基于電場(chǎng)強(qiáng)度的一種超短波干擾壓制區(qū)估算方法

劉家昊，章小梅

（海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041）

超短波干擾壓制區(qū)是實(shí)施通信干擾時(shí)的重要戰(zhàn)術(shù)參數(shù)，以往該區(qū)域的選擇是通過(guò)以往通信對(duì)抗演習(xí)實(shí)例或各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，是一種經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)而不是系統(tǒng)的理論所得，因此在實(shí)際應(yīng)用中不利于作戰(zhàn)效能的發(fā)揮[1]。超短波通信干擾壓制區(qū)的快速估算是通信指揮人員評(píng)估通信態(tài)勢(shì)的重要組成部分，而態(tài)勢(shì)評(píng)估可以為作戰(zhàn)過(guò)程提供有效決策信息的支撐，未來(lái)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)瞬息萬(wàn)變，準(zhǔn)確高效信息的提供將會(huì)有助于快速調(diào)整通信過(guò)程的組織及運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)[2]。目前超短波干擾壓制區(qū)的估算僅有一些經(jīng)驗(yàn)公式，但在目前并沒(méi)有表現(xiàn)為一個(gè)高效快速的估算流程[3]。文中根據(jù)海軍航空兵作戰(zhàn)特點(diǎn)，結(jié)合海陸相間的信號(hào)傳播環(huán)境，研究了一種完整而簡(jiǎn)潔的估算流程。

1 場(chǎng)強(qiáng)影響因素及計(jì)算方法

依照海軍航空兵演習(xí)或作戰(zhàn)的特點(diǎn)，通信雙方可設(shè)置為海上空域巡邏戰(zhàn)機(jī)及地面通信站，干擾方可考慮近海的地面干擾源，由于文中研究為海上作戰(zhàn)環(huán)境，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下。

表1 傳播介質(zhì)參數(shù)

超短波的傳播方式有視距傳播與超視距傳播，其中超視距傳播是指對(duì)流層散射傳播[4]。該傳播方式利用了低空對(duì)流層的不均勻介質(zhì)團(tuán)電波的散射特性[5]。對(duì)于實(shí)際作戰(zhàn)通信來(lái)說(shuō)，超短波受低空對(duì)流層不均勻性的影響以及自然現(xiàn)象中云霧雨等引起的噪聲和吸收也較小[6]，因此實(shí)際應(yīng)用中往往使用視距傳輸?shù)姆绞剑匆揽渴瞻l(fā)天線間電波的直線傳播。

假定信號(hào)在自由空間傳播，該過(guò)程中不會(huì)有能量損耗，且不考慮方向性問(wèn)題。

即S=Pt+Gt-20lgr-71，其中S為功率密度，單位：W/m2；Pt為輻射功率，單位：dBW；Gt為發(fā)射天線增益，單位：dB；r為傳播路徑距離，單位：km。

又因?yàn)棣?=120π，故E=S+145.8，此時(shí)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為E=74.8+Pt+Gt-20lgr。

當(dāng)信號(hào)在真實(shí)空間（海上作戰(zhàn)環(huán)境）傳播時(shí)，除考慮直達(dá)波傳播規(guī)律外，還有以下幾個(gè)影響參數(shù)：

1）A為傳播衰減因子，單位：dB，考慮地面反射，此時(shí)接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為直達(dá)波與地面或海面反射波的疊加[7]，見(jiàn)圖 1。

圖1 平滑地面的反射

故接收點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)疊加波場(chǎng)強(qiáng)為：

故傳播損耗因子為：

對(duì)于不滿足反射條件的傳播，A=0。

2）Ag為大氣吸收衰減因子，單位：dB。該因子主要為氧氣和水汽吸收的總衰減，大氣中的水汽和氧氣主要分布在低層大氣中[10]，但其密度是分布隨機(jī)的，通常會(huì)隨高度升高而降低[11]，因此要引入等效高度的概念，同時(shí)還要考慮仰角、溫度等因素的影響。

γ0、γw為氧氣和水汽的衰減率；Δγ0為氧氣衰減修正，單位：dB/km；Δγw為水汽衰減修正，單位：dB/km；h0為氧氣吸收等效高度，單位：km；hw為水汽吸收等效高度，單位：km；hs為地球海拔高度，單位：km；θ為仰角，單位：°；t為地面氣溫，單位：℃；ρ為地面水汽密度，單位：g/m3；re為等效地球半徑，單位：km；k為年平均等效地球半徑因子。地面水汽密度與地面氣溫需根據(jù)海域情況進(jìn)行選取。

3）云霧衰減 A1，單位：dB，如式（6）所示。

表2 云霧參數(shù)

4）A2為繞射損耗，單位：dB，在超短波通信過(guò)程中，如果第一菲涅爾橢球內(nèi)的超短波信號(hào)被地面或地物遮擋，那么將發(fā)生繞射現(xiàn)象。由于損耗與遮擋物的電氣特性、大小形狀以及射線距遮擋物的高度有關(guān)[13]，因此當(dāng)物體發(fā)生繞射時(shí)，應(yīng)判斷有一種或哪幾種遮擋物，進(jìn)而計(jì)算繞射損耗。飛機(jī)在飛行時(shí)，由于自身機(jī)位的變化有時(shí)會(huì)遮擋通信信號(hào)的收發(fā)，從而影響通信效果，也可以看成近點(diǎn)繞射問(wèn)題。

5）海陸傳播：在實(shí)際作戰(zhàn)中，往往會(huì)碰到超短波信號(hào)在幾種不同性質(zhì)的地面上傳播的問(wèn)題[14]。例如：陸地-海洋的突變，因此必須考慮計(jì)算方法。

圖2 兩段不同性質(zhì)地面?zhèn)鞑ナ疽鈭D

如圖2所示，AB與BC段大地的相對(duì)介電系數(shù)與大地電導(dǎo)率不同，因此是兩種大地介質(zhì)，計(jì)算A點(diǎn)發(fā)出至C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可考慮分段計(jì)算。

結(jié)合文中所述損耗及自由空間場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算可知：

2 海上干擾壓制區(qū)的估算

根據(jù)環(huán)境不同，當(dāng)超短波通信的干擾壓制系數(shù)為2～4 dB時(shí)可壓制通信過(guò)程，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方法[18]，利用所設(shè)計(jì)估算流程進(jìn)行驗(yàn)證，考慮天線的方向性問(wèn)題，參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 通信參數(shù)

此時(shí)干擾區(qū)域天氣為高層云，通信區(qū)域天氣為中霧，可知通信距離及干擾壓制距離分別為194 km、257 km，可求得在該環(huán)境下的干擾壓制系數(shù)。

此時(shí)恰好壓制超短波通信過(guò)程，且符合干擾壓制系數(shù)的壓制范圍，故文中所設(shè)計(jì)流程具有一定可行性。

結(jié)合場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式，干擾壓制區(qū)估算流程如下所示：

1）計(jì)算自由空間內(nèi)某一確定點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)；

2）考慮海上作戰(zhàn)特點(diǎn)與環(huán)境參數(shù)，結(jié)合超短波通信傳播的特點(diǎn)，計(jì)算路徑傳播過(guò)程中的衰減；

3）分別計(jì)算接收點(diǎn)以及通信發(fā)射點(diǎn)的干擾與通信場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而利用有效干擾條件計(jì)算干擾壓制距離，求出干擾壓制區(qū)。

圖3 干擾壓制區(qū)估算流程圖

3 結(jié) 論

文中超短波干擾壓制區(qū)域的計(jì)算涉及了電波傳播理論，以電場(chǎng)強(qiáng)度的形式對(duì)有效干擾進(jìn)行描述，與以功率比為判別條件的通信干擾方程有所不同[19]。利用場(chǎng)強(qiáng)可以對(duì)傳播路徑上某一點(diǎn)處能量變化進(jìn)行細(xì)致的分析與考慮，對(duì)影響因素進(jìn)行更細(xì)致、準(zhǔn)確的估算。利用文中設(shè)計(jì)的估算方法可快速估算海上作戰(zhàn)或陸海結(jié)合環(huán)境下干擾壓制區(qū)域的范圍，對(duì)海上作戰(zhàn)環(huán)境下實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)的獲取以及快速作出指揮判決具有重要意義。