环境的特性及其组成；论述了复杂电磁环境对水中兵器海上试验的主要影响，在此基础上有针对性地提出了具体应对策略，为提高水中兵器试验适应复杂电磁环境的能力提供了一种切实可行的方法。
关键词：水中兵器；电磁环境；电磁干扰；频谱监测；信息化试验
1 前言
随着水中兵器信息化建设的不断深入，现有大量新型通信、雷达、导航、测控等电子信息装备陆续装备水中兵器试验装备中。大量电子信息装备集中于狭窄的空间内，使得试验区域的电磁环境相对复杂，电子信息装备间的相互干扰更加严重。尽管现在电子信息装备具有一定的电磁兼容能力，但如果周围电磁环境中出现了超出其接收机动态范围或有高功率同频强干扰信号，将会造成设备性能下降或设备毁坏，从而影响设备的工作稳定性和安全可靠性。因此复杂电磁环境对水中兵器试验的影响研究已显得越来越重要。本文通过对水中兵器试验区域复杂电磁环境的研究，分析了其对水中兵器试验产生的影响，并给出了相应的应对策略。
2 复杂电磁环境的特性
复杂电磁环境，主要是指在一定的空域、时域和频域上，电磁信号纵横交叉、连续交错、密集重叠，功率分布参差不齐，对相应的电磁活动产生重大影响的电磁环境。主要特性：
空间上无影无形，无处不在。电磁辐射源来自太空、空中、海上、地面甚至海中，来自不同平台和电子设备。
时间上动态变化，随机性强。电子设备不同目的不同时间段的启动，使得特定区域点的电磁信号在时间序列上表现出显著差异，时而持续连贯，时而集中突发，时而保持静默[2]。当水中兵器试验任务开始后，各种电子信息装备集中使用时，电磁辐射达到最大。
频率上相互重叠，跨度很大。一方面电磁信号所占频谱越来越宽，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只有有限范围，这直接导致在某一特定频率区间，电磁信号呈现密集重叠的现象。
能量上强弱起伏，分布不均。能量密度是电磁辐射强度的一种表现形态。由于各种辐射传播因素的存在，不同目的的需求使得空间的电磁信号能量不会均匀，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。在试验区域这一点上，电磁辐射能量起伏相对较小，分布不均则比较常见，主要集中在特定功率上信号很强。
3 试验区域复杂电磁环境的组成
对水中兵器试验区域复杂电磁环境的组成分析，是认识、管控和规避对试验产生影响的基础。通常情况下，水中兵器试验区域的复杂电磁环境主要由如下两个方面组成：自然电磁辐射和电子信息装备电磁辐射。
3.1 自然电磁辐射环境
自然电磁辐射环境是指自然电磁辐射所产生的电磁反应总和。常见的静电、雷电、电子噪声、地磁场、太阳黑子活动、宇宙射线、闪电和雷暴的电场等，都是自然电磁辐射的组成部分。它对水中兵器试验区域上信息化装备的性能和效用发挥以及试验、警戒、通信活动产生重大影响。电离层、地理环境、气象环境等各种辐射传播媒介的存在会影响电磁波的衰减和吸收等，同样对水中兵器试验区域复杂电磁环境的组成与变化发挥着一定的作用。
3.2 电子信息装备电磁辐射环境
水中兵器试验区域电磁环境的主要组成部分是试验船（舰）上雷达、通信、导航、测控电子信息装备和各类试验专用装备等产生的电磁辐射。这些设备的种类、部署、工作状态等直接影响了试验区域的复杂电磁环境的形态。它们为了完成特定任务（有时为了达到复杂电磁环境下的武器系统考核、鉴定、训练等目的而需要构造复杂电磁环境）而实施的向试验区域发射电磁信号。这些电磁辐射源是可以人为控制的，它们对水中兵器试验区域电磁环境的复杂程度起到了关键作用。另外一些敌特发射的干扰电磁信号、民用的岸基信号发射台、大功率电机、切断大电流电路时也会产生电磁干扰，对水中兵器试验区域复杂电磁环境产生一定影响。
4 复杂电磁环境对试验的影响
复杂电磁环境对水中兵器试验来说，是一把“双刃剑”，有时为了充分考察某型武器装备的性能，需要构造复杂的电磁环境，而复杂的电磁环境又会影响各种试验电子信息装备的正常稳定运行，寻找这两者的平衡点是需要的。复杂电磁环境对试验的影响主要是：增加水中兵器试验区域复杂电磁环境的认知难度和影响水中兵器试验效能的充分发挥。
4.1 增加认知难度
在水中兵器试验环境中，需要提高对试验区域的电磁环境认知能力，以完成对试验电子信息装备的判断能力，由于受到水中兵器试验区域复杂电磁环境的影响，以目前的技术手段，要比较准确地认知水中兵器试验区域复杂电磁环境有一定的难度。
4.2 影响试验效能发挥
当进行某项试验任务时，往往是在试验平台之间传输大量数据和大量指控命令下实施的，通常需要多种电子信息装备同时参与工作，这些设备既有发射电磁信号的也有接收电磁信号的还有发射和接收电磁信号同时存在的，此时试验区域的电磁环境也最为复杂，电子信息装备受到的影响也最大。电子信息装备受到的影响主要是部分电子信息装备在研制和引进时没有进行频率和功率的协调，存在频谱使用重叠，发生相互间电磁干扰情况；另外由于狭窄空间内的电子信息装备部署过于密集，存在谐波、旁瓣和杂散辐射等，对相邻电子信息装备或系统产生多频、多向干扰。复杂电磁环境还可以通过热效应、电磁辐射场和浪涌效应、强电场效应和磁效应等对水中兵器试验区域中电子信息装备造成误操作、功能失效甚至损坏。
4.3 影响试验数据安全
试验数据是水中兵器试验过程产生的最原始资源，是试验结果报告和对武器及系统做出鉴定结论的核心依据，其重要性毋庸置疑。某些数字通信设备以无线信道传输数据，电磁辐射中常含有重要的试验涉密数据，如果电磁防护措施不到位，就有潜在的电磁泄密风险。一旦造成电磁泄密，为试验数据安全带来严重危险，也为试验安全保密工作带来极大威胁。因此试验数据安全问题不容忽视，应采取有力措施予以应对。
5 应对策略
由于水中兵器信息化建设的不断推进，水中兵器试验环境、通信指挥手段和各种先进数据传输装备等的引入给水中兵器试验区域的电磁环境增加了不小的复杂程度。传统主要依靠电子信息装备自身的电磁兼容能力和试验经验来避免装备受到复杂电磁环境的影响已经不能满足水中兵器试验的需要。在易变的水中兵器试验区域的复杂电磁环境下，任何单一的措施和技术都不可能达到万无一失，必须构建多层次、多种类的立体复杂电磁环境抗干扰体系，从底层入手加强电子信息装备自身的防护与应变能力，充分利用各种手段保障水中兵器试验电子信息装备的正常运行和保障电子信息系统的畅通。可以从以下三个方面来降低水中兵器试验区域的复杂电磁环境给试验带来的影响。
5.1 提高认知能力
提高水中兵器在复杂电磁环境下的试验效能，关键在于指战员对复杂电磁环境的认知程度与应对措施。为适应水中兵器试验环境要素的巨大变化，需要提高对水中兵器试验区域复杂电磁环境的认知能力。目前水中兵器试验对复杂电磁环境的认知主要停留在对各类试验专用装备、船载电子信息装备等的技术性能参数（如用频范围、发射功率等）的了解层面上，这种认识是比较低的，无法掌握在动态试验环境下的复杂电磁环境的更多细节，更没办法通过技术、管理手段规避复杂电磁环境对试验的影响。为了加强对复杂电磁环境的认知能力，我们可以采用先进的电磁频谱监测系统和电磁频谱分析决策系统。电磁频谱监测系统可以采用船载式和便携式，分别应用在固定试验区域和活动试验区域，工作频率范围：1.6MHz～26.5GHz，能够满足对整个试验区域复杂电磁环境的监测，主要监测电磁信号的类型、频率、强度和测向等等。电磁频谱分析决策系统对电磁频谱监测系统测得的电磁信号数据进行分析，建立参数模型，并在分析的基础上，产生最优频谱使用方案，为指挥员提供决策。这些设备的引入，可以为较好抑制试验区域电子信息装备受到复杂电磁环境的电磁干扰提供依据，进而达到优选装备工作频率，减少装备间的干扰，或根据装备间的干扰程度，进行有序使用，确保电子信息装备高效工作的目的。只有全面认识和了解水中兵器试验区域复杂电磁环境，才能充分发挥水中兵器的试验效能。
5.2 电磁防御
5.2.1基本防御
加强对关键性试验用频专用装备、船载用频电子信息装备频率的保护，确保不泄露、不受外界敌特干扰地发挥其试验效能。在试验进程中使用无线电传输数据时要加密钥，防止在传输过程中因为电磁信号辐射而造成试验数据泄密。
在复杂电磁环境的干扰下，水中兵器试验电子信息装备原有战技性能将有所降低，并影响电子信息装备的互连互通。针对复杂电磁信号的干扰机理，从强化设备自身电磁兼容的角度出发，注重各种电子信息装备的前期设计，如合理配置电路板线路、信号线电源线底线分开、使用屏蔽等等。
5.2.2策略防御
针对复杂电磁环境对水中兵器试验的影响，在试验进程中可以灵活运用多种技术上、战术上的方法来抗电磁干扰。
瞬时通信。这是一种将处理、压缩后的信息在极短时间内快速发出去的通信体制。对截获和干扰而言，它是一种时域保护措施。其抗干扰原理就是使用较大的脉冲功率快速、短时、随机发送信息，因此电磁信号不易被侦收，是一种有效的抗干扰措施。
跳频通信。它是在一定频率范围内快速改变频率，避开对方截获与干扰的通信体制。为确保通信时发射频率不断快速变化，接收机都能准确地收到，收发设备的频率变化按照某个跳变规律进行跳变。
扩频通信。这种通信方式是将信息载体的频率变为远大于信息带宽的通信方式。该技术可使电子信息装备采用较低的信号功率频谱进行通信，具有低截获、难侦收、抗干扰的特点。通过将扩频技术与跳频技术、跳时技术等综合使用，还可使通信系统的中心频率在更宽的频率范围内进行跳变，并且获得更宽的频谱扩展，从而大大提高电子信息装备在复杂电磁环境下的抗干扰能力。
纠错编码技术。它是抵抗因存在干扰而出现错码的技术，利用该技术可以发现数据在传输过程中的错误，进而纠正错误。因此，通过采用纠错编码技术可在一定程度上抗复杂电磁环境对数据通信带来的干扰。纠错编码方法很多，主要有：前向纠错法、反馈纠错法和反馈前向纠错法。应用比较多的有RS编码、海明码等等。
5.3 频谱管理
加强信息化水中兵器对电磁频谱的管理能力，信息化水中兵器在建设各类试验、训练、演练使用的电子信息装备都要进行电磁频谱技术指标和用频审批，确保电磁频谱使用的安全、有序。可以建立相应的电磁兼容分析数据库，为全面实现水中兵器试验环境电磁频谱管理提供数据支持。
在试验方案拟制时，要充分调研各参试电子信息装备的频谱参数情况，合理分配试验区域中各电子信息装备的频率及使用位置，做到最优化管理，减少设备间的电磁干扰。在试验进程中，要及时监测频率，及时发现、查处可能干扰试验正常进行的电磁干扰活动。
另外，还可以借助先进的动态频谱分配技术、频谱管理辅助决策技术及面向服务的频谱管理技术等，以最终实现水中兵器试验区域频谱的按需分配、自适应共享和自同步使用。
6 结束语
复杂电磁环境是未来信息化水中兵器所要面临的首要问题，目前最为迫切的是要提高对水中兵器试验区域复杂电磁环境的认识，只有深入研究复杂电磁环境的特点规律，认清复杂电磁环境形成的原因，并认识到其对电子装备可能造成的影响，才能设法避免或减小复杂电磁环境造成的影响，从而提高水中兵器试验适应复杂电磁环境的能力。
参考文献
[1] 张连仲.信息化水中兵器概论【M】.国防工业出版社:2010.
[2] 王国民.复杂电磁环境及其判断方法探讨【J】.舰船电子工程,2018(5):60-65
[3] 彭新潮.复杂战场电磁环境对通信对抗设备的影响分析【J】.通信对抗,2017(3):29-32
[4] 周辉.复杂电磁环境下的战场通信保障策略【J】.装备指挥技术学院学报,2018(12):5-9