舰艇短波通信干扰距离的计算

2016-01-21韩龙

通信技术 2015年6期

韩　龙

(海军大连舰艇学院通信系,辽宁大连 116018)

摘　要：针对常用通信干扰距离估算方法精度不高、适应性不强且不便于利用计算机计算的问题，以短波场强计算为基础，结合舰艇通信对抗战术计算方法，推导并给出了地波最大干扰距离、天波最小和最大干扰距离的计算模型、方法和步骤，对模型进行了仿真，并通过定性分析和与实际数据的定量对比分析，验证了模型的准确性和实用性，为实际应用中利用计算机估算有效通信干扰距离提供了有效可靠方法。

关键词：干扰距离；场强；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

舰艇短波通信干扰距离的计算

韩龙

(海军大连舰艇学院通信系,辽宁大连 116018)

摘要：针对常用通信干扰距离估算方法精度不高、适应性不强且不便于利用计算机计算的问题，以短波场强计算为基础，结合舰艇通信对抗战术计算方法，推导并给出了地波最大干扰距离、天波最小和最大干扰距离的计算模型、方法和步骤，对模型进行了仿真，并通过定性分析和与实际数据的定量对比分析，验证了模型的准确性和实用性，为实际应用中利用计算机估算有效通信干扰距离提供了有效可靠方法。

关键词：干扰距离；场强；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

收稿日期：2015-01-22；修回日期：2015-04-20Received date:2015-01-22；Revised date：2015-04-20

中图分类号：TN911

文献标志码：码：A

文章编号：号：1002-0802(2015)06-0682-05

Abstract：Aiming at problems that the current calculation methods for communication jammed distance are not so accurate ,not so widely suitable and not so available to computer calculation, the models, methods and procedures are deduced for calculating maximum jammed distance of HF ground wave communication, and for calculating maximum and minimum jammed distance of HF sky wave communication, based on calculation of short wave field strength and methods of shipborne communication countermeasure tactical calculation. Simulation experiment indicates the accuracy and practicability of these models. Qualitative analysis and comparison with actual data show that this could provide a reliable and suitable method for effectively estimating communication jammed distance by means of computer.

作者简介：

Calculation of Jamming Distance in Shipborne HF Communication

HAN Long

(Department of Communication, Dalian Navy Academy,Dalian Liaoning 116018, China)

Key words：jammed distance; field strength; HF ground wave HF sky wave

0引言

舰艇短波通信干扰距离是水面舰艇通信对抗的重要指标，是给定条件下能否实施有效干扰的判断依据，是干扰兵力阵位选择时必须考虑的重要战术指标。目前干扰距离的确定通常是依据经验估计、查询有关图表或通过演习获取[1]；这种方法往往精确度不高，适应性不强且效率低，很难满足实际需要，从而限制了通信干扰资源效能的充分发挥。为了给出能够满足实际使用要求的估算方法，结合舰艇通信对抗的作战实际，以短波地波和天波场强的计算为基础，推导并给出了舰艇短波通信干扰距离估算法方法和步骤，为软件编程和利用计算机估算干扰距离提供了方法，一定程度上弥补了现有方法的不足，具有十分重要的意义。

1短波传播场强的计算

根据无线电传播理论，短波传播有地波和天波两种途径，下面分别给出两种途径下场强的计算公式。

1.1地波场强的计算

地波是指沿地球表面传播的电磁波，其传播主要受地表(海面)电特性的影响，地波场强的计算公式[2](忽略地球曲率影响时)为：

(1)

(2)

(3)

式中：E为地波场强，P为发射天线辐射功率，D为发射天线的方向性系数，r为传播距离，λ为波长，εr 为相对介电常数，σ为电导率。

图1　海上短波地波场强曲线图

1.2天波场强的计算

天波是指经高空电离层反射回地面的电磁波，其传播主要受电离层状态的影响，天波场强的计算公式[2,5]为：

E=137.2+20lgf(MHz)+10lgP(kW)+G-Lb(dB)

(4)

式中：f为频率，P为发射功率，G为天线增益，Lb为天波基本传输损耗，包括自由空间传输损耗Lbf、电离层吸收损耗Li 、地面反射损耗Lg和系统额外损耗Yp ；其中，Lbf和Li计算公式如下：

Lbf=32.44+20lgf(MHz)+20lgr(km)

(5)

(6)

(7)

地波和天波场强的计算是通信干扰距离计算的基础，下面根据以上计算，结合有关的通信对抗战术计算方法，给出通信干扰距离估算的模型、方法和步骤，并进行一定的仿真计算和分析。

2通信干扰距离的计算模型

根据短波传播途径的不同，通信干扰距离的计算分地波最大干扰距离的计算、天波最小干扰距离的计算和天波最大干扰距离的计算；压制系数是通信干扰距离计算的依据，它是指当干扰奏效时接收机输入端的最小干扰功率和和信号功率之比，根据电磁波传播理论，压制系数也可用场强表示为：

(8)

式中:K为压制系数，Ej为干扰场强，Es为通信场强。

下面在场强计算的基础上，以上式为依据，推导并给出干扰距离计算的方法和步骤。

2.1地波最大干扰距离的估算

当战术上允许我方干扰兵力在距敌较近的位置对其实施干扰时采用地波干扰，此时问题的实质为已知敌通信双方位置、通信信号参数、传播途径上的电特性和战术上要求的压制系数，根据己方干扰资源估算己方干扰兵力最远配置在距敌多大的距离上能保持有效干扰。

地波干扰时干扰距离可按下式计算：

(9)

由于舰艇活动的区域在海上，因此Aj以海面的电参数计算，当敌通信也为地波传播时，上式变为：

(10)

当敌通信双方均位于海上时上式可以进一步简化为：

(11)

可以看出，此时干扰距离只与干扰天线的辐射功率有关，因此，实际中要根据己方干扰装备的能力估算地波最大干扰距离。

2.2天波最小干扰距离的估算

当己方距敌较远或战术上不允许接近时，用天波对其通信实施干扰。根据电磁波传播理论，天波传播时，随着干扰距离的减小，信号对电离层的入射角也减小，到达某一程度时，将不再有信号反射回地面，称为越距现象，此时的干扰距离为最小干扰距离。最小干扰距离主要受电离层状态的影响，有关电离层状态的准确计算十分复杂，在实际的估算中也无必要，下面给出在估算或仿真时最小干扰距离的计算方法和步骤。

图2　E层临界频率

步骤1：最高可用频率的确定。根据电波传播理论，电波要经电离层反射回地面，其频率不能高于某一值，称为最高可用频率，可用下式计算：

MUF=FOE·secφ

(12)

(13)

式中：φ为电波的入射角，FOE称为临界频率，χ′为与太阳天顶角有关的参数，取值如下：

(14)

式中：χ为太阳天顶角。

E层的最高可用频率确定时通常取入射角φ为110 km高处的，记为i110，此时seci110按下式计算：

(15)

式中：D为干扰距离，R为地球平均半径，取6 370 km。

步骤2：若计算得到的最高可用频率小于敌通信频率，则不能用天波实施干扰；若大于敌通信频率，进行步骤3。

步骤3：估计反射点的经纬度。根据敌通信方的位置和己方拟实施干扰的位置，粗略估计反射点的经纬度，并换算为本地时间[2]。

步骤4：确定太阳天顶角。根据计算得到的本地时间，在12张太阳天顶角图[3]中找出与时间对应的太阳天顶角。

步骤5：查阅相关资料得到太阳黑子数。

步骤6：根据侦察到的敌通信频率、太阳天顶角和黑子数，按照上面给出的公式用计算机即可求得此时的干扰距离，即为最小干扰距离Dmin。

2.3天波最大干扰距离的估算

天波传播时由于电离层状态的不确定性而存在衰落现象，使接收点场强的幅度的瞬时变化服从瑞利分布，估算得到的天波场强为月中值，在时间上估算值不小于某一场强值的比例可用下式计算[4]：

(16)

式中：t为接收场强不小于场强E值的百分数，E50为场强中值，即接收场强在50%时间上不小于其值的场强值。

图3为场强值的统计分布图，可以看出，90%的时间上场强值比场强中值低8.18 dB，10%的时间上比场强中值高5.1 dB。因此，为了保证场强值的可靠性和有一定的余量，在计算中只需适当考虑影响较大的损耗即可。

图3　电离层衰落分布图

下面给出天波最大干扰距离的估算方法和步骤：

步骤1：确定最高可用频率。按照上面给出的方法确定最高可用频率，若小于敌通信频率，则不能用天波实施有效干扰；若大于敌通信频率，进行下一步。

步骤3：估计反射点的经纬度。根据敌通信方的位置和己方拟实施干扰的位置，粗略估计反射点的经纬度，并将其换算为本地时间[2]。

步骤4：查询太阳天顶角和太阳黑子数。根据上一步得到的本地时间，在有关资料[2]中查询得到此时的太阳天顶角和黑子数。

步骤5：计算电离层吸收系数I。根据上一步的结果按公式(6)计算吸收系数I。

步骤6：计算天波传播途径上的距离(斜距)。根据电波传播理论，经一次电离层反射的斜距可用下式[3]求得：

(17)

(18)

(19)

式中：r为斜距，d为干扰距离(大圆距离)，h为反射层高度。

图4　不同纬度的吸收系数

步骤7：确定最大干扰距离。天波传播基本损耗中，地面反射损耗Lg一般每增加一次反射2 dB，一跳时不予考虑；系统额外损耗是除上面三种损耗外的其他各种原因引起的损耗，是一个不稳定的参数，其值与很多因素有关，实际应用中只需根据经验取值即可；自由空间传播损耗和电离层吸收损耗可分别按照上面给出的公式计算，其中电波传播途径上的长度r为斜距，将以上计算的结果代入天波场强计算公式中，利用计算机采用逐步逼近的方法便可求出此时的最大干扰距离。

图5　不同反射高度时斜距与干扰距离关系曲线

3结束语

干扰距离的估算是以作战使用为前提，根据海军作战环境的特点和舰载通信装备，在短波通信(干扰)场强计算的基础上，结合电波传播理论和通信对抗战术计算方法，给出了简洁实用的舰艇短波通信干扰距离估算模型、方法和步骤，并对模型进行了仿真，通过与实际数据对比分析，得出了一致结论，验证了模型的准确性和可靠性。根据这些模型和方法，便可利用计算机快速进行计算，具有很好的实际应用价值。

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