复杂电磁环境下的水面舰船频谱管理技术研究
时间：2021-05-31 08:02:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】随着现代电子信息技术的迅速发展，水面舰船的频谱管理面临严峻的挑战。根据水面舰船频谱管理的使命任务，提出其频谱管理的功能需求。在此基础上，开展水面舰船频谱管理的总体架构研究，提出基于SOA的网络中心分布式体系架构与功能结构，并提出和分析了实现舰船频谱管理的关键技术。最后，指出了频谱管理发展方向与建议，对水面舰船频谱管理技术研究与发展具有参考意义。
【关键词】水面舰船 动态频谱接入 面向服务体系结构 频谱数据服务
1 概述
1.1 美军水面舰船频谱管理发展状况
美军海上频率规划和频谱管理依照传统划成不同功能区域，通信使用通信规划模块（CPM，Communication Planning Module），武器系统使用电磁兼容分析程序（EMCAP，Electromagnetic Compatibility Analysis Program）来规范各自的频率使用。近期由于不同频谱使用冲突的加剧以及为了更有效地使用频谱，在航母战斗群、两栖快反部队、远征战斗群发起了巩固和强化海战场电磁频谱管理的行动，其包括两个方面的协同运作，即操作流程和软件。其中，操作流程指战术备忘录，描述管理过程的执行步骤；软件指其开发的应用软件，允许全部频谱使用人员可以同时看到和更新当前及未来航母战斗群、两栖快反部队、远征战斗群的频谱使用状态。
海上电磁频谱行动程序AESOP（Afloat Elec-tromagnetic Spectrum Operations Program）是美国海军及陆战队主用的自动频率规划和频谱管理软件。这个软件的第1个舰队版本AESOP 1.0发布于2003年12月。AESOP 1.0实现了EM-CAP和CPM的集成以及数据库共享。2.0版本将包括情报、信息战和电子战功能等新内容。2010年后发布了AESOP 3.0。AESOP 软件目前已经分发给了全部美军舰艇，一些海岸作战单位也得到了分发。海上频谱管理由编队指挥官指挥下的N6（通信）、N3（作战）、信息战等指战参谋执行。
AESOP是针对编队雷达及通信规划的软件工具，用于协调海上作战的频谱互操作性。AESOP采用工程设计和监管手段，可提供频谱规划、管控、协调等能力。
1.2 功能需求分析
随着现代信息技术的不断发展、武器信息装备的迅速发展，水面舰船受到来自空中、水面、水下和岸上的威胁不断增多，由于雷达、电子对抗、通信、导航、武器控制等电子信息装备密集地装备于水面舰船，加上对立双方激烈的电子对抗，使海上电磁环境十分复杂并瞬息万变，这给水面舰船的电磁频谱管理提出了更高的要求，也使之面临严峻的挑战。
水面舰船频谱管理主要确保舰船平台及指挥控制、武器制导、电子对抗、情报侦察、预警探测、通信导航等用频系统的频谱可兼容有序工作，并且随海上电磁频谱态势的演变而动态变换，保障武器信息用频系统效能的有效发挥。为此，结合美军海上频谱管理的发展分析以及水面舰船的频谱管理需求，其应具备以下能力要求：
（1）强大的电磁频谱资源筹划、管控与协调能力
水面舰船的频谱使用涉及预警探测、情报侦察、通信、指挥、武器控制、电子对抗等各种业务与系统以及不同平台间、系统间频谱协调，为确保各电子信息用频系统对频率资源的有效与协调使用，水面舰船的电磁频谱管理需具备强大的频谱资源统筹规划、管理、控制与协调能力。
（2）全频段全空间的电磁频谱环境感知能力
水面舰船的联合行动导致大量武器装备与电子信息系统高密度部署于有限的空间，在海、空、天立体空间范围内形成高度复杂的电磁环境。为充分掌握海上空间的电磁环境，水面舰船的频谱管理需具备全频段全空间的电磁频谱环境感知能力。
（3）对电磁环境变化的快速反应能力
水面舰船的联合行动使海上电磁环境极其复杂多变，武器装备与电子信息系统需根据电磁频谱的实时态势，快速调整频谱方案，规避己方、自然界和敌方的电磁频谱干扰，以快速适应电磁环境的变化，保障用频装备的有效工作，实现频率资源动态、高效的使用。
（4）强大的电磁频谱数据综合处理与频谱管理服务能力
水面舰船频谱管理面临的数据将是海量的、不断更新的。在对这些庞大、海量信息的存储与管理、实时处理、数据搜索、数据挖掘与智能处理等的基础上，为频谱用户提供具有所需的、可扩展的频谱服务，实现频谱信息交互与共享是水面舰船频谱管理所必备的能力。
（5）具有隐蔽工作和抗干扰、抗截获能力
水面舰船的行动过程中，电子干扰与反干扰、情报的截获与反截获无时无刻不在进行，因此要求水面舰船电磁频谱管理软件、硬件系统具有抗干扰、抗截获和隐蔽工作的能力，需在恶劣的电磁环境中仍能正常工作。
2 总体架构研究
2.1 基于SOA的网络中心分布式系统架构
面向网络中心战的编队信息传输系统是水面舰船与各系统间的信息共享与互操作的平台。面向服务的体系架构（Service-Oriented Architecture）由于其良好的灵活性、可扩展性与互操作性，已成为服务层面技术实现的体系结构标准。因此，水面舰船的频谱管理可采用基于SOA的网络中心分布式架构，以实现具有可扩展、灵活配置、动态加载的频谱数据服务和信息协同能力。
水面舰船编队由多种负有不同任务使命的舰船组成，其频谱管理由频管中心节点以及单元频管节点组成。频管中心节点是整个舰船编队的频谱指挥管理节点，作为整个编队频谱管理的主导者组织其他单元频管节点完成编队内的频谱管理和控制。各单元频管节点配合频管中心节点完成编队的频谱管控任务以及本单元频谱管控任务。水面舰船编队频谱管理服务是基于编队无线信息传输系统和舰内宽带有线通信网络的跨平台分布式应用，其体系结构如图1所示。
