地形阻挡条件下对超短波通信电台定位区的计算方法研究

樊 松， 沈 楠， 卢义成

(电子工程学院,安徽 合肥 230037)

地形阻挡条件下对超短波通信电台定位区的计算方法研究

樊 松， 沈 楠， 卢义成

(电子工程学院,安徽 合肥 230037)

快速、准确计算通信对抗测向定位区,是指挥员定量掌握侦察装备测向、定位效能的重要依据,然而现有定位区计算模型主要基于光滑地面假设,较少考虑由于地形阻挡而产生无法定位的盲区问题,导致现有模型无法适用于山地等存在障碍物的作战环境。为快速甄别盲区,采用了栅格等效的方法,新建了地形阻挡条件下对超短波通信电台可定位区的计算模型,示例分析表明,该模型能有效、快速地对定位盲区做出判断和区分。

地形阻挡; 通信对抗; 可定位区; 栅格等效; 盲区

沈 楠(1983-),男,硕士，讲师。

卢义成(1993-),男,硕士研究生。

通信对抗测向定位,是作战部队战术侦察的重要手段之一,是指挥员获知敌方电台位置,判断敌作战企图,采取作战行动的重要依据。其原理[1]是利用无线电测向设备确定正在工作的辐射源方位[2],通常以配置在适当地点的两个以上的测向站,交会测定辐射源的位置。通信对抗测向定位区,表明能在多大的范围内发现并确定敌方目标电台的位置。

现有测向定位区的计算模型[3],主要基于光滑地面假设,但实际作战尤其是山地作战[4]中,侦察区域内大多存在障碍物,这些障碍物会遮蔽电波的传播,在侦察范围内产生无法定位的盲区,为帮助指挥员迅速排除盲区,在现有计算模型基础上考虑了障碍遮蔽的影响因素,新建了辅助解决盲区甄别问题的可定位区计算模型。

鉴于短波的绕射、折射和反射等效应,山地作战中利用短波测向对目标定位的误差非常大[5],往往不被采用,因此,主要依据超短波信号直线传播的特性,来实现通信对抗目标的测向定位。

1 地形阻挡条件下超短波通信对抗测向定位区计算

模型仅考虑双站定位的情况,考虑山体阻挡对测向站的影响,当目标电台与任一测向站之间因山体阻挡不能通视时,该电台所在位置无法被定位。

1.1 超短波通信对抗测向定位区计算的逻辑流程

超短波通信对抗测向定位区域计算模型的算法流程如图1所示。

图1 超短波通信对抗测向定位区域计算模型的算法流程

1.2 超短波通信对抗测向定位区的计算方法

Step1:计算超短波通信对抗的最大测向距离

若超短波通信对抗测向接收机输入端的最小可测信号功率为Prmin(单位:W),则最大测向距离为

式中，Pc为通信发射机功率，W;Gcr为通信发射天线在测向接收机方向上的增益;Grc为测向天线在通信方向上(指向发射电台)的增益;λ为通信工作波长，m;L为总的损耗及损失。

Step2:计算侦察直视距离

超短波通信信号近似直线传播,故地球表面的弯曲会使超短波通信对抗测向站对目标的直视距离受到限制。在考虑大气折射的条件下,超短波通信对抗测向站受地球曲率影响的直视距离为

式中,Rs为直视距离，km;Ha为通信发射电台高度(天线高度+海拔高度),m;Ht为超短波通信对抗测向站高度(天线高度+海拔高度),m。

Step3:计算测向站在无地形阻挡下的实际测向距离(单位:km)为

Dd·max=min(Rmax,Rs)

Step4:计算无地形阻挡下测向定位区

双机定位时,可定位区域如图2所示,为降低定位模糊区和定位误差,测向线的交会角限制在30°-150°内。

图2 双机定位的定位区域

双站可定位区的面积大小是衡量测向站配置是否合理的重要标志之一。以双站定位为例,设两个测向站的实际作用距离均为Rdmax,则不同站距对应的测向定位区域的形状不同,如图3所示。

图3 不同站距对应的可定位区

图4 双站定位等效区域

为降低建立模型的复杂度,便于可定位区域及盲区的面积计算,文献[3]中将最大可定位区域等效成一个面积相等的矩形区域的方法(图4),将图3中可定位多边形区域的形状等效成面积相等的矩形区域,具体公式见表1。

Step5:获取测向站R1、R2的地理坐标,计算地形阻挡点(×)相对于测向主站R1和副站R2的方位,并形成输入地形列表vecR1TerrainWeather、vecR2TerrainWeather。

Step6:由表1计算无阻挡定位区域的等效矩形ABCD的宽度dWidth和纵深dDepth,确定栅格边长,将矩形ABCD离散成iWidthCount*iDepthCount个小栅格[6]。

Step7:在侦察正面从点A至点B、在侦察纵深从点A至点D,依次取出小栅格[7],判断该栅格能否被R1站测向(bR1Shaded),判断条件:

在地形阻挡点中,若存在一点,使:

1)等效点相对于R1站的方位角,与地形阻挡点相对于R1站的方位角过近,默认R1站与等效点、障碍点连线的夹角在2°以内时,即:

fabs(dAngleR1FlagstrTerrain.iAngle)<2.0

2)等效点与R1站之间,被该地形阻挡点阻拦,即:bR1Shaded=true

判断该小栅格不能被R1站测向。

表1 不同站距下双站等效定位区域计算

图5 超短波通信对抗侦察定位区栅格化等效示意图

Step8:判断该小栅格能否被R2站测向(bR2Shaded),判断条件同Step7。

Step9:若R1站、R2站中有一个无法对某一栅格等效点进行测向,则该栅格点被遮蔽。

得到地形阻挡条件下的超短波通信对抗测向定位区,模型计算结束。

2 示例分析

某型超短波通信电台的发射功率Pt为10W,发射天线增益Gtr为7dB,工作波长λ为6m,通信对抗测向站部署的经纬度和高程坐标为(110,20,200),测向接收机的最小可检测功率Prmin为5×10-9W,其接收天线在通信电台方向上的增益Grt为10dB,损耗系数L为4.7dB,测向副站R2位于主站R1北偏东60°方向上,与主站间隔D=0.597Rd·max[8-9],其中Rdmax表示测向站的最大测向距离。

栅格边长的取值是影响模型计算结果的要素之一[10],选用栅格过大会导致计算精度下降而不能满足作战需要,栅格过小则会增加数据计算量,过长的计算时间不利于把握战机。因此考虑地形阻挡点的实际大小和模型计算的时间等因素,经调试选用500m边长的栅格既能符合可定位区计算精度的需要,又能在很短的时间内得到计算结果,符合战术要求。

各类典型战术背景下的模型计算结果如下:

1)若无地形遮挡,则等效定位区如图6;

2)若在5°方向有一个地形遮挡点(110.0083,20.0895,400),则等效定位区如图7;

3)若在5°方向有一个地形遮挡点(110.0083,20.0895,400)、在50°方向有一个地形遮挡点(110.2569,20.2021,400),则等效定位区如图8。

图6 无地形遮挡时，等效定位区

图7 50°方向有一个地形遮挡点的等效定位区

图8 5°、50°方向各有一地形遮挡点的等效定位区

图中,蓝色区域为可定位区域,白色区域为无法定位区域。可见,作战区域内地形阻挡点的存在,对目标电台的定位产生了不可忽视的影响,指挥员需要对定位盲区有清醒认识,通过合理配置测向站,在主要作战方向上尽可能规避盲区,满足作战过程中对电台目标的定位需求。

3 结束语

结合电子对抗部队山地作战现实需求,基于现有通信对抗测向定位区的计算模型,在考虑地形阻挡条件下出现无法定位的盲区问题,采用将任务区域栅格等效的方法,通过遍历栅格实现盲区的判断和标示,示例分析表明,该模型能够为指挥员快速、准确的判断定位盲区,分辨实际可定位区提供定量参考。

[1] David L.Adamy.EW103:通信电子战[M].楼才义，等译.北京:电子工业出版社,2010.3.

[2] 王本才,何友，王国宏，等.双站纯方位定位中相关问题研究[J].光电工程，2012(1):80-87.

[3] 邵国培，曹志耀，何俊，等.电子对抗作战效能分析[M].北京:军事科学出版社,2013.

[4] 蓝白，韩军，孙晓春.山地战的难点[J].兵器知识，2013(3):15-19.

[5] 宋铮，张建华，黄冶，等.天线与电波传播[M].第3版.西安:西安电子科技大学出版社,2016.

[6] 程子光，姜礼平，朱建冲，等.基于复杂区域栅格化的传感器网络优化部署[J].军事运筹与系统工程，2012，26(2):32-35.

[7] 陈世明，江冀海，吴龙龙，等.受限空间自适应区域栅格化的优化路径规划[J].控制与决策，2012，27(7)：1105-1108.

[8] 陈丹俊，姬生云.测向定位选站辅助决策模型[J].指挥信息系统与技术，2015，6(1):54-58.

[9] 王本才,何友，王国宏，等.双站无源定位最佳配置分析[J].火力与指挥控制，2012，37(2):120-123.

[10] 郭建蓬，罗高健，宋广宁.DEM和蜂窝模型的通信干扰压制区快速计算方法[J].火力与指挥控制，2014，39(1):25-26.

Research on Calculation Method of Locating Area of VHF Communication Station Under Terrain Blocking Condition

FAN Song,SHEN Nan,LU Yi-cheng

(Hefei Inotitute of Electronic Engineering,Hefei 230037,China)

Fast and accurate simulation of communication countermeasure effective positioning area,is an important basis for mastering the commander quantitative reconnaissance equipment location,however,the existing location area calculation model based on the assumption of smooth surface,less consideration of the blind location caused by terrain barrier,which leads that existing model cannot be used as obstacles to mountain combat environment.For the rapid screening of blind spots,by using the method of equivalent grid,a new terrain blocking condition of ultrashort wave communication countermeasure effective location area calculation model is set up.Example analysis shows that the model can effectively and quickly judge and distinguish the positioning of the blind.

terrain blocking; communication countermeasure; locating region; grid equivalent; blind area

TN97；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.011

1673-3819(2017)05-0050-04

2017-06-08

2017-07-20

樊松(1993-),男,江苏兴化人,硕士研究生,研究方向为电子对抗作战效能分析与辅助决策。