導航終端復雜電磁環境適應性指標體系探討

李 琳，劉 淳，譚述森

(北京衛星導航中心，北京 100094)

0 引言

隨著戰爭形態和軍隊建設向信息化轉型，電磁環境成為戰場環境的重要構成要素。數量眾多的信息化武器裝備集結在一定的作戰地域，人為和自然、對抗和非對抗的電磁信號充斥于作戰空間，綜合形成信號密集、樣式繁多、競爭對抗、動態變化的復雜電磁環境[1-3]。

戰場電磁環境起源于武器裝備信息化，武器裝備信息化程度的不斷提高得益于戰場電磁環境越趨復雜。戰場電磁環境的復雜化與武器裝備的信息化相伴相隨、互相推動，復雜電磁環境適應性已成為信息化條件下對武器裝備的通用要求[1-2]。

導航終端是用戶端獲取衛星導航系統所提供定位、測速、授時等服務的設備。為了應對復雜電磁環境的嚴峻考驗、發揮衛星導航系統的戰略支援效能，必須持續增強導航終端的復雜電磁環境適應性。導航終端復雜電磁環境適應性指標體系研究“牽一發而動全身”，關乎導航終端的論證、設計、研制、試驗、定型、生產、使用，是導航終端復雜電磁環境適應性優良與否的關鍵[1-2，4-5]。

本文從導航終端的復雜電磁環境適應性需求考驗、復雜電磁環境效應、復雜電磁環境適應性技術等方面著手，研究導航終端復雜電磁環境適應性指標體系,以約束導航終端復雜電磁環境適應性設計與實現，增強其戰場生存能力和實戰能力，促進成建制成系統應用、戰斗力保障力形成。

1 適應性指標體系研究流程

按照“導航終端面臨復雜電磁環境→導航終端復雜電磁環境效應→導航終端復雜電磁環境適應性技術→導航終端復雜電磁環境適應性指標體系”思路，研究導航終端的復雜電磁環境(complex electromagnetic environment，CEE)適應性指標體系。

1.1 導航終端面臨CEE

電磁環境從形成機理角度，可分解為人為電磁輻射、自然電磁輻射、輻射傳播因素3部分[1-2]：人為電磁輻射是人工操控的電磁應用活動所形成的電磁輻射，包括有意電磁輻射和無意電磁輻射；自然電磁輻射是自然界自發形成的電磁輻射，主要包括突發電磁輻射和持續電磁輻射等；輻射傳播因素涉及影響電磁環境分布、電磁波傳播的各種自然和人工環境。人為電磁輻射和自然電磁輻射反映戰場電磁環境的形成條件，是控制戰場電磁環境的內因；輻射傳播因素反映電磁輻射的傳播屬性變化，是控制戰場電磁環境的外因[1]。

據此，根據導航終端的應用模式、應用環境以及衛星導航對抗能力，綜合形成導航終端所處人為電磁輻射和自然電磁輻射環境，構建表征與導航終端期望信號一致程度的度量，篩選一致程度較高的信號類型，提取其主要特征形成導航終端所面臨的復雜電磁環境。

1.2 導航終端CEE效應

電磁環境效應(electromagnetic environment effects，EEE)是電磁環境對于軍事力量、設備、系統和平臺作戰能力所產生影響的總稱[6-7]。電磁環境效應包括電磁兼容性、電磁干擾、電磁易損性、電磁脈沖、電子防護、電磁輻射對燃油危害、軍械危害、人體危害，以及雷電、沉積靜電和二次電子倍增等。

根據導航終端的工作模式、信號處理流程、元器件水平等，分析復雜電磁環境對導航終端所產生的影響，細化、量化導航終端復雜電磁環境效應。其中工作模式包括衛星無線電導航業務(radio navigation satellite service，RNSS)、衛星無線電定位業務(radio determination satellite service，RDSS)、廣義衛星無線電定位業務，單頻、雙頻、三頻，精密測距碼直接捕獲、普通測距碼引導捕獲，單系統導航、多系統兼容互操作導航等[8]。導航終端復雜電磁環境效應包括性能降低、功能失常、器件損壞等。

1.3 導航終端CEE適應性技術

在復雜電磁環境形成機理的基礎上，再從電磁環境效應角度分解復雜電磁環境，利于采取針對性的適應性技術。

從電磁環境效應角度，導航終端所面臨的復雜電磁環境可分解為有意電磁毀傷環境、有意電磁干擾環境和無意電磁騷擾環境3類：有意電磁毀傷環境是由高功率微波武器、高功率電磁脈沖武器產生的“硬殺傷”電磁環境；有意電磁干擾環境是由電子戰裝備產生的“軟殺傷”電磁環境；無意電磁騷擾環境是由自然電磁輻射、軍民電磁應用系統電磁輻射等共同構成的“騷擾”電磁環境。

根據導航終端復雜電磁環境適應性需求，需要分類研究針對有意電磁毀傷的防護技術、針對有意電磁干擾的對抗技術、針對無意電磁騷擾的兼容技術等：針對有意電磁毀傷的防護技術主要包括切斷前門、后門耦合途徑的屏蔽、濾波等技術；針對有意電磁干擾的對抗技術主要包括濾除有意干擾的時間域、頻率域、空間域自適應濾波等技術；針對無意電磁騷擾的兼容技術主要包括射頻通道(寬動態銳截止)設計、雷電規避設計、靜電規避設計等技術[8]。

1.4 CEE適應性指標體系框架

根據導航終端面臨復雜電磁環境、導航終端復雜電磁環境效應、導航終端復雜電磁環境適應性技術，遵循導航終端指標的整體性、關聯性、操作性、發展性等原則，來構建科學、合理的復雜電磁環境適應性指標體系框架。

導航終端復雜電磁環境適應性指標體系由復雜電磁環境特征指標和復雜電磁環境效應指標組成：根據導航終端所面臨的復雜電磁環境，分類構建由有意電磁毀傷環境特征指標、有意電磁干擾環境特征指標、無意電磁騷擾環境特征指標組成的復雜電磁環境特征指標；根據復雜電磁環境對導航終端所產生的影響、導航終端可采取的復雜電磁環境適應性技術，構建由新增指標、部分原有指標項目及適應性新要求、部分原有指標組成的復雜電磁環境效應指標。

2 適應性指標體系

導航終端復雜電磁環境適應性指標體系如圖1所示。圖中實線框內為保持不變(即無需調整)的部分原有指標，短劃線框內為部分原有指標項目及適應性新要求，點劃線框內為新增指標。

2.1 復雜電磁環境特征指標

2.1.1 有意電磁毀傷環境特征指標

鑒于高空核爆炸的代價昂貴、作用范圍廣，且受核不擴散條約限制、實施可能性小等因素，有意電磁毀傷環境的構成要素主要考慮高功率微波彈、電磁脈沖彈、高功率微波發射系統，相應的特征參數有脈沖寬度、脈沖重復頻率、脈沖峰值功率、電磁頻譜、電磁能量、耦合途徑等。

2.1.2 有意電磁干擾環境特征指標

有意電磁干擾環境的構成要素主要考慮雷達干擾、通信干擾、導航干擾等，其特征參數有部署方式、干擾類型、樣式、密度、數量、頻率、功率等。

干擾的部署方式決定了干擾的作用范圍、作用時間等：部署于空中，作用范圍大，但作用時間、干擾功率等受限；部署于地面，干擾功率、作用時間不是問題，但作用范圍受限于地球曲率、地形起伏、建筑物遮擋等因素。雷達干擾類型主要包括壓制式干擾和欺騙式干擾，其中壓制式干擾細分為窄帶瞄準、寬帶阻塞干擾等，欺騙式干擾細分為距離波門拖引、速度波門拖引和假目標干擾等；通信干擾類型包括壓制式干擾和跟蹤式干擾，其中壓制式干擾細分為瞄準、攔阻、梳狀譜、掃頻、多目標干擾等；導航干擾類型包括壓制式干擾和欺騙式干擾，欺騙式干擾細分為轉發式、再生式干擾。

2.1.3 無意電磁騷擾環境特征指標

無意電磁騷擾環境是由自然電磁輻射，以及民用、軍用電磁應用系統電磁輻射等共同構成的電磁環境。

自然電磁環境的構成要素主要考慮靜電放電、雷電、電子噪聲等：靜電放電的特征參數為放電模式、放電電流變化速率等[9]；雷電的特征參數為間接效應(雷電直接效應為物理效應)中再擊、多重雷擊、多重脈沖組的電流分量參數[10]；設備內部元器件電子噪聲的特征參數為熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲、1/f噪聲、天線噪聲。

民用電磁應用系統主要包括廣播電視、移動通信站臺、氣象雷達、民用導航站等，其特征參數為信號類型、樣式、密度、數量、頻率、功率等。

軍用電磁應用系統主要包括雷達、通信、光電、制導、導航、敵我識別、無線電引信、測控等[11]，特征參數為信號類型、樣式、密度、數量、頻率、功率等；其中信號類型包括雷達信號、通信信號，無線電引信信號、制導信號、塔康信號、敵我識別信號等。

2.2 復雜電磁環境效應指標

導航終端復雜電磁環境效應指標由部分原有指標、部分原有指標項目及適應性新要求、新增指標共3部分組成。

原有指標中無需調整的指標包括接收靈敏度、定位測速更新率、接收通道數、動態適應性、續航時間、可靠性、維修性、內外接口、保密性等；需做適應性調整的指標包括接收信號動態范圍、干擾容限、偽距測量精度、定位測速授時精度、首次定位時間、失鎖重捕時間、電磁兼容性、外觀尺寸、重量功耗等；新增指標包括抗毀傷功率、輸入飽和電平、過載恢復時間、輸入1 dB壓縮點、互調截點值、頻率選擇性、靜電電荷控制特性、雷電防護特性、定位通信成功率等。

3 適應性指標體系四性分析

基于電磁環境形成機理、電磁環境效應以及導航終端的復雜電磁環境適應性技術，構建由復雜電磁環境特征指標和復雜電磁環境效應指標組成的導航終端復雜電磁環境適應性指標體系，直觀、清晰地反映復雜電磁環境與導航終端適應性之間的相互作用關系；將復雜電磁環境特征指標分解為有意電磁毀傷環境特征指標、有意電磁干擾環境特征指標和無意電磁騷擾環境特征指標，全面、針對性細致地表征導航終端面臨復雜電磁環境；復雜電磁環境效應指標整合為導航終端新增指標、部分原有指標項目及適應性新要求、部分原有指標，體現了指標的發展性以及指標間的相容、一致關系。

導航終端適應性指標體系的架構合理、要素全面、關系相容，指標的名稱簡潔、涵義明確，滿足指標體系的整體性、關聯性、操作性、發展性要求。

4 結束語

本文按照導航終端指標體系的整體性、關聯性、操作性、發展性要求，構建了基于導航終端的復雜電磁環境考驗、復雜電磁環境效應、復雜電磁環境適應性技術的導航終端復雜電磁環境適應性指標體系，確保指標體系自始至終作用于導航終端全壽命周期，以長效增強導航終端復雜電磁環境適應性，充分發揮衛星導航系統的戰略支援保障效能。

[1] 王汝群.戰場電磁環境[M].北京：解放軍出版社，2006.

[2] 孔亞盟.雷達導引頭面臨的復雜戰場環境及其適應能力的綜合評估研究[D].長沙：國防科技大學，2014：25-40.

[3] 文綺.復雜電磁環境復雜度度量[D].成都：電子科技大學，2016.

[4] 楊元喜.北斗衛星導航系統的進展、貢獻與挑戰[J].測繪學報，2010，39(1)：1-6.

[5] 譚述森.廣義RDSS全球定位報告系統[M].北京：國防工業出版社，2011.

[6] US Department of Defense.Electromagnetic environment effects requirements for systems：MIL-STD-464A[EB/OL].(2012-05-14)[2017-05-18].http：//www.docin.com/p-401683503.html.

[7] US Department of defense.Electromagnetic environment effects requirements for systems：MIL-STD-464C[EB/OL].(2015-04-16)[2017-05-18].https：//snebulos.mit.edu/projects/reference/MIL-STD/MIL-STD-464C.pdf.

[8] 李琳，譚述森.BDS用戶設備的電磁兼容現狀及進展[J].導航定位學報，2015，3(4)：1-7.

[9] 全國電磁兼容標準化技術委員會.電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗：GB/T 17626.2-2006[S].北京：中國標準出版社，2006：1-24.

[10] RTCA，Inc.Environmental conditions and test procedures for airborne equipment：RTCA/DO-160F[EB/OL].(2009-10-12)[2017-05-18].http：//mercury.pr.erau.edu/～lyallj/SC135/Rev_G/RefDocs/Section_26_revised_JSK9_19.pdf.

[11] 曾亮，戴靜波，張巍.聯合作戰想定中的復雜電磁環境建模技術研究[J].系統仿真學報，2010，22(8)：1809-1812.