1.2 電磁場理論與現(xiàn)代電子信息技術(shù)

自從1862年麥克斯韋創(chuàng)立了麥克斯韋方程組——電磁場理論以來，特別是進(jìn)入20世紀(jì)以來，電力工業(yè)、無線通信、雷達(dá)，以及遙控、遙感、遙測、射電天文等，如雨后春筍般地相繼出現(xiàn)，給整個世界的面貌帶來了巨大變化。

1.2.1 無線通信系統(tǒng)

近十年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場的推動，促進(jìn)了移動通信系統(tǒng)（如GSM和CDMA）、無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks, WLAN）、本地多點分配業(yè)務(wù)（Local Multi-point Distribution Services, LMDS）等網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，極大地改變了人們的生活狀況。

圖1.1所示為典型的數(shù)字無線通信系統(tǒng)無線接口的基本結(jié)構(gòu)方框圖。由于無線通信系統(tǒng)要求能夠提供各種綜合業(yè)務(wù)，因此這里的信源也就包含了語音、數(shù)據(jù)、圖形和活動圖像等。通過編碼器將這些信源轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，然后通過信號處理部分將數(shù)字信息進(jìn)行編碼以抵抗各種信道衰落的影響與更多的用戶共享所給定的頻譜。接著調(diào)制功能通過調(diào)制器、混頻器、濾波器、射頻放大器等將基帶信號轉(zhuǎn)換成能夠經(jīng)由發(fā)射機天線發(fā)送的射頻波形。而另一方面，在接收端，接收機天線接收射頻波形。首先，從射頻（RF）信號通過低噪聲放大器、混頻器、帶通濾波器、放大器及檢波器等解調(diào)為基帶信號。然后，在信號處理部分將不同的用戶從共享的特殊頻譜中分離開來，并且解碼功能將試圖修正無線信道所引入的誤差。最后，解碼功能將基帶信號信息轉(zhuǎn)換為原來的信源信號。

其中，混頻器、射頻放大器、發(fā)射天線、電磁波在空間的傳播路徑、接收天線、低噪聲放大器、混頻器和濾波器等都涉及電磁場理論的內(nèi)容。

1.2.2 雷達(dá)系統(tǒng)

目前，雷達(dá)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于探測地面、海面、空中太空甚至是地下的目標(biāo)。雷達(dá)的應(yīng)用范圍主要在以下幾個方面：軍事應(yīng)用、遙感、遙測、航空交通控制、法律強制執(zhí)行和高速公路安全、空中交通安全和導(dǎo)航、石油和天然氣的探測、輪船安全、太空探測，以及速度和距離的非接觸性探測等。

脈沖雷達(dá)操作原理的方框圖如圖1.2所示。發(fā)射機既可以是速調(diào)管、行波管或晶體管放大器等功率放大器，也可以是磁控管那樣的功率振蕩器。發(fā)射機的輸出通過波導(dǎo)管或其他類型的傳輸線傳送到天線然后發(fā)射到空中；天線是能夠機械掃描的拋物面天線，或平面天線陣列，或電子掃描的相控陣天線。雙工器允許發(fā)射機和接收機同時共享同一個天線。接收機的射頻（RF）端首先是低噪聲放大器，接著由混頻器和本振（LO）轉(zhuǎn)換為中頻（IF）信號，然后由中頻（IF）放大器進(jìn)一步放大，緊跟著是一個通常被稱為第二檢波器或解調(diào)器的晶體二極管，其目的是從載頻中提取調(diào)制信號。在接收機的輸出端進(jìn)行判決，以確定是否有目標(biāo)的存在。

其中，從功率放大器、發(fā)射天線、雙工器、電磁波在空間的傳播路徑、接收天線、低噪聲放大器、混頻器及濾波器等都涉及電磁場與電磁波理論的知識。

1.2.3 軍事應(yīng)用

信息化社會的到來以及IP技術(shù)的興起，正深刻地改變著整個世界的面貌、未來信息作戰(zhàn)的形態(tài)，以及未來軍事來技術(shù)的走向。如今世界各主要國家都在以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、多媒體和移動通信為代表的信息高速公路上搶占“制高點”。由此開創(chuàng)的信息戰(zhàn)所涉及范圍之廣，可以說是無所不包，一切與信息有關(guān)的事物都可能被納入信息戰(zhàn)的范疇。廣義的信息戰(zhàn)既存在于、危機時期和戰(zhàn)爭時期，也存在于和平時期；既可以公開地進(jìn)行，也可以秘密地進(jìn)行。和平時期的信息戰(zhàn)表現(xiàn)為政治、軍事、經(jīng)濟和科學(xué)等多方位的為爭奪信息優(yōu)勢進(jìn)行的對抗。危機和戰(zhàn)爭時期的信息戰(zhàn)則是和平時期信息戰(zhàn)的延續(xù)和能量的爆發(fā)。

同其他戰(zhàn)爭模式一樣，信息戰(zhàn)也包括進(jìn)攻和防御兩個方面。進(jìn)攻性信息戰(zhàn)是為己方自由地利用信息和防止敵方自由地利用信息進(jìn)行的心理戰(zhàn)、戰(zhàn)術(shù)欺騙、電子戰(zhàn)、直接攻擊等行動。防御性信息戰(zhàn)是保護己方的信息系統(tǒng)不受敵方的攻擊，以順利地獲取和傳遞信息。信息戰(zhàn)的三種重要形式是電子戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和心理戰(zhàn)。

電子戰(zhàn)是近年來快速發(fā)展的一種作戰(zhàn)形式，尤其是1991年海灣戰(zhàn)爭以來，電子戰(zhàn)技術(shù)日益受到重視。電子戰(zhàn)（Electronic Warfare, EW）是一個控制電磁（Electromagntic, EM）頻譜的軍事行動。為了達(dá)到這個目標(biāo)，需要主動性的電子攻擊（Electronic Attack, EA）和防御性的電子防護（Electronic Protection, EP）兩個方面。另外，電子支援（Electronic Warfare Support, ES）也是必需的，以便為執(zhí)行電子攻擊和電子防護任務(wù)時提供情報和識別威脅。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，摩擦不再是主要形式，而用精確打擊或者軍事指揮員遠(yuǎn)程指揮作戰(zhàn)來代替。作為電子作戰(zhàn)（EW）中的一個重要的功能是指揮控制戰(zhàn)（C2W）。戰(zhàn)場的態(tài)勢感知是正在逐步受到重視的電子作戰(zhàn)的另一個功能，即為軍事部隊提供完整的戰(zhàn)場信息主要由進(jìn)行電子支援的接收機來完成。另外，利用電磁能量制造的新型武器將得到廣泛應(yīng)用，其中包括定向輻射武器、隱形武器、智能武器、無人武器、信息戰(zhàn)武器、電子偽裝和空間戰(zhàn)武器等。

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是指將軍隊的所有偵察探測系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和各種武器系統(tǒng)組成一個以計算機為中心的網(wǎng)絡(luò)體系，各級部隊與人員利用該網(wǎng)絡(luò)體系了解戰(zhàn)場態(tài)勢、交流作戰(zhàn)信息、指揮與實施作戰(zhàn)行動的作戰(zhàn)樣式。通過戰(zhàn)場各作戰(zhàn)單元的網(wǎng)絡(luò)化，能把信息優(yōu)勢變?yōu)樽鲬?zhàn)行動的作戰(zhàn)行動優(yōu)勢，使個分散配置的部隊共同感知戰(zhàn)場態(tài)勢，從而協(xié)調(diào)行動，發(fā)揮最大的作戰(zhàn)效能。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論強調(diào)：作戰(zhàn)行動將主要圍繞計算機網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)是信息實時流動的渠道；信息既是戰(zhàn)斗力，也是戰(zhàn)斗力的倍增器；作戰(zhàn)單元的網(wǎng)絡(luò)化可“產(chǎn)出高效的協(xié)同”，即“自我協(xié)調(diào)”，可使指揮官以更多的方式指揮作戰(zhàn)，增強作戰(zhàn)的靈活性和適應(yīng)性。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的核心部分。

信息戰(zhàn)武器是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的“克星”。為適應(yīng)21世紀(jì)信息時代的需要，許多國家都在研究新概念信息戰(zhàn)武器。電磁脈沖武器可由核爆炸或特殊的波束發(fā)生器產(chǎn)生極強的電磁脈沖。電磁脈沖的作用時間極短，電場強度高達(dá)數(shù)十千伏，以光速從爆心向周圍傳播，頻率可覆蓋從極低頻到特高頻的廣闊范圍，可對通信線路、電子設(shè)備、計算機系統(tǒng)產(chǎn)生干擾和破壞作用。高功率微波武器可產(chǎn)生峰值功率高達(dá)100MW的電磁波，破壞武器系統(tǒng)的電子線路、計算機控制系統(tǒng)。海灣戰(zhàn)爭中美軍曾用“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈試驗，在戰(zhàn)斗部內(nèi)安裝微波發(fā)生器，干擾、破壞伊軍C3I（指揮、控制、通信、情報）系統(tǒng)。美國在科索沃戰(zhàn)爭中曾用石墨炸彈將大量碳纖維絲投撒到發(fā)電廠上空，破壞供電網(wǎng)輸電功能。在計算機病毒武器中，迄今已有近萬種計算機病毒。近來出現(xiàn)的比特武器可破譯密碼后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，干擾作戰(zhàn)指揮、武器控制系統(tǒng)，或直接摧毀計算機硬件，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)徹底癱瘓。

由此可見，在信息戰(zhàn)的領(lǐng)域里，電磁場與電磁波的理論知識將發(fā)揮重要的作用。