深入帶你了解電磁頻譜知識大全

深入帶你了解電磁頻譜知識大全

工程師2 發表於 2018-05-08 09:50:00

一、電磁頻譜的特性

電磁頻譜，指的是電磁波按照頻率或波長分段排列所形成的結構譜系。

1·是具有國家主權性。

電磁頻譜是目前人類唯一理想的無線信息傳輸媒介，屬於國家所有，與土地、森林、礦藏等資源一樣，既是一種稀缺的自然資源，也是決定國家發展和戰爭勝負的重要戰略資源。電磁頻譜資源對人類的影響，就像水和太陽一樣不可或缺。我國《物權法》的第46條至52條，分別規定了礦藏、土地、森林、野生動植物、頻譜、文物、國防資產的國有屬性，體現了電磁頻譜領域的國家主權性。其中第50條單獨明確規定，「無線電頻譜資源屬於國家所有」。頻譜資源的國有屬性這一條是完全單列的，13個字單獨成條在我國的法律中還不多見。

2·是具有資源的無限性和使用的有限性。

理論上電磁頻譜是覆蓋0至無窮大赫茲的一種特殊自然資源。按照頻率由低到高的順序，包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、伽瑪（γ）射線和宇宙射線。一般意義上，國際電信聯盟規劃的可以利用電磁頻譜範圍為10kHz-400GHz，低於這一範圍進入音頻，高於這一範圍進入光波的範圍。但受目前信息技術水平的限制，可供人類開發和使用的頻譜只佔資源總量的68%。其中，3GHz以下最優頻譜，應用趨於飽和，發展空間受限，我軍72%以上的用頻武器裝備和國家78%以上的民用無線電設備，都集中在3GHz以下，用頻矛盾十分突出；3GHz-10GHz的好用頻譜，應用更廣泛，競爭更趨激烈；10GHz-60GHz的可用頻譜，技術日趨成熟，搶佔優先使用權的趨勢更加明顯；60GHz以上待開發頻譜，開發利用受技術和元器件的限制，亟待突破；衛星頻率軌道資源的好用頻率瓜分殆盡，「黃金導航頻率」的80%已被美國和俄羅斯率先搶佔。

3·是具有商業價值屬性。

英國政府在其發布的《21世紀的頻譜管理》白皮書中，明確提出引入頻譜定價、頻譜拍賣、頻譜貿易等手段，激勵頻譜資源的高效利用和新技術的研發。據不完全統計，1995年至2011年間，美、英、德、法、韓等國為發展第三代、第四代移動通信網絡，所拍賣的頻譜價值共計約1300億美元。同時，有研究採用（柯布-道格拉斯生產函數）實證分析方法，通過對我國1999年至2005年的數據進行分析後，測算出頻譜投入對我國GDP增長率的貢獻高達6.3%，頻譜資源投入對經濟增長的貢獻率則達到4.61%，已經超過人力資本對經濟增長的貢獻率。

4·是具有「三域」分割的特性。

目前，除了航空無線電導航、遇險搜救、射電天文等業務用頻屬於「專屬專用」的保障方式外，其他約90%以上的頻段都由多種無線電業務共用，之所以能夠共用，主要由於電磁頻譜具有空間域、時間域、頻率域的三維特性。當多種用頻武器裝備密集部署時，電磁波在空域上縱橫交錯、時域上動態變化、頻域上密集交錯，「三域」重疊問題就很難避免，容易導致用頻裝備電磁通道「撞車打架」，產生自擾、互擾，也容易受到幹擾。但三域中只要有一域區分好，用頻武器裝備之間也就不會干擾。可以通過區分使用時段的方法，制定頻譜管制計劃，從時域層面避免幹擾；可以通過拉開間隔距離的方法，制定部隊（裝備）的部署計劃，從空域層面避免幹擾；可以通過劃分、規劃、分配和指配頻率的方法，制定用頻方案，從頻域層面避免幹擾。

5·是具有開放性。

電磁波無疆無界，看不見，摸不著，跳動於無形空間，滲透在每個角落。電磁頻譜資源為人類共同擁有，國際共用、軍地共用、敵我共用，只要符合國際的劃分規定就可以，人們把它概括為電波傳播無國界。電磁輻射源可以來自太空、空中、海上、地面、海中，來自我方和敵方，來自軍用和民用，來自不同平臺和設備，各類用頻武器裝備易受自擾互擾、有意幹擾或無意幹擾，這就帶來了複雜的電磁環境。

6·是電磁環境是否複雜具有相對性。

複雜電磁環境是指在一定的空間域、時間域和頻率域上，多種電磁信號同時存在，對武器裝備運用和作戰行動產生一定影響的電磁環境。電磁環境可以是簡單的，也可以是複雜的。簡單的電磁環境對用頻裝備A的影響可能是簡單的，但對用頻裝備B的影響就可能是複雜的。因而「複雜電磁環境」中的「複雜」是對電磁環境的一種相對描述，是人們對電磁環境的一種主觀認識程度。通常將造成下述兩種情況的的電磁環境稱為複雜電磁環境。一是敵方的電磁幹擾壓制，己方的電子信息裝備抗敵電磁幹擾壓制的能力弱；二是己方的電子信息裝備的電磁兼容性差，電磁管控不力。如果用頻裝備的作戰效能不會因為電磁環境的影響而下降，這時的電磁環境就不應該稱為複雜電磁環境。所以，從本質上來說，複雜電磁環境未必「複雜」，我們不應該糾結於電磁環境怎麼複雜，更應該研究電子信息裝備在戰場電磁環境中的適應能力。

7·是具有可控性。

電磁頻譜資源存在於作戰的全時空，作用於戰爭的全要素，貫穿於作戰的全過程。頻段越來越擁擠，頻譜需求越旺盛，頻譜資源供需矛盾的現象越來越突出。我們可以通過「開源節流」的方式緩解上述矛盾，開源是通過採用先進信號傳輸技術、提高用頻設備工藝水平等手段，推動電子信息裝備在高頻段的應用，並加大我軍在國際上的競爭能力，搶佔衛星頻軌資源；節流是前端做好頻譜資源規劃，統籌管理好頻譜資源的使用，後端對在用和退役裝備節餘下來的頻譜資源進行重新規劃。其中，美國提出的頻譜碎片整理技術，歐洲開發的「頻譜池」技術，都是將不連續的頻譜資源收集整合，提高頻譜的使用效益。

二、對電磁頻譜重要性描述

（1）頻譜和子彈一樣重要。

（2）21世紀將是頻譜戰的時代。

（3）頻譜是一種無形的戰鬥力，並且是可與火力機動力相提並論的新型戰鬥力。

（4）電磁頻譜將是唯一能支持機動作戰、分散作戰和高強度作戰的重要載體，是未來戰場上影響戰爭勝負的重要因素。

（5）通過支持各類用頻裝備，電磁頻譜已經成為現代戰爭打通遠程機動作戰行動「情報鏈、指揮鏈、打擊鏈、保障鏈」迴路的唯一媒質，進而達成遠程決策、實時指揮、臨機處置的作戰目的。

（6）3GHz以下最優頻譜，應用趨於飽和，發展空間受限；3GHz-10GHz的好用頻譜，應用更廣泛，競爭更趨激烈；10GHz-60GHz的可用頻譜，技術日趨成熟，搶佔優先使用權的趨勢更加明顯；60GHz以上待開發頻譜，期待新的突破。如，我國公眾移動通信的頻譜需求要在現有基礎上還需增加1600MHz，並且都基本集中在5GHz以下，對我軍相關頻段的用頻裝備影響將會更加突出。

（7）電磁波是什麼？電磁頻譜又是什麼？物理世界有這樣一種奇特的現象，交變電流在周圍空間會產生交變磁場，變化的電場和磁場相互聯繫，形成了交變的電磁場，並能脫離其產生的波源向遠處傳播，這種在空間以一定速度傳播的交變電磁場就是電磁波。

（8）電磁頻譜是目前人類唯一的無線信息傳輸媒介，屬於國家所有，與土地、森林、礦藏等資源一樣，既是一種稀缺的自然資源，也是決定國家發展和戰爭勝負的重要戰略資源。電磁頻譜資源對人類的影響，就像水和太陽一樣不可或缺。

（9）電磁頻譜是支撐作戰必須的戰略資源，其存於無形，輕於無量，是信息化戰爭之魂。電磁頻譜資源存在於作戰的全時空，作用於戰爭的全要素，貫穿於作戰的全過程。可以說，未來信息化作戰，誰贏得了制電磁權，誰就掌握了戰場的主動權。

（10）美國前參謀長聯席會議主席託馬斯·穆勒曾說：「如果發生第三次世界大戰，獲勝者必將是最善於控制和運用電磁頻譜的一方。

（11）電磁頻譜在經濟、軍事等領域的廣泛應用，使其逐漸從後臺走向前臺，世界範圍內的頻譜和衛星軌道資源爭奪日益激烈，電磁空間成為各方搏殺的主要戰場。各國競相完善相關法規，最大限度地維護本國的電磁頻譜空間利益，極力推進電磁頻譜資源市場化和國際化。美國人講：「頻譜是一個國家的主權。」

（12）面對頻譜資源競爭日益激烈的嚴峻形勢，中央軍委指出：「時代的進步和我國的發展，使我們的國家安全利益逐漸超出傳統的領土、領海、領空範圍，不斷向海洋、太空、電磁空間擴展和延伸。太空安全、海洋安全、電磁空間安全，已成為國家安全的重要領域。」

（13）目前，世界用頻業務需求膨脹，頻譜資源緊張，思科Visual Networking Index（VNI）研究報告指出：「由於具備移動網際網路功能的移動產品的視頻應用和相關服務日趨普及，2015年的全球移動數據流量比2010年上升26倍，達到每月6.3EB（exabyte，艾字節，1EB=2的60次方byte）或每年75EB。」

三、頻譜與裝備之間關係的重要性描述

（1）二戰期間，英國憑藉使用短波頻段的「本土鏈」雷達贏得了20分鐘寶貴的空襲預警時間，以約900架戰機擊潰了德國2600架戰機的瘋狂進攻。

（2）甚低頻、極低頻通信技術的應用，使潛艇能在幾十、上百米深的水下接收指令，提高了潛艇的隱蔽性和戰鬥力。1972年，美軍在遠隔4600公裡的距離上，實現了與水下120米深處的核潛艇通信。據了解，美軍目前的3kHz以下極低頻技術，可達成水下400米深的對潛通信。

（3）1991年，美軍在海灣戰爭中向伊拉克發射了一枚配備非核爆電磁脈衝彈頭的戰斧巡航飛彈，攻擊了伊拉克防空指揮中心的電子系統。1999年，美軍在對南聯盟的轟炸中，使用了尚在試驗中的電磁微波武器，癱瘓南通信設施3個多小時。2003年，美軍又用電磁脈衝彈空襲了伊拉克國家電視臺，造成其轉播信號中斷。

（4）2011年的5月，美軍擊殺賓·拉登的「海王星之矛」行動就是電磁頻譜支撐現代作戰的一個經典例證。此次行動，由美軍阿富汗賈拉拉巴德的聯合行動中心，通過衛星通信指揮海豹突擊隊實施，在距白宮萬裡之遙的巴基斯坦阿伯塔巴德，無人機將突擊隊的行動過程視頻通過衛星通信系統回傳白宮情況室、五角大樓指揮中心和聯合行動中心。海豹第6小隊隊長利用超短波單兵電臺現場指揮，最終達成作戰目的。需要說明的是，每個海豹突擊隊員的通信裝備是「陸地勇士」單兵系統，使用甚高頻、特高頻頻段，與特戰空勤團、聯合行動中心之間進行作戰協同、態勢分發和情報共享，其他武器系統加裝熱成像儀、數字攝像機、雷射測距瞄準器等用頻設備，工作頻段已突破無線電頻譜3000吉赫茲的上限，支持自動解算彈道、自動填裝靈敏彈藥、自動跟蹤瞄準，進而選擇動能殺傷或凌空爆破殺傷等打擊手段。

（5）英阿馬島之戰，號稱英海戰利器和艦隊驕傲象徵的「謝菲爾德」號巡洋艦，因衛星通信和雷達系統互不兼容，只能輪流開機工作，被阿根廷「超級軍旗」飛機抓住戰機，發射「飛魚」式飛彈所擊沉。

（6）第5次中東戰爭，以色列利用事先截獲的敘利亞軍隊雷達和「薩姆」飛彈發射的頻譜參數，作戰中，僅用6分鐘就將其駐守在貝卡谷地的19個「薩姆」防空飛彈陣地徹底摧毀。

（7）2011年12月，伊朗採用首先幹擾壓制RQ－170隱身無人偵察機測控鏈路，迫其轉入依賴衛星導航系統自主飛行，然後對機載衛星導航設備實施位置欺騙，誘導其落於伊朗境內。

四、電磁頻譜管理的重要性描述

（1）1967年，美軍「福萊斯特」航母在執行某次軍事任務時，艦載F-4「鬼怪」式戰機受該艦雷達波束照射幹擾，飛機懸掛的空地火箭彈被意外點火發射，擊中艦上1架A-4「天鷹」式攻擊機的副油箱，導致一系列連鎖爆炸，造成134人喪生、64人重傷、27架飛機損毀。

（2）1980年4月，美派聯合特遣部隊和當地別動隊共同執行營救駐伊大使館人質任務。在其撤離途中，由於和別動隊的通信設備（調頻電臺）互不兼容，用頻協同失誤，造成1架直升機與運輸機相撞，亡8人、損失2億美元，對卡特政府打擊沉重。

（3）未來的戰場頻譜規劃系統主要有以下幾個方面的發展趨勢。一是覆蓋全維度，實現全方位、全頻段、全要素的作戰頻譜規劃。二是嵌入聯合作戰全過程，強調頻譜輔助作戰決策。要求作戰頻譜規劃與聯合作戰體系相融合，進入作戰指揮員「視野之內」，能像指揮控制火力使用一樣組織管理電磁頻譜的使用，能通過創新的頻譜分析手段和方式為聯合指揮人員提供戰場頻譜決策支持信息，提升戰場電磁空間的籌劃、指揮及協同能力。三是突出多兵種聯合作戰，強化用頻協同運用。要求作戰頻譜規劃能同時應用於作戰、通信、情報、電抗、技偵、氣象水文等部門，服務於各軍種，解決各部門和各軍種之間的用頻協調問題，改變傳統的專屬專用和條塊切割的頻率保障方式，精確開展用頻籌劃，高效組織用頻協同，提高頻譜資源使用效率。四是強調數據先行，實現動態和實時的作戰頻譜規劃。要求作戰頻譜規劃能依託精細化的頻譜數據、模型、知識，通過實時分析和比對，能及時主動地發現潛在頻率衝突和幹擾，利用靈活的規則和策略來動態調整部隊用頻，避免衝突和幹擾，保障作戰行動實施。五是強化技術研究，體現自動化和智能化的作戰頻譜規劃。要求作戰頻譜規劃能結合現有雲計算、數據挖掘、人機結合智能決策技術、可視化推演分析等新技術，實現自動化數據採集、智能化決策分析，使未來的作戰頻譜規劃系統操作更簡便、功能更強大、保障更簡單。

（4）數據挖掘技術在頻管工程應用中包含以下幾個方面：數據特徵化可以應用到信號分析中，便於技術人員更好的分析信號；分類技術可以應用到頻譜監測中，以便更好的查找幹擾；聚類技術可以應用到頻譜分配中，以便更好的分配頻率；關聯分析可以應用到頻管決策中，以便提高輔助決策的水平。

五、電磁環境複雜≠複雜電磁環境

電磁環境是一種客觀存在，早已有之。從理論上講，戰場電磁環境日益複雜是戰爭形態由機械化戰爭向信息化戰爭演變的必然結果。信息化條件下，電子設備和信息化武器裝備在戰場上使用空前廣泛，數量眾多的電磁輻射體集結在一定的作戰地域，敵方與己方的、對抗的與非對抗的各種電磁信號充斥於一定的作戰空間，客觀上就形成了一個密集錯綜、動態變幻的電磁環境，從而使戰場電磁環境呈現出複雜化的態勢。

當然，科學分析起來，形成複雜電磁環境的主要原因不外乎有兩個方面：一是敵方的電磁幹擾壓制，己方的電子設備和信息化武器裝備抗敵電磁幹擾壓制的能力低。二是己方的電子設備和信息化武器裝備的電磁兼容性差、電磁頻譜分配和管控不力，造成電磁信號的自擾或互擾現象嚴重。由此可見，信息化條件下戰場上的電磁環境複雜絕不等於複雜電磁環境。

美、俄等世界主要國家正是基於這樣的認識，都很重視從源頭上解決電磁環境複雜的問題，防止戰場電磁環境複雜演變為複雜電磁環境。一是注重從頂層制定電子設備和信息化武器裝備的電磁兼容性與抗幹擾、抗毀傷能力的技術指標。早在上世紀七八十年代，美、蘇等國就制定了從電子元器件、零部件到坦克、飛機、艦船等電子設備和信息化武器裝備的防電磁脈衝輻射能力和電磁兼容性的技術指標，並在交付部隊前進行嚴格的驗證考核。二是建立權威管理體系，加強對電磁頻譜的科學分配和有效管控。美、蘇等國在上世紀六十年代就設立了軍地聯合的權威機構，先後制定頒布了一系列頻譜管理法規，形成了一整套電磁頻譜的分配和管理規章。

防止和解決將「戰場電磁環境複雜」演變為「戰場複雜電磁環境」問題的有效之道很多，當務之急一是給電子設備和信息化武器裝備罩上「金鐘罩」，增強抗敵電磁幹擾和電磁毀傷能力；二是增強武器裝備和信息系統的電磁兼容性，以及嚴格電磁頻譜的分配與管控，使它們在共同的電磁環境中能夠和諧工作而不影響各自的功能、性能，消除電磁信號的自擾和互擾。

當前，強化複雜電磁環境下的軍事訓練已成為我軍由傳統訓練模式向信息化條件下訓練模式轉變的重要抓手，必須下大力氣抓好。但需要強調和引起足夠重視的是，訓練並不能解決「戰場複雜電磁環境」的問題，要根除這一痼疾，必須採取果斷措施從源頭上解決電磁環境複雜的問題，否則，極易出現高新電子裝備和信息化武器裝備配發越多，電磁環境就會越複雜的尷尬局面。

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