电磁博弈背景下加强电磁环境适应性试验鉴定的若干思考.pdf

第 44 卷第 3 期 国 防 科 技 Vol.44,No.3 2023 年 6 月 NATIONAL DEFENSE TECHNOLOGY Jun.2023 收稿日期 2023-04-18 修回日期 2023-06-06 采用日期 2023-06-13 基金项目 国家自然科学基金重大项目（62293495）作者简介 苏东林，女，教授，博士生导师，中国工程院院士，研究方向为电磁兼容及电磁安全；蔡少雄，男，博士后，研究方向为武器装备电磁环境适应性边界测评方法。邀请论文 电磁博弈背景下加强电磁环境适应性 试验鉴定的若干思考 苏东林，蔡少雄（北京航空航天大学，北京 100191）摘 要 围绕电磁环境适应性试验鉴定战略背景，阐述电磁博弈发展趋势，剖析装备在作战运用中面临的电磁威胁，梳理电磁环境适应性与抗干扰、电磁环境效应的相互关系。从环境构建、试验设计以及试验评估三个方面分析电磁环境适应性试验鉴定面临的新挑战，提出亟须转变现有思维观念、开展“三性（功能/性能、抗干扰性能、电磁环境效应）关联”试验考核的观点。最后从基础理论研究、试验工具研发、标准编修、人才培养等方面给出提升电磁环境适应性试验鉴定能力的思考、建议。关键词 电磁环境适应性；抗干扰；电磁环境效应；“三性关联”试验考核 中图分类号 TJ06;E91 文献标志码 A 文章编号 1671-4547(2023)03-0001-06 DOI：10.13943/j.issn 1671-4547.2023.03.01 引言 联合作战背景下的电磁域博弈日益激烈，战场电磁环境全时段全空域全频段高瞬态变化，武器装备在复杂电磁环境下的作战能力已成为决定战争胜负的关键因素，武器装备电磁环境适应性试验鉴定面临全新挑战。本文围绕电磁环境适应性试验考核战略背景，探讨了如何加强电磁环境适应性试验鉴定。1 加强电磁环境适应性试验鉴定的战略背景 随着战争形态和军队建设向信息化、智能化、网络化转型，人类在陆海空天电网六维战场空间的基础上，开辟了新的空间电磁空间。武器装备在电磁空间的电磁环境适应性已成为现代战争制胜的基础和前提，必须回答“在今天构建的电磁环境下考核合格的武器装备，能否在明天的电磁博弈背景下能用、好用、管用”这一重大问题，对武器装备进行电磁环境适应性试验鉴定变得日益重要。电磁是国防建设的重要战略资源。2020年12月全国人大修订通过的 中华人民共和国国防法首次将电磁安全列为国家战略安全要素，第三十条指出：“中华人民共和国的领陆、领水、领空神圣不可侵犯。国家建设强大稳固的现代边防、海防和空防，采取有效的防卫和 2 国防科技 2023 年第 3 期（总第 340 期）管理措施，保卫领陆、领水、领空的安全，维护国家海洋权益。国家采取必要的措施，维护在太空、电磁、网络空间等其他重大安全领域的活动、资产和其他利益的安全。”2022年2月15日，中国工程院信息与电子工程学部、中国信息与电子工程科技发展战略研究中心在北京发布“中国电子信息工程科技发展十三大挑战（2022）”（以下简称“挑战”）。“挑战”1第八部分“电磁场与电磁环境效应”指出：“随着5G、物联网、无人系统、人工智能等技术领域的快速发展、重大基础设施和先进智能化装备或系统的建设与应用，电磁环境适应性和电磁安全性成为各类智能装备系统可靠安全运行的重要制约因素。”国际上，美国将电磁环境效应与核、生、化并列为国家十大战略工程事项，从20世纪50年代开始开展电磁环境适应性试验鉴定技术研究和应用，陆续建立了多个电磁环境效应及频谱控制测试验证靶场，支撑了多个重大型号研制及电磁环境适应性验证。2015年，美国正式提出“电磁频谱战”作战概念，将整个电磁频谱视作继陆、海、空、天、网络空间之外的“第6个作战域”，无论在军事行动的哪个阶段，都完全依赖应用电磁频谱完成所有六项作战功能（情报、火力、指控、机动、后勤和兵力防护），试图在电磁作战域“打一场看不懂的战争”。电磁频谱战已成为现代化战争的主要作战样式。本文围绕电磁环境适应性试验鉴定领域战略问题，阐释电磁博弈发展趋势、电磁环境适应性与电磁环境效应的相互关系，分析梳理电磁环境适应性试验鉴定面临的新挑战，最后给出提升电磁环境适应性试验鉴定能力的意见、建议。2 电磁博弈的发展趋势及对武器装备的影响 随着战争形态从机械化向信息化和智能化方向演进，电磁环境对作战的影响不断凸显：从初期解决自扰问题的狭义电磁兼容，逐渐向解决自扰/互扰/敌扰问题的电磁环境适应性，再向解决敌方电磁攻击的电磁频谱战不断深入2，功能/性能、抗干扰性能、电磁环境效应越来越相互融合形成新应力，武器装备电磁环境适应性问题已成为武器装备研制、考核、服役过程中不可回避的新域新质问题。所谓新域新质在于战场从来没有像今天这样用电磁把陆海空天电网联结在一起，由此带来电磁作用领域新、电磁制胜机理新、电磁支撑技术新等特质。因此，体系化智能化作战第一战就是博弈武器装备在战场电磁环境下的适应性，装备在作战运用中面临的“平台内自扰”“体系间互扰”“强对抗下敌扰”等电磁威胁日益严峻。近年来多次地区冲突的结果表明，电磁威胁源可“一招致瘫”，造成通信中断、雷达致盲、导航丢星、侦察失效等，原因主要包括三点。一是未来战场电磁环境是“目标信号、威胁、背景”电磁环境的集合，具有占用频段宽（可扩展至40 GHz以上）、动态变化范围大（考虑到强电磁攻击，动态范围可超过60 dB），频谱交叠明显等特点。二是先进材料技术和制造技术的发展，使装备结构中大量使用复合材料，在减重增效的同时造成系统电磁屏蔽效能下降超过30 dB。三是武器装备的高度数字化集成化，必然要大量使用新型元器件。由于器件芯片工艺做到了纳米级，元器件集成度不断提升导致芯片等关键器件的噪声电压裕量和失效场强大幅降低，可以理解为元器件敏感和毁伤阈值的逐渐变低。3 正确认识电磁环境适应性与抗干扰、电磁环境效应的相互关系 多年来，行业内普遍对电磁环境适应性、抗干扰与电磁环境效应等基本概念及其相互关系缺乏正确认识。电磁环境适应性是指装备在预期电磁环 苏东林，等：电磁博弈背景下加强电磁环境适应性试验鉴定的若干思考 3 境作用下，实现其预定功能/性能和（或）不能正常工作的能力，以及不对所在环境产生不可接受的电磁辐射的能力，这一指标需要综合考虑装备的功能性能、抗干扰以及电磁环境效应。装备电磁环境适应性主要包括两方面内容：一方面是目标信号环境和背景电磁环境适应性，这是装备在战场电磁环境下的生存前提和作战基础，即电磁环境效应；另一方面是威胁电磁环境适应性，也就是抗干扰性能，这是装备在战场电磁环境下需要具备的电子攻防手段。由此可见，装备在战场电磁环境下，既要有“强健的体魄”，又要有“过人的技能”。电磁环境适应性内涵如图1所示。图1 电磁环境适应性内涵 外部电磁环境会通过耦合通道作用于装备，并引发电磁环境响应，由此引起装备在目标信号环境、背景电磁环境、威胁电磁环境共同作用下的电磁环境适应性问题。外部电磁环境耦合作用于装备示意图如图2所示。图2中，Background EME为背景电磁环境，P-Static为沉积静电，EMP为电磁脉冲，Lightning为闪电。图2 外部电磁环境耦合作用于装备示意图 电磁环境效应重点考虑的是非威胁电磁环境中干扰源通过空间传播、典型端口等耦合通道作用于装备后，装备自身以及装备间能否正常工作，这也是装备电磁环境适应性需要重点考虑的因素之一。此处需要注意区分电磁干扰和电子干扰：在背景电磁环境中，通常存在电 磁 环 境 效 应 里 面 提 到 的 电 磁 干 扰（interference），属于无意干扰；在威胁电磁环境中，通常存在抗干扰性能中的电子干扰（jamming），属于有意干扰。由此可见，抗干扰与电磁环境效应分别针对的是威胁电磁环境和背景电磁环境下的武器装备性能考核。电磁干扰和电子干扰的区别如表1所示。表1 电磁干扰和电子干扰的区别 电磁环境效应中的 电磁干扰（EMI）抗干扰中的电子干扰 干扰：无意干扰（interference）干扰：有意干扰（jamming）泄漏（emission）发射（radiation）敏感（susceptibility）毁伤（damage）因此，装备开展电磁环境适应性试验鉴定，主要是要考核战场电磁环境下的功能/性能、抗干扰性能和电磁环境效应。以往抗干扰试验往往考虑了功能电磁环境和威胁电磁环境，却忽略了背景电磁环境。真实战场电磁环境是功能环境、背景环境及威胁环境的集合体，因此需要构建集装备的功能/性能、抗干扰性能以及电磁环境效应于一体的试验环境开展试验考核，即还需要解决带内及带外背景电磁环境对作战效能的影响问题。其次要以装备作战效能为准则，摸清装备电磁环境适应性边界。通过对装备开展“三性（功能/性能、抗干扰性能、电磁环境效应）关联”试验考核，试验评估装备对近实战电磁环境的适应性边界。武器装备“三性关联”试验考核如图3所示。4 国防科技 2023 年第 3 期（总第 340 期）图3 武器装备“三性关联”试验考核 4 电磁环境适应性试验鉴定面临的挑战 当前，装备电磁环境适应性考核难度很大，在环境构建、试验设计以及试验评估三个方面仍面临巨大挑战。一是近实战电磁环境难以有效构建。未来战场的电磁环境始终存在着未知性。据不完全统计，目前世界上的通信信号种类超过100种，且随着抗干扰、电子对抗等技术的不断发展，电磁信号类型不断变化，靠数量众多的实际装备或装备模拟器堆积，难以满足日益增长的数量和类型变化的需求，难以构建足以覆盖所有未来战场电磁环境的电磁环境集。二是“三性”试验相互独立，试验波形缺乏设计。武器装备实际面临的电磁环境，是目标信号环境、威胁电磁环境和背景电磁环境共同构成的复杂动态电磁环境。由于目标信号环境和威胁电磁环境是工作带宽内，而背景电磁环境是工作带宽外，因此导致武器装备的功能/性能、抗干扰性能和电磁环境效应难以分离。此外，目前开展的“三性”试验相互独立，并且“重单项，轻综合”，难以一体化。同时，由于通常按照现有标准规定波形开展敏感性测试，军标信号能否完整反映武器装备的敏感特性和敏感边界依旧存疑。以某装备接收机电磁敏感测试为例，研究人员通过试验发现，军标信号的敏感激发阈值比典型背景环境信号激发阈值低17 dB。由此可见，目前试验波形缺乏设计，需要以有效激发武器装备电磁敏感现象为原则，加强试验波形设计的研究工作。三是武器装备性能边界难以给出。以往型号研制大多按照国军标的要求，通过“想定”的电磁环境，对武器装备进行“通过”性判定，而实际需求是要获得武器装备在实际场景下的能力边界，对装备近实战条件下的性能指标进行考核，能摸边探底支持作战运用。因此开展的“通过性”试验无法“摸清装备电磁环境适应性边界和底数”，与装备的作战使用需求间存在明显差距。5 思考与建议 装备体系运用中暴露出电磁干扰机理不清、电磁性能边界获取难、与功能/性能耦合程度弱、与作战性能关联度低等突出问题。为 苏东林，等：电磁博弈背景下加强电磁环境适应性试验鉴定的若干思考 5 全面提升电磁环境适应性试验鉴定能力，必须在认知和思维上进行系统性转变。一是深化理论机理等基础性研究工作。针对当前电磁环境适应性试验考核中战场电磁环境构建、数字仿真试验、内场试验、外场试验、试验设计与效能评估等难题，需要从物理机理层面认识到：无论战场电磁环境多么复杂，最终都要施加于武器装备，并引发电磁敏感效应。应将“立足环境”调整为“立足装备”，加强装备功能电磁环境、威胁电磁环境、背景电磁环境多因素集成条件下的电磁敏感效应机理研究，深入研究战场电磁环境对武器装备作用机理、电磁环境适应性试验设计及评估等方法，建立“三性关联”的电磁环境适应性试验考核理论及方法。二是推进试验技术和工具研发，完善内场试验条件。研发针对武器装备功能/性能、抗干扰性能、电磁环境效应一体化的电磁环境适应性试验考核技术，建立面向武器装备作战性能的测试评估系统，形成电磁环境适应性测试指标体系；研发基于试验数据进行真实作战场景电磁环境适应性评估和推演的工具，形成对装备电磁环境适应性的精准测评能力。从理论方