美国防部电磁频谱应用概述（1）

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利用电磁频谱（“频谱”）进行通信可以实现许多现代军事能力。国防部（DOD）利用电磁辐射来实现军事通信、导航、雷达、对飞机和其他设备的非侵入式检查。国防部还严重依赖电磁辐射进行情报、监视和侦察（ISR）应用，如导弹预警和信号情报。军队的各个分支（如空军、陆军、海军陆战队、海军和空间部队）目前被分配了相当大的频带范围，以支持各种支持军事行动的设备和应用。

像中国和俄罗斯这样的潜在对手将国防部对频谱的使用视为一个关键的因素，并因此开发了武器系统，特别是电子战（EW）平台，旨在挑战国防部有效使用频谱的能力。这些旨在拒绝频谱访问的技术是一系列系统和技术的一部分，这些系统和技术通常被称为反访问/区域拒止功能。

为了应对这些挑战，正在开发一些新兴的技术和方法来利用现有的技术，这些新技术包括定向能、人工智能和反无人机系统。像联合全域指挥与控制（JADC2）和“马赛克”这样的概念，似乎改变了国防部通信和使用频谱的本质。

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美国政府负责管理频谱的接入和使用。随着美国商业无线服务（如移动电话、移动应用程序、视频流、Wi-Fi）的持续增长，对频谱的需求也在增加。国会已经颁布政策，使更多的频谱可用于商业用途，在某些情况下，从联邦机构使用到商业用途的频谱重新分配。当国会考虑将频谱从国防部重新分配到商业用途的政策时，可能会考虑以下问题：

•互操作性（即一个无线电或计算机系统与另一个系统通话的能力）：每个军种都建立了自己强大的网络，但往往无法相互沟通。

•国防部跟上潜在对手技术进步步伐的能力：俄罗斯、中国、伊朗和朝鲜等对手已经开发出系统，挑战美军获取频谱的能力，降低未来技术的有效性。

•民营部门对使用传统上为军方保留的频率越来越感兴趣。第五代通信技术（5G）的出现增加了对多个不同频段的需求，这有可能会扰乱军事行动。例如，在2020年，联邦通信委员会（FCC）授权的Ligado 5G网络可能会影响全球定位系统。

•频谱共享：新兴技术和政策表明，国防部和商业系统能够在不降低国防部能力的情况下使用相同的频率。国会可能会对这种潜在频谱共享频率的过程以及快速开发技术的能力感兴趣。

•频谱分配的跨部门流程：尽管国防部和其他几个联邦机构不同意这一决定，但在FCC授权Ligado的5G网络运行后，有关机构间进程的问题出现了。

•预测未来商业和军事用户的频谱需求：5G技术备受关注，但像未来6G这样的新技术也将增加对额外频谱的需求。此外，新的军事技术可能会改变国防部使用频谱的方式，并可能需要不同的频谱分配。

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国防部（DOD）是最大的电磁频谱（“频谱”）用户，它拥有多个频段的频率，以支持各种技术和用途。国防部利用频谱进行日常训练，以及用于军事行动。因此，频谱的任何变化都可能影响国防部的行动，包括国内行动和与国外盟国的行动。

此外，国防部还在频谱相关技术方面投入了大量资金，包括无线通信、卫星、支持态势感知的雷达技术、信号情报和电子战技术。频谱的变化可能会影响国防部如何使用、操作或开发这些技术。DOD已经开始重新确定其频谱管理和使用的优先顺序。自2018年以来，国防部认识到了频谱在军事行动中的重要性，从而建立了新的组织结构，并正在制定新的战略和政策。

最近的一份联合电磁频谱行动出版物指出：

电磁频谱（EMS）是一个机动空间，对于在作战环境（OE）中实现控制至关重要，并能影响OE和军事行动的所有部分。正如在物理领域和网络空间中一样，军队在EMS中进行机动和作战，以获得战术、作战和战略优势。EMS内的机动和行动自由对美国和多国作战至关重要。


什么是电磁频谱？


电磁频谱是电磁辐射的波长或频率范围，它包括无线电波、微波、可见光、X射线和伽马射线（见图1)。

电磁辐射无处不在。它可以由自然产生，如闪电或太阳，也可以由人造产生，如无线电发射器、微波炉、激光器和X光机。电磁辐射以波的形式在空间、空气、固体中传播。这些波被称为电磁波，因为它们既有电特性又有磁特性。

波的频率、波长和能量都不同，可以根据波长或频率对电磁波进行分类。波长较短的波（如伽马射线）具有较高的频率和能量，波长较长的波（如无线电波）具有较低的频率和较低的能量。

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科学家和工程师发现了电磁辐射的许多实际用途。例如，移动电话将人类的声音和数字信息转换成可以通过低频、低能无线电波传输的信号，从而实现无线通信。医学专业人员使用机器聚焦高频高能伽马射线来杀死癌细胞。

因此，普通技术利用电磁辐射实现了广泛的用途，以下是电磁辐射的用途和应用实例：

•无线电波可用于在电子设备之间传输信息，它具有不同的波长和特性。这些波长和特性会影响数据在发射器和接收器之间传输的距离，需要多少成本以及需要的条件。一些非常低频的无线电波可以传播很远的距离，可以穿透海水，但不能支持高数据率，这对与潜艇的通信很有用。其他有些无线电波可以传播很长的距离，穿透建筑物和树木等固体物体，这使得它们对移动通信非常有用。还有一些无线电波可以短距离传播，不能穿透密集的物体，但可以提供更大的带宽和速度。这些无线电波可用于高数据率的应用，例如在家庭或办公室内下载或传输流媒体视频。

•微波比无线电波具有更高的数据上传和下载速率，因此能够传输更多的数据。然而，微波的范围更有限，容易被物体干扰。因此，微波通常用于点对点传输。微波也被用于雷达系统，发射高频脉冲，照射到物体，并返回回波。这项技术利用了波不能穿透固体物体这一事实，并利用这一特性测量到物体的时间和距离。微波也可用于卫星通信，因为在传输路径上几乎没有障碍物。

•红外辐射（IR）用于遥控器等家用物品。例如，遥控器向电视机的接收器发射红外能量脉冲，接收器将光信号转换成电信号，发出指令，微处理器来执行命令。同样，红外激光器也可以用于短距离的点对点通信，以提供高速、可靠的连接。红外信号只能传播很短的距离，并且会被障碍物阻挡。

•X射线可以穿透光学不透明材料，通常用于飞机维修，以识别机身上的裂纹。X射线是高能、高频电离辐射；它们有足够的能量使原子或分子中的电子离子化，从而导致人类细胞DNA的突变，并可能导致癌症。

•某些技术可以探测伽马射线高能辐射，以帮助确定潜在的核事件。与X射线类似，伽马射线也存在生物风险。



雷
达
通
信




本文来源CRS 2021年3月的一份报告“Overview of Department of Defense Use of the Electromagnetic Spectrum”，全文共43页，我们将分成几个部分将译文共享给大家，今天是第一部分，需要英文原文的请识别二维码或者点击“阅读原文”查看，还有618限时优惠等着你：





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