電磁環(huán)境對通信設(shè)備的影響

金景怡

（武警士官學校，浙江 杭州 311400）

0 引言

當今環(huán)境下，復雜多樣的電磁環(huán)境會對一般的通信系統(tǒng)、人員及醫(yī)療系統(tǒng)等造成一定的電磁干擾。也就是說，通信設(shè)備一旦應(yīng)用于現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場，也必然會受到復雜電磁環(huán)境的影響，嚴重時會造成設(shè)備性能受損甚至損壞。通過分析電磁環(huán)境的特征，采取有效防護手段，對軍用通信設(shè)備及系統(tǒng)進行有效的電磁防護，保證有效通信，是打贏現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的關(guān)鍵一環(huán)。

1 電磁環(huán)境特征

當今社會背景下，由于電子設(shè)備使用的多樣性以及一些自然因素，導致現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場周圍具有復雜多變的電磁環(huán)境。復雜的電磁環(huán)境特別是指在一定的空間、時間以及頻譜范圍內(nèi)，由于人為或者自然因素產(chǎn)生的電磁輻射以及各類電磁現(xiàn)象的總和。一般來說，信息化戰(zhàn)場周圍產(chǎn)生復雜電磁環(huán)境的人為主要因素有：敵我電子對抗中的電磁干擾產(chǎn)生的高密度、高強度電磁波，各種現(xiàn)代化武器裝備釋放的多光譜電磁波以及一些民用電磁裝置的電磁波和輻射等。其主要特征如下。

（1）種類多樣性。由于戰(zhàn)場上使用的通信設(shè)備種類比較多，造成設(shè)備周圍產(chǎn)生的電磁信號各式各樣。除了這些種類電磁信號之間的直接相互影響外，各類通信設(shè)備由于設(shè)計原因，本身均會產(chǎn)生多次諧波、多級互調(diào)，會對周圍的電磁環(huán)境形成二次污染，再加上設(shè)備間信號的互調(diào)產(chǎn)物，會對設(shè)備的通信能力造成較大影響，也就無法保證戰(zhàn)場上的通信質(zhì)量。

（2）信號多樣性。隨著電子通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種電子設(shè)備使用的信號形式也越來越復雜。按照頻率劃分，可以分為微波信號、高頻信號和低頻信號；按照信號連續(xù)性，可以分為數(shù)字信號和模擬信號；按照功率，又可以分為大功率信號和小功率信號。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前可識別的通信信號就有100 多種，這些不同種類的通信信號之間的疊加使用，就更增加了周圍電磁環(huán)境的復雜性。就雷達來說，其采用的就是對目標進行電磁波發(fā)射，接收其回波，由此獲得與目標的距離、方位等信息，因此雷達又被稱為“無線電定位”。雷達信號在發(fā)射過程中，可能受到其他物體、云雨等反射而造成的雜波，會對雷達信號的識別造成困難。

（3）頻譜重疊性。戰(zhàn)場上產(chǎn)生的的電磁信號幾乎能夠涵蓋電子信號的所有頻段，雖然頻譜范圍也隨之擴寬，但由于周圍電子信息設(shè)備數(shù)量多、種類雜，導致信號的頻譜仍然會在一定程度上產(chǎn)生重疊。同時，由于電磁波在空間內(nèi)進行傳遞時，會遇見各類影響電磁波傳遞的因素，包括自然因素及人為干擾因素，而信息化戰(zhàn)場上敵我雙方電磁攻擊的目標不同，所處位置也不同，電磁波在傳遞過程中，也會受到空間電磁能量分布不均勻的影響，就會影響設(shè)備的正常通信功能。

（4）電磁環(huán)境變化無法測量。由于電磁發(fā)射環(huán)境的不可控制性，加上隨著時間的變化電磁環(huán)境也會發(fā)生改變，使得電磁環(huán)境的準確測量成為幻影。也就是說，即使剛才使用信號傳遞的頻段無其他雜亂電磁信號，但轉(zhuǎn)瞬間就可能發(fā)生變化。

2 電磁環(huán)境對通信設(shè)備的影響

嚴重的電磁干擾會使通信設(shè)備內(nèi)部電路受損，導致通信設(shè)備的運行出現(xiàn)故障。嚴重時，甚至會對通信設(shè)備內(nèi)部電路中的關(guān)鍵器件造成永久性的功能損壞。

信號分布的密集程度會導致各通信設(shè)備之間信號的聯(lián)通困難[1]。敵我雙方在進行電磁對抗時，相對來說會在一個比較狹小的空間范圍內(nèi)。在這個空間內(nèi)布置數(shù)量較多的通信裝備，本身就會使得電磁環(huán)境中的信號異常密集，再加上敵我對抗的干擾電磁信號、戰(zhàn)場周圍一些民用通信設(shè)備產(chǎn)生的電磁信號以及其他會對電磁環(huán)境產(chǎn)生干擾的信號，這些不同種的電磁信號在此空間內(nèi)密集交錯，頻譜范圍大量重疊，將直接導致通信信號之間的競爭沖突現(xiàn)象，將會給通信設(shè)備信號的傳遞以及與各設(shè)備之間的信息聯(lián)通造成比較大的影響，嚴重時甚至導致對抗失敗。

電磁信號樣式繁雜多樣，導致信號識別困難[2]。當代信息通信技術(shù)不斷發(fā)展，各種各樣的新型電臺系統(tǒng)不斷涌入信息化戰(zhàn)場中。這些系統(tǒng)中，不僅有傳統(tǒng)的信號調(diào)制方式，還有OFDM、QAM、DS-SS、CDMA、TDMA 等新型調(diào)制方式[3]，增加了信號識別的困難。也就是說，在通信設(shè)備終端進行信號識別，將會變得非常復雜。而敵我雙方電子通信設(shè)備在使用過程中的信號改變，導致沒有規(guī)律的各種電磁信號輻射會在空間中交替產(chǎn)生，或者在時間上相對集中，或者對該頻域產(chǎn)生不同程度的擁擠現(xiàn)象，就會產(chǎn)生敵我信號交織、電磁信號動態(tài)變化不易破解及信號混疊等情況，進而對通信中的信號產(chǎn)生干擾。這都給終端上的信號識別帶來新的問題。

3 能夠有效應(yīng)對電磁環(huán)境干擾的方法措施

在戰(zhàn)場上，若敵方對我方通信設(shè)備進行有意干擾進而釋放電磁波，加上電子設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁能量，會對我方的通信設(shè)備造成損傷甚至導致無法有效進行信息通信。如果不對這些電磁環(huán)境進行提前防護，會直接導致我方在戰(zhàn)場上處于劣勢。電磁環(huán)境隨著科技的飛速發(fā)展只會日趨復雜。要想使戰(zhàn)爭中的通信設(shè)備保持正常工作狀態(tài)，實現(xiàn)良好的通信能力，首先必須發(fā)展通信技術(shù)，提高通信設(shè)備的抗干擾能力?？梢詮囊韵路矫嬷?。

（1）緊盯設(shè)備設(shè)計需求，實現(xiàn)電路集成模塊化。一是模塊化設(shè)計。電路集成模塊化是當代電子信息發(fā)展最關(guān)鍵的一環(huán)。若電路模塊出現(xiàn)故障，要能夠?qū)崿F(xiàn)對此電路模塊的快速替代更換，從而保證設(shè)備維護與維修的速度與效率。同時，在電路進行集成化的同時，也會縮小設(shè)備的整體體積。設(shè)備越小越輕、攜帶方便的同時，也更容易實現(xiàn)設(shè)備的隱蔽性。二是實現(xiàn)抗干擾設(shè)計需求。實現(xiàn)抗干擾設(shè)計需求，是設(shè)備實現(xiàn)期望功能的主要關(guān)鍵點，能夠?qū)崿F(xiàn)通信設(shè)備主要用途的要求，同時能夠根據(jù)需求設(shè)計有效的抗干擾功能。這樣能夠保證設(shè)備在電磁環(huán)境日趨復雜的信息化戰(zhàn)場上發(fā)揮其重要通信作用。

（2）對設(shè)備設(shè)置合理的接地方式。接地是指將電路或者設(shè)備外殼與零電位點（大地）相連。理想的接地既能保證設(shè)備與操作人員的安全，又能為電路系統(tǒng)增加一個抑制外來電磁干擾的功能。設(shè)計接地電路時，設(shè)計人員要綜合考慮各種地線的布局以及接地方法的使用。通信設(shè)備常用的接地方法主要包括系統(tǒng)接地、保護接地[2]以及地線設(shè)計，同時還要避免電路中形成不必要的回路，也就提高了設(shè)備的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）能力。另外，通信設(shè)備的防雷接地工作也十分重要。比如，可在設(shè)備的進線側(cè)設(shè)計相應(yīng)的雷電電涌保護器，避免交換機設(shè)備受到雷擊而影響通信的整體運行安全性[3]。

（3）對設(shè)備中可能互相產(chǎn)生影響的不同模塊以及信號系統(tǒng)之間采用物理手段進行隔離，使設(shè)備間各模塊的信號獨立運行，避免互相產(chǎn)生干擾。此方法需要利用好屏蔽材料的屏蔽特性，可以在設(shè)備內(nèi)部電路中對可能產(chǎn)生干擾的電子線路進行有效的包裹覆蓋，從而避免傳遞信號過程中的互相干擾；亦或是可以利用電流的特性對內(nèi)部電路設(shè)計進行合適走線，將易產(chǎn)生干擾的模塊相互避開，從而有效避免設(shè)備內(nèi)部各種信號間的干擾。

（4）采用濾波方法過濾有效頻率。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當接收器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。采用濾波電路，可以只讓所需要的頻率成分通過，對干擾頻率成分加以抑制。

（5）利用軟件抗干擾設(shè)計[4]。合理的軟件設(shè)計可以用來識別電磁環(huán)境下的有用信號和干擾信號。但使用這種方法，必須掌握有用信號和干擾信號在時間上出現(xiàn)的規(guī)律，同時為了保證接收的信號無誤，還要將不同方向、不同路徑接收到的同一個信號進行比較，根據(jù)邏輯關(guān)系判別信號，進而濾掉干擾信號[5]。

（6）研發(fā)合理的通信抗干擾技術(shù)。目前使用的抗干擾技術(shù)主要有跳頻通信、擴頻通信以及自適應(yīng)技術(shù)。跳頻通信是一種擴頻通信技術(shù)，主要用在短波和超短波頻段的信號傳遞中，其工作原理是不斷調(diào)整設(shè)備的頻率，這樣能夠抵擋敵人對我方通信信號的探索，以此抵御敵方的信號干擾。擴頻通信技術(shù)旨在使敵方更難發(fā)現(xiàn)隱蔽通信信號，并能夠顯著降低窄帶干擾的影響，以達到抗干擾的目的。這種通信方式發(fā)展迅速，目前已經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星通信、無線定位等各類通信場景中。一般來說，直接頻譜通信用于傳輸信息的射頻帶寬是信息帶寬的10 到100 倍，也正是因此，大大提高了通信設(shè)備的通信能力。自適應(yīng)技術(shù)具有主動適應(yīng)和目標優(yōu)化的特性，由此可以有效減少甚至避免產(chǎn)生信號震蕩，或者能夠屏蔽在工作狀態(tài)下不希望出現(xiàn)的信號和噪聲，也就能防止傳遞的通信信號發(fā)生畸變。自適應(yīng)技術(shù)主要用來輔助其他抗干擾措施的功能實現(xiàn)。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，無論是信息化戰(zhàn)爭還是其他高科技戰(zhàn)爭，最終都是為了保護我方，抵御敵方入侵。信息化手段的最終目的是保證我方通信保持暢通，保護我方通信的秘密，進而癱瘓敵方的通信，獲取其通信內(nèi)容。因此，在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)場上，對我方設(shè)備實施有效的抗干擾措施，有效地分析和評估戰(zhàn)場上的敵我雙方電磁環(huán)境形勢，并對敵方采取各種破壞性電磁干擾，就能更好地掌握戰(zhàn)場主動權(quán)。