韓　龍

(海軍大連艦艇學(xué)院通信系,遼寧 大連 116018)

摘　要：針對(duì)常用通信干擾距離估算方法精度不高、適應(yīng)性不強(qiáng)且不便于利用計(jì)算機(jī)計(jì)算的問(wèn)題，以短波場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合艦艇通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法，推導(dǎo)并給出了地波最大干擾距離、天波最小和最大干擾距離的計(jì)算模型、方法和步驟，對(duì)模型進(jìn)行了仿真，并通過(guò)定性分析和與實(shí)際數(shù)據(jù)的定量對(duì)比分析，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為實(shí)際應(yīng)用中利用計(jì)算機(jī)估算有效通信干擾距離提供了有效可靠方法。

關(guān)鍵詞：干擾距離；場(chǎng)強(qiáng)；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

艦艇短波通信干擾距離的計(jì)算

韓龍

(海軍大連艦艇學(xué)院通信系,遼寧 大連 116018)

摘要：針對(duì)常用通信干擾距離估算方法精度不高、適應(yīng)性不強(qiáng)且不便于利用計(jì)算機(jī)計(jì)算的問(wèn)題，以短波場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合艦艇通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法，推導(dǎo)并給出了地波最大干擾距離、天波最小和最大干擾距離的計(jì)算模型、方法和步驟，對(duì)模型進(jìn)行了仿真，并通過(guò)定性分析和與實(shí)際數(shù)據(jù)的定量對(duì)比分析，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為實(shí)際應(yīng)用中利用計(jì)算機(jī)估算有效通信干擾距離提供了有效可靠方法。

關(guān)鍵詞：干擾距離；場(chǎng)強(qiáng)；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

收稿日期：2015-01-22；修回日期：2015-04-20Received date:2015-01-22；Revised date：2015-04-20

中圖分類號(hào)：TN911

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：1002-0802(2015)06-0682-05

Abstract：Aiming at problems that the current calculation methods for communication jammed distance are not so accurate ,not so widely suitable and not so available to computer calculation, the models, methods and procedures are deduced for calculating maximum jammed distance of HF ground wave communication, and for calculating maximum and minimum jammed distance of HF sky wave communication, based on calculation of short wave field strength and methods of shipborne communication countermeasure tactical calculation. Simulation experiment indicates the accuracy and practicability of these models. Qualitative analysis and comparison with actual data show that this could provide a reliable and suitable method for effectively estimating communication jammed distance by means of computer.

作者簡(jiǎn)介：

Calculation of Jamming Distance in Shipborne HF Communication

HAN Long

(Department of Communication, Dalian Navy Academy,Dalian Liaoning 116018, China)

Key words：jammed distance; field strength; HF ground wave HF sky wave

0引言

艦艇短波通信干擾距離是水面艦艇通信對(duì)抗的重要指標(biāo)，是給定條件下能否實(shí)施有效干擾的判斷依據(jù)，是干擾兵力陣位選擇時(shí)必須考慮的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。目前干擾距離的確定通常是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)、查詢有關(guān)圖表或通過(guò)演習(xí)獲取[1]；這種方法往往精確度不高，適應(yīng)性不強(qiáng)且效率低，很難滿足實(shí)際需要，從而限制了通信干擾資源效能的充分發(fā)揮。為了給出能夠滿足實(shí)際使用要求的估算方法，結(jié)合艦艇通信對(duì)抗的作戰(zhàn)實(shí)際，以短波地波和天波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算為基礎(chǔ)，推導(dǎo)并給出了艦艇短波通信干擾距離估算法方法和步驟，為軟件編程和利用計(jì)算機(jī)估算干擾距離提供了方法，一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法的不足，具有十分重要的意義。

1短波傳播場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算

根據(jù)無(wú)線電傳播理論，短波傳播有地波和天波兩種途徑，下面分別給出兩種途徑下場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式。

1.1地波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算

地波是指沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ鋫鞑ブ饕艿乇?海面)電特性的影響，地波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式[2](忽略地球曲率影響時(shí))為：

(1)

(2)

(3)

式中：E為地波場(chǎng)強(qiáng)，P為發(fā)射天線輻射功率，D為發(fā)射天線的方向性系數(shù)，r為傳播距離，λ為波長(zhǎng)，εr 為相對(duì)介電常數(shù)，σ為電導(dǎo)率。

圖1　海上短波地波場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

1.2天波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算

天波是指經(jīng)高空電離層反射回地面的電磁波，其傳播主要受電離層狀態(tài)的影響，天波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式[2,5]為：

E=137.2+20lgf(MHz)+10lgP(kW)+G-Lb(dB)

(4)

式中：f為頻率，P為發(fā)射功率，G為天線增益，Lb為天波基本傳輸損耗，包括自由空間傳輸損耗Lbf、電離層吸收損耗Li 、地面反射損耗Lg和系統(tǒng)額外損耗Yp ；其中，Lbf和Li計(jì)算公式如下：

Lbf=32.44+20lgf(MHz)+20lgr(km)

(5)

(6)

(7)

地波和天波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算是通信干擾距離計(jì)算的基礎(chǔ)，下面根據(jù)以上計(jì)算，結(jié)合有關(guān)的通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法，給出通信干擾距離估算的模型、方法和步驟，并進(jìn)行一定的仿真計(jì)算和分析。

2通信干擾距離的計(jì)算模型

根據(jù)短波傳播途徑的不同，通信干擾距離的計(jì)算分地波最大干擾距離的計(jì)算、天波最小干擾距離的計(jì)算和天波最大干擾距離的計(jì)算；壓制系數(shù)是通信干擾距離計(jì)算的依據(jù)，它是指當(dāng)干擾奏效時(shí)接收機(jī)輸入端的最小干擾功率和和信號(hào)功率之比，根據(jù)電磁波傳播理論，壓制系數(shù)也可用場(chǎng)強(qiáng)表示為：

(8)

式中:K為壓制系數(shù)，Ej為干擾場(chǎng)強(qiáng)，Es為通信場(chǎng)強(qiáng)。

下面在場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，以上式為依據(jù)，推導(dǎo)并給出干擾距離計(jì)算的方法和步驟。

2.1地波最大干擾距離的估算

當(dāng)戰(zhàn)術(shù)上允許我方干擾兵力在距敵較近的位置對(duì)其實(shí)施干擾時(shí)采用地波干擾，此時(shí)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)為已知敵通信雙方位置、通信信號(hào)參數(shù)、傳播途徑上的電特性和戰(zhàn)術(shù)上要求的壓制系數(shù)，根據(jù)己方干擾資源估算己方干擾兵力最遠(yuǎn)配置在距敵多大的距離上能保持有效干擾。

地波干擾時(shí)干擾距離可按下式計(jì)算：

(9)

由于艦艇活動(dòng)的區(qū)域在海上，因此Aj以海面的電參數(shù)計(jì)算，當(dāng)敵通信也為地波傳播時(shí)，上式變?yōu)椋?/p>

(10)

當(dāng)敵通信雙方均位于海上時(shí)上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

(11)

可以看出，此時(shí)干擾距離只與干擾天線的輻射功率有關(guān)，因此，實(shí)際中要根據(jù)己方干擾裝備的能力估算地波最大干擾距離。

2.2天波最小干擾距離的估算

當(dāng)己方距敵較遠(yuǎn)或戰(zhàn)術(shù)上不允許接近時(shí)，用天波對(duì)其通信實(shí)施干擾。根據(jù)電磁波傳播理論，天波傳播時(shí)，隨著干擾距離的減小，信號(hào)對(duì)電離層的入射角也減小，到達(dá)某一程度時(shí)，將不再有信號(hào)反射回地面，稱為越距現(xiàn)象，此時(shí)的干擾距離為最小干擾距離。最小干擾距離主要受電離層狀態(tài)的影響，有關(guān)電離層狀態(tài)的準(zhǔn)確計(jì)算十分復(fù)雜，在實(shí)際的估算中也無(wú)必要，下面給出在估算或仿真時(shí)最小干擾距離的計(jì)算方法和步驟。

圖2　E層臨界頻率

步驟1：最高可用頻率的確定。根據(jù)電波傳播理論，電波要經(jīng)電離層反射回地面，其頻率不能高于某一值，稱為最高可用頻率，可用下式計(jì)算：

MUF=FOE·secφ

(12)

(13)

式中：φ為電波的入射角，F(xiàn)OE稱為臨界頻率，χ′為與太陽(yáng)天頂角有關(guān)的參數(shù)，取值如下：

(14)

式中：χ為太陽(yáng)天頂角。

E層的最高可用頻率確定時(shí)通常取入射角φ為110 km高處的，記為i110，此時(shí)seci110按下式計(jì)算：

(15)

式中：D為干擾距離，R為地球平均半徑，取6 370 km。

步驟2：若計(jì)算得到的最高可用頻率小于敵通信頻率，則不能用天波實(shí)施干擾；若大于敵通信頻率，進(jìn)行步驟3。

步驟3：估計(jì)反射點(diǎn)的經(jīng)緯度。根據(jù)敵通信方的位置和己方擬實(shí)施干擾的位置，粗略估計(jì)反射點(diǎn)的經(jīng)緯度，并換算為本地時(shí)間[2]。

步驟4：確定太陽(yáng)天頂角。根據(jù)計(jì)算得到的本地時(shí)間，在12張?zhí)?yáng)天頂角圖[3]中找出與時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)天頂角。

步驟5：查閱相關(guān)資料得到太陽(yáng)黑子數(shù)。

步驟6：根據(jù)偵察到的敵通信頻率、太陽(yáng)天頂角和黑子數(shù)，按照上面給出的公式用計(jì)算機(jī)即可求得此時(shí)的干擾距離，即為最小干擾距離Dmin。

2.3天波最大干擾距離的估算

天波傳播時(shí)由于電離層狀態(tài)的不確定性而存在衰落現(xiàn)象，使接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的幅度的瞬時(shí)變化服從瑞利分布，估算得到的天波場(chǎng)強(qiáng)為月中值，在時(shí)間上估算值不小于某一場(chǎng)強(qiáng)值的比例可用下式計(jì)算[4]：

(16)

式中：t為接收?qǐng)鰪?qiáng)不小于場(chǎng)強(qiáng)E值的百分?jǐn)?shù)，E50為場(chǎng)強(qiáng)中值，即接收?qǐng)鰪?qiáng)在50%時(shí)間上不小于其值的場(chǎng)強(qiáng)值。

圖3為場(chǎng)強(qiáng)值的統(tǒng)計(jì)分布圖，可以看出，90%的時(shí)間上場(chǎng)強(qiáng)值比場(chǎng)強(qiáng)中值低8.18 dB，10%的時(shí)間上比場(chǎng)強(qiáng)中值高5.1 dB。因此，為了保證場(chǎng)強(qiáng)值的可靠性和有一定的余量，在計(jì)算中只需適當(dāng)考慮影響較大的損耗即可。

圖3　電離層衰落分布圖

下面給出天波最大干擾距離的估算方法和步驟：

步驟1：確定最高可用頻率。按照上面給出的方法確定最高可用頻率，若小于敵通信頻率，則不能用天波實(shí)施有效干擾；若大于敵通信頻率，進(jìn)行下一步。

步驟3：估計(jì)反射點(diǎn)的經(jīng)緯度。根據(jù)敵通信方的位置和己方擬實(shí)施干擾的位置，粗略估計(jì)反射點(diǎn)的經(jīng)緯度，并將其換算為本地時(shí)間[2]。

步驟4：查詢太陽(yáng)天頂角和太陽(yáng)黑子數(shù)。根據(jù)上一步得到的本地時(shí)間，在有關(guān)資料[2]中查詢得到此時(shí)的太陽(yáng)天頂角和黑子數(shù)。

步驟5：計(jì)算電離層吸收系數(shù)I。根據(jù)上一步的結(jié)果按公式(6)計(jì)算吸收系數(shù)I。

步驟6：計(jì)算天波傳播途徑上的距離(斜距)。根據(jù)電波傳播理論，經(jīng)一次電離層反射的斜距可用下式[3]求得：

(17)

(18)

(19)

式中：r為斜距，d為干擾距離(大圓距離)，h為反射層高度。

圖4　不同緯度的吸收系數(shù)

步驟7：確定最大干擾距離。天波傳播基本損耗中，地面反射損耗Lg一般每增加一次反射2 dB，一跳時(shí)不予考慮；系統(tǒng)額外損耗是除上面三種損耗外的其他各種原因引起的損耗，是一個(gè)不穩(wěn)定的參數(shù)，其值與很多因素有關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中只需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值即可；自由空間傳播損耗和電離層吸收損耗可分別按照上面給出的公式計(jì)算，其中電波傳播途徑上的長(zhǎng)度r為斜距，將以上計(jì)算的結(jié)果代入天波場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式中，利用計(jì)算機(jī)采用逐步逼近的方法便可求出此時(shí)的最大干擾距離。

圖5　不同反射高度時(shí)斜距與干擾距離關(guān)系曲線

3結(jié)束語(yǔ)

干擾距離的估算是以作戰(zhàn)使用為前提，根據(jù)海軍作戰(zhàn)環(huán)境的特點(diǎn)和艦載通信裝備，在短波通信(干擾)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合電波傳播理論和通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法，給出了簡(jiǎn)潔實(shí)用的艦艇短波通信干擾距離估算模型、方法和步驟，并對(duì)模型進(jìn)行了仿真，通過(guò)與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出了一致結(jié)論，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)這些模型和方法，便可利用計(jì)算機(jī)快速進(jìn)行計(jì)算，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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韓龍(1990—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)樗媾炌ㄐ艑?duì)抗。