电磁协同：开启信息世界有序运行的“金钥匙”

对人类社会影响深远的数理方程——麦克斯韦方程，完美地将电场和磁场统一为一个整体，揭示了电磁波的内涵。

自1888年德国物理学家赫兹通过电火花实验证实电磁波的存在之后，电磁波开始影响人类社会，从起初的电报、无线电话，到现代社会的雷达、通信、导航、遥测遥控等，电磁波渗透到社会运行的方方面面。

随着5G、物联网、自动驾驶、电子装备等技术的进步，社会中聚合运行的电磁波越来越密集，相互作用愈来愈明显，致使电磁效应成为影响信息世界的关键因素。例如，在某些电磁效应下，自动驾驶系统出现导航偏移、操作系统失稳，飞行器出现航向不准、显示错误，雷达探测距离下降、跟踪位置偏移，火工品出现引信误启动，等等。

为避免这些非预期效应，常规做法是功能设备（单元）占用固定电磁资源（频率、空间、时间资源的集合）。由于电磁资源的排他性，固定占用电磁资源使得电磁资源的利用率低下，导致电磁资源成为制约信息世界高效运行的瓶颈。因此，高效利用电磁资源成为提高信息世界运行效率，实现最佳运行状态的关键环节。针对此问题，我国的科研团队提出了电磁协同的理论与方法。

电磁协同的概念受启发于德国物理学家赫尔曼·哈肯于1971年提出的协同理论。协同理论主要研究远离平衡态的开放系统，在外参量（如外部物质或能量）的驱动下通过子系统间的协同作用，以自组织的方式产生有序结构的普遍规律。针对频率、时间、空间等电磁资源所具有的强烈排他性，协同理论提出电磁协同理论和方法，目的是通过有效的电磁协同控制提高电磁资源的利用率，增强信息世界运行的整体效应，实现整体大于部分总和的效果。其技术核心是在准确预测系统复杂电磁环境效应的基础上，进行多功能系统电磁资源的协同控制，保证有限空间条件下多功能系统同时工作，实现多功能系统应对非预期电磁效应从“被动兼容”到“协同适应”的转变。

实现电磁资源协同控制的前提条件，是准确预测系统复杂电磁环境效应，这需要精确计算复杂电磁环境效应，并准确测试复杂电磁环境效应。电磁协同以认识电磁环境效应为基础，以测试验证为支撑，以电磁协同控制为核心，对于精确计算复杂电磁环境效应，可以采用电磁协同计算的方法；对于准确测试复杂电磁环境效应，可以采用测试计算协同的数字吸波方法；而实现电磁协同控制的理论方法则是“使能—消能”分析法。

在电磁协同计算方面，通过实现核心算法（并行、协同、综合）的自主可控、计算资源（服务器、存储器）的协同应用和设计资源（数据、模型、算法）的广域共享，形成支撑超大规模分布式电磁场精确计算的数值算法体系（涵盖时域、频域以及混合电磁计算算法）和电磁协同计算平台，解决精细仿真计算复杂电大金属介质混合目标、涂覆隐身目标，以及目标在其运行环境中的诱发电磁效应等一系列工程难题。

在电磁测试计算协同方面，基于模式展开理论实现了数字吸波技术，消除测试环境中的多径、多源干扰效应；通过运用无人机机械臂等灵活、多功能数据采样方式，打破传统微波暗室几何尺寸对装备电磁性能测试的技术极限，在应用环境中实现大型装备平台微波暗室般高精度辐射散射测量和高效电磁故障诊断，在开放空间完成系列预警机电磁性能的整体综合验证，破解大型装备电磁验证受限于微波暗室条件的测试难题。

在电磁协同控制方面，以系统能力为牵引量化复杂电磁环境效应，提出电磁环境效应中“使能效应”与“消能效应”的概念：用“使能效应”表征各功能单元作用于电磁环境后给自身带来的主动性能增益，“消能效应”表征各功能单元作用于电磁环境后给系统内其他功能单元带来的被动性能损失。该分析法使得系统环境适应性的优化设计、体系电磁资源的动态分配、电磁攻防的战术布置实施都更有针对性，可为信息体系电磁协同控制和体系对抗中的制电磁权提供了有力的技术支撑。

电磁协同技术对有限的电磁资源进行有序的协同，提高体系电磁资源利用率，实现整体大于部分的总和，增强信息世界的整体效应，是提升信息世界有序运行能力的“金钥匙”。

（作者系中国电子科技集团有限公司首席科学家，我国电子信息系统电磁环境效应领域学术带头人）