1.2 复杂电磁环境效应简介

1.2.1 复杂电磁环境效应的研究内涵

电子信息系统复杂电磁环境效应简称复杂电磁环境效应（Complex Electromagnetic Environment Effects，CEMEE），即是复杂电磁环境对电子信息系统的影响。复杂电磁环境效应这一概念是随着电磁环境的变化而不断演变的，从最初的射频干扰到电磁干扰、电磁兼容，直到现在的复杂电磁环境效应。初期的研究主要从电子设备内部及其设备间的电磁干扰问题展开，研究的目的是确保设备及其元器件正常工作时相互影响在容许的范围内。随着科技的发展，各种电磁辐射体如雷达、通信等辐射源的功率越来越大，数量成倍增加，频谱越来越宽，使得电磁环境趋于复杂和恶化。电磁环境的性质发生了变化，电磁环境对电子信息系统的影响由简单干扰变成了各种综合效应，其危害日益严重，引起了各国的高度重视，使得复杂电磁环境效应成为当前的研究热点。

从研究角度来讲，复杂电磁环境效应可定义为电子信息系统在有限电磁环境下所呈现出的各种因果现象。其中“因”是复杂电磁环境的各要素；“有限电磁环境”则是指特定的、具体的电磁环境要素和具体的电子信息系统，“果”是由复杂电磁环境的受体即电子信息系统所呈现的，也可称为“响应”；当“因”种类多，“受体”类型也不同时，就会出现各种各样的效应现象。因此，复杂电磁环境效应是一种统称，具体的效应现象（如导航系统受到压制干扰不能定位等）才是所要研究的具体对象。

如图1.2所示，以效应现象为核心开展复杂电磁环境效应研究，其研究内涵是发现、解释及预测新的复杂电磁环境效应现象，其研究目的是提升电子信息系统在复杂电磁环境下的性能。而新的复杂电磁环境效应现象则可以从以下三个方面展开探索。

1.输入新

复杂电磁环境各要素是复杂电磁环境效应研究的输入，要素种类繁多、不确定性强是电磁环境的重要特征。同时，复杂电磁环境对电子信息装备的影响具有相对性，不同电磁环境对相同类型的电子信息装备会表现出不同的影响效果。从作用环节来说，复杂电磁环境效应主要是通过电子信息装备如雷达的接收前端、信号处理等信息链路环节起作用的，不同电磁信号对于每个环节的作用机理和表现形式不同。从作用形式上来说，复杂电磁环境效应主要表现为具有相关性的电磁环境多要素组合对各信息链路的“非线性叠加效应”和“非线性传递效应”。两种效应呈现出“现象杂乱无序、结果难以预测”的非线性特征，输入、输出的映射函数体现出非线性特性。因此，如何从输入推动力的角度着手开展研究是复杂电磁环境效应的重要研究内容之一。

2.受体新

电子信息系统是复杂电磁环境效应研究的受体，类型繁多、功能各异是电子信息系统的显著特征。不仅不同类型的电子信息系统自身的工作机理不同，而且功能不同的电子信息系统所面临的电磁环境也不同。在复杂电磁环境效应研究中，如果要剖析电磁环境效应机理，就必须对受体的功能和工作机理开展深入研究。随着电子信息技术的飞速发展，一批传统的电子信息设备已经被淘汰，但是新的设备类型、新的信号处理算法、新的概念等层出不穷，如近年来发展迅速的智能通信、太赫兹、集群/协同系统等，这些系统在研制中大多并未考虑到复杂电磁环境问题，因此，结合新的受体类型开展研究也是复杂电磁环境效应研究的重要突破点。

3.测试手段新

“工欲善其事，必先利其器”，测试手段是决定科学研究尺度和科研深入程度的重要因素，对复杂电磁环境效应的研究也同样如此。目前复杂电磁环境效应测试主要受限于两个重要方面：一是精细化测试能力不足，特别是在外场测试中，对电磁环境的实时动态测量技术和效应现象实时捕捉技术尚不成熟，不能支持利用“白盒”测试方法进行精确、定量的效应机理分析；二是对效应诊断理论的研究不深入，特别是对结构层次和功能日益复杂的综合电子信息系统（如指控系统）而言，对效应现象主导因素的诊断技术和理论都尚需开展基础性研究。

1.2.2 复杂电磁环境效应的研究分类

1.从效应层面来分

复杂电磁环境效应的分类方法有很多，从效应层面来分，可分为能量效应、信息效应、管控效应三大类。

能量效应，即电磁信号利用其电磁能量作用于电子信息系统，对电子信息系统的正常工作产生影响，甚至对电子信息系统造成物理性破坏的“硬损伤”，破坏、摧毁电子信息系统。该效应从物理层面影响电子信息系统，随着大功率的干扰源、电磁脉冲武器、高功率微波武器等的使用，电磁信号对电子信息系统产生物理损伤的情况越来越多。

信息效应，即电磁信号对电子信息系统的信息链路环节产生影响，妨碍电子信息系统产生、传输、获取和利用信息，对电子信息系统造成功能性破坏的“软损伤”。该效应从信息层面影响电子信息系统。对于“软损伤”而言，一方面，随着信息化技术的发展，电子信息系统网络化、体系化趋势越来越明显，从而呈现出电磁敏感性更强、可能遭受电磁环境影响的环节更多、受复杂电磁环境综合影响的机理更难把握的趋势；另一方面，随着各类电子信息系统的应用越来越广泛和有意争夺制电磁权的斗争越来越激烈，复杂电磁环境效应呈现出欺骗、干扰和破坏能力越来越大，针对性和综合性越来越强的趋势，促进了复杂电磁环境效应研究领域的攻防对抗新概念、新原理和新技术的不断发展。

管控效应，即利用电磁频谱接入等信息化手段，对电子信息系统（特别是网络化信息系统）的控制协议和信息内容等进行探测、识别、欺骗和篡改等操作，实现系统的接管控制和为我所用，即从控制层面影响电子信息系统。许多国家已经在这方面进行了探索性研究，并且逐步向实用化方向发展。

2.从研究过程来分

另外，如果从研究过程来分，复杂电磁环境效应可分为复杂电磁环境信号生成与构建、复杂电磁环境效应机理研究和电子信息系统效能评估三大方面。复杂电磁环境效应的研究分类如图1.3所示。

复杂电磁环境信号生成与构建主要研究复杂电磁环境本身，解决复杂电磁环境的认知与复现等基础问题。研究内容可包括辐射源电磁辐射特性、散射体电磁散射特性、电磁波传播特性测量与表征，基于特定电子信息系统使用效能的复杂性度量方法，针对不同层次、不同复杂性的电磁环境模拟应用需求下的电磁环境模拟方法、框架设计、标准规范、环境要素整合及多种模拟手段融合等，为复杂电磁环境效应机理分析和效能评估的研究提供基本输入。

复杂电磁环境效应机理主要研究电子信息系统受复杂电磁环境影响的规律、机理，提出电子信息系统对部分电磁环境要素的抑制或利用方法。研究内容还可再分为单要素对电子信息系统敏感环节作用机理、复杂多要素对电子信息系统敏感环节的综合效应，以及电磁环境效应的应用与控制技术三部分。其中单要素包括了信号集合、地理环境、大气环境及电离层等辐射环境，在风场、海况、地表、太空等物理空间环境中带来载体自身的运动、物理遮蔽等，雷达目标的散射、运动特性，信号干扰抑制、非理想传播效应消除处理技术等。复杂电磁环境效应机理研究立足建立复杂电磁环境与电子信息系统效应现象之间的关联关系，在此基础上，进一步研究复杂电磁环境效应的综合利用与控制技术。

电子信息系统效能评估主要研究复杂电磁环境效应测试方法，指导开展电磁环境效应验证性测试，开展电子信息系统一体化测试理论方法和效能评估技术研究，为电子信息系统的技术改进和实际应用提供指导。研究内容主要包括复杂电磁环境效应测试设计方法和测试技术，测试过程中随机因素、模糊因素、灰色因素等各种不确定性因素对测试结果的影响分析，测试数据处理方法，基于测试数据的作用效应分离技术，采用现代数学理论和方法研究电子信息系统效能评估准则，建立评估指标体系和研究从效应到多层次效能的映射关系，并研究利用已有实体系统进行替代等效推论的方法等。

1.2.3 复杂电磁环境效应研究难点问题

复杂电磁环境效应研究面临着既要解决一些基础性、前沿性的理论和技术问题，又要解决实际应用中的重大现实问题的迫切需求。概括而言，当前复杂电磁环境效应研究面临的主要难点问题及挑战包括以下三个主要方面。

1.复杂电磁环境特性尚未认清

复杂电磁环境既具有自身动态变化的客观特性，又具有相对于不同电子信息系统的不同效应的相对特性。前者既与各种不同变化的有意、无意产生的电磁信号辐射源有关，又与大气、地形地物、空中目标等因素对电磁波的传输会产生不同的影响有关。后者则与电子信息系统复杂电磁环境效应机理及其应用密切相关。

由于各种不同类型的有意或无意辐射源辐射信号在传播空间的叠加，各辐射源信号功率、频率、信号样式随时间动态变化，传输路径及其相应的影响也具有不确定性，呈现在某一空间的电磁环境是不稳定的、动态的，成分复杂，且随各种辐射源变化而非线性变化。如果各辐射源难以控制，大气、目标和地形地物等导致的信号传输效应难以跟踪确定的话，通常会导致复杂电磁环境和形成该环境特征的各辐射源之间的内在对应关系难以跟踪，加上复杂电磁环境对不同电子信息系统的不同组成环节的影响是各异的，其影响及传递特性难以测量，从而导致对复杂电磁环境特性难以把握。

因此，如何在认识各种有意、无意的电磁信号辐射源特性及电磁波传播媒介特性的基础上，可控、可重复地生成所需的复杂电磁环境，并实时、定量地跟踪测量、分析和评定复杂电磁环境的特性，在此基础上，度量与评价复杂电磁环境对各类电子信息系统不同环节的效应及其整体的综合效应，进一步认识复杂电磁环境对电子信息系统效应的相对特性，是当前复杂电磁环境特性研究面临的主要挑战。

2.复杂电磁环境的可控生成能力难以满足需求

由于复杂电磁环境的形成既与各种自然和人为的电磁辐射源相关，又与电磁信号在空间的传播相关，因此如何通过位于各种不同地理环境下、不同空间位置的辐射源生成复杂电磁环境，各辐射源应如何运动并以何种信号进行辐射和变化，才能形成所需的复杂电磁环境特征，特别是在自然环境之中如何定量控制生成所需环境等，是亟待解决的问题。目前，室内模拟方面主要是暗室内和计算机仿真两种方式，对于暗室环境下的可控生成技术和计算机仿真中各辐射源及目标、地形地物之间的动态变化和交互的建模技术都存在大量研究难点。

3.电子信息系统复杂电磁环境效应机理探索及验证技术亟待加强

在探明电磁环境各单要素对电子信息系统效应机理的情况下，逐步探索各因素不同组合作用下的综合效应机理，给出复杂电磁环境效应的模型化表达，是利用复杂电磁环境效应的关键。目前，复杂电磁环境对电子信息系统的效应，诸如高能量毁伤破坏机理尚需进一步探索。此外，要重点针对复杂电磁环境对电子信息系统复杂的信号和信息处理环节，以及众多电磁敏感节点的综合效应机理展开研究。并且，网络化、一体化电子信息系统及基于各种新原理、新方法、新技术的电子信息系统综合效应评估又对效应机理研究不断提出新的挑战。