研究战场复杂电磁环境境有何重要意义

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战场复杂电磁环境效能评估准则研究
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信息化战场的电磁环境究竟有多复杂
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信息化战场的电磁环境究竟有多复杂
&&& 战争完成了从冷兵器向热兵器的过渡之后,电磁波应用与反应用便不绝于战场。当今,随着电子信息技术的迅猛发展和在军事领域的广泛应用,数量繁多、构成复杂的电磁辐射体,人为与自然、敌方与我方、对抗和非对抗的各种电磁信号交织于战场,使信息化战场与传统战场相比,有了一个显著变化----战场环境的内涵急速拓展,电磁空间极大拓展了战场空间,电磁环境成为从根本上决定和影响其他战场环境要素发挥作用的“锁钥”,成为作战主动权得失的决定性因素。
&&& [何谓电磁环境]
&&& 某一特定空间范围内存在的所有无线电波在频率、功率和时间上的分布称为电磁环境,可用电磁场强分布表示,是特定时间和空间内所有电磁能量的总和。电磁环境的频谱表现形式相对复杂,在频域上主要由各种电平大小不同、占用带宽不等的可测量频谱线和类似于噪声的环境噪声构成。
&&& 电磁环境是看不见、摸不着的,与其他自然环境相比,它具有空间、时间和频谱上的三维特性。也就是说,在不同的空间、不同的时间和不同的频谱上,电磁环境的表现方式和分布情况是不同的。此外,它还具有覆盖全空域、全时域和复杂多变的特点。
&&& 在电子信息技术广泛应用的今天,构成空间电磁环境的主要因素可以概括为两大类:一是自然环境因素;二是人为环境因素。自然环境因素包括雷电电磁辐射源、静电电磁辐射源、太阳系和星际电磁辐射源、地球和大气层电磁场等。人为环境因素包括各种电磁发射系统,工频电磁辐射系统,工业、科学、医疗、商业、军事领域中有电磁辐射的各种设备或系统,各种家用电器、现代化办公设备、电动工具及武器装备等,这些设备和系统都会产生不同频率、不同强度的电磁辐射。
&&& 当我们研究或关注某一局部环境时,小区域的电磁环境往往由附近作用比较明显的个别电磁辐射源所决定。按照场所大小、辐射源性质和应用目的的不同,电磁环境可分为许多具体的小环境,如城市电磁环境、家庭电磁环境、医院电磁环境、工业区电磁环境、舰船电磁环境、电力系统电磁环境、武器系统电磁环境、战场电磁环境等。
&&& [复杂电磁环境的内涵是什么]
&&& 某一特定空间范围内存在的无线电波在频率、功率和时间上分布密集,使用频繁,则称为复杂电磁环境。复杂电磁环境是电磁环境的复杂化,是特定时间或空间内高密度电磁能量的总和。通俗地说,在特定地域集中了大量的无线电装备,在特定时间同时或集中使用,各无线电装备的工作频率(频段)又非常集中,由此构成的电磁环境空间就是复杂电磁环境空间。
&&& 依据电磁环境在频域上的表现方式,复杂电磁环境在频域上的具体体现是:在全频段或特定频段内可测量频谱线密集分布,电平大小高低不一、相差悬殊,信号频谱种类繁多,占用带宽宽窄不等,环境噪声起伏明显,噪声底线提高。从无线电装备使用效果的感知角度分析,复杂电磁环境下无线电装备使用效果的主要表现是:环境噪声底线增大,无线电通信的接收灵敏度下降,导致通信装备及信息化武器装备的通信距离或作用范围减小;干扰信号增加,无线电通信系统信干比恶化,导致通信装备及系统的通信质量下降或误码率增加;近距离存在大功率发射源,导致无线电接收装备信号阻塞及敏感信息化武器装备效能下降。从无线电频谱使用和管控的角度分析,复杂电磁环境下无线电频谱使用和管控的显现情况是:可用频谱资源供不应求,供需矛盾突出。需要进行精细的频谱分配计算;需要限制大功率、宽频带的用频装备,消除各种干扰发射源,最大限度地满足大部分无线电装备的频谱需求;电磁环境恶劣,需要进行无线电管制,重点保障主要信息化武器装备的频谱需求和效能发挥。
&& &[战场电磁环境究竟有多复杂]
&&& 所谓战场电磁环境,是指战场空间内对作战有重大影响的电磁活动和现象。信息化战场,构成复杂电磁环境的主要因素有敌、我双方的电子对抗,各种武器装备所释放的高密度、高强度、多频谱的电磁波,民用电磁设备的辐射和自然界产生的电磁波等。这些电磁辐射体的共同作用,将给战场空间状态、时间分布、频谱范围和能量密度带来巨大影响,使战场电磁环境日趋复杂和恶化。
&&& “空域”上纵横交错。信息化战场,来自陆海空天不同作战平台的电磁辐射,交织作用于敌对双方展开激战的区域,形成了重叠交叉的电磁辐射态势,使该区域的任何一个角落,都被多种电磁辐射笼罩。
&&& “时域“上持续不断。信息化战场,围绕着电子侦察与反侦察、干扰与反干扰、摧毁与反摧毁的对抗持续进行,作战双方的电磁辐射活动持续不断,致战场电磁环境始终处于剧烈的动态变化之中。
&&& “频域”上密集重叠。受电磁波传播特性的限制,信息化战场,交战双方都将高密度地使用有限的频谱片断,这就使密集的电磁波拥挤在狭窄的频谱之中,大大增加了电磁环境的复杂性。
&&& “能域”上复杂多变。在作战的全过程,敌对双方都会根据作战目的和毁伤要求,频繁调控变换辐射能量的强弱及形式,如此一来,不仅可以更多、更远、更快地探测和传递电磁信息,还可以形成干扰、压制与欺骗,甚至达成毁伤效果。
&&& [复杂电磁环境如何影响武器装备性能]
&&& 复杂电磁环境对武器装备或生物体的作用效果称作电磁环境效应,国外一般称为E3问题。信息化战争是在复杂多变的电磁环境中进行的,战场的电磁环境效应直接影响着武器装备战斗效能的发挥,决定着战场的生存能力。从作用机理上看,复杂的电磁环境主要通过四个方面影响武器装备的战术、技术性能:
&&& 热效应。静电放电和高功率电磁脉冲产生的热效应一般是在纳秒或微秒量级完成的,是一种绝热过程。这种效应可作为点火源和引爆源,瞬时引起易燃、易爆气体燃烧爆炸;也可以使武器装备中的微电& 子器件、电磁敏感电路过热,造成局部热损伤,导致电路性能失效。
&&& 射频干扰和“浪涌”效应。电磁辐射引起的射频干扰,可对信息化设备造成电噪声、电磁干扰、使其产生误动作或功能失效。强电磁脉冲及其“浪涌”效应,还会对武器装备造成硬损伤。
&&& 强电场效应。电磁辐射源形成的强电场不仅可以致使武器装备的电路失效,而且还可能对武器装备的自检仪器和敏感器件的工作可靠性造成影响。
&&& 磁效应。电磁脉冲引起的强电流可以产生强磁场,使电磁能量直接耦合到武器系统内部,干扰电子设备的正常工作。
&&& [必须高度重视电磁环境效应]
&&& 严峻的挑战不容回避。创造有利的战场电磁环境,加强武器装备电磁危害的防护加固。警惕“电子奇袭”或“电子珍珠港事件”的发生,应是研究信息化战争防御手段的重要内容。目前,世界发达国家,特别是美国、俄罗斯等国家都非常重视武器装备电磁环境效应和防护加固的基础研究及仿真模拟试验研究。
&&& 早在1991年,美国就在其政府工作报告中强调:“应把电磁环境效应问题和每个武器系统的维修计划与集成化保障计划放在同等重要的地位”,指出:“所考虑的电磁环境效应包括静电放电、电磁兼容性、电磁敏感性、电磁辐射危害、雷电效应、电子对抗等14种因素”。其研究从早期的“射频对军械的危害”,到目前“武器装备的电磁环境效应”.研究概念和范围不断更新和扩展。在试验对象上,从小型电子元器件到F―l 6战斗机、B―52轰炸机等大型武器装备,都进行了电磁脉冲模拟试验。在进行效应试验的同时,建立了武器装备电磁脉冲效应试验数据库。据资料透露,如今,美国已建成了世界上规模最大、设备最先进的陆、
海、空三军电磁脉冲效应研究所。
&&& 俄罗斯对电磁环境效应问题的研究起步更早,在苏联时代,就已经开展了强电磁脉冲对电子元器件及电路的辐射效应试验研究,并建立了大型电磁脉冲模拟器,对军舰等大型武器装备进行抗电磁脉冲的模拟试验。
&&& 特别值得一提的是,即使是陆军使用的常规武器装备,美、俄也进行电磁环境效应试验。如美军的雷达等电子装备部件和弹药包装袋都具备防静电和抗电磁的性能;俄罗斯的“红土地”末制导炮弹和炮射导弹等武器装备,也都有抗静电、抗电磁脉冲的技术指标。
&& 不同的时代背景产生不同的战争形态,不同的战争形态有着不同的战场环境构成。相对于机械化战争“物理战场”而言,“电磁战场”、“电磁空间”对信息化作战成败更具有决定性。这是因为,信息化条件下的一体化联合作战,要求陆、海、空、天战场诸军兵种的侦察探测、指挥控制和火力打击系统有机融合、全向互通,以快捷、灵敏、高效的信息优势,达成决策和行动优势。而能够实现融合的“路径”,正是在各个战场空间无处不在,却又无影无形的密集电磁信号。电磁环境已经成为信息化战场区别于传统战场最突出的标志。这一重大变化,要求我们必须高度重视电磁环境效应问题,全面提高对战场复杂电磁环境的适应能力,加强平战结合的电磁资源管控,尽早展开探索主动电磁对抗行动的方法,力争化不利为有利,变被动为主动,并最终驾驭之。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 《国防》2008年4期&& 耿海军文
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合作站点:战场电磁环境系统研究--《现代防御技术》2010年05期
战场电磁环境系统研究
【摘要】:为正确认识愈加复杂化的战场电磁环境,应用系统论的观点和方法分析研究战场电磁环境。在系统深入地思考国内外大量战场电磁环境相关文献的基础上,归纳总结出战场电磁环境概念和构成,提出了战场电磁环境结构、等级层次和整体涌现性等观点。给出了科学分析研究战场电磁环境的有益思路。
【作者单位】:
【关键词】:
【分类号】:E919【正文快照】:
0引言 随着电子技术、信息技术的高速发展,武器装备平台机动性能进一步提高,所处地理环境、气象条件等多种因素的综合影响,动态变化中的战场电磁环境愈来愈复杂;使正确认识研究战场电磁环境愈加困难。系统论的理论与方法为准确、全面、深刻地分析研究复杂的战场电磁环境提供
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京公网安备74号虚拟战场电磁环境建模与仿真技术研究--《国防科学技术大学》2006年硕士论文
虚拟战场电磁环境建模与仿真技术研究
【摘要】:
地空反辐射导弹武器系统是综合电子战中有效的硬杀伤武器。利用现代建模与仿真技术,可针对地空反辐射导弹武器系统构建虚拟的战场环境,模拟作战应用,评估作战效能。本文研究了虚拟战场电磁环境仿真系统建模与仿真关键技术。虚拟战场电磁环境仿真系统是地空反辐射导弹武器仿真系统的重要组成部分,主要用于生成反辐射导弹武器仿真系统所需的作战想定和虚拟战场电磁环境。
本文分析和研究了典型作战想定背景下战场电磁环境中主要辐射源,在此基础上建立了虚拟战场电磁环境仿真系统关键数学模型,研究了仿真系统实现的关键技术,研制了相关仿真软件系统。包括三部分内容:
首先,针对典型作战想定背景,分析了战场电磁环境中主要辐射源特点和工作方式,建立了虚拟战场电磁环境仿真系统中关键数学模型,包括雷达设备脉冲描述字(Pulse Description Words,即PDW)模型、干扰设备PDW模型、塔康(Tactical Air Navigation System,即TACAN)PDW模型、敌我识别器(Identification Friend or Foe,即IFF)PDW模型、联合战术信息分发系统(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)PDW模型、空中运动平台辐射源天线方向图计算模型等。
其次,对实现虚拟战场电磁环境仿真系统中涉及的三种关键技术进行了深入研究。分析研究了重点地区可能出现的典型战情,以双航母编队从两个方向突击陆地目标的作战想定为例,详细描述了仿真系统战情想定的设置技术。在已建立的辐射源数学模型基础上,研究了辐射源PDW的仿真实现技术。详细阐述了基于MapX控件实现目标态势显示的技术。
最后,基于高层体系结构(High Level Architecture,即HLA)的标准开发了虚拟战场电磁环境仿真软件系统,为整个地空反辐射导弹武器仿真系统的开发奠定了基础。
【关键词】:
【学位授予单位】:国防科学技术大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2006【分类号】:TP391.9【目录】:
ABSTRACT9-10
第一章 绪论10-15
1.1 引言10
1.2 国内外研究状况10-13
1.3 论文主要工作和结构安排13-15
第二章 虚拟战场电磁环境建模方法研究15-40
2.1 战场电磁环境分析15-18
2.1.1 雷达设备16
2.1.2 干扰设备16
2.1.3 TACAN 设备16-17
2.1.4 IFF 设备17-18
2.1.5 JTIDS 设备18
2.2 基于功能仿真的电磁环境PDW 模型研究18-31
2.2.1 雷达设备PDW 模型19-23
2.2.2 干扰设备PDW 模型23-25
2.2.3 TACAN 设备PDW 模型25-27
2.2.4 IFF 设备PDW 模型27-29
2.2.5 JTIDS 设备PDW 模型29-30
2.2.6 信号稀释模型30-31
2.3 空中运动平台辐射源天线方向图模型研究31-39
2.3.1 坐标系模型32
2.3.2 辐射源平台运动模型32-36
2.3.3 天线波束模型36-37
2.3.4 天线扫描方式模型37-38
2.3.5 参数解算模型38
2.3.6 仿真实验与结果38-39
2.4 小结39-40
第三章 虚拟战场电磁环境软件系统仿真实现关键技术研究40-57
3.1 电磁环境仿真中的战情想定40-46
3.1.1 空情概述40-41
3.1.2 兵力构成41-42
3.1.3 参战兵力的分群42
3.1.4 各战术群的行动时间计算42-43
3.1.5 各战术群的空情规划43-45
3.1.6 目标运动数据生成流程45-46
3.2 辐射源PDW 生成技术46-52
3.2.1 雷达设备PDW 生成实例46-50
3.2.2 JTIDS 设备PDW 生成实例50-52
3.3 基于MAPX 控件的态势显示技术52-56
3.3.1 地理信息系统概述53
3.3.2 系统实现基本方法53
3.3.3 目标轨迹显示实现方法53-54
3.3.4 仿真结果54-56
3.4 小结56-57
第四章 虚拟战场电磁环境仿真系统设计与实现57-71
4.1 仿真系统功能描述与总体设计57-60
4.1.1 系统总体设计57-58
4.1.2 系统仿真流程58-60
4.2 仿真分系统设计60-70
4.2.1 战情想定及数据管理分系统设计60-64
4.2.2 态势显示分系统设计64-66
4.2.3 虚拟战场环境仿真分系统设计66-70
4.3 小结70-71
结束语71-73
硕士学习期间发表的论文74-75
参考文献表75-77
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