地形阻擋條件下通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算方法研究

樊 松，蔡青青，沈 楠

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

地形阻擋條件下通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算方法研究

樊 松，蔡青青，沈 楠

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

有效、快速地計(jì)算通信對抗偵察區(qū)域，是指揮員定量掌握裝備偵察效能、實(shí)施通信對抗偵察行動的重要依據(jù)。現(xiàn)有通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型主要基于光滑地面假設(shè)，較少考慮地形阻擋導(dǎo)致的偵察距離縮小、出現(xiàn)偵察盲區(qū)等現(xiàn)象，這在山地作戰(zhàn)環(huán)境中影響較大。通過分析起伏地面對電波的傳播損耗，新建了地形阻擋條件下超短波、短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型，示例分析表明，所建模型有效、可靠，可為指揮員在山地作戰(zhàn)中科學(xué)評估裝備效能、合理部署偵察裝備提供參考依據(jù)。

通信對抗；地形阻擋；偵察區(qū)域

0 引 言

通信對抗偵察區(qū)域是從空間距離角度體現(xiàn)通信對抗偵察裝備偵察效能的重要指標(biāo)，直觀反映了偵察站能夠及時發(fā)現(xiàn)敵方電磁目標(biāo)的有效范圍，其計(jì)算結(jié)果是指揮員進(jìn)行偵察兵力部署、構(gòu)設(shè)通信對抗偵察網(wǎng)的重要依據(jù)。

然而，現(xiàn)有通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型[1]主要基于光滑地面假設(shè)，實(shí)際偵察范圍往往與理論計(jì)算結(jié)果存在一定差距，在山地作戰(zhàn)中尤為明顯。原因在于山地地表的起伏變化抑制了電磁波的傳播，地面障礙物的存在造成了電磁波的反射和吸收等現(xiàn)象[2]，導(dǎo)致實(shí)際偵察范圍遠(yuǎn)小于理論值。為此，針對山地作戰(zhàn)現(xiàn)實(shí)需求，在分析起伏地面對電波傳播損耗影響的基礎(chǔ)上，新建了地形阻擋條件下通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型。

模型采用地理坐標(biāo)系建立，為簡化處理，假設(shè)：(1)不考慮傳輸損耗、大氣衰減等因素的影響；(2)目標(biāo)電臺和偵察機(jī)傳輸線以及裝置的損耗用常數(shù)表示；(3)根據(jù)計(jì)算需要，模型中的電臺只考慮常規(guī)工作模式。

1 地形阻擋條件下超短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算

超短波通信因其頻段寬、通信容量大、通信質(zhì)量高和保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，常被作為戰(zhàn)術(shù)通信，但也因其波長短，傳播以直線為主，受視距限制且易被障礙物反射和吸收，因此在山地環(huán)境中部署超短波通信對抗偵察站時，需要考慮起伏地形的阻擋影響，判斷偵察機(jī)在各個偵察方向上的實(shí)際作用距離。

1.1 超短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算的邏輯流程

超短波通信主要以視距傳播，偵察區(qū)域計(jì)算模型的算法流程如圖1所示。

1.2 超短波通信對抗偵察區(qū)域的計(jì)算方法

Step1：計(jì)算超短波通信對抗偵察最大距離

設(shè)超短波通信發(fā)射機(jī)功率為Pc(單位：W)，通信發(fā)射天線在偵察機(jī)方向上的增益為Gcr(單位：倍)，通信與超短波通信對抗偵察機(jī)之間的距離為R(單位：km)，則在自由空間傳播的條件下，超短波通信對抗偵察最大距離為：

(1)

式中:Rmax為超短波通信對抗偵察最大距離(單位：km)；Grc為偵察天線在通信方向上(指向通信發(fā)射電臺)的增益(單位：倍)；γ為偵察天線與輻射信號的極化損失；λ為通信工作波長(單位：m)；Prmin為最小可測信號功率(單位：W)。

考慮有關(guān)傳輸線和裝置的損耗及其他損失條件，設(shè)總的損耗及損失為L，對超短波通信對抗偵察方程進(jìn)行修正[1]：

(2)

Step2：計(jì)算偵察天線與發(fā)射天線的直視距離

超短波通信信號近似直線傳播，故地球表面的彎曲會使超短波通信對抗偵察機(jī)對目標(biāo)的直視距離受到限制。在考慮大氣折射的條件下，超短波通信對抗偵察機(jī)受地球曲率影響的直視距離為：

(3)

式中：Rs為直視距離(km)；Ha為通信發(fā)射電臺高度(天線高度+海拔高度)(m)；Ht為超短波通信對抗偵察機(jī)高度(天線高度+海拔高度)(m)。

Step3：計(jì)算偵察站在無地形阻擋下的偵察作用距離(單位：km)為：

(4)

Step4：考慮地形阻擋影響，計(jì)算偵察機(jī)各方向上的實(shí)際偵察距離

計(jì)算偵察機(jī)與最近山體阻擋點(diǎn)距離Rshade,偵察站實(shí)際偵察距離為：

(5)

Step5：計(jì)算地形阻擋條件下，超短波通信對抗偵察區(qū)域

模型計(jì)算結(jié)束。

2 地形阻擋條件下短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算

短波通信又稱高頻無線電通信，也是軍用無線電通信的主要方式之一，具有建立通信迅速，便于機(jī)動，能同運(yùn)動中的、方位不明的以及被對方分割或自然障礙阻隔的部隊(duì)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)。短波傳播方式有天波和地波2種，戰(zhàn)術(shù)范圍內(nèi)短波通信以地波方式傳播，因此，文中主要考慮山體阻擋對短波地波傳播的影響。如圖3所示，D為偵察機(jī)、T為發(fā)射機(jī)，×為山體阻擋點(diǎn)。

[3]中,模型假設(shè)：

(1) 若單峰高度大于波長2倍(h/λ≥2),則不能繞射，被阻擋；

(6)

(7)

(3) 若有多刃峰，將其簡化為依次繞射n個單刃峰。

2.1 短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算的邏輯流程

此時，短波通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型的算法流程如圖4所示。

2.2 短波通信對抗偵察區(qū)域的計(jì)算方法

Step1：計(jì)算無地形阻擋下，短波通信對抗偵察距離

假設(shè)電波沿均勻光滑平面地傳播，地對地短波通信對抗偵察作用距離為：

(8)

式中：Rmax為地對地短波通信對抗偵察作用距離(km)；Pt為短波通信電臺的發(fā)射功率(W)；Gt為通信發(fā)射機(jī)天線在通信接收機(jī)方向上的增益(倍)；Grt為通信接收機(jī)天線在通信發(fā)射機(jī)方向上的增益(倍)；γ為偵察天線與輻射信號的極化損失；λ為地對地指揮引導(dǎo)通信工作波長(m)；Prmin為通信接收機(jī)靈敏度(W)；L為系統(tǒng)損耗因子(倍)；W為地面衰減因子(倍)。

當(dāng)通信天線低架于地面(天線架設(shè)高度比波長小得多)，且最大輻射方向沿著地面時，電波主要以地面波方式傳播。這時，影響電波傳播的主要因素是地面條件。地面對電波傳播的影響主要表現(xiàn)在兩個方面[4]：一是地面的不平坦性，一是地面的地質(zhì)情況。前者戰(zhàn)時可通過戰(zhàn)術(shù)上陣地的選擇來回避，而后者則是從地面土壤的電氣性質(zhì)來研究對電波傳播的影響，可用下式來表示：

(9)

當(dāng)x>25時，近似有：

(10)

式中：x=lRmax，并有：

(11)

式中：ε為地面相對介電常數(shù)；σ為地面電導(dǎo)率。

從而得出無地形阻擋下，短波通信對抗偵察機(jī)作用距離(單位：km)：

(12)

Step2：針對短波通信對抗偵察站，依次計(jì)算0～360°方位上的偵察距離。

Step3：若該方位上無阻擋，則偵察距離為Rmax。

Step4：若該方位上有I個山峰阻擋，依次取出第i個山峰(1≤i≤I),偵察距離R=0(初始偵察距離)：

(1) 計(jì)算第i-1至i個山峰之間的距離ri。

(3) 計(jì)算電波翻越第i個山峰后的傳播距離Ri=Req-R。

(4) 計(jì)算單峰高度與波長比值hi/λ：

①若hi/λ≥2且ri≤Ri，則R+=ri，結(jié)束(偵察距離遠(yuǎn)，但被阻擋)；

②若hi/λ≥2且ri>Ri，則R+=Ri，結(jié)束(偵察距離近，若再遠(yuǎn)會被阻擋)；

③若hi/λ<2且ri≥Ri，則R+=Ri，結(jié)束(偵察距離近，即使再遠(yuǎn)不會被阻擋)；

④若hi/λ<2且ri

從而得出地形阻擋下，短波通信對抗偵察機(jī)作用距離Rshade=R(單位：km)。

Step5：計(jì)算地形阻擋條件下，短波通信對抗偵察區(qū)域

短波通信對抗偵察區(qū)域是以偵察機(jī)位置為圓心，以各方向上偵察作用距離Rmax(無山體阻擋)或Rshade(有山體阻擋時)的頂點(diǎn)包絡(luò)線內(nèi)部區(qū)域集合。

模型計(jì)算結(jié)束。

3 示例分析

短波通信電臺的發(fā)射功率Pt為3 000 W，發(fā)射天線增益Gtr為3 dB，工作波長λ為30 m，地表為干燥地，介電常數(shù)為4，電導(dǎo)率為0.001，短波通信對抗偵察站的經(jīng)緯度和高程坐標(biāo)為(110，20，200)，偵察接收機(jī)的靈敏度Prmin為0.5×10-11W，其接收機(jī)天線在電臺方向上的增益Grt為3 dB，假定極化損失系數(shù)γ為0.5，損耗系數(shù)L為1.76dB。

仿真方案1：偵察站在10°方向上有2個地形遮擋點(diǎn)(110.021 6，20.315 1，200)(距離偵察機(jī)13 km)、(110.033 3，20.377 1，20)(距離偵察機(jī)20 km)。

仿真方案2：偵察站在10°方向上有2個地形遮擋點(diǎn)(110.021 6，20.315 1，20)(距離偵察機(jī)13 km)、(110.033 3，20.377 1，20)(距離偵察機(jī)20 km)。

偵察區(qū)域的計(jì)算結(jié)果如下：

(1) 圖5是仿真方案1條件下短波通信對抗偵察站的有效偵察區(qū)域，此時在10°方向上的偵察距離為13 km，即地形遮擋點(diǎn)(110.021 6，20.315 1，200)處完全遮蔽了短波信號的傳播。

(2) 圖6是仿真方案2條件下短波通信對抗偵察站的有效偵察區(qū)域，此時在10°方向上的偵察距離為22.47 km，當(dāng)發(fā)射機(jī)在第2個遮擋點(diǎn)后方2.47 km處，仍然能被有效偵察，在其余方向上的偵察距離為38.05 km。

通過方案1、2計(jì)算結(jié)果的對比可見，短波的繞射效應(yīng)決定了短波可以繞過一定高度以下的障礙物繼續(xù)傳播，又因?yàn)槎滩ǖ膫刹炀嚯x比超短波要遠(yuǎn)[4]，所以在實(shí)際作戰(zhàn)中，部署通信對抗偵察力量時，超短波通信偵察站需要抵前配置，且更要求避開障礙物體，保證主要作戰(zhàn)方向上的通視。

4 結(jié)束語

基于現(xiàn)有通信對抗偵察區(qū)域計(jì)算模型，考慮了地表起伏和地面障礙物對超短波、短波通信對抗偵察的影響，尤其對短波地波通信的繞射情況進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并給出了繞射后偵察作用距離的計(jì)算方法，最后通過計(jì)算各個方向上的實(shí)際偵察作用距離，得到地形阻擋條件下通信對抗偵察的實(shí)際范圍。上述工作對指揮員在山地作戰(zhàn)中合理部署偵察裝備、高效構(gòu)設(shè)通信對抗偵察網(wǎng)具有參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 邵國培，曹志耀，何俊，等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京：軍事科學(xué)出版社，2013.

[2] 郭建蓬，羅高健，宋廣寧.DEM和蜂窩模型的通信干擾壓制區(qū)快速計(jì)算方法[J].火力與指揮控制，2014(1)：25-26.

[3] 宋錚，張建華，黃冶，等.天線與電波傳播[M].3版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2016.

[4] ADAMY D L.EW103:Tactical Battlefield Communications Eletronic Warfare[M].樓才義譯.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

ResearchintoComputingMethodofCommunicationCountermeasureReconnaissanceAreaunderTerrainBlockingCondition

FAN Song,CAI Qing-qing,SHEN Nan

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037，China)

Computing the communication countermeasure reconnaissance area effectively and rapidly is an important base for a commander to predominate the reconnaissance efficiency of equipment and perform communication countermeasure recannaissance.Existing computing model of communication countermeasure reconnaissance area is mainly based on supposed smooth ground and considers less about phenomenons of small reconnaissance range and reconnaissance blind area due to terrain blocking,which has great influence in condition of mountanious region campaign.This paper sets up the computing model of ultral-short wave,short wave communication countermeasure reconnaissance area under the condition of terrain blocking.The example analysis shows that the constructed model is effective and credible,can provide reference base for commander to scientifically evaluate the equipment efficiency and deploy reconnaissance equipment in reason.

communication countermeasure;terrain blocking;reconnaissance area

2017-06-26

TN975

A

CN32-1413(2017)06-0062-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.013