前言
2010年美国国防事务局特别任务组递交的《美军频谱管理审查报告》曾指出:“从当前用频的发展趋势来看,可以预见一场危机即将发生……包括重要雷达系统在内的关键用频系统的性能将退化,甚至无法使用。”针对越来越稀缺的无线电频率资源,美军采取积极的应对措施,制定了相关法律法规、指令(命令)、技术标准和指南,还颁布了多项频谱政策,如CJCSM3170.01C、CJCSI6212.01E、DoDI5000.02、DoDD3222.3和DoDI4650.01,以期使电子系统能够在预期环境中正常工作,同时不引起或遭受无法接受的频率干扰。表1列举了美国军队所制定的部分频谱政策。根据这些政策,用频系统及装备开发人员应尽早开展频谱可支持性分析,确认其工作所需频谱是否可用。如果开发的系统虽能满足使用需求,但却无频谱支持,那么这些系统极有可能造成严重的无线电干扰,轻则引发系统故障,造成服务中断,重则造成人员伤亡。
1频谱可支持性的内涵
频谱可支持性(SS)是指某个装备或系统能够接入预期的电磁频谱,而频谱可支持性程序(SSP)则是指用频装备或系统达到这一目标状态所经历的过程。一般而言,频谱可支持性程序的组成包括:(1)频谱可支持性风险评估;(2)电磁环境效应评估;(3)装备频谱认证。
2陆军频谱可支持性的分析过程
各军种的频谱可支持性程序是类似的,本文仅详细介绍美国陆军的情况。对陆军而言,要想获得频谱的可支持性需完成以下几项工作:(1)完成频谱可支持性风险评估(SSRA)。(2)取得CIO/G-6的频谱可支持性认定。这表明CIO/G-6已同意了项目主任(PM)所做的频谱可支持性风险评估,PM可以继续进行备选系统的开发。(3)在国防部采办系统(DAS)的每个阶段里,向陆军频谱管理办公室(ASMO)递交技术参数修改后的DDForm1494(装备频率划分申请表),并取得CIO/G-6的认可。(4)确保在完成预期作战任务的过程中有充足的可用频率。在美国本土及其属地(US&P),军队通过联邦频谱批准程序保证在US&P执行任务时有充足的可用频率;通过作战司令部(COCOM)启动相关国家协调程序,来保证在相关国家执行任务时有充足的可用频率。(5)量化相关的电磁兼容(EMC)、电磁干扰(EMI)和电磁环境效应(E3)。图1给出了陆军频谱可支持性程序的流程图。物资开发人员为陆军频谱管理办公室(ASMO)提供DDForm1494(装备频率划分申请表)和频谱可支持性风险评估。根据DDForm1494的处理结果和SSRA的结论,ASMO将为CIO/G-6提供一份关于频谱可支持性认定的建议。另外,ASMO还将利用DDForm1494来申请美国国家及相关国家的频谱可支持性批准。
3频谱可支持性风险评估
频谱可支持性风险评估(SSRA)是确定和评估规章管理方面、技术方面和实际使用方面的电磁频谱问题以及有可能影响整个系统基本使用性能的电磁环境效应(E3)问题。图2给出了频谱可支持性风险的评估过程。“需求文件”一旦得到联合需求监督委员会的确认,项目主任或物资开发人员就必须作出相关决策,确定该物资(如电子设备、电气设备、用频装备)采办是否需要SS和E3控制。如果需要,那么在接下来的采办过程中,技术评审、评估和试验就是必不可少的。如图3所示,SSRA具体包含三方面的内容,即规章层面、技术层面和使用层面,涉及了DAS的每个阶段,且随着系统采办的逐步深入,其详尽程度也逐渐提高,有初始SSRA、详细SSRA和更新后的SSRA。(1)规章层面。评估射频系统与相关频谱规章的一致性,具体包括美国国家和国际频率划分表、国际电信联盟(ITU)协议、相关国家和国际技术标准等。“初始SSRA”应完成下述任务:确定相关的“东道国”;确定所涉及的无线电业务;根据每个“东道国”的频率划分表,确定相关无线电业务的状态(主要业务或者次要业务),并确定系统调谐范围内受划分表支持的频谱;查阅并参考其他具有相同无线电业务、类似技术参数的军方系统的用频意见;通过查询相关数据库,了解有可能与待研系统在相同位置或邻近位置、在相同频段或邻近频段工作的其他军用或民用系统;识别规章层面的风险,并提出相应的解决建议。“详细SSRA”应完成下述任务:处理相关机构的指导意见;了解频谱规章的修订是否影响了待研系统的用频,并量化其影响;确定待研系统的辐射特性是否满足相关标准要求;识别规章层面的风险,并提出相应的解决建议。更新后的SSRA应完成下述任务:处理相关机构的指导意见;了解频谱规章的修订是否影响了待研系统的用频,并量化其影响;识别规章层面的风险,并提出相应的解决建议。(2)技术层面。将备选系统与同频段、邻频段、谐波频段上其他系统的相互影响量化,并给出解决或降低这些潜在干扰的建议和方法。“初始SSRA”应完成下述任务:确定备选技术及其技术参数,如应用类型(固定、便携、移动)、主要承载平台(机载、车载等)、频率范围、数据吞吐量、接收机灵敏度、接收机保护准则、辐射带宽、输出功率、天线性能等;根据相应的技术参数,开展初步的电磁兼容分析,识别需深入研究的电磁问题;对照相关频谱标准,初步评估系统参数,并提出相应的技术来处理不兼容的问题;识别技术层面的风险,并提出相应的解决建议。“详细SSRA”应完成下述工作:评估系统性能对使用环境中同频或邻频工作的其他用频系统的影响;确定系统与其他用频系统间可接受的干扰等级;在适当的传播模型下,确定环境、干扰等因素对待研系统性能的影响,评估系统的总体性能;将测量所得的系统参数与相关频谱标准做比较;给出技术建议,以解决潜在干扰,如采用高级窄波束天线、选用无源频率组件;识别技术层面的风险,并提出相应的解决建议。更新后的SSRA应完成下述工作:量化信号使用参数的变化对同址EMC和E3所产生的影响;识别技术层面的风险,并提出相应的解决建议。(3)使用层面。确定并量化备选系统与使用环境中其他用频系统的相互影响,并给出解决或降低这些潜在干扰的建议方法。“初始SSRA”应完成下述工作:确定使用环境中可能出现的其他用频系统;开展全面的EMC分析,量化备选系统与使用环境中其他用频系统间的潜在干扰;识别使用层面的风险,并提出相应的解决建议。更新后的SSRA应完成下述工作:进一步明确系统使用环境中预期使用的用频系统;进一步开展EMC分析,量化备选系统与使用环境中其他用频系统间的潜在干扰;识别使用层面的风险,并提出相应的解决建议。为保证系统能够接入预期的频谱,还应基于评估结果在系统全寿命周期内对风险进行有效管理。根据风险的发生概率及其造成的影响,可对风险进行量化,如表2所示。
4结束语
美军非常注重频谱的可支持性分析与论证工作,以政策的形式明确了强制性要求,以指南的形式提供具体指导,以软件的形式提供工具协助,使系统开发人员能够在研制与采办的全过程中落实不同级别的频谱可支持性分析,从而降低系统遭受电磁干扰甚至无法部署使用的风险。相比美军,我军在频谱可支持性分析方面还存在较大差距,具体表现在:相关政策法规还不够完整,频谱可支持性认证机制还不够健全,频谱可支持性分析工具欠缺等。目前困扰我军的频谱问题仍很严重,一些设备因频频引发电磁干扰而无法部署使用。解决频谱问题应从源头抓起,将频谱可支持性分析融入系统研制与采办的全过程,保证系统在满足用户使用需求的同时也能得到频谱的支持。美军在这些方面的做法值得我们学习借鉴。
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