導(dǎo)彈無線數(shù)傳通信系統(tǒng)抗干擾能力研究

李正優(yōu)，郭留河，趙國明，李文珍

（裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系，北京 100072）

導(dǎo)彈無線數(shù)傳通信系統(tǒng)抗干擾能力研究

李正優(yōu)，郭留河，趙國明，李文珍

（裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系，北京 100072）

采用無線電指令制導(dǎo)的導(dǎo)彈需要對其無線數(shù)傳通信系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行研究。在分析導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)易受電磁干擾的環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，研究了導(dǎo)彈系統(tǒng)面臨的復(fù)雜戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境，確定了描述無線數(shù)傳通信系統(tǒng)抗電磁干擾能力的主要指標(biāo)，針對導(dǎo)彈系統(tǒng)面臨的主要電磁干擾，采用理論分析與仿真計算相結(jié)合的方法，研究了導(dǎo)彈無線數(shù)傳通信系統(tǒng)的抗干擾能力，對分析和評估導(dǎo)彈抗電磁干擾能力具有重要的意義。

導(dǎo)彈；無線數(shù)傳通信；抗干擾；電磁環(huán)境

有線指令制導(dǎo)的導(dǎo)彈制導(dǎo)方式簡單，使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，但傳輸指令的導(dǎo)線限制了導(dǎo)彈飛行速度和姿態(tài)控制，影響射程和機(jī)動性，且在導(dǎo)彈飛行過程中必須始終瞄準(zhǔn)目標(biāo)，限制了它的應(yīng)用環(huán)境與作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。利用微波無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可改進(jìn)有線傳輸帶來的問題，即在原有制導(dǎo)控制設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過對導(dǎo)彈和發(fā)控設(shè)備的少量改進(jìn)，提高武器系統(tǒng)適應(yīng)范圍和作戰(zhàn)效能［1］。對于微波通信，考慮戰(zhàn)場應(yīng)用的最大弱點，莫過于抗干擾性。為此，需對導(dǎo)彈系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行研究。

1 導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)易受干擾的環(huán)節(jié)分析

導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)由測角儀、車載發(fā)控通信、彈載信息通信、指令執(zhí)行裝置等組成，導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)工作原理

無線數(shù)傳通信系統(tǒng)由車載發(fā)控通信和彈載信息通信單元組成，代替原來的傳輸線傳輸角偏差信號。從導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)看，只有無線數(shù)傳通信系統(tǒng)是無線環(huán)節(jié)，因此，導(dǎo)彈系統(tǒng)易受電磁干擾的環(huán)節(jié)主要是無線數(shù)傳通信系統(tǒng)。無線數(shù)傳通信系統(tǒng)采用跳頻通信體制，工作在微波頻段，采用2FSK調(diào)制技術(shù)。

2 導(dǎo)彈系統(tǒng)面臨的戰(zhàn)場電磁環(huán)境分析

隨著電子、電氣設(shè)備的廣泛使用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，呈現(xiàn)出信號密集、樣式復(fù)雜、沖突激烈、動態(tài)交迭等特性［2］。戰(zhàn)場電磁環(huán)境以軍事無線電通信、偵察雷達(dá)以及電子干擾機(jī)等人為干擾為主要構(gòu)成因素，其中軍事通信主要工作在短波及超短波頻段，頻譜范圍大概為幾MHz到幾百MHz，戰(zhàn)場偵察雷達(dá)工作頻段主要集中在I和J波段，頻譜范圍為8～20 GHz，電子干擾機(jī)工作頻率范圍較廣，目前多為1～3 000 MHz，部分干擾機(jī)的高端頻率可達(dá)20～50 GHz，因此無線數(shù)傳通信系統(tǒng)的主要威脅是各種電子干擾機(jī)。目前微波頻段的干擾機(jī)干擾功率一般在400 W～4 k W之間，干擾功率密度（W／MHz）從幾十至幾百，甚至達(dá)到千量級。電子干擾裝備的裝備形式有機(jī)載和車載以及單兵背負(fù)等形式，在陸地戰(zhàn)場上，更多情況下無線數(shù)傳通信系統(tǒng)面臨的是車載電子干擾裝備。

無線數(shù)傳通信系統(tǒng)采用跳頻通信，對于跳頻通信的干擾方法一般有寬帶噪聲干擾、部分頻帶噪聲干擾、頻率跟蹤式干擾。4種干擾方法效果各異，在實際應(yīng)用中寬帶噪聲干擾和部分頻帶噪聲干擾應(yīng)用較多。

3 導(dǎo)彈無線數(shù)傳通信系統(tǒng)抗干擾能力研究

由2FSK通信原理分析得出，無線數(shù)傳通信系統(tǒng)受到干擾是因為在信號的解調(diào)過程中，噪聲的存在使系統(tǒng)產(chǎn)生誤碼。誤碼率越大，系統(tǒng)的控制精度就越低，當(dāng)誤碼率增加到一定程度時，會導(dǎo)致導(dǎo)彈脫靶甚至飛行失敗。因此，誤碼率是衡量導(dǎo)彈系統(tǒng)抗干擾性能的最重要指標(biāo)。若實際誤碼率大于系統(tǒng)要求的誤碼率，則無線數(shù)傳通信系統(tǒng)不能正常工作。要保證無線數(shù)傳通信系統(tǒng)不受干擾，要求實際誤碼率Pε＜0.003。誤碼率是信干比的一個函數(shù)，在各種干擾技術(shù)下其函數(shù)關(guān)系不同，但都呈現(xiàn)信干比越小則誤碼率越大的關(guān)系。信干比是有用信號和噪聲功率的比值，也就是數(shù)傳信號與噪聲的功率之比。信干比表示為rj＝PR（dB）－PRJ（dB），其中PR為有用信號功率分貝值，PRJ為干擾信號功率分貝值。

3.1 數(shù)傳信號接收功率計算

導(dǎo)彈的飛行高度在接近目標(biāo)的過程中一般為1.5 m，地面通信設(shè)備天線的高度為1.2 m，電波傳播路徑靠近地面，導(dǎo)彈最大射程為3.5 km。對于地面通信，最常用的電磁波傳播模型是自由空間傳播模型、維建斯基模型和Cost231-Hata模型［3］。維建斯基模型適用于在收發(fā)設(shè)備之間為平地的實際戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境，因此，數(shù)傳信號的無線傳播符合維建斯基傳播模型，則數(shù)傳信號接收功率為

式中：PT為發(fā)射功率；GT為發(fā)射天線增益；GR為接收天線增益；ht為發(fā)射天線高度；hr為接收天線高度；R為通信距離；Lb為發(fā)射機(jī)、接收機(jī)內(nèi)的傳輸損耗及極化損耗的總和。

3.2 接收機(jī)干擾功率計算

接收機(jī)干擾主要包括2部分：地面車載干擾設(shè)備干擾和空中干擾。鑒于導(dǎo)彈的作戰(zhàn)特點，更多情況下面臨的電子干擾則是地面移動干擾設(shè)備，其中車載干擾設(shè)備威脅最大，其天線高度通常在5～10 m范圍內(nèi)。設(shè)干擾機(jī)天線高度為10 m，經(jīng)計算當(dāng)干擾距離大于1.44 km時，干擾電波的傳播符合維建斯基模型。由于干擾機(jī)處在敵方一側(cè)，距導(dǎo)彈的距離大于這個距離，因此，對于車載干擾機(jī)的干擾在接收機(jī)輸入端的功率為

式中：PJ為干擾機(jī)發(fā)射功率；GJ為干擾機(jī)發(fā)射天線增益；GRJ為接收天線抑制電平；ht為干擾機(jī)發(fā)射天線高度；hr為接收天線高度；RJ為干擾距離；LbJ為干擾機(jī)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)內(nèi)的傳輸損耗及極化損耗的總和。

對于空中干擾源，天線高度可達(dá)10 km，屬于空對地的電波傳播，因此用自由傳播模型來計算接收功率

式中λ為干擾源工作波長。

微波頻段的干擾功率一般在400 W～4 k W之間，部分功率較大的可達(dá)10 k W，干擾帶寬通常為幾十MHz，只有極少數(shù)電子戰(zhàn)飛機(jī)可施放密度為1 000 W／MHz的干擾。干擾信號從接收天線第一旁瓣進(jìn)入，GRJ為抑制電平，LbJ為干擾機(jī)的極化損失和系統(tǒng)損耗之和。

3.3 抗干擾能力分析

要使系統(tǒng)誤碼率小于某一值，信干比必須大于對應(yīng)的某一值，因此，無線數(shù)傳通信系統(tǒng)不受干擾的條件亦可描述為rj＞rj0，rj0為誤碼率等于0.003時對應(yīng)的信干比。

在地面車載干擾設(shè)備的寬帶噪聲干擾下，2FSK信號誤碼率與信干比的函數(shù)關(guān)系為要保證無線數(shù)傳通信系統(tǒng)正常工作，需要更大的信干比，系統(tǒng)要求誤碼率小于0.003，則信干比應(yīng)該大于10.1 d B。地面車載干擾設(shè)備寬帶噪聲干擾距離與導(dǎo)彈飛行距離的關(guān)系如圖2所示。

可以看出，若干擾為寬帶噪聲干擾，當(dāng)干擾有效輻射功率密度為100，200，500，1 000 W／MHz時，只要地面干擾機(jī)距離導(dǎo)彈分別大于16，19，24，28 km時，就能夠保證無線數(shù)傳通信系統(tǒng)誤碼率小于0.003。

在敵方的空中遠(yuǎn)程支援寬帶噪聲干擾下，空中遠(yuǎn)程支援寬帶噪聲干擾距離與導(dǎo)彈飛行距離的關(guān)系如圖3所示。

圖2 地面車載寬帶噪聲干擾距離與導(dǎo)彈飛行距離的關(guān)系

圖3 空中遠(yuǎn)程支援寬帶噪聲干擾距離與導(dǎo)彈飛行距離的關(guān)系

可以看出，若干擾為空中遠(yuǎn)程支援干擾，當(dāng)干擾有效輻射功率密度為100，200，500，1 000 W／MHz時，只要干擾機(jī)距離導(dǎo)彈分別大于130，180，280，410 km，就能夠保證無線數(shù)傳通信系統(tǒng)誤碼率小于0.003。

4 結(jié) 語

為描述導(dǎo)彈系統(tǒng)的抗干擾性能，在給定干擾條件下，用分析干擾距離大于多少時無線數(shù)傳通信系統(tǒng)可以正常工作來說明其抗干擾能力。在實際情況下，無線數(shù)傳通信系統(tǒng)的車載通信單元一般是靜止的，只有導(dǎo)彈上的通信設(shè)備隨導(dǎo)彈一起運動。因此，在分析導(dǎo)彈抗干擾能力時，也可假設(shè)干擾源距離制導(dǎo)站一定距離，或者分析不同干擾功率下，無線數(shù)傳通信系統(tǒng)誤碼率與導(dǎo)彈飛行距離的關(guān)系。

［1］ 李正優(yōu)，張萬君，胡 誠，等.反坦克導(dǎo)彈微波無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究［J］.火力與指揮控制，2011，36（4）：119-122.

［2］ 陳進(jìn)寶，張管飛，趙 丹.復(fù)雜電磁環(huán)境下導(dǎo)彈作戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)及對策［J］.裝備環(huán)境工程，2010（3）：92-95.

［3］ 宋 梅.電子戰(zhàn)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005：277-279.

TN06

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1008-1542（2011）07-0059-03

2011-06-20；責(zé)任編輯:李 穆

李正優(yōu)（1980-），男，江西寧都人，碩士，主要從事導(dǎo)彈武器系統(tǒng)保障與使用方面的研究。