強(qiáng)電磁脈沖對(duì)軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的威脅及對(duì)策

蔡 勇，王興光，郝建生，王 坤

（1．軍事交通學(xué)院汽車指揮系，天津 300161；2．軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津 300161）

強(qiáng)電磁脈沖對(duì)軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的威脅及對(duì)策

蔡 勇1，王興光2，郝建生1，王 坤1

（1．軍事交通學(xué)院汽車指揮系，天津 300161；2．軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津 300161）

闡述了強(qiáng)電磁脈沖（EMP）的發(fā)展、產(chǎn)生機(jī)理、破壞機(jī)理、破壞效應(yīng)、防護(hù)方法。指出強(qiáng)電磁脈沖對(duì)軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的威脅，并為提高復(fù)雜電磁條件下的信息化軍交運(yùn)輸保障進(jìn)行了初步探討。

強(qiáng)電磁脈沖；軍交運(yùn)輸；指揮自動(dòng)化

軍軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)是未來信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)軍交運(yùn)輸保障的重要指揮手段，其主要以計(jì)算機(jī)為核心，通過信息收集、信息處理、信息傳輸、信息顯示以及信息決策等自動(dòng)化流程進(jìn)行信息處理，具有指揮控制等作戰(zhàn)信息保障功能，是軍交運(yùn)輸指揮員及指揮機(jī)關(guān)對(duì)運(yùn)輸和交通保障等力量實(shí)施指揮與控制的人機(jī)系統(tǒng)［1］，其效能發(fā)揮對(duì)保障作戰(zhàn)勝利具有關(guān)鍵性作用。由于強(qiáng)電磁脈沖對(duì)電子系統(tǒng)有著巨大的硬殺傷和軟破壞作用，對(duì)軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)造成極大威脅，因此，深入研究強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境下軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的抗強(qiáng)電磁脈沖能力和對(duì)策尤為重要。

1 強(qiáng)電磁脈沖產(chǎn)生機(jī)理

在現(xiàn)代軍事戰(zhàn)場上，高功率微波、超寬帶、電磁炸彈等電磁脈沖武器的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用以及雷電、靜電放電等自然電磁干擾源的存在，均使得自動(dòng)化指揮系統(tǒng)及其相關(guān)的通信系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境變得愈加惡劣。按照產(chǎn)生機(jī)理分析，強(qiáng)電磁脈沖可以分為兩類：自然現(xiàn)象形成的雷電電磁脈沖和電磁脈沖武器形成的強(qiáng)電磁輻射［2－4］。

1．1 核爆炸所形成的強(qiáng)電磁脈沖

核電磁脈沖是核武器爆炸的產(chǎn)物。核爆炸產(chǎn)生的瞬時(shí)γ射線是激勵(lì)電磁脈沖的主要因素，其中由康普頓效應(yīng)產(chǎn)生的康普頓電子對(duì)激勵(lì)電磁脈沖起主要作用。在均勻大氣中，康普頓電子流是球?qū)ΨQ的，不向外輻射電磁能量；但實(shí)際上，由于大地的存在，大氣密度會(huì)隨高度而發(fā)生變化，從而使得康普頓電子流不可能形成球?qū)ΨQ分布，從而在隨時(shí)間變化的過程中向外激勵(lì)輻射核電磁脈沖［5］。

1．2 電磁脈沖武器產(chǎn)生的強(qiáng)電磁脈沖

由初級(jí)能源、脈沖功率系統(tǒng)、高功率微波源、定向天線以及其他配套設(shè)備組成的電磁脈沖武器通常分為兩類：高功率微波武器和超寬帶電磁脈沖武器。其工作原理主要是將初級(jí)能源經(jīng)爆炸磁通壓縮發(fā)生器（MFCG）轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)流脈沖電子束，再經(jīng)脈沖調(diào)制單元激發(fā)產(chǎn)生高功率的電磁波，由定向天線向外輻射形成高方向性且能量集中的電磁波束。

1．3 雷電放電產(chǎn)生的強(qiáng)電磁脈沖

雷電具有強(qiáng)度大，覆蓋區(qū)域廣的特點(diǎn)，是自然大氣中常見的一種放電現(xiàn)象之一。雷電中1次閃電包含1次或多次大電流脈沖過程，閃電通道大約有幾百米至幾公里長，電流脈沖平均幅值約為幾萬安培，持續(xù)時(shí)間幾十到幾百微秒。在雷電的主放電過程中伴隨著雷電電磁脈沖向外輻射，而且雷擊過程還可以使得通信和信息處理器件中產(chǎn)生過高的噪聲和激勵(lì)，引起信息處理錯(cuò)誤，通信不暢，甚至損壞設(shè)備。

2 強(qiáng)電磁脈沖破壞機(jī)理及其特點(diǎn)

2．1 強(qiáng)電磁脈沖破壞機(jī)理

強(qiáng)電磁脈沖的破壞機(jī)理主要是利用高功率電磁脈沖來攻擊對(duì)方目標(biāo)的電子設(shè)備和系統(tǒng)，并通過電磁能量的耦合作用對(duì)其造成毀傷效應(yīng)。強(qiáng)電磁脈沖可以通過“前門”和“后門”這兩種耦合方式進(jìn)入電子設(shè)備的內(nèi)部，見圖1。其中，前門耦合主要是指電磁能量經(jīng)天線、收發(fā)機(jī)前門電路等進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)部；后門耦合則是指電磁能量經(jīng)電子設(shè)備表面存在的微小縫隙或電纜線傳輸?shù)皆O(shè)備內(nèi)部。雖然電磁能量在耦合過程中會(huì)有所衰減，但其對(duì)電子設(shè)備內(nèi)部的電子元器件、軟件控制系統(tǒng)等依然具有較大危害［6］。

2．2 強(qiáng)電磁脈沖破壞特點(diǎn)

一是“殺傷”威力大。強(qiáng)電磁脈沖可通過天線、導(dǎo)線和管道等進(jìn)入電子設(shè)備，使無防護(hù)的電子元件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的MOS器件暫時(shí)功能性失效或完全損壞，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無法繼續(xù)工作，它對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信指揮系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等的破壞將是摧毀性的，從而使指揮自動(dòng)化系統(tǒng)陷于癱瘓［7］。二是“耦合”通道多。只要電磁波的波長小于目標(biāo)表面的縫隙和孔洞尺寸，就可有效耦合進(jìn)入目標(biāo)內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部的電子設(shè)備造成干擾，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使其無法正常工作，甚至燒毀電子設(shè)備中的電子元器件和電路。三是“頻譜”范圍寬。強(qiáng)電磁脈沖的頻譜作用范圍非常廣，從甚低頻至數(shù)GHz，基本涵蓋了電子設(shè)備全部工作頻帶，軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的電子設(shè)備工作在強(qiáng)電磁脈沖的頻譜范圍內(nèi)，將受到強(qiáng)電磁脈沖的嚴(yán)重威脅。

圖1 電子脈沖的耦合途徑

3 強(qiáng)電磁脈沖對(duì)軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的威脅

3．1 軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能降低

軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)功能的發(fā)揮依賴于各種相關(guān)信息的可靠獲取、分析與傳輸，依賴于系統(tǒng)平臺(tái)不受干擾地穩(wěn)定運(yùn)行。大多數(shù)信息處理都是由高度集成的自動(dòng)化電子設(shè)備完成的，因而系統(tǒng)遭到強(qiáng)電磁脈沖時(shí)會(huì)造成信息獲取渠道不暢、信息獲取質(zhì)量下降，導(dǎo)致軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能降低。一方面，強(qiáng)電磁脈沖影響了軍交運(yùn)輸指揮信息的獲取。在電磁脈沖的威脅下，固定的后勤指揮中心、野戰(zhàn)化和移動(dòng)化配套的軍事交通指揮自動(dòng)化系統(tǒng)、軍交運(yùn)輸可視化系統(tǒng)、軍事集裝箱電子系統(tǒng)等，將極大地受到復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，電子信息設(shè)備很容易遭到破壞。比如，我國自行研發(fā)的“北斗”車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在遭遇強(qiáng)電磁干擾時(shí)就難以準(zhǔn)確獲取定位信息，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)失去信息源的現(xiàn)象。另一方面，強(qiáng)電磁脈沖影響軍交運(yùn)輸指揮信息的傳輸。強(qiáng)電磁脈沖破壞信源、信宿的硬件以及信道，令紐帶失去作用，會(huì)造成通信中斷，使軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化失去聯(lián)系神經(jīng)。一旦信息的獲取和傳輸受到影響，將直接影響軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和有效性，從而直接導(dǎo)致系統(tǒng)決策得不到執(zhí)行，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作或發(fā)出錯(cuò)誤指令，使軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能大大降低。

3．2 軍交運(yùn)輸保障難以及時(shí)精確實(shí)施

信息化條件下軍交運(yùn)輸保障的關(guān)鍵在于根據(jù)作戰(zhàn)部隊(duì)的時(shí)空狀態(tài)和保障需要而采取適時(shí)、適地、適量的精確化保障行動(dòng)。強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境下，電磁能量可以通過天線、電源線等進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)，并通過高壓擊穿、熱效應(yīng)等方式對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生破壞，造成其暫時(shí)功能性失效或永久損壞。強(qiáng)電磁脈沖具有更寬的頻譜和更高的功率，可以造成雷達(dá)迷茫、通信中斷，特別是對(duì)于通信信道的影響比一般的干擾器材更為明顯。遭受強(qiáng)電磁脈沖打擊的指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性很難評(píng)估，使得軍交運(yùn)輸指揮員所獲取的傳輸時(shí)間、地點(diǎn)、運(yùn)力運(yùn)量等需求信息可靠度下降。由于我軍配備的電子設(shè)備有限、性能偏低，戰(zhàn)時(shí)易被敵干擾壓制，數(shù)據(jù)傳輸將嚴(yán)重受阻，極有可能使運(yùn)輸保障信息的獲取陷入傳感器迷茫、戰(zhàn)場感知失真的被動(dòng)境地，情報(bào)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性很難保證。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，我軍武器裝備的作戰(zhàn)效能將受到明顯影響和制約，由此將直接導(dǎo)致軍交運(yùn)輸保障需求、作戰(zhàn)強(qiáng)度以及作戰(zhàn)力量的不確定性，從而影響軍交運(yùn)輸指揮員對(duì)軍交運(yùn)輸保障需求信息預(yù)測和掌握的準(zhǔn)確性。在這種情況下，精確實(shí)施軍交運(yùn)輸保障也變得異常困難。

3．3 軍交運(yùn)輸動(dòng)態(tài)調(diào)控難以穩(wěn)定可靠

未來戰(zhàn)爭，敵我雙方大量用頻設(shè)備在狹小的作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)同時(shí)展開，各種通信手段使用頻繁，頻率占有率明顯上升，電磁頻譜非常擁擠，通信裝備的靈敏度下降，軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能很難正常發(fā)揮，進(jìn)而影響到指揮自動(dòng)化的穩(wěn)定性。一方面，軍事交通運(yùn)輸保障系統(tǒng)的各個(gè)部門、各類單位、各級(jí)子系統(tǒng)等協(xié)同困難，這主要是由于這些部門構(gòu)成龐大、體系復(fù)雜，通信與指控系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的中斷或錯(cuò)誤將直接產(chǎn)生各部門之間“聯(lián)不通”、“合不上”等問題。另一方面，在強(qiáng)電磁脈沖干擾情況下，還會(huì)使依賴衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、GPS等系統(tǒng)支撐的船舶監(jiān)控系統(tǒng)、“神通”等高精密電子系統(tǒng)的癱瘓，無法依托其實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)計(jì)算機(jī)是軍交運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)的核心設(shè)備，對(duì)電磁脈沖的承受力非常弱。在強(qiáng)電磁脈沖的打擊下，計(jì)算機(jī)可能出現(xiàn)程序異常、數(shù)據(jù)庫的混亂、輸入輸出誤動(dòng)作等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成硬件的損壞、控制瞬時(shí)失效、系統(tǒng)癱瘓等，從而給戰(zhàn)場軍交運(yùn)輸保障的形勢分析、指揮決策等帶來嚴(yán)重干擾，使得各種運(yùn)行于局域或廣域網(wǎng)絡(luò)上的軍用交通運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)等無法正常運(yùn)行。因此在復(fù)雜電磁環(huán)境中，軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

4 對(duì)強(qiáng)電磁脈沖的防護(hù)對(duì)策

4．1 防強(qiáng)電磁摧毀，確保電子設(shè)備安全

從強(qiáng)電磁脈沖的破壞機(jī)理來看，切斷電磁脈沖的傳播途徑，阻止強(qiáng)電磁脈沖進(jìn)入電子設(shè)備的內(nèi)部是對(duì)抗強(qiáng)電磁脈沖的有效手段，其實(shí)現(xiàn)形式主要有兩種：先天加固設(shè)計(jì)技術(shù)和后天隔離設(shè)計(jì)技術(shù)。前者是對(duì)高品質(zhì)材料和先進(jìn)工藝措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用經(jīng)應(yīng)力篩選后的元器件、結(jié)構(gòu)件和各級(jí)模塊，通過增加裝備敏感度閥值，采用火花隙放電器限制電壓，濾波器隔離降壓，通信線路盡量采用光纖取代傳統(tǒng)的電纜等，使內(nèi)部電路不受負(fù)動(dòng)態(tài)阻抗及其激勵(lì)作用的影響，提高和強(qiáng)化產(chǎn)品本身的抗電磁脈沖能力。后者顧名思義就是采取措施將設(shè)備與外界電磁脈沖環(huán)境隔離開來。比如收回暴露的天線或與設(shè)備斷路，在天線接收通道和外接電纜設(shè)置保護(hù)電路，采取密封、電磁屏蔽設(shè)計(jì)、隔離、濾波等防護(hù)措施。這些防護(hù)措施可以大大降低電磁脈沖的殺傷破壞力。

4．2 抗敵電磁干擾，確保指揮信道暢通

信息化條件下諸軍種的聯(lián)合作戰(zhàn)，運(yùn)輸保障也將是鐵、水、公、空多種運(yùn)輸方式綜合立體保障，在組織實(shí)施運(yùn)輸保障過程中，各類指揮、通信、監(jiān)控、調(diào)度等人機(jī)系統(tǒng)的綜合運(yùn)用是必不可少的。這些系統(tǒng)主要依托大量的電子設(shè)備完成工作，需要良好的電磁環(huán)境保障信息的發(fā)送、傳輸、接收暢通無誤。軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化的上述弱點(diǎn)，正是強(qiáng)電磁脈沖特殊的殺傷效應(yīng)所能產(chǎn)生的基礎(chǔ)，因此要加強(qiáng)防電磁干擾，提高設(shè)備的可靠性和完好性：一是“改”，通過技術(shù)升級(jí)改造，采用先進(jìn)的干擾隔離和抑制技術(shù)消除或減弱干擾耦合，增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力；二是“管”，管理頻譜分配使用方案，使各種系統(tǒng)在指定的頻域、時(shí)域及空域上工作，避免出現(xiàn)相互干擾。通過各種措施，切實(shí)提高軍交運(yùn)輸保障的抗電磁干擾能力，確保運(yùn)輸指揮聯(lián)絡(luò)的暢通。

4．3 做好復(fù)雜電磁環(huán)境防衛(wèi)

在“嚴(yán)密防護(hù)，積極打擊，以防為主，防打結(jié)合”的運(yùn)輸防衛(wèi)基本原則的基礎(chǔ)上，與專業(yè)電子戰(zhàn)部（分）隊(duì)及地方電信部門、電子產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)等緊密協(xié)同，做好防電子偵察、電子干擾等電磁攻擊。加強(qiáng)隱蔽偽裝，充分發(fā)揮簡易偽裝器材與制式專業(yè)偽裝器材的綜合偽裝功效，采用多種偽裝方法，加強(qiáng)電子設(shè)備的偽裝防護(hù)，切實(shí)提高隱蔽偽裝效果。從組織、技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)等方面采取相應(yīng)的措施，揚(yáng)長避短、趨利避害，積極創(chuàng)造利于我方軍交運(yùn)輸?shù)牧己秒姶怒h(huán)境，提高軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的防偵抗毀能力，全面提高運(yùn)輸保障行動(dòng)的安全性。

4．4 指揮手段多樣，指揮方法靈活

針對(duì)電磁脈沖對(duì)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)所帶來的破壞效應(yīng)，在未來戰(zhàn)爭中，“指揮手段多樣、指揮方法靈活”將成為指揮員對(duì)付強(qiáng)電磁脈沖的有效手段。這也就要求指揮員既要充分發(fā)揮指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的骨干作用，還要注重簡易通信、運(yùn)動(dòng)通信等傳統(tǒng)通信手段的運(yùn)用，在面臨強(qiáng)電磁脈沖突然打擊、指揮自動(dòng)化系統(tǒng)遭到破壞的情況下，通過增加戰(zhàn)場信息獲取渠道，拓展信息傳輸手段，確保通信聯(lián)絡(luò)的暢通，使指揮和協(xié)調(diào)更加及時(shí)有效。

［1］ 王大軍．軍交運(yùn)輸指揮自動(dòng)化［M］．北京：海潮出版社，2005．

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［2］ 劉淑肖，傅文杰，王 瑩．強(qiáng)電磁脈沖源及其戰(zhàn)場殺傷機(jī)理分析［J］．測試技術(shù)學(xué)報(bào)，1997，11（3）：43－47．

［3］ 周壁華，陳 彬，石立華．電磁脈沖及其工程防護(hù)［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2003．

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1008－1542（2011）12－0078－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：馮 民

蔡 勇（1964－），男，四川西昌人，副教授，主要從事軍事通信和軍隊(duì)指揮自動(dòng)化方面的研究。