基于信息技術(shù)的頻管裝備發(fā)展

基于信息技術(shù)的頻管裝備發(fā)展

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高頻干擾的應(yīng)用越來越廣泛，高頻干擾管理的重要性越來越突出。因此，高頻監(jiān)測(cè)儀器也得到了不斷發(fā)展和變化。同時(shí),無線電新技術(shù)的發(fā)展也日新月異,尤其是頻管應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,為未來的頻管裝備發(fā)展提供了技術(shù)支持,頻管裝備的發(fā)展也對(duì)頻管應(yīng)用技術(shù)提出了更多的需求。頻管裝備主要包括頻譜監(jiān)測(cè)裝備、頻率管理裝備以及頻譜規(guī)劃工具等。如何提高現(xiàn)有頻管裝備的工作效率,并利用先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展頻管裝備是目前需要考慮和研究的重點(diǎn)。以下就對(duì)頻管裝備發(fā)展所需的頻管應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析,為今后頻管裝備的發(fā)展提供參考建議。1系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、傳輸和分析頻譜監(jiān)測(cè)裝備是頻譜管理的主要裝備之一,主要用于戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、傳輸和分析。頻譜監(jiān)測(cè)裝備發(fā)展所需的頻管應(yīng)用技術(shù)包括分布式聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)、頻譜傳感技術(shù)以及多源信息融合技術(shù)等。1.1無裂縫監(jiān)測(cè)監(jiān)控現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭瞬息萬變,戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境極為復(fù)雜,如何快速、準(zhǔn)確、全面地提供戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信息是獲得“制電磁權(quán)”的關(guān)鍵,這就要求戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜監(jiān)測(cè)不僅能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和識(shí)別需要關(guān)注的電磁信號(hào),能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、無縫隙監(jiān)測(cè)覆蓋,而且要具有組網(wǎng)靈活,易于全網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整等特點(diǎn)。通過分布式配置監(jiān)測(cè)站,實(shí)施分布式聯(lián)合監(jiān)測(cè)可以很好解決以上需求。分布式聯(lián)合監(jiān)測(cè)以保護(hù)重點(diǎn)地區(qū)、重要業(yè)務(wù)為目的,在大型固定監(jiān)測(cè)站無法覆蓋的地區(qū),建設(shè)若干分布站,作為大型固定監(jiān)測(cè)站的延伸和補(bǔ)充,與大型固定監(jiān)測(cè)站共同形成地區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng),完成信號(hào)監(jiān)測(cè)任務(wù)。采用分布式聯(lián)合電磁頻譜監(jiān)測(cè),并大力發(fā)展小型化、低成本、便攜式的監(jiān)測(cè)站,能夠提高頻譜聯(lián)合監(jiān)測(cè)的靈活性、伸縮性,提高重點(diǎn)地域、關(guān)鍵部位的覆蓋率,提高電磁頻譜監(jiān)測(cè)的水平和監(jiān)測(cè)測(cè)向反映速度、監(jiān)測(cè)測(cè)向的精準(zhǔn)度,更好地滿足未來復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)需求。1.2頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,可提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的協(xié)同監(jiān)測(cè)能力未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)將處于一個(gè)比較惡劣的作戰(zhàn)環(huán)境,作戰(zhàn)地域很可能受到地形和戰(zhàn)事的影響,使得頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)人員無法到達(dá)作戰(zhàn)地域。另外目前頻譜監(jiān)測(cè)大多采用的是單站工作,多點(diǎn)信息共享的工作模式,站與站間除監(jiān)測(cè)結(jié)果共享外,很少進(jìn)行信息交換,協(xié)作監(jiān)測(cè)與定位能力較弱,監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性較差,單個(gè)頻譜監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)能力以及監(jiān)測(cè)范圍均有限,無法滿足戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜監(jiān)測(cè)無縫覆蓋、協(xié)同監(jiān)測(cè)與定位等要求。由于頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn),使其非常適合應(yīng)用于惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中。如美國陸軍近幾年來連續(xù)啟動(dòng)了一系列研究計(jì)劃,探索傳感器網(wǎng)絡(luò)在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用。通過部署在戰(zhàn)場(chǎng)的不同種類的傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò),使士兵可迅速全面地獲得戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)況信息。因此,頻譜傳感技術(shù)作為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)感知的核心技術(shù)在電磁頻譜監(jiān)測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。1.3光譜監(jiān)測(cè)精度測(cè)試對(duì)于來自頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)信息,要進(jìn)行多層次、多方面的處理,包括對(duì)來自多個(gè)目標(biāo)源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、相關(guān)、組合和估計(jì),以提高頻譜監(jiān)測(cè)的精度,把握戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜態(tài)勢(shì)。多源信息融合技術(shù)對(duì)于完成多源信息處理、提高頻譜監(jiān)測(cè)信息準(zhǔn)確率具有重要作用。多源信息融合技術(shù)是20世紀(jì)70年代提出的,主要用于軍事應(yīng)用中。早期的融合方法研究是針對(duì)數(shù)據(jù)處理的,所以有時(shí)也把信息融合稱為數(shù)據(jù)融合。利用多源信息融合技術(shù),能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的生存能力,擴(kuò)展空間覆蓋范圍,并改進(jìn)頻譜監(jiān)測(cè)性能,提高頻譜監(jiān)測(cè)信息的準(zhǔn)確率和可信度。2突出作用被國外普遍認(rèn)可頻率管理裝備能夠提高用頻裝備頻率管控能力,其突出作用被世界各國普遍認(rèn)可。頻率管理裝備發(fā)展所需的頻管應(yīng)用技術(shù)包括動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)、動(dòng)態(tài)頻率指配技術(shù)以及頻譜數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。2.1非授權(quán)用戶用頻裝備的頻譜共享原則動(dòng)態(tài)頻譜分配是根據(jù)需要接入到授權(quán)頻譜的用頻裝備數(shù)目及其服務(wù)要求將可用頻譜動(dòng)態(tài)分配給一個(gè)或多個(gè)特定的用頻裝備。其實(shí)質(zhì)是合理地利用和選擇“空閑頻譜”,使現(xiàn)有的頻譜資源最大化利用,并保證分配的公平性和開銷的合理性。由于授權(quán)用戶,即各種用頻裝備的多樣性,使得“空閑頻譜”在時(shí)間上是動(dòng)態(tài)變化的,這就決定了頻譜管理裝備必需采用動(dòng)態(tài)的頻譜分配才能通過識(shí)別“頻譜空穴”來實(shí)現(xiàn)非授權(quán)用戶用頻裝備與授權(quán)用戶用頻裝備的頻譜共享。具備了動(dòng)態(tài)頻譜分配功能的頻譜管理裝備,能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜管理與用頻裝備之間的動(dòng)態(tài)管理能力,解決頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與頻譜管理之間的傳輸問題。因此,進(jìn)一步發(fā)展具備動(dòng)態(tài)頻譜分配功能的頻譜管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)裝備頻率分配的動(dòng)態(tài)化、智能化是非常必要的。2.2頻率指配問題隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展導(dǎo)致戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境變得異常復(fù)雜,無線電設(shè)備大量使用造成戰(zhàn)場(chǎng)頻譜空間擁擠不堪,因而解決復(fù)雜電磁環(huán)境下戰(zhàn)場(chǎng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中用頻裝備的頻率指配問題變得極其困難。由于戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境實(shí)時(shí)變化,各種用頻裝備隨戰(zhàn)勢(shì)投入撤出,以及用頻單位動(dòng)態(tài)移動(dòng)等問題,產(chǎn)生了更加難以解決的動(dòng)態(tài)頻率指配問題。因此,大規(guī)模的、動(dòng)態(tài)的頻率指配技術(shù)已成為各國研究重點(diǎn)之一。動(dòng)態(tài)頻率指配比傳統(tǒng)的靜態(tài)頻率指配具有更大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),它可以根據(jù)外界環(huán)境變化和用頻裝備使用情況動(dòng)態(tài)的調(diào)整頻率使用情況,可有效解決頻譜資源的利用和管理問題,從根本上提高頻率效率和通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能。2.3健全頻譜管理體系隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展,大量新的頻譜數(shù)據(jù)逐漸產(chǎn)生,并且隨著各種高尖端用頻武器的研制裝備,對(duì)頻譜數(shù)據(jù)需求量逐漸增加,因此,如何管好、利用好頻譜數(shù)據(jù)資源是頻譜管理面臨的一個(gè)非常重要的問題,逐步完善頻譜數(shù)據(jù)管理尤為重要。頻譜數(shù)據(jù)管理是一項(xiàng)基于頻譜數(shù)據(jù)的采集、長期保藏、數(shù)據(jù)分發(fā)的基本工作,它主要包括數(shù)據(jù)數(shù)字化、數(shù)據(jù)集建立、數(shù)據(jù)集描述、數(shù)據(jù)集長期保藏、降低并減少數(shù)據(jù)損失的風(fēng)險(xiǎn)及提供便捷的數(shù)據(jù)訪問方式,它使得頻譜數(shù)據(jù)更具有準(zhǔn)確性、科學(xué)性、及時(shí)性和權(quán)威性。通過頻譜數(shù)據(jù)管理,可以進(jìn)一步獲取和歸納觀測(cè)所得的頻譜數(shù)據(jù)和信息,保護(hù)頻譜數(shù)據(jù)使之避免由于技術(shù)改進(jìn)和物理原因造成的損壞,并且可以提供頻譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境,為其他人員使用頻譜數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)再分析以及培訓(xùn)和政策制定等提供資源,促進(jìn)頻譜數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。3對(duì)頻譜規(guī)劃工具的研究為滿足目前和未來無線電頻譜資源的使用需求,必須對(duì)頻譜資源加以科學(xué)規(guī)劃,因此,有必要加大對(duì)頻譜規(guī)劃工具的研究力度。頻譜規(guī)劃工具發(fā)展所需的頻管應(yīng)用技術(shù)包括頻譜需求預(yù)測(cè)與分析技術(shù)、電磁兼容分析技術(shù)以及頻譜規(guī)劃生成技術(shù)等。3.1打造未雨絡(luò)執(zhí)法的實(shí)際操作模式隨著信息化戰(zhàn)爭的需要,引發(fā)了對(duì)頻譜的更大需求,未來的頻譜規(guī)劃更加嚴(yán)峻。因此,開展頻譜需求預(yù)測(cè)與分析研究,全面掌握和了解未來無線電業(yè)務(wù)發(fā)展的頻譜需求,才能做到未雨綢繆。如美軍在進(jìn)行21世紀(jì)軍事準(zhǔn)備需求論證時(shí),就要求國防部必須對(duì)2020聯(lián)合構(gòu)想的頻譜需求有足夠的預(yù)見性,并有足夠的方法來解決頻譜需求問題。因此,在武器裝備和新技術(shù)頻譜需求論證時(shí),根據(jù)未來多樣化軍事任務(wù)和用頻武器裝備的發(fā)展需求,分布實(shí)施陸地移動(dòng)、航空移動(dòng)、衛(wèi)星移動(dòng)、廣播、無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等業(yè)務(wù)的頻譜需求預(yù)測(cè)及分析研究,優(yōu)先進(jìn)行重大武器裝備的頻譜需求預(yù)測(cè)和分析,超期把握用頻趨勢(shì),做好用頻規(guī)劃工作,引導(dǎo)和支持武器裝備建設(shè)用頻發(fā)展。3.2電容分析技術(shù)目前大多數(shù)國家在發(fā)展新型無線電業(yè)務(wù)和進(jìn)行頻譜規(guī)劃時(shí),都面臨與已分配、指配或正在分配、指配的其他業(yè)務(wù)使用的沖突,有的頻段必須經(jīng)過雙邊或多邊協(xié)調(diào)才能使用,因此頻譜規(guī)劃的困難是很大的。面臨無線電業(yè)務(wù)使用沖突時(shí),一方面可以采用共用頻率的方法,另一方面可以進(jìn)行頻率重新調(diào)整并轉(zhuǎn)移到其它頻段上,這些都離不開電磁兼容分析技術(shù)的支撐。因此,電磁兼容分析技術(shù)將是頻譜規(guī)劃研究的重點(diǎn),特別是不同業(yè)務(wù)、不同系統(tǒng)間的電磁兼容分析理論研究。無線用頻業(yè)務(wù)的電磁兼容設(shè)計(jì)就是有效利用和合理分配無線電頻譜資源。其主要任務(wù)是在進(jìn)行頻率規(guī)劃時(shí)要考慮頻率間的干擾、互調(diào)干擾、發(fā)射機(jī)帶外噪聲和同站干擾分析,以及頻率自動(dòng)選擇、場(chǎng)強(qiáng)覆蓋預(yù)測(cè)、邊界協(xié)調(diào)等,其分析工具可能涵蓋無線電波傳播模型和算法、干擾分析算法和信號(hào)多維分割技術(shù)等。用頻業(yè)務(wù)的電磁兼容性是無線電頻譜規(guī)劃、無線電頻率分配、指配和臺(tái)站設(shè)置審批的重要步驟和依據(jù),電磁兼容分析則是無線電頻率規(guī)劃和臺(tái)站設(shè)置審批時(shí)技術(shù)審查中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。3.3以參數(shù)為驅(qū)動(dòng)的規(guī)劃程序頻譜規(guī)劃生成技術(shù)主要包括戰(zhàn)場(chǎng)頻譜資源規(guī)劃技術(shù)和軟件體系、規(guī)劃軟件的調(diào)用和融合技術(shù)、無線電波傳播特性分析軟件開發(fā)技術(shù)、干擾分析與協(xié)調(diào)軟件開發(fā)技術(shù)以及頻率共用分析軟件開發(fā)技術(shù)等。美軍比較重視頻譜規(guī)劃建設(shè),不僅有明確和規(guī)范的操作程序,還有先進(jìn)的技術(shù)和工具作支撐,主要包括美軍頻譜操作程序及規(guī)范分析、用頻沖突處理方法、頻譜規(guī)劃的基本程序、相應(yīng)軟件功能分析等。作戰(zhàn)人員頻譜使用規(guī)劃工具(WSUPT)是美軍目前正在使用的頻譜規(guī)劃工具,通過不同行為過程的電磁頻譜需求進(jìn)行評(píng)估來支持規(guī)劃。它對(duì)帶寬內(nèi)的頻譜使用提供“大致的”評(píng)估,然后使用戶能夠動(dòng)態(tài)地評(píng)估計(jì)劃改變而導(dǎo)致用途的變化。聯(lián)盟聯(lián)合頻譜管理規(guī)劃工具(CJSMPT)是未來美軍各軍種更好地管理頻譜使用的第二個(gè)系統(tǒng),其目標(biāo)是通過自動(dòng)頻譜規(guī)劃對(duì)已知無線電發(fā)射機(jī)實(shí)施有效的頻譜管理,實(shí)現(xiàn)頻