江　橋

(中國人民解放軍91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

?

美國防部武器裝備電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)估過程

江橋

(中國人民解放軍91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

摘要：隨著信息化技術(shù)以及電子戰(zhàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，武器裝備面臨越來越復(fù)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(wù)需求、聯(lián)合作戰(zhàn)能力、財(cái)政預(yù)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(píng)估期間頻譜保障性(SS)和電磁環(huán)境效應(yīng)(E3)的管理。如果在試驗(yàn)與評(píng)估期間沒有進(jìn)行SS和E3評(píng)估分析，則系統(tǒng)受到電磁干擾(EMI)、安全傷害而導(dǎo)致不能運(yùn)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(gè)采辦壽命周期的電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)估過程。

關(guān)鍵詞：E3；電磁頻譜；用頻設(shè)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(xí)中由于電磁干擾(EMI)問題而導(dǎo)致任務(wù)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(yàn)與評(píng)估(T&E)期間的電磁環(huán)境效應(yīng)(E3)管理和頻譜管理(SM)，從而浪費(fèi)了大量的資金、時(shí)間和精力。歷年來的演習(xí)經(jīng)驗(yàn)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(shí)采取補(bǔ)救措施，使外場系統(tǒng)減少由于易損性問題而導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行能力受限、任務(wù)執(zhí)行時(shí)受到約束等問題。美國在電磁環(huán)境、電磁環(huán)境效應(yīng)以及評(píng)估技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)和手冊等指導(dǎo)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(yàn)與評(píng)估相關(guān)文件和過程。

1電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)估相關(guān)文件

1.1　國防頻譜機(jī)構(gòu)

國防頻譜機(jī)構(gòu)(DSO)是國防信息系統(tǒng)局(DISA)的下屬機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)明確DoD面臨的電磁頻譜挑戰(zhàn)問題。設(shè)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(xiàng)目管理辦公室、業(yè)務(wù)管理辦公室。DSO的主要任務(wù)是提高電磁頻譜的有效、充分使用，以確保軍用平臺(tái)、系統(tǒng)和設(shè)備的相互協(xié)作性、可靠性和可生存性，確保戰(zhàn)機(jī)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(guān)指令性文件及規(guī)定

針對(duì)電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)估，DoD頒布了以下指令性文件：

1)DoD 4650.01號(hào)指令——電磁頻譜管理和使用政策文件。該文件提出了DoD內(nèi)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(shè)備或系統(tǒng)都要進(jìn)行一系列的頻譜保障性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(SSRA)。頻譜管理機(jī)構(gòu)規(guī)劃、協(xié)調(diào)、管理整個(gè)運(yùn)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(yù)期的運(yùn)行環(huán)境中不受任何意外干擾，能夠正常運(yùn)行。

2)DoD 3222.3號(hào)指令性文件——DoD E3項(xiàng)目。該文件要求所有的電氣和電子系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備，包括含有電啟動(dòng)裝置的武器能夠在預(yù)期電磁環(huán)境(EME)中相互兼容，不會(huì)導(dǎo)致由于E3原因引起的不可接受的任務(wù)降級(jí)。E3定義為EME對(duì)軍用力量、設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)運(yùn)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(hù)、靜電排放(ESD)、電磁輻射對(duì)人員傷害(HERP)、電磁輻射對(duì)武器裝備傷害(HERO)、電磁輻射對(duì)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(shè)備的影響。

3)DoD 5000.02號(hào)指令——防務(wù)采辦系統(tǒng)的運(yùn)行。該文件描述了防務(wù)采辦系統(tǒng)(DAS)的操作過程。在整個(gè)采辦過程中，從聯(lián)合能力集成和研發(fā)系統(tǒng)(JCIDS)文獻(xiàn)編制到研制試驗(yàn)與評(píng)估(DT&E)和運(yùn)行試驗(yàn)與評(píng)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(píng)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(chǎn)生文件；ISP：信息支持計(jì)劃圖1　DoD 5000.02號(hào)指令中的武器系統(tǒng)采辦期間電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)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(yīng)和頻譜保障性指南》中。對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)是否具有“頻譜保障性”所進(jìn)行的評(píng)定至少包括通過設(shè)備頻譜認(rèn)證(ESC)、主權(quán)國家的批準(zhǔn)(HNA)和EMC考慮。在用頻系統(tǒng)或設(shè)備的研制、采購和部署中，都應(yīng)適當(dāng)、及時(shí)考慮到SS因素，并在全過程周期性地評(píng)審和更新。圖2描述了E3、SS過程之間的關(guān)系。

圖2　E3與SS之間的相互關(guān)系

在采辦里程碑各階段的E3和SS工作任務(wù)如下：

1)里程碑A之前，研究SS和E3控制需求和進(jìn)行起始的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(hào)表格”。

2)里程碑B之前(或授權(quán)合同簽訂的第一個(gè)里程碑之前)，必須做出獲取SS的判斷和建議計(jì)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(hào)表格”；定義信息支持計(jì)劃(ISP)的E3和SS需求；在試驗(yàn)和評(píng)估總計(jì)劃(TEMP)中定義SS和E3控制需求，在DT&E期間試驗(yàn)，在OT&E期間實(shí)施SS和E3評(píng)估。

3)里程碑C之前，評(píng)審和更新CPD、ISP和TEMP中的SS和E3控制需求；對(duì)于尚未獲得允許進(jìn)入生產(chǎn)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(jì)劃。

4)里程碑C之后，監(jiān)控系統(tǒng)變化，確定對(duì)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(shè)備頻譜認(rèn)證(ESC)，更新 “1494 號(hào)表格”或增加E3分析或試驗(yàn)。

2電磁頻譜測試與評(píng)估過程

對(duì)于T&E 的E3和SS評(píng)估，DSO頒布了指導(dǎo)性方法，供項(xiàng)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(guān)重要的一步。MIL-STD-464《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)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(jī)、直升機(jī)和武器裝備的最大外部EME。為陸基、?；?、空基、天基系統(tǒng)(包括相關(guān)武器)建立電磁環(huán)境效應(yīng)接口要求和驗(yàn)證準(zhǔn)則。標(biāo)準(zhǔn)給出了安全裕度、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、外部射頻電磁環(huán)境、雷電、電磁脈沖、設(shè)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(yīng)加固、電聯(lián)接、外部接地、TEMPEST(瞬時(shí)電磁脈沖輻射監(jiān)測技術(shù))、發(fā)射控制和電磁頻譜兼容性14個(gè)方面的要求。

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

步驟1：明確系統(tǒng)或設(shè)備要達(dá)到的任務(wù)場景以及支持該任務(wù)所需的相關(guān)平臺(tái)和系統(tǒng)；

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

步驟3：進(jìn)行工程分析，使EMI源/被干擾對(duì)象即為任務(wù)期間建議的系統(tǒng)或設(shè)備；

步驟4：根據(jù)任務(wù)剖面，運(yùn)行聯(lián)合E3評(píng)估工具(JEET)分析，明確運(yùn)行的EME環(huán)境對(duì)所有系統(tǒng)的影響；

步驟5：應(yīng)用MIL-HDBK-235驗(yàn)證由上述步驟確定的系統(tǒng)和設(shè)備的頻譜特性。

2.2　ESC

根據(jù)管理與預(yù)算(OMB)辦公室A-11通令、DoD 5000.02指令和4650.01指令，所有用頻關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備都要進(jìn)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(quán)威必須根據(jù)DoD 4650.01條例和NTIA手冊通過設(shè)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(gè)階段都要進(jìn)行ESC；DT&E和OT&E期間，在運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(SSRA)

SSRA用于確定和評(píng)估能潛在影響整個(gè)系統(tǒng)要求作戰(zhàn)性能的EM頻譜管理、技術(shù)、運(yùn)行和E3問題。在整個(gè)采辦過程中都要求進(jìn)行SSRA，且隨著裝備的設(shè)計(jì)逐漸成熟，SSRA的詳細(xì)程度也不斷增加。整個(gè)過程需要進(jìn)行初始SSRA、詳細(xì)SSRA和SSRA更新。特別是：

1)初始SSRA主要評(píng)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(yīng)管理狀態(tài)，部署和運(yùn)行頻率是否符合當(dāng)?shù)貒业念l譜政策。

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

初始運(yùn)行SSRA——要考慮在預(yù)期運(yùn)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(yù)防干擾所要采取的步驟)。

2)詳細(xì)管理與技術(shù)SSRA。在里程碑C之前進(jìn)行。隨著項(xiàng)目成熟，在初始評(píng)估結(jié)果和發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上，提供不斷細(xì)化的評(píng)估細(xì)節(jié)；并對(duì)開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，以確定對(duì)系統(tǒng)將來的運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響，并提出潛在風(fēng)險(xiǎn)及擬采取的相應(yīng)措施。

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

2.4　DT&E中E3考慮因素

DT&E E3評(píng)估用于驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否嚴(yán)謹(jǐn)?shù)阶阋韵鼸3風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)特定軍標(biāo)驗(yàn)證系統(tǒng)是否符合其合同上的E3規(guī)定。研制試驗(yàn)(DT)通常是在實(shí)驗(yàn)室或者露天試驗(yàn)場進(jìn)行的。試驗(yàn)包括生產(chǎn)驗(yàn)收試驗(yàn)與評(píng)估、產(chǎn)品批準(zhǔn)進(jìn)入全速生產(chǎn)后的首件產(chǎn)品E3測試。與E3管理需求相符合，將使得產(chǎn)品在平臺(tái)/系統(tǒng)集成時(shí)的兼容方面有很高的置信度；反之，運(yùn)行EMI問題隨之產(chǎn)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(shè)計(jì)需求必須在項(xiàng)目早期就規(guī)定好，以避免成本加大，確保任務(wù)的有效性。MIL-STD-461規(guī)定了設(shè)備和子系統(tǒng)輻射與靈敏度特性的具體性能和驗(yàn)證方法。MIL-STD-464規(guī)定了機(jī)載、海上、空間、地面平臺(tái)和系統(tǒng)(含相關(guān)裝備)的系統(tǒng)級(jí)E3要求。進(jìn)行研發(fā)試驗(yàn)時(shí)，要考慮設(shè)計(jì)特性以及預(yù)期任務(wù)、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(píng)估用于證實(shí)未得到解決的E3問題、記錄任務(wù)約束條件和易損性。在OT&E期間，E3測試的結(jié)構(gòu)要能明確并解算影響任務(wù)有效性的問題，要能評(píng)估對(duì)TEMP中描述的其他關(guān)鍵性能參數(shù)的影響。OT&E E3評(píng)估應(yīng)盡可能在真實(shí)運(yùn)行EME中進(jìn)行。

在運(yùn)行試驗(yàn)階段(OT)，應(yīng)該明確DT期間發(fā)現(xiàn)的、與靈敏度相關(guān)的潛在EMI源及其干擾對(duì)象，并通過各種模式和功能訓(xùn)練平臺(tái)、系統(tǒng)的子系統(tǒng)/設(shè)備來進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估?！耙粋€(gè)EMI源對(duì)應(yīng)一個(gè)被干擾對(duì)象”以及“多個(gè)EMI源對(duì)應(yīng)一個(gè)被干擾對(duì)象”兩種情況都要進(jìn)行評(píng)估。需要對(duì)有天線的、整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)的接收機(jī)進(jìn)行評(píng)估，這對(duì)正確評(píng)估非常重要。另外，EMI測試期間非期望響應(yīng)的測量對(duì)于OT&E期間的EMV分析也是必要的，可確定對(duì)作戰(zhàn)性能的影響。EMV分析要求識(shí)別系統(tǒng)在其壽命周期內(nèi)可能遇到的敵我輻射源，要求能夠確定源系統(tǒng)在運(yùn)行期間將會(huì)遇到的相似度。

2.6　SS和E3管理評(píng)估流程

圖3為采辦階段SS和E3管理評(píng)估流程。該圖強(qiáng)調(diào)了從需求初始研發(fā)到外場作戰(zhàn)的關(guān)鍵目標(biāo)。聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(huì)確認(rèn)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(shè)備還是用頻設(shè)備)。如果需要SS或E3管理，則要在采辦階段的剩余過程中強(qiáng)制進(jìn)行技術(shù)審核、評(píng)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(zhǔn)備測試資源，以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。SS和E3管理試驗(yàn)應(yīng)融入TEMP中。一旦DT和OT完成，如果在運(yùn)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(bào)告，并定期更新。

圖3　SS和E3評(píng)估流程

記錄E3評(píng)估，要根據(jù)作戰(zhàn)開發(fā)者和白軍規(guī)定的任務(wù)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(rèn)證EMC為目的的COI要點(diǎn)。一旦所有E3問題都明確了，就要編寫E3評(píng)估報(bào)告，說明所有的預(yù)期運(yùn)行問題，并適時(shí)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(píng)估報(bào)告、最終管理、技術(shù)、運(yùn)行SSRA之前作為野外OT一部分進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估。

3結(jié)束語

DoD武器裝備系統(tǒng)采辦期間進(jìn)行T&E SS和E3管理認(rèn)證是強(qiáng)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(jīng)驗(yàn)證明：在采辦階段早期就要提出SS和E3問題并及時(shí)解決，通過T&E過程確定關(guān)鍵問題可降低成本，提高任務(wù)的有效性。先進(jìn)的管理理念、高效的組織機(jī)構(gòu)、健全的法規(guī)體系、高端的試驗(yàn)技術(shù)，構(gòu)筑成美軍世界一流的裝備試驗(yàn)體系，形成領(lǐng)先世界的試驗(yàn)?zāi)芰?。借鑒美軍的武器裝備電磁頻譜測試與評(píng)估體系的建設(shè)，可為武器裝備電磁頻譜試驗(yàn)與評(píng)估體系的建設(shè)和未來發(fā)展開拓思路?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] Marcus S Jr. Electromagnetic spectrum test and evaluation process[J]. ITEA Journal, 2010,31:284-290.

[2]洪家財(cái)，等.美軍電磁環(huán)境效應(yīng)研究啟示[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(3)：10-13.

[3]崔侃，等.美軍裝備試驗(yàn)與評(píng)估發(fā)展[J].國防科技，2012(2)：17-22.

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(hào)：TN97

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：江橋(1976-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗。

收稿日期：2015-10-12；2015-11-17修回。