摘要：提出了生態(tài)電磁環(huán)境新概念，即和諧、高效、綠色、安全電磁環(huán)境的總和，同時(shí)提出了構(gòu)建天地一體生態(tài)電磁環(huán)境的基本機(jī)理、模型與方法以及需突破的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)為構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境研究是一項(xiàng)關(guān)系到中國(guó)未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)健康發(fā)展的重大課題，對(duì)于國(guó)家利益拓展、國(guó)防建設(shè)等具有戰(zhàn)略意義。需要拓展研究思路，樹(shù)立生態(tài)電磁環(huán)境科學(xué)發(fā)展的理念。

關(guān)鍵詞：天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)；電磁環(huán)境；抗干擾；電磁頻譜安全；電磁頻譜管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-6868 （2016） 04-0029-005

類(lèi)比自然環(huán)境，電磁環(huán)境是指影響各類(lèi)無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行效果的各種自然要素和人為要素及其相互作用關(guān)系的總和。自然環(huán)境具有地域及環(huán)境資源的不可分割性，電磁環(huán)境同樣具有地域和頻譜資源的不可分割性，尤其是遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境更是如此。所有無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)都工作于電磁環(huán)境中，電磁環(huán)境的好壞成為一個(gè)國(guó)家電磁制衡能力的重要組成部分。

不幸的是，與自然環(huán)境產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象類(lèi)似，當(dāng)今電磁環(huán)境也持續(xù)惡化，出現(xiàn)了“電磁霧霾”現(xiàn)象[1-2]。例如：幾十年前，幾瓦、十幾瓦的短波電臺(tái)可通幾百、幾千千米，而在通信技術(shù)、頻率預(yù)報(bào)技術(shù)和器件技術(shù)等高度發(fā)達(dá)的今天，由于相同頻段、不同系統(tǒng)間非合作頻率競(jìng)爭(zhēng)伴隨功率競(jìng)爭(zhēng)形成無(wú)意干擾，造成短波電磁環(huán)境人為背景噪聲逐年上升[1-2]，短波業(yè)務(wù)系統(tǒng)與電磁環(huán)境之間形成惡性循環(huán)，使得幾百瓦甚至數(shù)千瓦的短波電臺(tái)反而通不好，教訓(xùn)極為深刻。其他頻段和場(chǎng)合可能也有類(lèi)似問(wèn)題，但遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的影響范圍更大，問(wèn)題更突出，比如：有些衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)[3]處于相同或相鄰頻段，其用頻必然造成沖突和人為背景噪聲上升，如果不提前規(guī)劃和采取有效措施，地面和近空的電磁環(huán)境污染會(huì)向空間擴(kuò)展，猶如自然環(huán)境中的“人到哪污染到哪”，將嚴(yán)重影響天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行和效能發(fā)揮。同時(shí)，隨著“網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)”態(tài)勢(shì)的形成，“網(wǎng)絡(luò)電磁行動(dòng)”[4-5]由軍隊(duì)行動(dòng)向國(guó)家行為擴(kuò)展，中國(guó)電磁環(huán)境還存在嚴(yán)峻的人為惡意破壞等的安全威脅。

全球已建設(shè)電磁環(huán)境無(wú)線電噪聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，也頒布了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于電磁環(huán)境惡化的原因和如何改善電磁環(huán)境等問(wèn)題一直未見(jiàn)研究報(bào)道。

1 電磁環(huán)境惡化的原因

在擁有所需頻譜資源前提下，影響無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能的主要要素有無(wú)線電技術(shù)和電磁環(huán)境。電磁環(huán)境主要由自然因素和人為要素構(gòu)成。自然要素是難以改變或抗拒的，但人為要素是人類(lèi)自己產(chǎn)生的，也是可以改變和控制的。人為要素主要與頻譜管理模式和人類(lèi)用頻的方法有關(guān)。

（1）現(xiàn)行頻譜管理模式與電磁環(huán)境的關(guān)系

頻譜管理經(jīng)歷了“先占先得”的登記式管理到國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》框架下協(xié)調(diào)式管理的發(fā)展歷程[6]。傳統(tǒng)或現(xiàn)有頻譜管理模式主要內(nèi)容有：在充分協(xié)商的前提下，通過(guò)平衡各方利益，制定和修訂《無(wú)線電規(guī)則》，工作重點(diǎn)是按業(yè)務(wù)進(jìn)行固定頻率劃分，以此維護(hù)無(wú)線電頻率使用秩序。所謂固定頻譜劃分[6]，就是將大部分頻段作為授權(quán)頻段，讓授權(quán)用戶(hù)在給定區(qū)域內(nèi)對(duì)該頻段具有長(zhǎng)期的絕對(duì)排他使用權(quán)；同時(shí)，保留一些非授權(quán)頻段允許非授權(quán)競(jìng)爭(zhēng)使用。

固定頻譜劃分存在的主要問(wèn)題是：難以適應(yīng)各種軍民無(wú)線電設(shè)備對(duì)頻譜爆炸式增長(zhǎng)的需求。例如，對(duì)某種業(yè)務(wù)進(jìn)行固定頻譜劃分后，由于頻譜資源有限，在某些區(qū)域甚至全球又難免與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的頻譜存在重疊。又由于不同系統(tǒng)的用戶(hù)數(shù)量在不斷增加且缺乏系統(tǒng)間的頻譜協(xié)調(diào)機(jī)制，勢(shì)必造成工作頻率非合作競(jìng)爭(zhēng)沖突。所以，固定頻譜劃分限制了頻譜機(jī)動(dòng)自由，使得有些遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)際上被迫采用非合作競(jìng)爭(zhēng)用頻方式，可能成為電磁環(huán)境主要互擾噪聲來(lái)源。

同時(shí)，國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》中對(duì)無(wú)線電設(shè)備帶外域和雜散域無(wú)用發(fā)射的規(guī)定[8-9]，也直接影響到電磁環(huán)境。例如，《無(wú)線電規(guī)則》對(duì)于無(wú)線電設(shè)備的無(wú)用發(fā)射主要規(guī)定了相對(duì)或固定衰減限值，沒(méi)有針對(duì)遠(yuǎn)程中、大功率無(wú)線電傳輸特性，做出無(wú)用發(fā)射功率限值的專(zhuān)門(mén)規(guī)定，使得無(wú)用發(fā)射隨著用頻發(fā)射的增大而增大，可能成為電磁環(huán)境重要互擾來(lái)源，從而干擾其他短波用戶(hù)的工作頻率。

（2）當(dāng)前主要用頻方式與電磁環(huán)境的關(guān)系

在國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》框架下，當(dāng)前無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要用頻方法有：頻率自適應(yīng)、認(rèn)知無(wú)線電、分集和增大發(fā)射功率等。存在的主要問(wèn)題有：頻率自適應(yīng)技術(shù)只考慮系統(tǒng)自身選頻，不顧及其他同頻段用戶(hù)；認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)仍存在不同系統(tǒng)間的同頻競(jìng)爭(zhēng)和二次頻率競(jìng)爭(zhēng)[7]；分集技術(shù)在同時(shí)采用多個(gè)天線分集發(fā)射時(shí)，會(huì)增加額外頻譜污染；增大發(fā)射功率的使用方法除了在競(jìng)爭(zhēng)頻率上直接形成干擾外，發(fā)射機(jī)帶外域、雜散域無(wú)用發(fā)射隨之增大[8-9]，在提高自身主頻信噪比的同時(shí)，背景噪聲升高，使更多用戶(hù)遭受影響，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)與電磁環(huán)境之間形成惡性循環(huán)。

分析表明：現(xiàn)行頻譜管理模式和人類(lèi)用頻方法均對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響，主要表現(xiàn)在非合作頻率競(jìng)爭(zhēng)伴隨功率競(jìng)爭(zhēng)和無(wú)用發(fā)射均增加人為噪聲干擾。以上主要分析結(jié)論已在短波電磁環(huán)境實(shí)際測(cè)試中得到驗(yàn)證[1-2]，[8-9]。

2 電磁環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)以上分析和驗(yàn)證，在新的歷史時(shí)期，尤其在構(gòu)建天地一體化和地面遠(yuǎn)程信息網(wǎng)絡(luò)背景下，中國(guó)電磁環(huán)境面臨如下嚴(yán)重挑戰(zhàn)：

（1）電磁環(huán)境不和諧。在固定頻率劃分框架下，頻譜需求與頻譜資源矛盾愈加突出，造成越來(lái)越多的同頻段合法用戶(hù)用頻沖突不斷發(fā)生和性能下降。

（2）電磁頻譜不高效。頻率沖突引起頻譜資源低效利用，且固定頻率劃分又造成部分可用頻率閑置，同時(shí)業(yè)務(wù)與頻率固定難以做到電磁環(huán)境自適應(yīng)。

（3）電磁環(huán)境不綠色。為提高自身信噪比，大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)增大發(fā)射功率，無(wú)用發(fā)射隨之增大，電磁環(huán)境背景噪聲和系統(tǒng)功耗升高、環(huán)境信噪比下降。

（4）電磁環(huán)境不安全。在網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)威脅下，智能干擾、靈巧干擾、誘騙干擾和網(wǎng)絡(luò)入侵等人為惡意攻擊以及偵察、監(jiān)視等手段技術(shù)水平不斷提高。

當(dāng)前的固定頻譜管理模式和“只顧自己不顧別人”的用頻方式，不能從根本上解決以上問(wèn)題。面對(duì)挑戰(zhàn)，需要跳出傳統(tǒng)發(fā)展思路的框框，樹(shù)立大環(huán)境、大管理、大服務(wù)的理念，構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的生態(tài)電磁環(huán)境的新理論、新思路和新方法，逐步明確發(fā)展之路。

3 生態(tài)電磁環(huán)境的基本概念

如同人類(lèi)需要生態(tài)自然環(huán)境一樣，無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)同樣需要生態(tài)電磁環(huán)境。以前的無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用主要考慮自身的業(yè)務(wù)種類(lèi)和抗干擾等需求以及基于業(yè)務(wù)的固定頻譜管理模式等，很少考慮頻譜使用和單系統(tǒng)性能、功能設(shè)置等要素與所處電磁環(huán)境相互作用的關(guān)系。

（1）和諧電磁環(huán)境

和諧電磁環(huán)境是指各無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的頻率、功率等要素之間相互合作的電磁環(huán)境，個(gè)體與環(huán)境之間形成良性的循環(huán)，而非只顧自己、不顧別人。

（2）高效電磁環(huán)境

高效電磁環(huán)境是指頻譜利用率高的電磁環(huán)境[10]，實(shí)現(xiàn)“頻譜無(wú)處不在”、“泛在頻譜”和電磁環(huán)境自適應(yīng)，不僅僅是追求用戶(hù)個(gè)體頻譜利用率高。

（3）綠色電磁環(huán)境

綠色電磁環(huán)境是指信噪比高、背景噪聲低的電磁環(huán)境，這要求各種無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)無(wú)用發(fā)射功率低，且能耗低。和諧、高效均有利于形成綠色電磁環(huán)境。

（4）安全電磁環(huán)境

安全電磁環(huán)境是指各類(lèi)電磁活動(dòng)能夠正常擁有和使用電磁頻譜，而且其秘密電磁頻譜信息不被竊取和利用的電磁環(huán)境[11-12]。安全電磁環(huán)境屬于對(duì)抗范疇。

（5）幾個(gè)基本概念之間的關(guān)系

和諧、高效、綠色電磁環(huán)境之間不是獨(dú)立的，是相互聯(lián)系的，側(cè)重點(diǎn)各有不同，和諧、高效、綠色電磁環(huán)境的構(gòu)建有利于安全電磁環(huán)境的形成?；诖?，文章將和諧、高效、綠色、安全電磁環(huán)境的總和稱(chēng)為生態(tài)電磁環(huán)境，其目的是用戶(hù)個(gè)體與電磁環(huán)境形成良性循環(huán)，具有自調(diào)節(jié)、自恢復(fù)等能力。

4 電磁環(huán)境“外部不經(jīng)濟(jì)”現(xiàn)象建模

自然環(huán)境是指與人類(lèi)密切相關(guān)的，影響人類(lèi)生活和生產(chǎn)的各種自然要素和人為要素及其相互作用的總和。影響自然環(huán)境的自然要素主要有天象（宇宙、太陽(yáng)、月球等）、氣象（雨、雪、霧、風(fēng)、雷電、云層、水汽等）、地理（地質(zhì)、地形、地貌、植被、河流、建筑物等）；影響自然環(huán)境的人為要素主要有工業(yè)污染和生活污染等。某一區(qū)域自然環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地脅迫、污染負(fù)荷等，其整體狀況可由各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)后的綜合指數(shù)描述。

類(lèi)比自然環(huán)境，影響電磁環(huán)境的自然要素主要有天象（太陽(yáng)、天電、電離層等）、氣象（雨、雪、霧、風(fēng)、雷電、云層、水汽等）、地理（地質(zhì)、地形、地貌、植被、地物、建筑物等）；影響電磁環(huán)境的人為要素主要有工業(yè)噪聲干擾、集合無(wú)意輻射、用頻活動(dòng)（如天地一體和短波等遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)間同頻競(jìng)爭(zhēng)、中大功率臺(tái)（站）無(wú)用發(fā)射形成的無(wú)意干擾）等。電磁環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括污染負(fù)荷類(lèi)指標(biāo)（噪聲電平或噪聲系數(shù)、頻率-時(shí)間占用度等）和環(huán)境利用類(lèi)指標(biāo)（頻譜利用率、誤碼率、可通率、目標(biāo)檢測(cè)概率等），電磁環(huán)境整體狀況可由各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)后的綜合指數(shù)描述。

在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，“外部不經(jīng)濟(jì)”主要指某些經(jīng)濟(jì)主體因其他經(jīng)濟(jì)主體的行為而受到不利影響且又不能從造成不利影響的經(jīng)濟(jì)主體獲得應(yīng)有補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)現(xiàn)象[7]，[13]，其根源在于地域及環(huán)境資源的不可分割性。某些國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展與自然環(huán)境惡化之間的矛盾屬于典型的“外部不經(jīng)濟(jì)”問(wèn)題。顯然，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的外部不經(jīng)濟(jì)行為破壞了自然環(huán)境。與此類(lèi)似，在相同或相鄰頻段時(shí)，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境具有典型的地域和頻譜資源不可分割性，在頻譜資源有限和業(yè)務(wù)用戶(hù)不斷增加的情況下，加上人為要素的負(fù)面影響，也同樣受到外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的困擾，使得所處電磁環(huán)境持續(xù)惡化。

運(yùn)用外部不經(jīng)濟(jì)原理，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象可以建模為[7]，[13]：

公式（1）中，表示某單一遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)A利用頻率f運(yùn)行的效用函數(shù)，它受制于一系列的自然要素，以及可能對(duì)其造成影響的一系列人為要素，這些人為要素也稱(chēng)為用頻活動(dòng)中的外部不經(jīng)濟(jì)行為，它們對(duì)所處電磁環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，降低了遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)A的效用函數(shù)，系統(tǒng)A是“外部不經(jīng)濟(jì)”結(jié)果的接受者，即

類(lèi)比自然環(huán)境外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，結(jié)合以上模型，遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的外部不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象具有非市場(chǎng)調(diào)節(jié)性、非故意破壞性、強(qiáng)迫性、累積性、相互性等特征。

與外部不經(jīng)濟(jì)相反，“外部經(jīng)濟(jì)”是指某些經(jīng)濟(jì)主體因其他經(jīng)濟(jì)主體的良好行為而受到有利影響且又無(wú)需付出額外成本的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。因此，將外部經(jīng)濟(jì)的自然環(huán)境稱(chēng)為生態(tài)自然環(huán)境，即有利于人類(lèi)和各種生物及其種群之間和諧相處的各種人為要素及其相互作用關(guān)系的總和，可由自然環(huán)境綜合指數(shù)判定是否滿足生態(tài)自然環(huán)境要求。與生態(tài)自然環(huán)境概念類(lèi)比，可進(jìn)一步將生態(tài)電磁環(huán)境理解為外部經(jīng)濟(jì)的電磁環(huán)境，即有利于各種無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的各種人為要素及其相互作用關(guān)系的總和，可由電磁環(huán)境綜合指數(shù)判定是否滿足生態(tài)電磁環(huán)境要求。

5 構(gòu)建生態(tài)電磁環(huán)境基本機(jī)理與方法

5.1 數(shù)學(xué)模型

科學(xué)界在研究生態(tài)環(huán)境的過(guò)程中，為從不同角度刻畫(huà)生態(tài)系統(tǒng)及其變化規(guī)律，建立了數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)，產(chǎn)生了諸多數(shù)學(xué)模型[14]，如Lotka-Volterra模型和生態(tài)平衡方程、競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)模型、互利系統(tǒng)模型、隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型等，其中的隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型可以用于研究刻畫(huà)生物種群（群落）生滅、平衡的變化規(guī)律、制約關(guān)系、改良和控制等。生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境研究的數(shù)學(xué)成果[14-15]已在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如金融生態(tài)環(huán)境、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)等。也可以通過(guò)移植和映射等方法，研究電磁環(huán)境中的類(lèi)生態(tài)特性，刻畫(huà)無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)用頻與電磁環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。

設(shè)為原模型，其中，為系統(tǒng)初始外部環(huán)境，為原系統(tǒng)內(nèi)部組成，為原系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為原系統(tǒng)功能。為一新模型，其中為系統(tǒng)外部環(huán)境，為系統(tǒng)內(nèi)部組成，為系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)；表示系統(tǒng)功能。原模型通過(guò)映射變換成新模型，表示為：

上述模型映射可以分解為近似映射、同態(tài)映射乘積。

生態(tài)數(shù)學(xué)模型作為一種重要的生態(tài)學(xué)研究方法，在解釋生態(tài)現(xiàn)象，描述生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量、信息、價(jià)值流向等生態(tài)變化過(guò)程，揭示生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律，預(yù)測(cè)生態(tài)變化趨勢(shì)，定向調(diào)控和優(yōu)化管理生態(tài)系統(tǒng)等諸多問(wèn)題中，都發(fā)揮了巨大作用。研究生物發(fā)展變化的常用數(shù)學(xué)生物學(xué)模型是生物群落動(dòng)力學(xué)模型方程[14]：

公式（4）中表示群落中相互作用各種群大小構(gòu)成的向量，其中為種群數(shù)量；是偏差函數(shù)向量，對(duì)應(yīng)于各種群大小的確定性成分；是隨機(jī)波動(dòng)強(qiáng)度向量；是白噪聲向量，是簡(jiǎn)單擴(kuò)散Wiener過(guò)程的導(dǎo)數(shù)。

研究物種退化問(wèn)題時(shí)，公式（4）可以變化為Volterra群落退化問(wèn)題[14]：

公式（5）中，是正平衡狀態(tài)的對(duì)角矩陣，為群落矩陣， 為噪聲項(xiàng)。

在研究生態(tài)平衡時(shí)，有生態(tài)平衡方程。通常，生物群落有3種基本變量[14]：

·生產(chǎn)者，其生物量為

（ ；為生產(chǎn)者總數(shù)）；

·消費(fèi)者，其密度為

（ ；為消費(fèi)者總數(shù)）；

·分解者，其濃度為

（ ；為分解者總數(shù)）。

反映質(zhì)量守恒定律的生態(tài)平衡方程可以寫(xiě)為[14] ：

公式（6）中，和分別是生產(chǎn)者和消費(fèi)者的出生率和死亡率；為第類(lèi)生物消費(fèi)第類(lèi)生物的消費(fèi)函數(shù)；為第類(lèi)生產(chǎn)者吸收類(lèi)養(yǎng)分的消費(fèi)函數(shù)；為第類(lèi)消費(fèi)者被分解為類(lèi)養(yǎng)分的生產(chǎn)強(qiáng)度，、、分別是與3種組分相對(duì)應(yīng)的出入流量的總和。

以上這些數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)模型，已經(jīng)從生態(tài)學(xué)抽象成數(shù)學(xué)，可以應(yīng)用于各種類(lèi)生態(tài)模型中。由于電磁環(huán)境惡化主要是由人為造成的，是可逆的，電磁環(huán)境也是一種類(lèi)生態(tài)環(huán)境，因此可利用上述模型，通過(guò)公式（3）的映射關(guān)系，映射到生態(tài)電磁環(huán)境中，用于研究不同無(wú)線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展變化，包括電磁環(huán)境控制與還原措施。

5.2 生態(tài)電磁環(huán)境的穩(wěn)定性

生態(tài)系統(tǒng)中穩(wěn)定性的定義有多種，普遍采用的定義是以俄國(guó)數(shù)學(xué)家A. M. Lyapunov的名字命名的Lyapunov穩(wěn)定性[15]。假設(shè)微分系統(tǒng)為：

是它的平衡點(diǎn)或穩(wěn)定狀態(tài)，即滿足方程。

對(duì)一切成立，則稱(chēng)是局部Lyapunov穩(wěn)定的，這里是相應(yīng)于初值的解。進(jìn)一步，如果當(dāng)時(shí)，有成立，則是漸進(jìn)穩(wěn)定的；如果對(duì)于任何初值函數(shù)都成立，則是全局漸近穩(wěn)定的。反之，如果不是局部穩(wěn)定的，則稱(chēng)是不穩(wěn)定的。通過(guò)上述定義和公式（3）的映射關(guān)系，公式（8）也可以用于研究遠(yuǎn)程傳輸電磁環(huán)境的穩(wěn)定性及其判斷。

6 需突破的關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)文中提出的構(gòu)建天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境的思路和模型，在利用有關(guān)已有技術(shù)基礎(chǔ)上，需突破一些具有原始創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）天地頻率共享技術(shù)

天地頻率共享是構(gòu)建和諧、高效電磁環(huán)境的基本要求。由于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)具有地域不可分割性，在天地頻段相同或相臨條件下，還具有頻譜資源不可分割性。因此，不僅單個(gè)用戶(hù)的發(fā)射可能對(duì)大范圍內(nèi)的其他用戶(hù)接收機(jī)形成干擾，而且隨著用戶(hù)數(shù)量的不斷增加，處于相同頻率、不同地理位置的用戶(hù)相互作用，共同影響電磁環(huán)境。因此，要實(shí)現(xiàn)天地頻率共享，需要將非合作競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為合作競(jìng)爭(zhēng)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分析不同用戶(hù)之間頻率、功率、節(jié)點(diǎn)和范圍等多元要素的關(guān)聯(lián)性，并研究其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

（2）降低無(wú)用發(fā)射技術(shù)

降低無(wú)用發(fā)射功率是構(gòu)建綠色電磁環(huán)境的內(nèi)在要求和必由之路。在當(dāng)時(shí)無(wú)線電技術(shù)水平和器件工藝制約條件下，現(xiàn)行國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》有關(guān)條款[8，9]對(duì)無(wú)線電設(shè)備無(wú)用發(fā)射主要做出了相對(duì)衰減或固定衰減的限值規(guī)定。根據(jù)新的發(fā)展需求，首先要根據(jù)必要帶寬、帶外域和雜散域的定義和計(jì)算方法，建立無(wú)用發(fā)射功率分布模型，解決無(wú)用發(fā)射是否合理的評(píng)判問(wèn)題；其次，利用全數(shù)字發(fā)信機(jī)的最新成果[16]，發(fā)揮數(shù)字射頻功放在高效率和高線性等方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步降低無(wú)用發(fā)射功率限值。

（3）天地頻譜服務(wù)技術(shù)

頻譜服務(wù)技術(shù)作為構(gòu)建和諧、高效、綠色電磁環(huán)境的紐帶，需要在天地一體化系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。所謂頻譜服務(wù)，是一種基于Web的分布式?jīng)Q策的、新的頻譜管理模式[7]，也是一種頻譜接入模式。用頻決策權(quán)在用戶(hù)，用戶(hù)能實(shí)時(shí)獲取所需頻率和接入等服務(wù)，用戶(hù)數(shù)量幾乎不受限制，響應(yīng)速度也幾乎不受用戶(hù)數(shù)量的影響。預(yù)示著頻譜資源從預(yù)先劃分、沖突協(xié)調(diào)的靜態(tài)管理模式，走向政策推動(dòng)、按需接入、自主決策的動(dòng)態(tài)資源共享與服務(wù)模式，頻譜使用從單網(wǎng)獨(dú)占模式，走向多網(wǎng)共用開(kāi)放式模式。

（4）頻譜安全控制技術(shù)

電磁頻譜安全與控制是構(gòu)建安全電磁環(huán)境的核心，主要在對(duì)抗條件下使用。電磁頻譜安全是指應(yīng)對(duì)頻譜資源爭(zhēng)奪與占用威脅的電磁頻譜戰(zhàn)略性安全，應(yīng)對(duì)電磁干擾與限制威脅的電磁頻譜可用性安全和應(yīng)對(duì)偵察監(jiān)視與利用威脅的電磁頻譜保密性安全等[11-12]。電磁頻譜安全控制是指規(guī)避或降低電磁頻譜安全風(fēng)險(xiǎn)所需的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、協(xié)調(diào)和處置等控制活動(dòng)[11-12]。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)的新威脅，該項(xiàng)內(nèi)容對(duì)于建設(shè)大型遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)尤為重要，以確保天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)在對(duì)抗條件下的電磁環(huán)境安全。

7 發(fā)展建議

（1）構(gòu)建軍民融合天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系

未來(lái)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程，為使其正常運(yùn)行和發(fā)揮更大的使用效益，從需求論證、總體設(shè)計(jì)到技術(shù)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行，都需要貫徹軍民融合、軍民共用和資源整合的指導(dǎo)思想，避免軍民各自建設(shè)。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）和“銥”系統(tǒng)等就是很好的例證。

（2）加強(qiáng)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的完整性設(shè)計(jì)

理論和實(shí)踐表明，一種巨型信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了業(yè)務(wù)類(lèi)型和服務(wù)范圍等基本要素外，需提前考慮所需的頻譜和軌道資源？如何做到頻譜可用？如何降低頻譜信息被竊取的風(fēng)險(xiǎn)？即電磁頻譜戰(zhàn)略性安全、可用性安全和保密性安全[11-12]，從而構(gòu)建生態(tài)電磁環(huán)境。

（3）推動(dòng)天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)研究

構(gòu)建天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境是一項(xiàng)探索性、理論性和先導(dǎo)性很強(qiáng)的研究工作，涉及范圍廣，需求迫切，難度很大，要做好長(zhǎng)期打攻堅(jiān)戰(zhàn)的準(zhǔn)備。建議相關(guān)主管部門(mén)引起高度重視，盡快開(kāi)展立項(xiàng)論證和研究工作，以破解電磁環(huán)境惡化的難題，爭(zhēng)取戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)。

8 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建和諧、高效、綠色和安全的天地一體化生態(tài)電磁環(huán)境研究是一項(xiàng)關(guān)系到中國(guó)未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)健康發(fā)展的重大課題，對(duì)于國(guó)家利益拓展和國(guó)防建設(shè)具有戰(zhàn)略意義，涉及的關(guān)鍵技術(shù)可能具有顛覆性、前沿性和廣域性。我們要拓展研究思路，樹(shù)立生態(tài)電磁環(huán)境科學(xué)發(fā)展的理念。

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