地形阻挡条件下通信对抗侦察区域计算方法研究

樊 松，蔡青青，沈 楠

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)

地形阻挡条件下通信对抗侦察区域计算方法研究

樊 松，蔡青青，沈 楠

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)

有效、快速地计算通信对抗侦察区域，是指挥员定量掌握装备侦察效能、实施通信对抗侦察行动的重要依据。现有通信对抗侦察区域计算模型主要基于光滑地面假设，较少考虑地形阻挡导致的侦察距离缩小、出现侦察盲区等现象，这在山地作战环境中影响较大。通过分析起伏地面对电波的传播损耗，新建了地形阻挡条件下超短波、短波通信对抗侦察区域计算模型，示例分析表明，所建模型有效、可靠，可为指挥员在山地作战中科学评估装备效能、合理部署侦察装备提供参考依据。

通信对抗；地形阻挡；侦察区域

0 引 言

通信对抗侦察区域是从空间距离角度体现通信对抗侦察装备侦察效能的重要指标，直观反映了侦察站能够及时发现敌方电磁目标的有效范围，其计算结果是指挥员进行侦察兵力部署、构设通信对抗侦察网的重要依据。

然而，现有通信对抗侦察区域计算模型[1]主要基于光滑地面假设，实际侦察范围往往与理论计算结果存在一定差距，在山地作战中尤为明显。原因在于山地地表的起伏变化抑制了电磁波的传播，地面障碍物的存在造成了电磁波的反射和吸收等现象[2]，导致实际侦察范围远小于理论值。为此，针对山地作战现实需求，在分析起伏地面对电波传播损耗影响的基础上，新建了地形阻挡条件下通信对抗侦察区域计算模型。

模型采用地理坐标系建立，为简化处理，假设：(1)不考虑传输损耗、大气衰减等因素的影响；(2)目标电台和侦察机传输线以及装置的损耗用常数表示；(3)根据计算需要，模型中的电台只考虑常规工作模式。

1 地形阻挡条件下超短波通信对抗侦察区域计算

超短波通信因其频段宽、通信容量大、通信质量高和保密性强等特点，常被作为战术通信，但也因其波长短，传播以直线为主，受视距限制且易被障碍物反射和吸收，因此在山地环境中部署超短波通信对抗侦察站时，需要考虑起伏地形的阻挡影响，判断侦察机在各个侦察方向上的实际作用距离。

1.1 超短波通信对抗侦察区域计算的逻辑流程

超短波通信主要以视距传播，侦察区域计算模型的算法流程如图1所示。

1.2 超短波通信对抗侦察区域的计算方法

Step1：计算超短波通信对抗侦察最大距离

设超短波通信发射机功率为Pc(单位：W)，通信发射天线在侦察机方向上的增益为Gcr(单位：倍)，通信与超短波通信对抗侦察机之间的距离为R(单位：km)，则在自由空间传播的条件下，超短波通信对抗侦察最大距离为：

(1)

式中:Rmax为超短波通信对抗侦察最大距离(单位：km)；Grc为侦察天线在通信方向上(指向通信发射电台)的增益(单位：倍)；γ为侦察天线与辐射信号的极化损失；λ为通信工作波长(单位：m)；Prmin为最小可测信号功率(单位：W)。

考虑有关传输线和装置的损耗及其他损失条件，设总的损耗及损失为L，对超短波通信对抗侦察方程进行修正[1]：

(2)

Step2：计算侦察天线与发射天线的直视距离

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侦察机对目标的直视距离受到限制。在考虑大气折射的条件下，超短波通信对抗侦察机受地球曲率影响的直视距离为：

(3)

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为超短波通信对抗侦察机高度(天线高度+海拔高度)(m)。

Step3：计算侦察站在无地形阻挡下的侦察作用距离(单位：km)为：

(4)

Step4：考虑地形阻挡影响，计算侦察机各方向上的实际侦察距离

计算侦察机与最近山体阻挡点距离Rshade,侦察站实际侦察距离为：

(5)

Step5：计算地形阻挡条件下，超短波通信对抗侦察区域

模型计算结束。

2 地形阻挡条件下短波通信对抗侦察区域计算

短波通信又称高频无线电通信，也是军用无线电通信的主要方式之一，具有建立通信迅速，便于机动，能同运动中的、方位不明的以及被对方分割或自然障碍阻隔的部队进行通信联络等优点。短波传播方式有天波和地波2种，战术范围内短波通信以地波方式传播，因此，文中主要考虑山体阻挡对短波地波传播的影响。如图3所示，D为侦察机、T为发射机，×为山体阻挡点。

[3]中,模型假设：

(1) 若单峰高度大于波长2倍(h/λ≥2),则不能绕射，被阻挡；

(6)

(7)

(3) 若有多刃峰，将其简化为依次绕射n个单刃峰。

2.1 短波通信对抗侦察区域计算的逻辑流程

此时，短波通信对抗侦察区域计算模型的算法流程如图4所示。

2.2 短波通信对抗侦察区域的计算方法

Step1：计算无地形阻挡下，短波通信对抗侦察距离

假设电波沿均匀光滑平面地传播，地对地短波通信对抗侦察作用距离为：

(8)

式中：Rmax为地对地短波通信对抗侦察作用距离(km)；Pt为短波通信电台的发射功率(W)；Gt为通信发射机天线在通信接收机方向上的增益(倍)；Grt为通信接收机天线在通信发射机方向上的增益(倍)；γ为侦察天线与辐射信号的极化损失；λ为地对地指挥引导通信工作波长(m)；Prmin为通信接收机灵敏度(W)；L为系统损耗因子(倍)；W为地面衰减因子(倍)。

当通信天线低架于地面(天线架设高度比波长小得多)，且最大辐射方向沿着地面时，电波主要以地面波方式传播。这时，影响电波传播的主要因素是地面条件。地面对电波传播的影响主要表现在两个方面[4]：一是地面的不平坦性，一是地面的地质情况。前者战时可通过战术上阵地的选择来回避，而后者则是从地面土壤的电气性质来研究对电波传播的影响，可用下式来表示：

(9)

当x>25时，近似有：

(10)

式中：x=lRmax，并有：

(11)

式中：ε为地面相对介电常数；σ为地面电导率。

从而得出无地形阻挡下，短波通信对抗侦察机作用距离(单位：km)：

(12)

Step2：针对短波通信对抗侦察站，依次计算0～360°方位上的侦察距离。

Step3：若该方位上无阻挡，则侦察距离为Rmax。

Step4：若该方位上有I个山峰阻挡，依次取出第i个山峰(1≤i≤I),侦察距离R=0(初始侦察距离)：

(1) 计算第i-1至i个山峰之间的距离ri。

(3) 计算电波翻越第i个山峰后的传播距离Ri=Req-R。

(4) 计算单峰高度与波长比值hi/λ：

①若hi/λ≥2且ri≤Ri，则R+=ri，结束(侦察距离远，但被阻挡)；

②若hi/λ≥2且ri>Ri，则R+=Ri，结束(侦察距离近，若再远会被阻挡)；

③若hi/λ<2且ri≥Ri，则R+=Ri，结束(侦察距离近，即使再远不会被阻挡)；

④若hi/λ<2且ri

从而得出地形阻挡下，短波通信对抗侦察机作用距离Rshade=R(单位：km)。

Step5：计算地形阻挡条件下，短波通信对抗侦察区域

短波通信对抗侦察区域是以侦察机位置为圆心，以各方向上侦察作用距离Rmax(无山体阻挡)或Rshade(有山体阻挡时)的顶点包络线内部区域集合。

模型计算结束。

3 示例分析

短波通信电台的发射功率Pt为3 000 W，发射天线增益Gtr为3 dB，工作波长λ为30 m，地表为干燥地，介电常数为4，电导率为0.001，短波通信对抗侦察站的经纬度和高程坐标为(110，20，200)，侦察接收机的灵敏度Prmin为0.5×10-11W，其接收机天线在电台方向上的增益Grt为3 dB，假定极化损失系数γ为0.5，损耗系数L为1.76dB。

仿真方案1：侦察站在10°方向上有2个地形遮挡点(110.021 6，20.315 1，200)(距离侦察机13 km)、(110.033 3，20.377 1，20)(距离侦察机20 km)。

仿真方案2：侦察站在10°方向上有2个地形遮挡点(110.021 6，20.315 1，20)(距离侦察机13 km)、(110.033 3，20.377 1，20)(距离侦察机20 km)。

侦察区域的计算结果如下：

(1) 图5是仿真方案1条件下短波通信对抗侦察站的有效侦察区域，此时在10°方向上的侦察距离为13 km，即地形遮挡点(110.021 6，20.315 1，200)处完全遮蔽了短波信号的传播。

(2) 图6是仿真方案2条件下短波通信对抗侦察站的有效侦察区域，此时在10°方向上的侦察距离为22.47 km，当发射机在第2个遮挡点后方2.47 km处，仍然能被有效侦察，在其余方向上的侦察距离为38.05 km。

通过方案1、2计算结果的对比可见，短波的绕射效应决定了短波可以绕过一定高度以下的障碍物继续传播，又因为短波的侦察距离比超短波要远[4]，所以在实际作战中，部署通信对抗侦察力量时，超短波通信侦察站需要抵前配置，且更要求避开障碍物体，保证主要作战方向上的通视。

4 结束语

基于现有通信对抗侦察区域计算模型，考虑了地表起伏和地面障碍物对超短波、短波通信对抗侦察的影响，尤其对短波地波通信的绕射情况进行了重点分析，并给出了绕射后侦察作用距离的计算方法，最后通过计算各个方向上的实际侦察作用距离，得到地形阻挡条件下通信对抗侦察的实际范围。上述工作对指挥员在山地作战中合理部署侦察装备、高效构设通信对抗侦察网具有参考价值。

参考文献

[1] 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.

[2] 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(1)：25-26.

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

[4] ADAMY D L.EW103:Tactical Battlefield Communications Eletronic Warfare[M].楼才义译.北京：电子工业出版社，2010.

ResearchintoComputingMethodofCommunicationCountermeasureReconnaissanceAreaunderTerrainBlockingCondition

FAN Song,CAI Qing-qing,SHEN Nan

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037，China)

Computing the communication countermeasure reconnaissance area effectively and rapidly is an important base for a commander to predominate the reconnaissance efficiency of equipment and perform communication countermeasure recannaissance.Existing computing model of communication countermeasure reconnaissance area is mainly based on supposed smooth ground and considers less about phenomenons of small reconnaissance range and reconnaissance blind area due to terrain blocking,which has great influence in condition of mountanious region campaign.This paper sets up the computing model of ultral-short wave,short wave communication countermeasure reconnaissance area under the condition of terrain blocking.The example analysis shows that the constructed model is effective and credible,can provide reference base for commander to scientifically evaluate the equipment efficiency and deploy reconnaissance equipment in reason.

communication countermeasure;terrain blocking;reconnaissance area

2017-06-26

TN975

A

CN32-1413(2017)06-0062-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.013