江　橋

(中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066000)

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美國防部武器裝備電磁頻譜試驗與評估過程

江橋

(中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066000)

摘要：隨著信息化技術以及電子戰(zhàn)技術的不斷發(fā)展，武器裝備面臨越來越復雜的電磁環(huán)境，其作戰(zhàn)效能也面臨著極大的挑戰(zhàn)。任務需求、聯(lián)合作戰(zhàn)能力、財政預算等問題的平衡制約著許多軍用系統(tǒng)采辦的需求以及測試評估期間頻譜保障性(SS)和電磁環(huán)境效應(E3)的管理。如果在試驗與評估期間沒有進行SS和E3評估分析，則系統(tǒng)受到電磁干擾(EMI)、安全傷害而導致不能運行/部署的概率將大大增加。概述了美國防部武器裝備在系統(tǒng)整個采辦壽命周期的電磁頻譜試驗與評估過程。

關鍵詞：E3；電磁頻譜；用頻設備；SS；SSRA

0引言

過去幾十年來，美軍已記載了成百上千次在演習中由于電磁干擾(EMI)問題而導致任務有效性削弱、系統(tǒng)故障、甚至有人員傷亡的事件，多數(shù)是由于不能提早明確試驗與評估(T&E)期間的電磁環(huán)境效應(E3)管理和頻譜管理(SM)，從而浪費了大量的資金、時間和精力。歷年來的演習經驗證明：如果在武器裝備系統(tǒng)采辦期間提前明確了頻譜保障性(SS)和E3管理，就可提早發(fā)現(xiàn)易損性，及時采取補救措施，使外場系統(tǒng)減少由于易損性問題而導致的系統(tǒng)運行能力受限、任務執(zhí)行時受到約束等問題。美國在電磁環(huán)境、電磁環(huán)境效應以及評估技術方面開展了大量的研究，取得了豐富的研究成果，且形成了一系列標準和手冊等指導性文件。本文主要闡述了美國防部(DoD)武器裝備電磁頻譜試驗與評估相關文件和過程。

1電磁頻譜試驗與評估相關文件

1.1　國防頻譜機構

國防頻譜機構(DSO)是國防信息系統(tǒng)局(DISA)的下屬機構，負責明確DoD面臨的電磁頻譜挑戰(zhàn)問題。設置有聯(lián)合頻譜中心(JSC)、戰(zhàn)略規(guī)劃辦公室、全球電磁頻譜信息系統(tǒng)項目管理辦公室、業(yè)務管理辦公室。DSO的主要任務是提高電磁頻譜的有效、充分使用，以確保軍用平臺、系統(tǒng)和設備的相互協(xié)作性、可靠性和可生存性，確保戰(zhàn)機的系統(tǒng)局限性和易損性可以得到緩和并記載等。

1.2　相關指令性文件及規(guī)定

針對電磁頻譜試驗與評估，DoD頒布了以下指令性文件：

1)DoD 4650.01號指令——電磁頻譜管理和使用政策文件。該文件提出了DoD內部電磁頻譜的管理和使用政策，要求DoD各部門研發(fā)的所有用頻設備或系統(tǒng)都要進行一系列的頻譜保障性風險評估(SSRA)。頻譜管理機構規(guī)劃、協(xié)調、管理整個運行、工程和行政管理過程中的電磁頻譜使用，以確保電子系統(tǒng)能夠在預期的運行環(huán)境中不受任何意外干擾，能夠正常運行。

2)DoD 3222.3號指令性文件——DoD E3項目。該文件要求所有的電氣和電子系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設備，包括含有電啟動裝置的武器能夠在預期電磁環(huán)境(EME)中相互兼容，不會導致由于E3原因引起的不可接受的任務降級。E3定義為EME對軍用力量、設備、系統(tǒng)和平臺運行能力的影響，包括電磁兼容(EMC)、EMI、電磁易損性(EMV)、電磁脈沖(EMP)、電子防護、靜電排放(ESD)、電磁輻射對人員傷害(HERP)、電磁輻射對武器裝備傷害(HERO)、電磁輻射對燃料/揮發(fā)性材料傷害(HERF)、雷電、沉積靜電(p靜電)。E3還明確了定向能武器和高功率微波設備的影響。

3)DoD 5000.02號指令——防務采辦系統(tǒng)的運行。該文件描述了防務采辦系統(tǒng)(DAS)的操作過程。在整個采辦過程中，從聯(lián)合能力集成和研發(fā)系統(tǒng)(JCIDS)文獻編制到研制試驗與評估(DT&E)和運行試驗與評估(OT&E)鑒定都要有SS和E3管理需求。圖1 為DoD 5000.02指令中武器系統(tǒng)采辦期間電磁頻譜測試與評估過程。

注：COCOM：戰(zhàn)斗司令部；HN：東道國；ICD：初始能力文件；CDD：能力開發(fā)文件；CPD：能力產生文件；ISP：信息支持計劃圖1　DoD 5000.02號指令中的武器系統(tǒng)采辦期間電磁頻譜試驗與評估過程

SS是維持軍用系統(tǒng)在作戰(zhàn)EME中有效互操作所需頻率和帶寬的保證，首次出現(xiàn)在MIL-HDBK-237D《采辦過程的電磁環(huán)境效應和頻譜保障性指南》中。對設備或系統(tǒng)是否具有“頻譜保障性”所進行的評定至少包括通過設備頻譜認證(ESC)、主權國家的批準(HNA)和EMC考慮。在用頻系統(tǒng)或設備的研制、采購和部署中，都應適當、及時考慮到SS因素，并在全過程周期性地評審和更新。圖2描述了E3、SS過程之間的關系。

圖2　E3與SS之間的相互關系

在采辦里程碑各階段的E3和SS工作任務如下：

1)里程碑A之前，研究SS和E3控制需求和進行起始的風險評估；完成和提交初始階段1(方案階段) 的頻率分配申請表“1494號表格”。

2)里程碑B之前(或授權合同簽訂的第一個里程碑之前)，必須做出獲取SS的判斷和建議計劃；確保E3和SS需求包含在JCIDS文件中；在工作說明(SOW)、合同數(shù)據(jù)要求清單(CDRL)、性能規(guī)范中明確SS和E3控制要求；確保完成/更新和提交“1494號表格”；定義信息支持計劃(ISP)的E3和SS需求；在試驗和評估總計劃(TEMP)中定義SS和E3控制需求，在DT&E期間試驗，在OT&E期間實施SS和E3評估。

3)里程碑C之前，評審和更新CPD、ISP和TEMP中的SS和E3控制需求；對于尚未獲得允許進入生產和配置階段必需SS的用頻系統(tǒng)，必須提出獲得SS的理由和建議計劃。

4)里程碑C之后，監(jiān)控系統(tǒng)變化，確定對SS和E3控制需求的影響。改變參數(shù)或使用位置后，可能需要增加設備頻譜認證(ESC)，更新 “1494 號表格”或增加E3分析或試驗。

2電磁頻譜測試與評估過程

對于T&E 的E3和SS評估，DSO頒布了指導性方法，供項目管理者(PM)、武器裝備研發(fā)者(MATDEV)和OTA使用。下文闡述了其主要過程。

2.1　定義EME

這是至關重要的一步。MIL-STD-464《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應要求》中規(guī)定了艦載武器、空間與發(fā)射飛行器、地面系統(tǒng)、固定翼飛機、直升機和武器裝備的最大外部EME。為陸基、?；⒖栈?、天基系統(tǒng)(包括相關武器)建立電磁環(huán)境效應接口要求和驗證準則。標準給出了安全裕度、系統(tǒng)內電磁兼容性、外部射頻電磁環(huán)境、雷電、電磁脈沖、設備和分系統(tǒng)電磁干擾、靜電控制、電磁輻射的危害、全壽命期的電磁環(huán)境效應加固、電聯(lián)接、外部接地、TEMPEST(瞬時電磁脈沖輻射監(jiān)測技術)、發(fā)射控制和電磁頻譜兼容性14個方面的要求。

EME應該包括來自DoD系統(tǒng)以及民用和外國系統(tǒng)的預期和非預期電磁輻射(EMR)。為了進一步細化，可采用下列步驟根據(jù)具體的任務情況定制EME：

步驟1：明確系統(tǒng)或設備要達到的任務場景以及支持該任務所需的相關平臺和系統(tǒng)；

步驟2：確定系統(tǒng)或設備預期要運行所在的主要(地理上的)國家和地區(qū)；

步驟3：進行工程分析，使EMI源/被干擾對象即為任務期間建議的系統(tǒng)或設備；

步驟4：根據(jù)任務剖面，運行聯(lián)合E3評估工具(JEET)分析，明確運行的EME環(huán)境對所有系統(tǒng)的影響；

步驟5：應用MIL-HDBK-235驗證由上述步驟確定的系統(tǒng)和設備的頻譜特性。

2.2　ESC

根據(jù)管理與預算(OMB)辦公室A-11通令、DoD 5000.02指令和4650.01指令，所有用頻關系統(tǒng)和設備都要進行ESC。所有的軍用用頻系統(tǒng)都必須符合NTIA《聯(lián)邦無線電頻譜管理規(guī)定和程序手冊》中指出的頻譜規(guī)定。PM、MATDEV或其他獲取權威必須根據(jù)DoD 4650.01條例和NTIA手冊通過設備頻率管理辦公室(FMO)呈交ESC請求。如圖1所示，在獲取過程中的每個階段都要進行ESC；DT&E和OT&E期間，在運行用頻系統(tǒng)前，PM/MATDEV必須要先得到頻率分配(大多數(shù)情況下是輻射頻率分配)。

2.3　頻譜保障性風險評估(SSRA)

SSRA用于確定和評估能潛在影響整個系統(tǒng)要求作戰(zhàn)性能的EM頻譜管理、技術、運行和E3問題。在整個采辦過程中都要求進行SSRA，且隨著裝備的設計逐漸成熟，SSRA的詳細程度也不斷增加。整個過程需要進行初始SSRA、詳細SSRA和SSRA更新。特別是：

1)初始SSRA主要評估系統(tǒng)的頻譜需求是否符合國家、國際的頻譜管理要求，頻譜的有效性以及潛在的E3問題：

初始管理SSRA——要明確系統(tǒng)的相應管理狀態(tài)，部署和運行頻率是否符合當?shù)貒业念l譜政策。

初始技術SSRA——集中在所選技術和需求的技術參數(shù)，諸如系統(tǒng)類型、平臺類型、帶寬要求等等。

初始運行SSRA——要考慮在預期運行環(huán)境中的用頻系統(tǒng)的全部配套，需要更廣泛的EMC分析(如頻率-距離分離、預防干擾所要采取的步驟)。

2)詳細管理與技術SSRA。在里程碑C之前進行。隨著項目成熟，在初始評估結果和發(fā)現(xiàn)問題的基礎上，提供不斷細化的評估細節(jié)；并對開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)進行審查，以確定對系統(tǒng)將來的運行可能產生的影響，并提出潛在風險及擬采取的相應措施。

3)在生產與部署之前，要求更新所有SSRA，完善系統(tǒng)的預期作戰(zhàn)環(huán)境，通過減緩措施/戰(zhàn)術程序等方法把頻譜問題和電磁兼容風險減弱到可接受的水平。

2.4　DT&E中E3考慮因素

DT&E E3評估用于驗證系統(tǒng)設計是否嚴謹?shù)阶阋韵鼸3風險；根據(jù)特定軍標驗證系統(tǒng)是否符合其合同上的E3規(guī)定。研制試驗(DT)通常是在實驗室或者露天試驗場進行的。試驗包括生產驗收試驗與評估、產品批準進入全速生產后的首件產品E3測試。與E3管理需求相符合，將使得產品在平臺/系統(tǒng)集成時的兼容方面有很高的置信度；反之，運行EMI問題隨之產生，不符合的程度越高，問題發(fā)生的概率越大。

裝備和子系統(tǒng)的E3設計需求必須在項目早期就規(guī)定好，以避免成本加大，確保任務的有效性。MIL-STD-461規(guī)定了設備和子系統(tǒng)輻射與靈敏度特性的具體性能和驗證方法。MIL-STD-464規(guī)定了機載、海上、空間、地面平臺和系統(tǒng)(含相關裝備)的系統(tǒng)級E3要求。進行研發(fā)試驗時，要考慮設計特性以及預期任務、安裝、屏蔽集成、元部件選擇等因素。

2.5　OT&E中E3考慮因素

OT&E E3評估用于證實未得到解決的E3問題、記錄任務約束條件和易損性。在OT&E期間，E3測試的結構要能明確并解算影響任務有效性的問題，要能評估對TEMP中描述的其他關鍵性能參數(shù)的影響。OT&E E3評估應盡可能在真實運行EME中進行。

在運行試驗階段(OT)，應該明確DT期間發(fā)現(xiàn)的、與靈敏度相關的潛在EMI源及其干擾對象，并通過各種模式和功能訓練平臺、系統(tǒng)的子系統(tǒng)/設備來進行系統(tǒng)性評估?！耙粋€EMI源對應一個被干擾對象”以及“多個EMI源對應一個被干擾對象”兩種情況都要進行評估。需要對有天線的、整個工作頻率范圍內的接收機進行評估，這對正確評估非常重要。另外，EMI測試期間非期望響應的測量對于OT&E期間的EMV分析也是必要的，可確定對作戰(zhàn)性能的影響。EMV分析要求識別系統(tǒng)在其壽命周期內可能遇到的敵我輻射源，要求能夠確定源系統(tǒng)在運行期間將會遇到的相似度。

2.6　SS和E3管理評估流程

圖3為采辦階段SS和E3管理評估流程。該圖強調了從需求初始研發(fā)到外場作戰(zhàn)的關鍵目標。聯(lián)合需求監(jiān)督委員會確認需求后，PM/MATDEV必須作出決定，確定武器裝備解決方案將來是否需要SS和E3管理(即是電子/電氣設備還是用頻設備)。如果需要SS或E3管理，則要在采辦階段的剩余過程中強制進行技術審核、評估和測試。建議測試人員和用戶共同早期參與，合理規(guī)劃測試并準備測試資源，以達到試驗目標。SS和E3管理試驗應融入TEMP中。一旦DT和OT完成，如果在運行期間發(fā)現(xiàn)SS和E3管理問題，就要生成系統(tǒng)局限性和易損性報告，并定期更新。

圖3　SS和E3評估流程

記錄E3評估，要根據(jù)作戰(zhàn)開發(fā)者和白軍規(guī)定的任務需求以及ICD、CDD、CPD要求檢查是否符合E3規(guī)定要求。另外，PM/MATDEV要確保TEMP中提出了以認證EMC為目的的COI要點。一旦所有E3問題都明確了，就要編寫E3評估報告，說明所有的預期運行問題，并適時編入SSRA。如果在DT期間沒有明確這些問題，就要在編寫最終的E3評估報告、最終管理、技術、運行SSRA之前作為野外OT一部分進行進一步的評估。

3結束語

DoD武器裝備系統(tǒng)采辦期間進行T&E SS和E3管理認證是強制性的,而且系統(tǒng)的局限性和易損性必須明確和記載。其經驗證明：在采辦階段早期就要提出SS和E3問題并及時解決，通過T&E過程確定關鍵問題可降低成本，提高任務的有效性。先進的管理理念、高效的組織機構、健全的法規(guī)體系、高端的試驗技術，構筑成美軍世界一流的裝備試驗體系，形成領先世界的試驗能力。借鑒美軍的武器裝備電磁頻譜測試與評估體系的建設，可為武器裝備電磁頻譜試驗與評估體系的建設和未來發(fā)展開拓思路?！?/p>

參考文獻：

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DoD electromagnetic spectrum test and evaluation process for weapons

Jiang Qiao

(Unit 91404 of PLA，Qinghuangdao 066000，Hebei，China)

Abstract：With continual development of information technology and electronic warfare, the weaponry is facing more and more complex electromagnetic environment, and its combat effectiveness is also facing more challenges. Due to balance among mission demand, joint operation capability and financial budget, many military systems operate with limited capabilities and mission constraints due to vulnerabilities that would have been discovered if spectrum supportability (SS) and E3 controls had been addressed early during acquisition. If SS and E3 evaluation analysis is not done to a system during T&E, possibility of being subject to EMI, safety harm and resulting in unable operation/deployment will increase greatly. DoD electromagnetic spectrum test and evaluation process during system acquisition life cycle are described.

Key words：electromagnetic environment effect (E3); electromagnetic spectrum; spectrum-dependent equipment; spectrum supportability (SS); spectrum supportability risk assessment (SSRA)

中圖分類號：TN97

文獻標識碼：A

作者簡介：江橋(1976-)，男，工程師，主要研究方向為電子對抗。

收稿日期：2015-10-12；2015-11-17修回。