舰艇编队电子设备间干扰仿真分析技术研究

2015-02-01杨文进

舰船电子对抗 2015年3期

关键词：电磁兼容仿真分析干扰

杨文进，李　博，金　虎

(1.驻北京作战系统军事代表室，北京100094；2.中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094；

3.解放军91404部队，秦皇岛066001)

舰艇编队电子设备间干扰仿真分析技术研究

杨文进1，李博2，金虎3

(1.驻北京作战系统军事代表室，北京100094；2.中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094；

3.解放军91404部队，秦皇岛066001)

摘要：针对舰艇编队电子设备的频谱冲突问题，分析了确定式分析方法存在的问题，提出了一种基于干扰链路仿真的干扰分析技术，作为确定式干扰分析技术的补充，提高干扰分析的准确性。

关键词：多平台；电磁兼容；干扰；仿真分析

Research into The Simulation Analysis Technologies of Interference among

Electronic Equipments of Ship Formation

YANG Wen-jin1，LI Bo2，JIN Hu3

1.Combat System Quality Management Office,Beijing 100094,China;

2.System Engineering Research Institute,Beijing 100094,China;

3.Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Abstract:Aiming at the problem of spectrum conflict among electronic equipments of ship formation,this paper analyzes the problems existed in the deterministic analysis method,puts forward an interference analyzing technology based on interference link simulation,which is taken as the supplement of deterministic interference analyzing technology to enhance the accuracy of interference analysis.

Key words:multi-platform;electromagnetic compatibility;interference；simulation analysis

0引言

随着舰载设备信息化程度越来越高，单平台上集成的用频设备数量也越来越多。因此，海上编队作战区域用频设备高度密集，例如美军一个航母战斗编队的无线电发射源超过2 400个，在舰艇编队重要的作战方向，电磁发射源数量会更高，密度会更大。而且，目前大量用频设备都向超宽带、多功能方向发展，致使用频设备之间频谱重叠严重，进而产生跨平台用频设备之间的相互干扰问题，严重影响了编队作战效能。为了对编队内用频设备进行有效的频谱管理，需通过跨平台用频设备间的干扰分析，得到用频设备间潜在干扰情况。目前，针对跨平台用频设备间的干扰分析通常采用的是确定式分析方式，但由于该方式在计算过程中采用了大量的近似和简化处理，使得其难以满足精细化的频谱管理需求。因此，本文通过对确定式分析方法存在问题的分析，提出了一种基于干扰链路仿真的干扰分析技术，作为确定式干扰分析技术的补充。

1确定式干扰分析技术

不同于单平台内部用频设备间的近场干扰，跨平台用频设备间的干扰需要解决的是远场干扰问题[1]。确定式干扰分析技术针对远场传播特点，对用频设备以及干扰链路均进行近似化处理。该方法基于链路预算原则，简单高效，适用于定性分析一对一干扰。分析中通常采用一定的底噪抬升(或称灵敏度损失)作为评估准则确定最大允许的外系统干扰强度，从而获得两系统间隔离度[2]。确定性分析的过程主要是根据系统的发射参数、接收参数和传输参数等，利用相关的数学公式进行相应的计算,从而得出最恶劣情况(或特定情况)下的特定结果。

1.1　确定式干扰分析的设备模型

进行确定式干扰分析首先需要建立用频设备的频谱特性模型。根据确定式干扰分析的计算需求，针对该分析方式建立的设备模型通常基于设备的典型性能指标。以雷达设备为例，所需典型参数包括峰值功率、工作频带、脉冲宽度、脉冲重复频率、频率调制脉冲带宽、射频3 dB带宽、极化方式、天线最大增益、天线仰角波束宽度、天线方位角波束宽度、发射机频谱模板、接收机响应模型等[3]。

其中除发射机频谱模板和接收机响应模型外，相关参数均可通过设备技术手册得到。而设备的发射机频谱模板和接收机响应模型用以描述设备发射机辐射信号的频谱特性以及接收机的响应特性。根据确定式分析的需求，采用分段式的近似处理。例如，发射机频谱模板可采用基于不同带宽对应的衰减值拟合为分段直线来近似，如图1所示。

图1　发射机频谱模板

相对应的拟合后得到的频谱模板函数为(以下边带为例)：

(1)

接收机响应模型的建立方法与发射机频谱模板的建立方法类似，在此不再赘述。从以上设备模型的建立过程可以看出，确定式分析方法对于设备的辐射和接收特性进行大幅度的简化，优点是模型简单，便于提高计算效率；缺点是无法完整体现设备的用频特点，准确度较差。

1.2　确定式干扰分析方法

确定式干扰分析方法中，被干扰设备接收到的干扰功率可由下面公式计算：

(2)

式中:I为接收机所接收到的干扰功率(dBm);Pt为干扰源发射机最大发射功率(dBm);Gt为干扰源发射天线主瓣增益(dB);Gr为受干扰设备接收机接收增益(dB);Lt为发射机插入损耗(dB)，一般取2 dB;Lr为接收机插入损耗(dB)，一般取2 dB;Lp为干扰信号传输损耗(dB);D为频率隔离抑制因子(dB)。

D的计算由ITU-R SM.337建议书[3]给出：

(3)

式中:P(f)为干扰信号的功率谱密度(即发射机频谱模板函数);H(f)为被干扰设备的接收机滤波器频率响应(即接收机响应模型函数);Δf为干扰源工作频率与接收机调谐频率之差。

计算得到接收机所接收到的干扰功率I以后，通过与接收机干扰保护门限进行比较(通常为一固定值)，来判断是否存在干扰。在实际应用中，干扰保护门限可通过查阅相关标准(如民用的ITU-R M.1463、军用的GJB1389A等)或者采用测试方法获取。

2基于干扰链路仿真的干扰分析技术

基于干扰链路仿真的干扰分析技术通过完整地搭建用频设备的发射机模块、信道模块以及接收机模块，仿真整个干扰链路，不仅能够得到干扰功率的大小，还能够仿真干扰对设备性能的影响。

2.1　设备模块仿真

以通信设备为例，基于干扰链路仿真的干扰分析技术对设备模块的仿真主要包括以下几个方面：

(1) 发射模块

发射模块主要用于产生随机信号、交织、编码、调制扩频以及发射。如图2所示，根据通信设备的工作参数以及仿真工具的具体情况，将通信设备仿真模块做如下设定：随机信号由随机数发生模块产生随机的0-1序列。信号编码模块对随机信号进行信道编码。利用信号交织模块完成对信号的交织，之后编码发射。PN序列发生模块对调制信号进行扩频，然后发射。

图2　通信设备发射模块示意

(2) 信道模块

信道模块模拟实际的传输环境，在干扰分析应用中用以引入噪声和其他环境干扰。在实际应用中可根据设备实际的运行环境进行针对性的设置。最简化的处理是采用自由空间传播模型设置，本文中该模块采用加性高斯白噪声(AWGN)信道模型和一个用来叠加信号和噪声的加法器构成。

(3) 接收模块

接收模块主要包括:数字滤波器设计模块实现的滤波器，用来滤除接收信号中不需要的频率成分；信号解调模块，完成对信号的解调；信号解交织模块，完成解交织；信号解码模块，完成解码以还原最终的信号。接收模块如图3所示。

对于雷达设备来说，接收模块应包含雷达信号处理相关部分。

图3　通信设备接收模块示意

2.2　干扰链路仿真

在搭建完各设备模块之后，将待分析发射设备模块、信道模块以及接收模块连接，在输出端增加性能分析模块，进行整个干扰链路的仿真分析，以雷达干扰通信设备为例，如图4所示。

图4主要包括以下模块：有用信号发射模块即图中的有用信号产生模块用于产生通信信号；雷达干扰信号发射模块即图中的雷达信号产生模块用于产生雷达信号；信道模拟模块即图中的AWGN信道模块用于模拟信道传输(可替换为其它传播模型)；通信接收模块即图中的通信接收模块将雷达信号和通信信号叠加后的信号接收并进行处理。其余的部分则用于将信号由连续时间信号变为离散时间信号并将功率归一以便于计算信干比、使信号通过信道并叠加、信号同步以及计算误码率。

其中，对于通信设备的性能分析采用误码率分析模块对还原的信号和经过延时的发送信号进行比较，得出误码率，分析干扰对于设备性能的影响。对于雷达来说，可采用检测概率分析模块进行替换。

仿真结果如图5所示。

由仿真结果可以看出，误码率随着信干比的增加而减小并最终趋于稳定。确定性能门限(对于通信设备来说即为误码率门限)作为判断干扰存在的准则，则能够得出保证雷达对通信设备不产生干扰的信干比。

3结束语

“妨碍或恶化设备完成其预定功能的任何信号称为干扰”，这就意味着干扰是一种对于设备产生影响的作用，而不是一个简单的量化值。通过确定式分析，能够对进入接收机的干扰电平进行粗略的分析，但这仅是对干扰功率的一个衡量，为了能够真正反映对于设备使用的影响，还需要采用基于干扰链路仿真的干扰分析技术对进入接收机的干扰对于接收机性能的作用影响进行分析。