电磁态势技术作为电磁环境可视化表达的核心工具，已成为现代信息化社会中军事和民用领域不可或缺的技术手段。随着5G/6G、物联网等技术的快速发展，电磁空间日益复杂，电磁态势技术也迎来新的发展机遇。本文将系统介绍全空间电磁态势数据采集与呈现的技术进展与应用实践。
电磁态势技术的内涵与重要性
电磁态势图是对电磁环境空间分布与时间变化的可视化表达，其核心在于将不可见的电磁现象转化为直观的图形图像。在军事领域，电磁态势关乎战场电磁对抗能力；在民用领域，它则是频谱管理、干扰排查和设施规划的重要工具。随着无线设备数量爆炸式增长，频谱资源日益紧张，电磁环境日趋复杂，电磁态势技术的重要性愈发凸显。
全空间电磁数据采集技术突破
（一）基于新型仪表的多模态全空间电磁数据平台
传统电磁信号采集体系存在固有瓶颈：频谱仪、扫频仪、路测系统等功能单一、彼此独立，形成“数据孤岛”。这种分散化架构导致采集数据维度割裂，难以进行关联分析，且设备重量大、功耗高，严重制约了大规模、灵活部署的可能。针对这一行业共性挑战，中国移动研究院创新推出的融合仪表“天巡”，标志着电磁数据采集从“单点工具”向“系统平台”的范式转变，其突破体现在三个层面：
多维度融合采集-从数据孤岛到关联洞察：传统方式下，频域、时域、空域、概率域、组网域的数据分别由不同设备获取，后期融合困难。创新架构的核心在于硬件层面的高度集成和软件层面的深度协同。它并非简单地将多个独立仪表“装进一个盒子”，而是通过共享射频前端、高速同步采样和统一数据处理内核，实现了真正意义上的同步、同源、全维度数据采集。
图1 中国移动融合仪表“天巡”
轻量化硬件设计-从传统采集到多模态全域机动：通过创新的硬件架构优化，成功实现设备小型化、低功耗化，这一变革使得采集平台得以突破传统电磁采集的局限，灵活搭载于无人机（实现低空敏捷普查）、全地形机器狗（应对复杂室内外环境）、地面固定站（进行全天候，全时段监控）、以及爬壁机器人（用于特殊立面场景）等多样化平台。这种“多模态搭载”能力，构建了一个从地面到低空、从室内到城区的立体化、弹性化采集网络，实现了对目标区域电磁环境的无死角覆盖与自适应感知。
智能数据平台-从原始数据到信息资产：采集而来的海量原始数据需要通过智能平台才能转化为高价值的态势信息。全空间电磁态势数据平台支持海量数据处理能力，为电磁环境分析提供高质量数据支撑。平台具备自动标校、数据清洗、质量评估等功能，确保数据可靠性。这不仅解决了数据“存不下、流不动、用不好”的难题，更使得数据从采集终点变成了赋能上层应用的起点，为未来构建全空间电磁世界模型提供了数据基座。
图2 全空间多模态电磁态势数据平台
（二）基于多维度的全空间电磁态势数据分析
基于全空间多模态数据采集，创新采用时-域-空-概率-组网等多维度协同分析：
数字余辉：该技术超越了传统频谱分析仅显示当前时刻频谱的局限，通过在概率域上对历史频谱数据进行累积统计，生成一幅持续刷新的“信号出现概率热力图”。通过颜色深度显示信号在不同频点上出现的概率高低。这对于发现间歇性、低概率出现的“隐藏”信号具有很高价值。
瀑布图：瀑布图将频域和时域信息融合在一张三维图中，以颜色表示信号强度，x，y，z轴分别代表频率，信号强度，时间。它像一部高速摄影机，连续记录频谱的动态变化。对于分析跳频通信、雷达脉冲、以及各种时变信号非常重要。通过观察瀑布图中的模式，可以直观地判断信号类型、分析其时间规律，甚至解码其调制方式。
三维空间分析：传统的路测只能提供二维信号覆盖图，三维路测通过结合高精度GPS、激光雷达（LiDAR）或倾斜摄影获取的三维地理信息模型，将每个采样点的信号强度与精确的三维空间坐标绑定。这使得我们能够生成复杂场景下的真实三维电磁场强分布图。这对于5G/6G网络精准规划、覆盖优化、干扰源三维定位以及评估电磁波传播特性具有重要意义，让电磁环境变得可量测、可透视。
智能扫频分析：智能扫频技术专注于“组网域”的认知。它不再是被动地记录信号，而是主动地、有策略地扫描特定频段，自动识别和解调出不同通信制式的网络信号特征，并实时呈现包括基站标识、信道配置、邻区关系、负载状态等信息。这有助于运营商摸清无线网络的整体部署情况、发现配置冲突、优化网络参数、排查网内干扰，是实现精细化网络运维和动态频谱共享的关键技术。
图3 基于多维度的全空间电磁态势数据分析
全空间电磁态势呈现技术
在电磁态势分析中，一个核心挑战是如何利用有限且离散的监测点数据，构建出连续、完整、高精度的全域频谱态势图。当前，主流的生成方法主要包括参数估计、插值构建、矩阵/张量补全和神经网络生成等，它们各有侧重，共同支撑起精细化电磁态势的构建。
参数估计法：其核心在于首先识别并估算出环境中辐射源的关键参数（如位置、功率），进而利用电波传播模型推演出整个空间的场强分布。这种方法对监测点数量的依赖性较低，在监测资源有限的稀疏采样场景下优势明显，尤其适用于对已知或可建模辐射源的态势重构。然而，其准确性高度依赖于传播模型的精确性和先验信息的完整性，在复杂城市环境或模型不匹配时，推演误差会显著增大。
插值构建法：不关心信号源头的物理特性，而是纯粹基于几何关系，通过数学方法在离散的监测数据点之间进行插值，直接填充空白区域生成连续态势。这种方法不依赖复杂的物理模型，泛用性强，适用于各种复杂电磁环境。但其生成质量严重受制于监测点的密度与分布，在布点稀疏或不均匀的区域容易产生较大误差。
张量补全法：将电磁环境视为一个包含时空频等多维信息的张量，将态势生成问题转化为利用数据内在关联性来修复缺失部分的“数据还原”问题。该方法能最大程度地保留和利用态势在多维空间上的结构性关联，特别适合于生成动态的时-空-频联合态势。其挑战在于这是一个复杂的数学逆问题，求解难度大，对初始数据的质量和完备性有较高要求，依赖于张量低秩等假设。
神经网络生成法：代表了当前最前沿的方向，它将态势生成视为一个图像补全任务。通过使用海量完整的频谱态势图训练深度学习模型（如生成对抗网络、图神经网络），使其学习从“稀疏观测”到“完整态势”的复杂映射关系。这种方法无需精确的物理模型，对复杂的非线性关系具有强大的拟合能力，在数据充足时能生成极其精细的态势。但其性能高度依赖训练数据的规模与质量，且存在模型可解释性弱的挑战。
典型应用场景与实践案例
（一）频谱高效接入与网络规划
电磁态势可视化是无线电管理机构实现精细化频谱管理的核心技术手段。通过直观展示频谱使用状况，为动态频谱管理提供了数据基础。
动态频谱接入是提高频谱利用率的关键技术，其核心是认知无线电能够根据周围无线环境变化自动选择未被使用的频段进行通信。实现这一技术的前提是对目标区域电磁态势的准确评估。基于电磁态势图可以发掘授权用户对其授权频谱资源的使用规律，建立预测模型，制定合理的动态频谱接入策略。
在基站站点规划方面，电磁态势图支持基站布局优化和频点分配。通过结合地理信息系统和电波传播模型，可以预测不同规划方案的覆盖效果和干扰情况，为城市无线网络规划提供科学依据。
（二）5G智慧城市建设与应用
随着智慧城市和物联网技术的发展，电磁态势图成为城市电磁环境治理的重要工具。现代城市中，无线设备数量激增，这些设备共同构成了复杂的城市电磁环境。
电磁环境监测：通过部署在城市各处的传感器网络，实时监测电磁环境状况，绘制城市电磁地图。基于GIS的电磁地图绘制技术可以方便地记录多种辐射源的身份属性，包括广播电视系统、移动通信系统、高压电力系统等的位置和基本信息，并支持查询、更新和维护。
设备管理与优化：电磁态势图帮助城市管理者掌握各类无线设备的分布和工作状态，为设备准入、布局优化和参数配置提供依据。特别是对于物联网设备，电磁态势图可以分析设备密度与频谱需求的匹配关系，避免局部频谱过载。
环境评估与保护：结合电磁辐射安全标准，评估城市各区域的电磁辐射水平，识别超标区域并分析原因。室外电磁辐射评估模型被广泛应用于城市电磁环境评估中，为电磁环境管理提供技术支撑。
（三）公共安全与应急通信
电磁态势图在公共安全领域发挥着越来越重要的作用，特别是在重大活动保障和应急通信方面表现出显著价值。
在重大活动保障方面，如国际会议、体育赛事等大型活动中，电磁态势图帮助管理者掌握活动区域及周边的频谱使用情况，协调各方的用频需求，保障关键通信畅通，同时防范非法干扰。通过部署临时监测网络，可以构建活动区域的精细电磁态势图，实时监控异常信号，确保活动期间的电磁安全。
在应急通信方面，灾害发生后，常规通信设施可能受损，各种应急通信设备集中部署容易造成频谱混乱。电磁态势图能够快速梳理灾区的电磁环境状况，为应急通信频率规划提供依据。通过时-空-频三维获取功率频谱密度图和局部信道增益图，使认知无线电系统能够识别可用频谱机会并进行干扰控制，这种技术非常适用于应急通信场景。
总结和展望
全空间电磁态势数据采集与呈现技术作为电磁环境认知和决策支持的关键工具，在过去十多年中取得了显著的技术进步和广泛的应用拓展。从军事领域的电子战、频谱作战管理到民用领域的频谱管理、智慧城市建设，电磁态势技术的价值得到了充分验证。
随着5G向6G演进，物联网、人工智能等新技术的发展，电磁环境将变得更加复杂，对电磁态势技术也提出了更高要求。未来研究需要进一步提高感知能力、增强分析智能、优化可视化效果，同时解决大数据处理、实时性保障等技术挑战，使电磁态势技术更好地服务于信息通信领域以及经济社会整体发展。
审核：邵春菊、杨海俊 | 测试中心（中国移动技术能力评测中心）
作者：邓鹏、王俊良、陈超、范明远、姜雪松、孔佳 | 测试中心（中国移动技术能力评测中心）
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