电磁频谱的军事应用

电磁频谱的军事应用（共7篇）

电磁频谱的军事应用 篇1

在信息化条件下, 各种通信、广播、电视、雷达、导航、射电天文等无线电业务需求迅速增长, 电磁环境越来越复杂, 电磁频谱供需矛盾日益尖锐。随着大量用频设备在军事领域的应用, 用频筹划已列入作战筹划, 装备的信息化程度越高, 电磁环境就越复杂, 越要有效管控, 电磁兼容和频谱管理作为战场制电磁权的基础, 已成为军事的聚焦点。基于院校教育转型的客观要求和信息化条件下新型人才培养的现实需求, 我校将“电磁频谱管理”课程定位为通信专业一门专业主干课程, 该课程的应用具有很强的工程实践性。

1 研究思路及内容

作为一门交叉学科, 电磁频谱管理课程内容涉及的知识面广, 基本原理比较抽象, 含有大量繁琐的公式和论证, 而其应用却具有很强的工程实践性。它要求学生具有扎实的理论基础知识, 还应具有一定的知识背景, 这使得学生在理解和掌握该课程时有一定的难度。传统教学模式是以教师讲和学生听为主, 枯燥的理论使得学生听得筋疲力尽, 索然无味, 进而失去了学习兴趣, 教学效果较差。本着“学为主体、能力为本、面向应用”的教学理念, 以增强学生的学习兴趣, 调动学生的学习积极性, 培养学生的自主学习能力为目标, 课程组结合科研工作的经验对教学法的多样化进行改革研究, 以便取得良好的教学效果。

紧贴频谱管理岗位实际人才培养需求, 深入探讨和研究电磁频谱使用、管控和服务有关的教学问题, 着眼于教学法的创新与实践, 强化教师与学生的互动互学, 深入开展案例式教学①研究。将教师的角色定位于“引导”, 重点放在讲授内容的重点、难点以及方法, 留给学生自主发挥的自由空间。将理论与需要解决的任务相结合, 通过学生的努力来掌握解决问题和自主学习的能力, 形成全面合理的知识结构, 初步具备贯穿于频谱使用、管控和服务等各个环节的专业技能和业务素质, 为将来胜任频谱管理工作筑牢基础。

2 案例式教学法的应用

案例式教学法是一种以案例为基础、互动式的新型教学方式, 它通过具体教育情景的描述来引导学生讨论特殊情景。案例式教学是为教学法目标服务的, 与相应的理论知识有直接的联系, 学生和教师之间通过观点的互动交流, 达到启示理论和开拓思维的目的。

2.1 案例准备

教学中使用案例, 需要经过细致的准备。首先, 要有明确的实施计划, 包括特定的教学对象、明确的教学目的、追求的教学效果。其次, 要有科学的教学设计, 符合教学标准, 要有创新和特色。案例来源于实践, 教师不能虚构而作, 主观臆测。最后, 要使用典型的案例, 并提前布置和指导学生阅读。无线电台站间电磁兼容分析是本课程的重点内容之一, 该部分的教学就非常适合采用案例式教学方法。电磁兼容分析②主要是围绕无线电设备或系统之间相互影响展开的, 判断其是否兼容, 有两个关键技术指标, 即允许干扰电平和实际干扰电平。在本课程中, 无线电干扰是指无线电台站间的相互干扰, 一般包括同频干扰、邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰和带外干扰等。下面我们以某地面固定台站为例, 在互调干扰这种情况下, 分析无线电台站间的用频兼容性。

首先, 由教师对案例场景和条件进行描述, 给出两固定陆地台站和电波传播环境的相关参数;进而, 引导学生综合运用系统间电磁兼容分析所涉及的各种方法和原理, 针对互调干扰这种情况进行准备, 并借助其他手段, 分析两台站间的用频兼容性;最后, 对学生进行分组, 将参与本次案例的学生分成4组, 每组成员4人, 分别进行发射机互调干扰和接收机互调干扰的案例讨论, 班里其他学生进行辅助配合, 质疑。各组学生需要了解案例的内容, 查找必要的资料, 进行相应的思考、验证和整理, 进而提出解决办法, 每个小组准备的方式不同, 表达不同意见的机会就多些, 学生对案例的理解也会更深刻。学生在进行案例准备的过程中, 教师需要提醒台站间电磁兼容分析的方法, 该方法主要包括:理论计算、计算机仿真、实验室测试和现场测试等四类。

2.2 案例实施

案例实施也即案例讨论, 是整个过程的中心环节, 教师应设法布置特殊场景配合案例的说明, 引导学生紧紧围绕案例展开讨论, 充分调动学生的主动性, 其方式可以是全班一起讨论, 也可以划分成不同小组讨论。

电磁频谱管理, 其目的就是实现多种业务或系统之间的共存, 而电磁兼容分析是保证各种业务或系统相互兼容的主要技术手段, ③电磁兼容分析的主要工作是确定设备或系统的允许干扰电平, 并比较实际干扰电平和允许干扰电平的大小。以发射机互调干扰的影响为例, 为确保两台站之间的用频兼容性, 需要确定两台站间所需要的距离间隔。在本案例讨论中, 各小组派出代表, 发表本小组对于案例的分析和处理意见, 发言时间严格控制在20分钟之内, 发言完毕, 本小组成员需要接受其他学生提出的问题并做出相应解释。此时的发言和讨论是用来拓宽和深化学生对案例的理解程度。期间, 教师可以针对比较集中的问题和处理方式, 组织重点讨论。如此, 可以将注意力引导到方案的合理解决上来。

根据台站的发射参数、接收参数以及传输参数, 有的小组利用相关的公式, 进行相应的理论计算, 得出固定无线电台站之间的干扰结果;有的小组采用计算机仿真, 通过仿真软件来实现台站之间的用频兼容性分析;还有的小组进行实验室模拟测试, 利用仪器仪表产生干扰源, 加载到被测设备上, 从而找到干扰指标。另外, 在教师的帮助下, 利用实际设备现场试验从而验证系统的性能。通过不同的方法, 可以得出结论, 随着台站间距离间隔的变化, 实际的干扰电平也在改变, 两台站的兼容性发生变化。

2.3 案例总结

在讨论完成之后, 教师应留出一定的时间让学生进行思考和总结。每个小组以书面形式提交总结报告, 可以是总结规律和经验, 也可以是获取这种知识和经验的方式。同时, 教师也要进行归纳总结, 做出综合评价。比如说, 针对案例中的主要问题做出强调, 加深学生对知识点的把握;对不够深入、不够确切的地方, 做出重点讲解, 引起学生的重视。通过案例, 学员既能巩固理论知识, 又能提升工程实践能力, 实现理论和实践的良好对接。案例式教学不应是单一的“教”, 而应该注重教师和学生、学生和学生之间彼此互动的“学”, 充分考虑“学”的过程中学生可能采取的行动, 以及对“学”的过程的整体设计和控制。

3 关于案例式教学法的思考

本门课程中重点探索并实践的教学法包括案例式、辩论式和探究式。案例式教学生动具体、直观易学, 能够有效调动学生的主动性, 实现教学相长。本课程中部分重点内容符合案例式教学的条件, 结合实验室资源, 紧贴频管技术工作的需求。在实际教学过程中, 以下几个方面需要思考。

(1) 案例的“精挑细选”。在教学中使用案例, 需要“精挑细选”, 既要符合一定的教学需求, 又要具有典型性、真实性、针对性、趣味性、前沿性。有的案例着眼于方案选择, 有的着眼于过程推理, 不同的着眼点反映了不同的意图, 服务于不同的教学目的, 也会带来不同的教学效果。选择案例还要注意其理论背景、篇幅长短、问题方向。案例求精不求多, 并非多多益善, 切忌案例的堆砌, 盲目地堆砌, 实际效果适得其反, 达不到预期效果。

(2) 案例的“双向交流”。案例式教学中没有人告诉你应该怎么办, 而是要自己去思考。学生拿到案例后, 先进行消化, 然后查阅各种必要的知识, 还要经过仔细思考, 提出解决的方案, 无形中加深了对知识的理解, 而且是主动的。通过对同一问题不同观点的互相交锋和彼此互动, 可以取长补短, 起到一种激励的效果。同时, 教师给予引导, 也促使教师加深思考, 根据不同学生的不同理解补充新的教学内容, 这对教师也提出了更高的要求。

(3) 案例的“及时更新”。实践中, 同一个案例会从不同的角度反映不同的知识点, 偶尔在不同的教学内容中使用同一案例也是可行的, 但是不能简单地、反复地使用, 缺乏吸引力, 起不到案例式教学法应有的效果。“及时更新”案例, 激发学生的参与热情, 唤醒潜藏在学生身上的创新性思维能力。实践中发现, 学生的实践经验和课堂参与程度是成正比的, 会引起较好的课堂反响。

4 结束语

我们在教学过程中, 将案例式教学法应用到本课程的系统间用频兼容性分析、监测信号的识别、无线电监测接收和无线电测向等四个部分, 通过实际教学证明, 这样既能丰富教学方法, 融合教学内容, 又能激发学生学习兴趣, 提升教学效果。

摘要：本文分析了电磁频谱管理课程教学过程中存在的问题, 以增强学生的学习兴趣, 调动学生的学习积极性, 培养学生的自主学习能力为目标, 强调了教学法研究的重要性。以无线电台站间的用频兼容性为例, 详细描述了案例式教学法在该课程中的应用研究, 实现理论和实践的良好对接, 取得较好的教学效果。

关键词：电磁兼容,频谱管理,案例式教学

注释

11刘晓晶, 吴海燕.案例教学法与创新人才培养[J].黑龙江高校研究, 2008 (3) :130-132.

22 刘述喜, 雷绍兰等.“电磁兼容技术”课程案例导入式教学实践[J].电气电子教学学报, 2011.23 (4) :94-95.

33 黄平平.电磁兼容技术课程教学改革探讨[J].大学教育, 2012 (2) :50-51.

电磁频谱的军事应用 篇2

一、软件扩展方法

1. 现状分析。GDP32II系统原有配置软件5个 (2大类) , 简述如下。

(1) 3个数据预处理软件。即GDP32II数据格式转换软件 (SHRED) 、音频大地电磁数据均值输出软件 (AMTAVG) 和时域激电数据均值输出软件 (TDAVG) 。

(2) 2个数据反演计算软件。即二维常规电法电阻率极化率反演软件 (TS2DIP) 和大地音频电磁电阻率一维反演软件 (CSCINV) 。

2. 研究方法。

SFIPX-SW V2.0是目前最常使用的二维频谱激电资料反演解释软件, 可以识别V8系列电法工作站数据。GDP32II电法工作站利用ASCII码格式保存, 可以从它们的实测数据中分析、归纳其数据格式, 编制GDP32II到V8的数据格式转换软件。

3. 自主软件开发。

可以应用的SIP软件有GDP32II频谱激电数据处理软件 (GDP2V8) 和频谱激电数据二维反演软件 (SIPX-SW) 。GDP2V8是一款自主开发、具有独立知识产权的GDP32II频谱激电数据处理软件, 可以把GDP32II电法工作站采集的频谱激电数据转换成适合SIPX-SW软件处理的数据, 其工作流程如图1所示。

(1) 软件功能。软件主要包括2大功能, 即文件转换和合并。文件转换的主要功能是把GDP32II采集的raw文件转换为SIPX-SW要求的LST文件。但是在转换前需要设置测量参数, 主要是发射极长度、接受长度、频率等参数。文件合并的主要功能是把GDP32II不同排列 (排列第一个电极的隔离系数n不同) 采集的数据文件合并为单个排列文件。目前最多支持3个排列的文件合并。

(2) 适用范围。本软件适用于GDP32II仪器系统以偶极—偶极 (D-D) 剖面测深装置采集的频率域IP数据的处理。该装置可以是有限多道的、对称或非对称的、轴向或近似轴向的偶极—偶极 (D-D) 剖面测深装置, 能够对各道观测频谱曲线进行拟合反演, 去除EM耦合, 提取IP效应视谱参数ρa, ma, τa, ca。偶极-偶极测深断面的数据处理以测线为单位进行存储组织。一条测线由多个D-D排列构成, 一个排列由测量同一个供电偶极电场的多个接收偶极道组成, 其中道是最小的数据集。在PC机内存为256MB的状态下, 单测线可处理的最大排列数为180个, 最大接收道数为21道, 最多频点数为31个, 最大电极点数为200个。

二、野外试验研究

为了验证方法应用的可靠性, 本文, 笔者进行了探索性试验。试验区选取电法异常明显、有钻孔控制、地质特征比较清楚的某金矿矿区。

1. 实验区概况。

(1) 矿体地质特征。该矿区的矿体主要赋存于岩体与围岩或捕虏体的接触带附近岩床 (舌) 沿层间的破碎带和滑脱带中, 在有利的部位成矿, 矿体主要受岩体外侧凸、凹附近的接触带控制, 呈环带状产出。矿体多呈似层状、扁豆状、透镜状、囊状或不规则状, 形态复杂。矿体数目多, 密集成群, 规模小 (一般50~150m) , 厚度变化大, 矿化不均匀。

(2) 矿区地球物理特性。矿区内, 闪长玢岩、泥灰岩、豹皮灰岩、大理岩电阻率较高, 一般在300Ω·m左右;含磁铁金铜矿石、角岩、花岗斑岩、花岗片麻岩电阻率中等, 平均值均小于100Ω·m;含金铜磁铁矿石和黄铁矿化角岩的电阻率最低, 只有几十Ω·m。含磁铁金铜矿石、含金铜磁铁矿石和黄铁矿化角岩的极化率较高, 平均值大于6%, 最高达8.5%;豹皮灰岩的极化率中等, 平均值为2.7%;闪长玢岩、泥灰岩、大理岩的极化率平均值均小于1%;角岩、花岗斑岩、花岗片麻岩的极化率较低, 平均值均小于2%。

因此, 本区矿石和矿化体具有低阻高极化的异常特征, 具备进行二维频谱激电方法应用的前提。

2. SIP法实验成果。

(1) 测量参数。装置:偶极-偶极;接收电极距:a (MN) =50m;发射极距:AB=2a;隔离系数:n=2~26, 采样频点:0.016~1 024Hz。

(2) 数据处理。首先, 将原始数据人工去噪后, 利用GDP2V8程序并分3个步骤把GDP32II格式数据转换成SFIPX_SW软件处理数据。然后, 利用SFIPX_SW软件生成反演数据道记录文件, 进行Ip视谱参数反演。最后, 进行2.5维反演, 获得地下真电阻率和真充电率的地电断面。图2为电阻率反演断面图, 图3为极化率反演断面图。

(3) 结果分析。从电阻率断面图上看, 在标高-550 (深度650m) 左右存在一个低阻异常, 电阻率约400Ω·m, 低阻体倾向东, 倾角较缓, 在极化率断面上与该低阻体对应位置存在一个高极化体, 异常最高达8%。综合分析, 在650m深度33号点存在一低阻高极化异常, 异常位置与实际不整合面及矿体位置的埋深、倾角、倾向基本一致, 探测效果较好。

由于试验剖面的收发距不大, 探测深度小于700m, 深部异常没有封闭, 异常不完整。如果想增大探测深度, 必须增大收发距 (即隔离系数n) 。本次试验剖面测量采用9k W发射机供电, 当最大隔离系数n=26时, 测量幅值低频 (0.016Hz) 约3m V, 高频 (1024Hz) 约1m V, 幅值较低, 对相位的测量精度影响较大。

总的来说, 本次试验利用GDP32II中功率系统进行SIP法测量, 对700m以内的地质信息探测效果较好。受限于发射机功率, 对大于700m深度的地质信息无法进行有效探测。

三、结论与建议

1.对于GDP32II电法工作站功能的挖掘, 有利于提高物探的探测精度、分辨率和抗干扰能力, 提高物探成果的可靠性。特别是对于500~1000m的“第二找矿空间”, 可以提供电法测量的最优化选择, 取得较好的勘探效果。

2.对于二维频谱极电法提取的激电 (IP) 效应参数, 如时间常数τ、频率相关系数C和剩余电磁效应 (REM) , 目前尚未得到较好应用, 建议继续深入分析研究, 提高应用效果。

美军电磁频谱管理现状刍议 篇3

现代战争是陆、海、空、天、电磁“五维一体”的联合作战,战场处在广阔的电磁环境之中,无线电频率已经成为影响战争全局的不可或缺的重要战略、战术资源和力量,电磁频谱资源的不足就意味着军队总体作战效能的降低,部队有效履行使命任务的能力将受到负面影响,因此频谱资源短缺就如同战略能源储备(如石油)匮乏一样,代价是极其巨大的。由于意识到这点,美军电磁频谱管理很早就起步了,他们制定和发布了一系列电磁频谱管理政策和计划,并且建立了完善的电磁频谱管理体系,同时不断加大对战场频谱管理的深入研究,积极探索认知领域的电磁频谱管控机制,为美军有效的管理和使用电磁频谱资源,取得战场电磁优势提供了有力的保障。

1 美军电磁频谱领域的管理体制

1.1 美军电磁频谱管理的指导思想

美军的电磁频谱管理是以军事行动需求为指导,着眼于为国防部的工作提供最大的总体利益,为实现对有限电磁频谱的有效利用而采取的一系列措施。电磁频谱的管理应当是在熟悉作战部队需求并对这些需求做出快速响应的基础上进行的,并且应当与主要的政策制定机构保持紧密联系,以使电磁频谱管理的问题能够受到充分的关注。在与其他国家机构和商业客户共享有限的电磁频谱资源的同时,应确保不能对国防部的工作造成影响,并使国防部由于资源共享而造成的频谱损失风险降至最低[1]。

1.2 美军电磁频谱管理的体系结构

基于这个指导思想,美军对其内部的无线电管理机构进行优化配置、资源整合,经过海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争等几次局部战争的洗礼后,逐步形成了一套科学高效的电磁频谱管理体系。美军从统帅部到野战师都设有专门的频谱管理机构,从国防部、联合参谋部到各军兵种,建立了一整套完整的联合战役频谱管理体系,形成了成熟的管理机制。目前,美军频谱管理的高层领导机构是参谋长联席会议、军事通信电子委员会和联合频谱管理小组。在参谋长联席会议的领导下,通信电子委员会和联合频谱管理小组负责陆、海、空军的频谱分配、调整、检查和使用,而隶属于联合频谱管理小组的联合频谱中心则负责频谱规划和业务研究,为高层领导机构的频谱管理提供技术支持。国防部、各军种到各军种一级司令部都设有相应级别的频谱管理机构。各主要作战方向均设有战区频谱管理机构,战区频谱管理机构与国家频谱管理机构平行,如果在频谱使用过程中发生冲突,战区频谱管理机构可以直接与国家频谱管理机构协调解决。

按照美军的频谱管理规程,在由两个军种以上组成的所有海外司令部中,其频谱管理由各军种组成的最高联合指挥部负责,参谋长联席会议给予指导。此外,参谋长联席会议主席和负责通信电子的助理国防部长还对国防部电磁兼容中心、陆军和空军的频谱管理中心等给予直接的政策指导,从而保证了对无线电频率的协调管理。美军驻外部队的频谱管理都在最高司令部的控制之下。在联合司令部里,联合参谋长实施政策指导,海外指挥员对分司令部实施战区指导。战区指挥员通过联合参谋在战区内控制频谱使用[2]。

2 美军电磁频谱管理的现实状况

电磁频谱管理是对电磁频谱资源实施科学的划分、规划、分配和指配,使其能够得到合理、有效的利用。为在21世纪信息作战中获得频谱优势,美军加强电磁频谱管理体系建设,创新电磁频谱管理理念,完善电磁频谱管理方式,同时着眼未来、深化改革,积极探索军事电磁频谱管理的发展方向。

2.1 美军电磁频谱管理的顶层设计

早在2004年8月,美国五角大楼就出台了《电磁频谱管理和使用政策》,重新修订了电磁频谱管理和使用方面的相关政策。2007年,美国参谋长联席会议出版了名为“联合出版物3-13.1,电子战”条令,明确了有关负责保护己方频谱应用及破坏敌方频谱应用组织的职责,随后美国国防部又陆续颁发了一系列文件,如《国防部指令4650.1无线电频谱的管理和使用》、《陆军野战条令PM24-2频谱管理》、《海军作战指令2400.1无线电频谱管理》、《空军指令33-188无线电频谱管理》等[3]。这些政策法规将电磁频谱管理定义为在操作、设计和管理过程中对电磁频谱运用的计划、协调和管理活动,其目的是使依赖电磁频谱工作的设备和系统在预定的环境工作时不会造成或遭受不确定的影响。

2.2 美军电磁频谱管理的底层运作

从近几场现代局部战争可以看出,电磁频谱管理贯穿于作战的全过程,对战斗的成败起着举足轻重的作用。美军频谱管理的最终目标是建立全球电磁频谱信息系统,实现从传感器到射手的实时无冲突频谱接入,频谱管理向全域管理、动态管理、网络化管理、智能化管理的方向发展。图1是美军频谱管理典型实施流程示意图。美军电磁频谱管理设置了四个实现环节:信息获取、分析决策、管理控制及应用服务[4,5,6,7]。

(1) 信息获取。

建立全方位、大纵深、立体化的频谱感知网络,时时掌握电子信息装备的用频情况,进行战场态势评估,掌握相对于敌人的优势信息,制定完善的频谱管理和使用计划。

(2) 分析决策。

构建分布式、智能化频谱信息处理决策网络,根据形势变化做出快速响应,快速分析,不拘泥于战前制定的方案,灵活机动地处置战场上出现的未曾预料的复杂情况,实时掌握战场主动。

(3) 管理控制,即实现频谱的动态分配。

要按照网络的优先级、在用设备、设备间隔、转发需求、转发使用限制等原则进行分配。

(4) 应用服务,即频谱有效接入。

为战场各类装备提供有效频谱接入,使装备之间电磁兼容良好,同时还可以根据敌情决定所用装备及所用频率,达到频谱的最高效率使用和频谱按需接入。

2.3 美军电磁频谱管理的计划构想

在美国国防部2006年发布的一份电磁频谱管理的战略性计划中就大力倡导开发新技术,并呼吁国内和国际论坛积极支持国防部的频谱需求,旨在实现四个特定的目标:改进频谱管理并改善电磁频谱环境;通过技术革新来最大限度地使用频谱;提高频谱和电磁环境效应感知能力,从而引起用户和决策者的注意并使他们意识到应该从何处着手研究;在全国和国际频谱论坛上提倡并保护国防部的频谱需求[8]。

提出这一计划的很大一部分原因是美军认为在现代战争中,各种传感器、信息传输与处理技术的应用使各种军事行动更加依赖于电磁频谱,进而使现代战争的战场电磁环境变得更加复杂,电子战的应用已逐渐渗透到现代战争的每一角落,成为国防力量的重要组成部分,其目的就在于保证并维持己方部队有效地控制和使用电磁频谱,并通过破坏、欺骗等手段阻止敌方使用电磁频谱。

另外,美军还先后制定了《2010年全频谱作战构想》、《2010年联合频谱构想》以及与之相配套的《21世纪联合频谱使用和管理》,为美军电磁频谱管理工作的有效开展提供了参考依据,并指明了发展方向。

3 美军电磁频谱管理的理论研究和发展趋势

3.1 战场频谱管理(BSM)

近年来,美军利用科技优势,通过主导电磁频谱开发利用技术,制定有利于其武器装备发展的国际标准和规则,同时,积极开展战场频谱管理领域的深入研究,着眼提高通信电子系统整体抗干扰能力,摸索出一套战场频谱管理(Battlefield Spectrum Management,BSM)机制。

BSM的主要任务是系统规划作战过程中需要使用的频段,然后分配给各个作战单位,并加以科学的管理和协调,以保证所有用频设备充分发挥其自身功能,从而获得最大的战斗力。所描述的范围包含管理战场频谱使用的所有程序,并且支持和控制这些系统的管理过程不是局限于提供频率指配、解决碰撞和研究开发设备,它也包括有理有据地建议司令官减少其部队电磁信号的特征。协调是实现有效频谱管理的关键之一,通过与上级、下级和友邻的直接协调,频谱管理人员能减少或克服来自友邻部队的干扰。

美军战场频谱管理的具体操作分为师(Division)、军(Corps)、军以上单位(Echelons Above Corps,EAC)三级。每一级的通信主管在频谱管理方面对司令负责。在师、军和EAC里,经特别训练的通信科人员完成BSM功能。频谱管理人员与上级、下级、友邻以及其他科室协调,完成如下四种基本的频谱管理功能:频谱分配;数据库维护;干扰消除;频谱信号特征评估[9,10]。

3.2 提高频谱利用率的技术研究

单从提高频谱利用率的角度入手,美军就开发了多种成熟有效的技术,这些技术要么通过限定信号的传播区域来增加用户数以实现空间复用,要么利用信号间传播方式和传播地点的不同来实现相同频谱在同一地区的同时使用,以达到频谱复用的目的。如基于信号传播控制的频谱复用技术包括定向天线和组网技术等;利用信号间差异的频谱复用技术有扩展频谱、信号极化和智能天线技术等[11]。

值得注意的是,美国国防部高级计划局(DARPA)未来通信计划的重点内容之一是采用动态频谱接入(Dynamic Spectrum Access,DSA)技术,该技术在有的文献中也称伺机频谱接入技术或灵活频谱接入技术,具体的定义为在接入频谱的过程中,其发射参数(包括频率、信道、带宽、发射功率、调制方式、编码方式以及接入方法等)没有预先设定,而是可以根据需要随时选择和动态变换的接入技术[12]。该技术重点解决以下三个方面的问题:实时电磁环境感知能力;可重配置波形;完善的动态频谱管理和维护策略。动态频谱接入的一个具体范例就是自动频率选择 (Automatic Frequency Selection,AFS)技术,主要应用于现代车载无线电设备、数字式增强型无线电通讯(Digital Enhanced Cordless Telecommunications,DECT)系统以及工作于5 GHz的IEEE 802.11h无线局域网设备等。

3.3 电磁频谱管理的理论延伸

现在,美军正试图将认知无线电引入到电磁频谱管理的范畴当中,他们提出了下一代无线通信(XG)项目,用以研制和开发频谱捷变无线电台(Spectrum Agile Radios),该无线电台可在使用法规的范围内,动态自适应变化的无线环境,此项研究采用的就是认知无线电技术。从信号处理的角度出发,认知无线电是一个智能无线电通信系统,能够感知外界环境,并使用人工智能技术从环境中学习,通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等),使其内部状态适应接收到的无线电信号的统计特性变化,从而达到在任何时间、任何地点实现高可靠性通信、有效利用频谱资源的目的[13]。

认知无线电的网络结构有三种类型:集中式、分布式和集中+分布式。它通过频谱自适应技术来实现动态频谱分配,相关技术包括频谱检测技术、自适应频谱资源分配技术以及复合自适应数据传输技术等。

军用认知无线电就是认知无线电在军事上的应用,是一种能够感知当前军事无线环境,并通过对环境的理解和学习,实时调整它的内部配置,以适应外部战场环境变化的无线电。

采用认知环的形式来理解军用认知无线电的认知能力,如图2所示。在认知环中,频谱感知模块实时监测战场电磁环境的变化,通过频谱特征提取为频谱策略决策提供依据,而在决策过程中还综合了频谱管理中心分配的频谱资源、业务需求等信息,在频谱策略库中选择最佳方案,并予以实施。另外,认知中还包含频谱本地认知与频谱网络认知。每一部认知无线电台均具有频谱本地认知能力,将这些信息传递到网络频谱管理中心,就可以完成对各个区域、各个时间段的频谱认知。

认知无线电展现了一种全新的频谱管理模式,它将自身与外部环境完全匹配,和其他很多技术高度综合,已越来越广泛的被人们接受,而将战场环境感知、通信、指控综合在一起的军用认知无线电,必将引领军事电磁频谱管理的新一轮革新。

4 结 语

美国海军上将托马斯·穆勒曾预言:“如果发生第三次世界大战,获胜者必将是最善于运用电磁频谱的一方。”由此可见,迅速掌控未来战争电磁领域的主导权,是关系到国防和军队建设长远发展的重要环节之一,已经成为信息时代各国维护自身安全的战略性任务。中国军队经过多年发展,已形成相当规模的电磁频谱管理体系,目前正向“综合一体化”方向发展,逐渐把单个或多个作战平台上的不同种类、不同型号、不同频段、不同用途的频谱管理装备与多种作战手段有机地组成一个整体,提高其自动化水平,完善电磁频谱管理能力。但是不难看出,我军开展的很多频管工作都是模仿型、探索型、贯彻型的管理行为,针对性、时效性不强,尤其对复杂电磁环境的频谱管理更是难度大、经验少,相对于美军而言仍有不小差距,因此,我军必须高度重视和加大这方面的研发力度,真正把握住“需要管什么,应该怎么管”这一核心问题。

摘要：在未来战场上,电磁领域对抗异常激烈,频谱资源供求矛盾也日渐突出,战场电磁态势将十分复杂,因此,实施对电磁频谱资源科学有效的管理,夺取战场制电磁权,对打赢信息化条件下的高科技战争起着至关重要的作用。从美军电磁频谱管理体制、政策构想、发展趋势等方面,介绍了美军电磁频谱管理的基本情况,为我军频谱管理体系的完善与发展提供了参考依据。

电磁频谱监测系统设计分析 篇4

无线电通信技术的快速发展和普及应用,使得电磁环境越来越复杂,频谱的使用越来越广泛,频谱资源日益紧张。为使有限的频谱资源发挥更大的价值,开发频谱利用率更高的应用系统、加强频谱科学管理成为必然要求。电磁频谱监测是频谱管理的基础和前提,其目的是为频谱管理、频率指配和规划提供技术支持和科学依据。下面介绍一种电磁频谱监测系统的设计方法,并对其性能特性和在频谱监测网络中的重要地位进行分析。

1 总体设计

1.1 系统组成

频谱监测系统组成如图1所示。

图1中的监测设备有3副监测天线,包括短波天线(0.1~30 MHz)、超短波天线(30~800 MHz)和微波天线(0.8~3 GHz)。系统监测接收机的频率覆盖范围为0.1~3 000 MHz,输出为70 MHz中频。接收机分为2个模块:短波模块(0.1~30 MHz)和超短波微波模块(30~3 000 MHz)。短波模块的带宽有200 kHz、25 kHz 两种,超短波微波模块的带宽有20 MHz、200 kHz、25 kHz 三种。该接收机的增益为0~60 dB,有AGC和DGC两种增益控制模式。

信号处理机用于根据上位机的控制命令控制天线和接收机对信号的采样,并通过电路和DSP进行信号处理,然后将结果回送给上位机。

上位机为控制管理终端,可以下发不同参数的频段扫描信号,并可监听两种指令,同时负责显示和储存上报的结果。

1.2 硬件设计

系统组成以信号处理机为重点,信号处理机主要由正交下变频芯片、AD采样芯片、DSP和FPGA等组成[1],其系统组成如图2所示。

1.3 电源设计

系统的输入电压为+24 V,可通过3个DC/DC电源变换模块获得模拟±5 V、数字+5 V和+3.3 V的电压输入电路板。其中+5 V电压可通过TPS75933芯片变换为+3.3 V给DSP的I/O供电,+3.3 V电压则可通过TPS78601芯片变换为+1.2 V给DSP的内核供电。

2 主要解决的问题

系统主要从以下几个方面进行考虑:

① 接收机的精确性。利用高性能监测测向接收机,可完成对射频信号的搜索,主动、快速地发现并截获信号,利用高精度测向与高准确率的干扰定位技术,识别出同频信号与微弱信号,并进行盲信号分离;同时具有快速扫描和宽频搜索的能力,不但可以对长发信号进行捕捉,而且可以实现对突发、跳频等短持续信号的快速捕捉。

② 处理机的智能性。系统具有丰富的样本信号库,同时处理机采用DSP和FPGA等核心技术,从而保证了在分析信号时能够分辨信号的细微特征,进一步提高了信号的识别能力,使系统在快速捕捉之后能迅速识别出相应信号。

③ 系统与网络的匹配性。利用该系统可建立分布式监测网,准确掌握频谱利用动态,及时发现并排查干扰,实现无线电监测的无缝覆盖,特别是对机场、码头、港口和党政机关所在地等重点区域实现监测覆盖。在监测网内可利用监测管理软件,完成对信号的测量和接收数据的分析与存储,实现对网内所有设备的同时监控。

3 关键技术

3.1 DSP技术

数字信号处理(DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。在过去的20多年里,DSP技术已经在通信等领域得到极为广泛的应用。它是利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩和识别等处理,以得到符合人们需要的信号形式[2]。

该系统选用了2片ADSP-TigerSharc101(简称TS101)系列DSP芯片,用来完成主要信号处理算法。TS101具有强大的链路口传输功能,每个链路口的传输速度可达到250 MB/s[3];另外,该系统还选用一片ADSP-Blackfin537(简称BF537)系列DSP芯片来完成控制与管理功能。BF537采用VDF内核,可与LAN91c111网络芯片组成Lwip网络嵌入式操作系统[4]。

3.2 FPGA技术

现场可编程门阵列(FPGA)是美国Xilinx公司于1984年首先开发的一种通用型用户可编程器件,是在PAL、GAL和CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物,是作为专用集成电器(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既具有门阵列器件的高集成度和通用性,又有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性。

系统选用Altera公司的cyclone系列FPGA芯片EP1C12来实现信号预处理功能,采样信号在通过FIR滤波器后,可存在FIFO内等待DSP来读取。此外,FPGA也可完成传递控制字、中断控制以及向D/A输出解调结果等功能。

4 性能测试分析

4.1 工作模式分析

系统有频段扫描和信号监听2种工作模式。

4.1.1 频段扫描

频段扫描是系统最主要的功能,通过此功能可以监测到各个频段的电平值和频率占用情况,从而完成频谱的监测,其频段扫描流程如图3所示。

由于接收机的最大带宽是20 MHz,所以系统内部循环一次只能扫描20 MHz带宽内的频谱。在完成宽带扫描时,需要通过接收机置频扫描多次相邻的20 MHz带宽内的频谱,再把结果拼接成需要的宽带频谱。

信号处理可采用FFT测频法来对16 384点的采样数据做FFT运算,再根据上位机命令中的频率间隔将FFT幅度转化为电平值。

4.1.2 信号监听

信号监听是频谱监测的一个辅助功能,用于实现AM、FM信号的解调,其流程如图4所示。在监听过程中,接收机带宽通常处于25 kHz,当接收到一次控制字后,即可通过时序控制实现连续不断的采样与解调。

4.2 网络应用分析

电磁频谱监测网是对空中电磁信号频谱特征参数进行测试、分析的网络,也称电磁频谱监测测向网。电磁频谱监测网担负电磁环境监测和无线电信号测向定位任务,通常包括短波监测网、超短波监测网和卫星监测网等构成[5]。

利用该系统可组成室外小型监测站,从而构建分布式室外小型监测网,设备工作采用无人值守方式,可布设于热点地区,扩大信号监测范围,组网工作时可对被监测目标进行时差定位。多台室外小型站通过联网方式构成分布式监测网,其组网工作图如图5所示。

各室外小型站可根据需要布设于办公大楼和商场等所需要的地点,所有采集数据通过有线或无线方式传递到网络控制中心,由运行于控制中心的监测控制软件实现对网内多台设备的同时控制,完成对信号的监测、定位和存储等功能,在具备高度同步条件下可对被监测目标进行时差定位计算与地图标识。

4.3 性能测试结果

经检验,该频谱监测系统的频率覆盖范围为0.1~3 000 MHz,频率分辨率可达15.2 Hz,扫描速度可达1 GHz/s,灵敏度可达-134 dB。在同类系统中具有一定的优势。

5 结束语

信息化条件下,随着无线通信技术的飞速发展,频谱资源变得越来越紧张,社会对电磁频谱管理的需求越来越大。电磁频谱监测技术的深入发展,尤其是多种新技术的科学结合,使无线电监测能力更加强大;而且由DSP和FPGA组成的频谱监测系统具有高速、稳定和可编程性强等优点,提高了综合组网能力,促进了电磁资源监测和利用效率,是对电磁频谱管理活动的有力技术支持。在工程中有较强的应用价值,具有广阔的发展前景。 

摘要：针对日益复杂的空间电磁环境下频谱监测任务中遇到的新问题,为进一步提高频谱管理技术水平,介绍了一种电磁频谱监测设备。分析了其总体设计思路、解决的问题、主要功能、工作流程、性能指标及在频谱监测网络中的作用,并对其中的数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)关键技术进行了论述,对电磁频谱监测技术的未来发展提出了展望。

关键词：频谱监测,分布监测网,DSP,FPGA

参考文献

[1]周鸿顺.频谱监测手册[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]陈峰.Blackfin系列DSP原理与系统设计[M].北京:电子工业出版社,2004.

[3]刘书明,苏涛,罗军辉.TigerSHARC DSP应用系统设计[M].北京:电子工业出版社,2004.

[4]Analog Devices Inc.ADSP-BF537 Blakfin ProcessorHard-ware Reference[S],2007.

大地电磁频谱测量法探测公路路基 篇5

关键词：煤矿采空区,公路路基,大地电磁频谱测量,探测采空区

0 引言

大地电磁频谱测量法是探测煤矿采空区的方法之一,大地电磁测深法是以天然交变电磁场为场源的一种地球物理方法。该方法野外施工简便、成本低廉,此外还具有勘探深度大,不受高阻层屏蔽影响,对低阻层有较高的分辨能力等优点。当交变电磁场在地中传播时,由于屈服深度效应的作用,不同周期的信号具有不同的穿透深度,在地面上观测大地电磁场,它的频率响应将反映地下岩层电性的分布情况[2]。

1 方法原理和测量过程

大地电磁频谱测量(简称MES探测)方法,属于利用天然场源的电磁波探测方法,是对大地电磁测深(MT)的改进和发展。电磁频谱的场源是太阳风或太阳黑子活动以及闪电、雷击等。尤其是太阳辐射,发射出大量粒子流,当其到达围绕地球的电离层时,转换为电磁波。由于电离层远离地球表面,在其继续向地层内部传播时,可以近似地看作是地球表面垂直入射的平面波。沉积于地下的各种岩性的地层,通常将其视为水平层状介质。各种地层具有不同的物理性质(如密度、速度、电阻率、导磁率等)从而形成不同的波阻抗界面。电磁波的波阻抗与岩层的电阻率、导磁率相关。电磁波在经过波阻抗界面时会产生反射,在地面接收并研究不同波阻抗界面反射的电磁波(水平电场分量Ex及与之正交的水平磁场分量Hy),可以得到地层电阻率随深度变化的信息。其中由电场强度和磁场强度的幅度分量可以获得地层电阻率的值,由电场强度和磁场强度的频率分量可以获得相关地层的深度信息,结合地质及其他物探资料可以对地层的岩性、物性进行研究。在地壳岩石圈中,不同矿物岩石,具有很大的电阻率差异,这种物性差异是我们区分地下不同岩石、矿物及流体的物理基础[3]。

野外测量时,先在已知的钻孔旁进行较为详细的大地电磁频谱测量,建立探测区地层相应的岩性与物性关系,选择适合本区的测量技术参数,建立探测区的相关校正系数。大地电磁频谱测量仪器有4种测量步长可供选择,分别为5 m,2 m,1 m,0.5 m。通常,在建立测区校正系数和相应的电阻率与岩性和物性关系时采用0.5 m的步长,以精确地确定视电阻率曲线与各主要层位的关系。如果在电测井资料较多的地区工作,掌握测井曲线与对应的岩性或重要的标志层的对应关系,对于电磁频谱测量曲线的解释是十分重要的。

2 应用实例

2.1 测区概况

109国道鹊儿山镇附近由于煤矿采空区冒落塌陷,引起109国道及云冈铁路专线燕子山段、鹊山精煤公司家属住宅楼地面塌陷。

鹊山精煤公司及邻近的煤矿均在侏罗纪中统大同组地层进行采煤活动。大同组地层以上有第四系地层,厚约10 m;侏罗纪中统大同组为一套冲—湖积含煤及中—细粒碎屑岩地层,呈灰黄色及灰色的砂岩、泥岩与煤层及炭质泥岩互层。主要可采煤层为2号煤层和11号煤层,厚度分别约2 m,4 m。

2.2 建立模型

首先在T32号钻孔旁进行了试验探测,使用电磁频谱MES-1探测仪。通过试验探测可认识到鹊山矿区煤层在大地电磁频谱探测的电阻率曲线上呈现相对高电阻率,其围岩(砂泥岩等)表现为相对低电阻率,二者具有明显的物性差异。由于低含水砂岩、灰岩也有较高的电阻率,应结合地质、钻井和其他物探资料予以区分。确立了煤层的MES曲线特征后,即可得到本区的岩性、物性与MES曲线的对应关系,选择适合本地区的测量技术参数,建立本区的相关校正系数,通过MES的测量和对其成果曲线的解释,达到探测目的。

2.3 采空区探测

为了研究和掌握MES曲线在采空区上的特征,首先在已知采空区上作MES探测,其探测结果与附近的已知点(570-1 590)比较如图1所示。从图1中可看到,在采空区上方探测不到2号煤层,离开采空区可以重新探测到2号煤层。而且,采空区的陷落区域MES视电阻率,较之正常区的值低很多。

有了已知采空区上的MES视电阻率曲线特征后,根据地质资料,在可能存在采空区的区域作了MES探测。部分结果表明,MES视电阻率曲线存在着与已知采空区上探测到的特征类似图2给出了330-650点测得的MES视电阻率曲线与其他邻近点的比较结果。由图2可知,在330-650点探测不到煤层,其视电阻率与正常情况下的比较,幅值明显较低,综合对比地质和其他物探资料,由此判断330-650点存在采空区。

2.4 采空区的识别

本次探测中,对37个点的2号,8号煤层进行了追踪和对比从总的结果看,在采空区的上面有些点追踪不到煤层,正常的煤系地层层位发生了较大的变化。在已知钻孔孔旁的测点,追踪的煤层深度、厚度与已知数据相比,最大深度误差5 m左右、厚度误差小于0.5 m,精度较高。其他点的煤层深度和厚度追踪结果与其他物探资料相比,大部分较为一致,但大地电磁频谱测量确定的准确度较高;有的地方有一定的差别,有时甚至差别较大,究竟是其他物探资料准确还是MES资料准确,有待布设钻孔验证。

3结语

大地电磁频谱测量(MES)是大地电磁测量方法的改进,其基本原理和理论与大地电磁测量基本一致,但大地电磁频谱测量突破了大地电磁测量方法的部分概念,建立了频率与深度的直接关系,将深度与频率通过近似的大地电阻率模型直接联系起来,将频率直接换算到深度进行标定,使测量结果更直观,划分更加精细,精度更高。该方法的工作过程是通过部分已知点的MES测量结果与测井和钻孔资料对比后,建立工作区的电阻率模型和频率深度间的相关校正系数。大量的测量和解释结果表明,大地电磁频谱探测技术可以广泛地用于煤系地层的对比、探测煤矿区的采空区、确定灰岩层中的含水性。为公路建设与养护提供较准确的地基地质资料,解决工程勘察所遇到的地质构造问题。虽然大地电磁频谱测量方法作为一种电法勘探,在实际应用中还处于研究阶段,受到各方面条件的限制。但随着仪器精度的不断提高,方法、理论的不断完善,大地频谱测量技术的应用范围必将更加广泛。

参考文献

[1]骆凤涛.煤矿采空区对公路工程的危害程度评价研究[J].山西建筑,2007,33(31):259-260.

[2]陈乐寿,王光锷.大地电磁测深法[M].北京:地质出版社,1990:10.

[3]石应骏,刘国栋.大地电磁测深法教程[M].北京:地震出版社,1985:9.

电磁频谱的军事应用 篇6

1 研究思路

电磁频谱管理课程围绕频谱管理设置教学内容,按照“瞄准目标,优化内容,夯实基础,突出实新”的原则,对比较完善和成熟的教学内容,在保证其理论体系的基础上,根据专业建设和培养目标,侧重内容的精选、完善和更新;对较零散的教学内容,则需要提高理论起点,建立比较完善的理论体系。通过本课程的学习,学生应形成比较全面和合理的知识结构,为将来胜任频谱管理工作和进一步提高专业技能与业务素质筑牢基础。

电磁频谱管理是一个完整、系统、复杂和开放的体系结构。本课程理论教学内容主要分为频谱管理基础、系统内电磁兼容分析、系统间电磁兼容分析、无线电监测测向与定位、频管新技术等五个部分。我们将频谱管理基础、电磁兼容分析、无线电监测测向与定位等定位为“急需型”知识,是从事频管工作必须具备的专业基础知识,而频管新技术则定位为“前瞻型”知识,是目前频管技术领域的研究热点。教学时,这两类知识并列存在,打好这两类知识基础尤为重要。

电磁兼容性(EMC,即Electromagnetic Compatibility)是指电气、电子设备或系统在其电磁环境中符合要求能正常运行,并且不对其环境中的任何设备或系统产生无法忍受的电磁骚扰的能力。①EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。因此,EMC包括频谱共用、干扰灵敏度、系统装置、电磁环境等四个方面的问题,也即是不同的无线电系统间存在频谱共用问题,接收机等电子设备对干扰的灵敏度问题,无线电系统间的相互影响以及电磁环境的影响。本课程中所研究的是EMC中的频谱共用和干扰灵敏度,主要内容包括系统内电磁干扰及防护、收发信机结构和系统间电磁兼容分析,对可能受到或产生的干扰进行预测、分析和评估,围绕无线电台站间的用频兼容性以及电磁隔离性,针对如何合理地利用无线电频谱进行研究。

2 研究内容

频谱管理的目的是实现多种系统或业务之间的共存,最大限度地提高频谱利用率,而电磁兼容分析是保证各种系统或业务相互兼容的主要技术手段。在现代和未来战争中如何加强电磁兼容性分析,避免相互干扰,保障战场环境下军事通信运用的有效性,已成为己方战斗力生成的关键因素。电磁兼容主要分为系统内电磁兼容和系统间电磁兼容,其中,电磁干扰及防护是系统内电磁兼容的主要内容,干扰预测和分析是系统间电磁兼容的核心内容。

2.1 系统内电磁兼容

在实际教学过程中,我们将系统内电磁兼容分成电磁干扰及防护、收发信机结构和电波传播基础三个部分。需要注意的是,本内容中的电波传播基础与“天线与电波传播”课程中的电波传播部分应有所区别。后者侧重基本理论的讲解,而前者则紧扣频谱管理中的“预测”应用展开分析。

电磁干扰及防护首先给出电磁兼容的基本概念,分析了电磁干扰三要素中的干扰源、耦合途径和敏感设备,强调干扰源的类型、特点和性质。通过对电磁干扰传播与耦合机理的分析,以传导干扰和辐射干扰为例,说明了典型的干扰途径以及电磁干扰的抑制措施。②我们以干扰三要素为模型,构建系统内电磁兼容预测分析的数学模型,在定性分析的基础上对干扰状况进行定量计算,使学生能够理解电磁兼容特性与要求之间的相关性。

收发信机结构中首先围绕着射频系统中的噪声系数和非线性失真两个很重要的指标展开,讨论射频电路中噪声的来源、大小和度量方法,以及器件的非线性特性及其对系统的影响,并重点分析它们对接收机灵敏度和动态范围的影响。以GSM为例,从系统的角度介绍收发信机几种常用的方案,明确了其结构组成,同时对接收和发射的技术指标进行分析,意在让学生对系统特性和整机性能有较全面的了解。

电波传播基础中围绕各种电波传播方式的特性,讨论各种传播方式下的场强计算方法,分析各种常用传播模型及应用。通过这部分内容的教学,使学生能够掌握电波传播损耗计算,并能够将其应用于系统间电磁兼容分析,本部分内容的学习紧紧围绕电磁频谱管理中的“干扰预测”应用展开分析,注重解决实际问题。

2.2 系统间电磁兼容

系统间电磁兼容是指给定系统与它运行所处的电磁环境或与其他系统间的电磁兼容性。无论是频率划分、规划、分配和指配,还是设备检测、无线电台站管理、无线电监测和台站监督检查等,电磁频谱管理的目的是实现多种业务和系统之间的相互兼容,提高频谱的利用率。而其主要技术手段就是系统间电磁兼容分析,判断无线电设备、系统或台站之间是否相互兼容是围绕着允许干扰电平和实际干扰电平这两个关键技术指标参数的计算而展开的。

开展无线电设备或系统间电磁兼容分析包括两方面的含义:一是计算拟设无线电设备对已设无线电设备的干扰;二是要计算已设无线电设备对拟设无线电设备的干扰。无线电台站间的干扰,主要包括同频干扰、邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰和带外干扰等。以固定无线电台站之间的干扰为例,对系统间电磁兼容性进行分析或预测分析,课程中我们围绕着发射系统和接收系统展开分析。为了分析方便,我们认为,发射系统包括发射机和发射天线,接收系统由接收机和接收天线组成,发射系统对接收系统的干扰,就是发射机发出的电磁波经发射天线辐射出去后,经空间电波传播,通过接收天线传送给接收机而产生的干扰。从最简单的“发射系统—接收系统”对入手,采用逐对分析的方式,建立系统间电磁干扰预测模型。同时,在逐对分析的过程中,按照分级预测的原理,将预测模型分成四个等级,包括快筛选、幅度筛选、干扰余量修正、详细预测等。以理论计算为指导,借助计算机仿真和实验室测试,对前面预测模型的结果进行修正,同时可以对仿真参数的选取进行相应的调整。③

2.3 教学方法

本课程中我们采用案例教学法,结合电磁频谱监测与识别实验室资源,把实际工作中的真实情景加以典型化处理,形成供学生思考分析的案例,适时引入,通过独立研究和相互讨论的方式,来提高学生分析问题和解决问题的能力。强调以学促教,因学论教。

在案例教学中,老师必须搜集、整理合适的案例,对案例中所涉及的相关知识应有较深刻的认识。学生拿到案例后,先要进行消化,然后查阅各种必要的资料,主动对理论知识进行理解。他还要经过缜密思考,提出解决问题的方案,这一步应视为能力上的升华。案例分析不能够只停留在表面,深入透彻的讨论分析才是至关重要的,老师应设法引导学生围绕案例展开讨论,方式多样化,可以利用仿真和实验,使学生感到形象逼真,从而大大提高教学效果。同时,老师要根据不同学生的不同理解补充新的教学内容,双向的教学形式对老师也提出了更高的要求。

以地面固定无线电台站为例,我们分同频干扰、邻频干扰和互调干扰三种情况来分别说明电磁兼容性的应用。在实际教学过程中,需要进行进行设计和布置。围绕案例,将这三种情况分组,引导每组成员对各自的课题展开分析和讨论,提出相应的解决方案。根据案例中提供的参数,以电磁兼容分析方法为依据,利用实验室现有的高性能仪器设备与软件相结合,构建复杂电磁环境模拟系统,满足教学的需求。各种信号的设计与合成由实验计算机完成,任意信号发生器将设计文件转化为实际复杂波形。整个过程中,学生自主学习,教师参与指导,转变“学跟教走”的思维定势,注重教师指导与学生主动学习相结合、书本知识与实践经验相结合、课内学习与课外拓展相结合。

3 结束语

电磁兼容分析是电磁频谱管理课程的核心内容之一,打好这类知识基础,有助于学生形成更加优化的知识结构,对于胜任频谱管理技术工作尤为重要。在教学中,以促进教学效果的提升为指向,按照从严治教治学的原则,遵循教学规律,讲究教学方法,鼓励学生参与教学进程,取得良好的教学效果。

摘要：本文围绕电磁频谱管理课程中的电磁兼容部分进行了分析,重点说明了系统内电磁兼容和系统间电磁兼容,强调以学促教,因学论教。采用案例式教学法,适时引入合适的实际工程应用案例,本着从严治教治学的原则,遵循教学规律,讲究方法运用,以促进教学效果提升为指向。因学定教,鼓励学生参与教学进程,取得良好的教学效果。

关键词：频谱管理,电磁兼容,案例式教学

注释

1马力.《电磁兼容技术》教学方法探讨[J].洛阳师范学院学报,2012.31(11):42-44.

2王培章,钱祖平等.电磁兼容技术[M].人民邮电出版社,2011.

电磁频谱的军事应用 篇7

关键词：信息化战争,电磁频谱,管理

当前一些外军评论认为:“未来信息化战争中, 电磁频谱将是一种无形的战斗力, 并且是可于火力机械动力相提并论的新型战斗力。”并预言:“21世纪将是频谱战的时代”, 届时频率资源如同弹药一样重要, 是作战的必需物资。因此, 要打赢未来信息化战争, 必须未雨绸缪, 认真分析当前电磁频谱管理使用中存在的问题, 采取必要措施加强电磁频谱管理。

一、健全和理顺电磁频谱管理机构, 解决频谱管理不统一的问题

电磁频谱作为重要的战略资源受到了各军事强国的普遍重视, 而且都设有专门的机构对其进行管理。而当前, 我国还没有专门的机构来担负电磁频谱管理职能。国家虽然在信息产业部设有国家无线电办公室, 并下设省 (市) 无线电管理委员会办公室。但管理体制尚未理顺, 有的设在信息产业厅, 有的设在通信管理局, 还有的设在政府办公厅。军用和民用各自独立管理, 中央和地方没有直接隶属关系, 这种纵横交错, 条块分割的管理体制, 极大影响了电磁频谱资源的有效利用, 并且时常出现各部门间, 国家和地方之间, 军地之间协调不畅的现象。战时极易陷入“频谱自扰、互扰”的困境。因而, 要保证未来信息化战争中的用频主动权, 就必须加强频谱管理的组织领导, 建立统一的电磁频谱管理机构。具体可将国家和省 (市) 的无线电管理机构纳入相应的信息动员办公室, 各级国防动员委员会统一管理各级信息动员办公室。军队各级建立相应的机构, 以实现对电磁频谱的有效管理并与地方的频普管理机构相互协调合作。军队和地方的无线电频谱管理问题通过军地联席会议协调解决。平时, 各级电磁频谱管理机构保障正常生产生活和部队正常训练;战时, 军地联席会议重点做好以下工作:加强对军用电磁设备的频谱管理;保障信息系统和武器装备的正常工作;监测战场电磁环境, 为作战部队提供战场电磁态势;综合检测测向数据和短波探测数据;进行作战频率的分配、指配和电磁兼容分析, 为作战地域战场通信枢纽和台站的设置提供技术支持;综合采取空域控制, 时域控制, 频域控制, 能域控制等方法, 努力营造和维持有利于己的战场电磁环境。

二、制定完善的电磁频谱管理法规, 解决频谱管理无法可依的问题

频谱作为国家的公共资源, 除了有一部分划分给军队专用外, 大部分都是军民共用。在日常生活中, 由于缺乏必要的法律法规, 造成地方之间和军队与地方之间相互干扰的情况时有发生。因此, 将电磁频谱管理的各个环节纳入法制化轨道, 建立严格的管理法规势在必行, 也是各国解决频谱管理问题的普遍做法。具体应完善以下几方面:一是制定完善的电磁频谱管理条例。明确频谱使用权限及批准权限;明确电磁频谱使用规范及违反条例的处罚措施等。二是制定军民电磁频谱协调共管规定。明确军地各级相关部门职责、组织、协调、指挥程序;明确军地频段使用和区域划分等频谱协调共管具体事项。三是制定战时电磁频谱征集动员规定。对电磁频谱动员的任务、原则、内容、方法、组织指挥等内容加以明确;结合各地区实际制定详细具体的电磁频谱动员规章;对电磁频谱动员时机、内容、方法、组织指挥、保障、职责分工、奖惩措施等具体问题加以明确。四是制定战场电磁频谱管制规定。着重明确一般情况下各级各单位频谱使用的一般秩序和特殊情况下频谱优先使用的原则、时机及具体规定等。

三、实施电子产品电磁频谱强制认证机制, 解决电磁相互兼容的问题

现代战争使用的综合电子信息系统是由几十种武器装备、探测、侦察、通信、电磁对抗等分系统组成, 由于电子技术的大量应用, 使得各分系统之间和系统内部的电磁环境十分复杂。因而在电子信息装备研制之初把好无线电管理关, 成为了能否发挥武器装备最大效能的关键。在这方面英军曾在英阿马岛战争中付出了惨重的代价。在那次战争中, 英军谢菲尔德号驱逐舰担负航母群攻击阿军某机场时的警戒任务, 被阿军一架战机发现, 阿机当即发射一枚飞鱼反舰导弹, 配有先进雷达警戒系统的谢非尔德号驱逐舰竟毫无反应的被击沉。事后经调查分析得知:谢非尔德号被击沉的主要原因是该舰研制之初, 忽视了舰载雷达警戒系统与舰载卫星通信系统的电磁兼容性, 导致两个系统同时工作时互相干扰, 无法及时发现来袭导弹而采取相应对策。这种情况在我军的武器装备研制和生产中也时有发生。据悉:某研究所历时10余年、花费巨资研制的一种先进的电子装备, 在研制之初未经无线电管理部门的审核, 导致研制出的装备与民用通信系统相互干扰, 无法实现电磁兼容而被判了“死刑”。另悉:某工厂研制的一种新型指挥车, 各系统指标全部达到设计要求。然而, 当有关部门对集成后的系统进行鉴定是, 却发现各分系统间相互干扰, 无法正常使用。最终, 该指挥车首次鉴定未获通过。由此可见, 若在未来作战中保证电子信息设备正常使用, 必须实施电子信息产品电磁频谱认证机制, 有效解决电磁兼容问题。具体应在国家电磁频谱管理机构下设一个电磁频谱认证专职部门具体负责该项工作。并出台相应的政策, 明确凡是电子信息产品的研制必须经过电磁频谱管理部门审批;凡是电子信息产品的生产特别是军事装备的定型生产必须经由电磁频谱管理部门强制认证。确保从源头上解决武器装备电磁兼容问题。

四、培养一支高素质的电磁频谱管理人才队伍, 解决管理力量薄弱的问题

加强电磁频谱管理, 在未来信息化战场上夺取制信息权, 取得战场主动权更需要一支高素质的电磁频谱管理人才队伍。当前我国、我军懂技术又会管理人才还十分欠缺, 现在部队训练中, 虽然在师级单位设置了专职电磁频谱管理员, 在团级设置了兼职电磁频谱管理员, 但是现有的管理力量远远不能满足未来作战的需要。地方这方面的人才就更少了, 很难满足军地协调的需要。因此, 加快电磁频谱管理人才培养是推进我军信息化建设的必要举措。为此, 应重点依托高等院校加强师资投入, 设立相关专业, 并建立人才培养长效机制。一方面, 展开现职人员培训, 尽快提高相关人员素质充实相应岗位。另一方面, 进行电磁频谱管理专业的学历教育, 培养高素质的专业人才, 源源不断地充实电磁频谱管理队伍, 在电磁频谱管理领域尽快赶上发达国家。

参考文献

[1]徐小涛.电磁频谱管理在信息化战争中的运用研究[J].国防技术基础, 2005, (5) :50.

[2]高斌, 方志.复杂电磁环境下电磁频谱管理浅析[J].科技信息.2007, (35) :70.