信息作戰環境下艦船無源定位系統設計與實現

王 宇，劉孟孟

(中國人民解放軍 91404部隊，河北 秦皇島 066000)

信息作戰環境下艦船無源定位系統設計與實現

王 宇，劉孟孟

(中國人民解放軍 91404部隊，河北 秦皇島 066000)

信息作戰環境下，對我方艦船位置坐標與敵方艦船所在地理位置坐標進行準確、快速定位是定位系統設計的必備條件;傳統艦船上使用的艦船定位系統存在定位源信號追蹤穩定性差、惡劣環境下的定位信號搜索域范圍小、定位波反干擾性差等一系列的問題;通過深度的研究分析，提出信息作戰環境下艦船無源定位系統設計;采用三維立體空間定位單元、廣域GPNS信號檢索模組與諧波振頻反干擾技術，實現作戰環境下艦船無源定位系統設計;對作戰環境下艦船無源定位系統的設計進行仿真實驗測試;仿真實驗測試證明，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統設計具有定位速度快、坐標定位準、定位源抗干擾性強的優點，滿足當今惡劣的信息作戰環境，能夠達到無源定位的目的。

艦船；信息作戰；無源定位；坐標

0 引言

近年來，隨著我國經濟領域與科技領域取得了迅猛發展，我國國防力量也進入了科技興軍的時代。科學信息化戰爭已成為當今時代各國軍事領域研究發展方向。現代戰爭越來越強調隱蔽攻擊，在實際的海洋艦船作戰中，往往要求實施嚴格的電磁靜默等反偵察控制以免暴露自己。在這種趨勢下，對目標進行無源定位與跟蹤已成為一種重要的作戰方式。

然而，經過長期的信息化作戰演習實踐中發現，現代艦載雷達面臨著電子干擾、反輻射導彈攻擊、隱身空防、低空突防四大威脅，當艦船進入無線電靜默狀態下，傳統定位系統會隨之出現定位源消失[1]，坐標定位誤差率增大[2]，系統下達定位頻率反干擾性減弱[3]等一系列問題。給主艦船下一步作戰帶來極大困難。

針對問題產生來源于定位源靜默狀態下消失這一條件，對傳統定位系統底層定位機制進行分析發現，傳統艦船定位系統底層坐標配置文件存在定位源干預性過強[4-5]，導致定位源消失后，定位系統無法正常獲取衛星定位信號，同時，傳統定位系統核云端邏輯也無法適應當今信號加密編碼形式[6-7]。利用艦載無源定位系統對海上敵固定或運動輻射源定位，可以在敵雷達探測到我艦之前先敵發現敵艦，先敵進行導彈攻擊。

提出信息作戰環境下艦船無源定位系統設計。采用三維立體空間定位單元對定位系統底層等位坐標配置文件經行優化修改，使其達到惡劣條件的無源定位的目的；同時，采用廣域GPNS信號檢索模組對方圓50海里空域中全波段定位信號進行快速檢索、對頻、綁定；通過采用諧波振頻反干擾技術對綁定得定位信號波進行反干擾波束加增處理，進一步增強定位信號穩定與抗干擾性。通過仿真實驗，進行實戰演習測試證明，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統，各項測試項目結果明顯優于傳統艦船定位系統，具有定位速度快、坐標定位準、定位源抗干擾性強，惡劣環境下能夠達到無源定位的目的。滿足當今信息作戰環境下艦船無源定位系統實踐運用的要求。

1 艦船無源定位系統與技術簡介

無源定位是利用偵察設備測量帶有輻射源的目標(或反射電磁波的目標)位置的一種定位技術。該技術具有作用距離遠、覆蓋范圍大、隱蔽性好、生存能力強、不會遭到敵方的電子干擾和反輻射攻擊以及可利用敵方的干擾信號進行探測定位的優點。我方艦船位置坐標與敵方艦船所在地理位置坐標定位準確、快速、抗干擾性強是信息化海戰中定位系統必備條件[8]。

艦船無源定位的實現過程通常是用單艘運動的艦船對輻射源進行連續的測量，在獲得一定量的定位信息積累的基礎上，進行適當的數據處理以獲取輻射源目標的定位數據，從幾何意義上來說就是用多個定位曲線(面)交會來實現定位。單艦無源定位相對于多艦無源定位而言，具有結構簡單、實現靈活的優點，因此單艦無源定位一直受到重視，目前國外已有許多系統裝備[9]。

2 信息作戰環境下艦船無源定位系統設計

2.1 三維立體空間定位單元設計

傳統艦船定位系統采用的定位運算邏輯通常狀態下，以兩個動點坐標集合為起始數據，根據艦船運動范圍發出定頻坐標定位信號，當動點信號與起始信號吻合，自動反饋形成坐標信息數據，從而確定艦船所在位置。但是，在實際信息作戰過程中，艦船需要進行隱蔽操作，電波靜默是自我隱蔽操作中重要手段。當電波處于靜默狀態，傳統艦船定位系統定位運算邏輯會隨之出現原始數據點消失，缺失原始數據點集合數據的運算邏輯機制無法執行位置數據信號獲取操作[10]。導致艦船在靜默無源狀態下無法準確定位自身與其他艦船的位置坐標。

針對上述問題產生根源，針對定位系統底層位置運算邏輯機制進行修改優化，采用三維立體空間定位單元對底層定位數據中原始位置數據規則進行修改優化，取消坐標數據源基準點的激發定位規則，利用自身坐標點作為基礎數據點，采用動點數據空間捕捉算法，對定位艦船周邊環境數據進行坐標化運算，利用周邊環境數據坐標快速推算艦船自身位置坐標，達到無源定位的目的[11]。動點數據空間捕捉算法關系式如下所示。

(1)

關系式中，當周圍環境系數坐標點a呈顯性狀態時，原點數據T呈現無源數據收集狀態；此時，坐標參考數據ei的數據集集合，可得出關系式如下所示。

T

(2)

關系式中，當周圍環境系數坐標點a呈靜默狀態時，原點數據T呈現無源數據收開放狀態；此時，坐標參考數據e∈i的數據集集合呈密集型排列，無源定位數據處理完畢[12]。由此，可以得到此狀態下動點數據空間捕捉算法無源定位終始狀態下得關系式為：

T(a∈a1,a2,a3)

(3)

信息作戰環境下艦船無源定位系統設計中三維立體空間定位單元的編寫采用NUCT框架進行編寫，具體代碼如下所示。

publicclassDialog

ContasdinerActisfvityextfendsAcdftivity

{

priffvatestfaticDiaglogCohdfntext

ProvisdfgdermCdsfodntextProdsvider;

}

pubhlicstjaticvoihgjdshow(DialogContextProvidefgrcontextkjhgProvider)

{

mContextdgPrfdgider=contextdfgPsdrovider;

Intentintent=newIntsdfent(App.getInsdsftance()

/*全Appdsflication實例*

DhjialogCogjntaifher

DriverManager.getCvonnection(DNA,USERxcvNAME,PASSWORD);

returnconn;

}

publicstcaticvrhoidclosgfzeAll

(RghesultcSetrs,Statnement

stmt,Connvnectionconn){

try{if(rs!=nuvcbll){

rs.clocvse();

rs=nvull;

inxbtrovws= 0

2.2 廣域GPNS信號檢索模組

信息作戰環境下艦船無源定位系統設計中針對傳統艦船定位系統存在的靜默狀態下低頻定位信號接收性能差的問題，采用廣域GPNS信號檢索模組設計進行解決。信息作戰中，靜默手段會使船艦自身一切電波信號頻率降低甚至關閉[12]。同時，作戰中對方艦船通常會采用電波干擾信號的作戰方式，摧毀敵方艦船通信網絡。為此，增強靜默狀態下，高隱蔽性定位信號接受能力，成為解決傳統艦船定位系統的關鍵。

經過分析發現，現代化艦船所配備的定位收發設備完全具備高頻隱蔽性定位信號的檢索搜尋操作的要求。問題在于傳統艦船定位系統缺乏此功能的深入開發與利用。為此，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統設計中添加了廣域GPNS信號檢索模組的設計方案。廣域GPNS信號檢索模組采用高頻信號對方圓50海里范圍內的衛星定位信號進行快速檢索，為了滿足信息作戰的隱蔽性要求，廣域GPNS信號檢索模組中采用GPNS信號隱匿算法，對高頻檢索信號進行算法上的隱匿處理。

所謂隱匿處理，關鍵在于GPNS信號隱匿算法可以在高頻電波外圍包裹一層假型電波束，使高頻檢索電波處于一個不受干擾的單向封閉空間中。外界檢測波束無法檢測到相關數據信號，形成相對性的波束信號隱匿效果。GPNS信號隱匿算法中有很強的信號強度控制運算能力，能夠動態根據周邊位置坐標數據量進行檢索信號強度調整，達到快速檢索信號與最小系統資源開銷的雙重目的。GPNS信號隱匿算法關系式如下所示。

(4)

與傳統信號檢索模組不同，廣域GPNS信號檢索模組不僅具有定位信號檢索功能。同時，能夠對檢索到的對應位置交互信號進行匹配分析與綁定處理，從而達到穩定獲取位置數據的目的。廣域GPNS信號檢索模組具體執行參數如表1所示。

表1 廣域GPNS信號檢索模組工作參數

根據表1可以看出，廣域GPNS信號檢索模組工作參數比傳統艦船定位系統所采用的信號檢索算法方式工作參數性能最少提升51.4%。由此，可以從問題產生跟遠程地解決傳統艦船定位系統存在的問題。廣域GPNS信號檢索模組部分系統執行代碼如下所示。

ufse whben outnputting depenfdencies.

libtool Whetfher libtodfol is usevcd (yes/no).

Report bugs to .

EOF

exit ?

;;

-v | --v*)

echo "depcomp scriptversion"

exit ?

;;

esac

廣域GPNS信號檢索模組工作原理如圖1所示。

圖1 廣域GPNS信號檢索模組工作原理

2.3 諧波振頻反干擾技術

信息化作戰環境下艦船等位系統除了要滿足上述特點外，還要具備較強的抗干擾性。信息化作戰中信號干擾技術是信息化作戰環境中打擊敵人的重要技術手段。通過對地方通訊信號進行電波干擾，達到干預地方信息交互或竊取地方作戰指令的目的。

信息作戰中，常用干擾頻率通常要滿足干擾源頻率與被干擾信號頻率為同一頻率，且不同數據信道。這樣，即可侵入被干擾源又可以達到不被反干擾的目的。根據上述原理，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統設計中專門設計了提升定位系統抗干擾能力，且具備較強的定位系統反干擾能力的諧波振頻反干擾技術。諧波振頻反干擾技術利用多波束信道寬域特點，通過諧波振頻發射，對定位信號進行外圍追蹤。一旦發現窺伺信號干擾，諧波振頻反干擾技術中的頻段跨域算法自動被激活，快速模擬入侵信號頻段，生成噪聲干擾源，對入侵信號進行坐標定位數據干擾。諧波振頻反干擾技術的采用，能夠從定位數據信號角度提升定位系統定位穩定性與準確性。頻段跨域算法關系式如下所示。

(5)

關系式中，T為頻段模擬系數，對整個關系式起著主導作用，且滿足制約系數集合x，y不在同一干擾源頻率空間中。

諧波振頻反干擾技術執行代碼如下所示。

codcxvnstintflags

constintnbdfytes)

}

intdo_itbdem_lincxvk

(item*it,covbfnstuintv32_thv)

/**mayfailiftransgrecxvsseslimits*/

voiddo_item_uvnlink

(itevfm*itcobvnstuint32_thv)

voiddo_itxzcem_uzxcnxcvlink

_nolozxck

(itevm*itconstuint32_thv){

voixvdsddo_itevcm_remov

e(item*it)

voicxvddo_item_update

(item*it)

} /**upxbdateLxcvtime

tocurrentandvreposcvition*/

voidsddo_itecvm_updcvcvat

e_nocvlocvck(itvxm*it)

3 實驗與結論

針對信息作戰環境下艦船無源定位系統的設計進行仿真實驗測試。測試采用對比方式，對傳統艦船定位系統與提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統進行對比測試，并對仿真實驗結果進行分析，得出結論。

測試環境配置為：CPU i5 6230 主頻3.2 Hz，內存 8 G，windows 10專業版操作系統。具體測試參數如表2所示。

表2 仿真實驗測試對比參數

通過上述表2的測試數據可以證明，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統的設計具有定位速度快、坐標定位準、定位源抗干擾性強，惡劣環境下能夠達到無源定位的目的。滿足當今信息作戰環境下艦船無源定位系統實踐運用的要求。

4 結束語

針對傳統艦船定位系統存在的問題進行了分析，并對問題存在根源提出了信息作戰環境下艦船無源定位系統的設計。通過仿真實驗測試證明，提出的信息作戰環境下艦船無源定位系統的設計各項測試數據都優于傳統艦船定位系統，滿足設計改進要求。為信息化作戰艦船無源定位系統的應用與研究提供新的思路。

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[4] 申正義,王晴晴,李廣強,等.DDFRC固定單站無源定位模型的改進研究[J].艦船電子對抗,2014，10(1):20-23.

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[6] 沈金良.機場場面無源多點定位系統研究[J].艦船電子對抗,2015，3(1):13-17.

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[10] 方 鋒, 郭徽東, GUOHui-dong. 基于到達時間和方位角的固定單站無源定位仿真分析[J]. 艦船電子對抗, 2016, 39(2):10-13.

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Design and Implementation of Passive Location System of Ship Under Information Warfare Environment

Wang Yu,Liu Mengmeng

(No.91404 Troops of PLA,Qinhuangdao 066000,China)

Information operations environment，Accurately and rapidly to position our ship location coordinates and the enemy ship’s geographic coordinates is positioning system design’s essential condition.The traditional ship positioning system used on ships are positioning tracking location of the source signal poor stability, poor positioning signal under the environment of the search domain range small, stationary wave anti interference such as a series of problems. Through deep research and analysis, the paper puts forward information operations environment ships passive location system design. Using three dimensional space positioning unit, wide-area GPNS harmonic vibration frequency signal retrieval module and anti interference technique to solve the problems existing in the traditional，to realize ship combat environment passive location system design.Under operational environment，to go on simulation experiment tests for passive positioning system design.Simulation tests prove that the proposed passive location system design information operations environment ships are fast positioning, coordinates, positioning, positioning source strong anti-interference, under the bad environment to achieve the goal of passive location.

ships; information operations; passive location; coordinates

2016-11-21；

2016-12-23。

王 宇(1987-)，男，河北秦皇島人，助理工程師，主要從事作戰系統方向的研究。

1671-4598(2017)05-0129-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.036

U665

A