复杂战场电磁环境下无人机数据链路干扰预测的方法

王双宇，肜鑫，陈明

1.国防科技大学

2.南部战区

3.驻香港部队

本文介绍无人机通信系统的组成和功能，分析一种可预测无人机数据链路遭受战场辐射源干扰的方法，并论述这种预测方法的三级过程，为构建无人机数据链路的电磁干扰区域与无人机距离、方位间的关系模型奠定基础。

我军高度重视无人机的发展，各种新型无人机相继研制成功并列装部队。无人机凭借独特的优势和先进的性能，已广泛应用于各种军事行动。然而，在未来信息化作战条件下，战场电磁环境日益复杂，来自敌方、我方、军用、民用、人为、自然环境、空中、地面的战场辐射源的种类和数量越来越多，密度越来越大，可能对无人机数据链路产生电磁干扰，无人机在执行任务过程中面临着严峻的考验。如果部队事先预测和分析战场辐射源对无人机数据链路产生的干扰，在执行任务前对无人机航线进行科学规划，便能减少或避免战场辐射源对无人机数据链路的干扰，大大提高无人机的任务成功率。因此，开展复杂战场电磁环境下辐射源对无人机数据链路的干扰预测研究具有重要而现实的意义。

无人机通信系统的组成和功能

无人机通信系统由机载通信设备和地面控制站组成，机载通信设备的数据链路包括遥控链路和遥测链路,如图1所示。

图1 无人机通信系统组成示意图。

数据链路是无人机与地面控制站保持通信联系的通道，无人机只有通过数据链路传输信息和接收控制指令，才能顺利完成任务。而数据链路尤其是遥控链路一旦受到辐射源干扰，无人机将失去控制，非但不能完成预定任务，甚至会给无人机带来灾难性后果。

无人机数据链路干扰预测的方法

战场辐射源会对无人机数据链路产生干扰，对这种干扰进行预测，不仅须要确定辐射源的位置信息，还要确定辐射源发射信号的特征信息。因此，敌方辐射源对我方无人机进行干扰的预测分析要依赖情报部门的情报，而敌方辐射源的位置、电磁特征等信息可由友邻部队直接提供。所以，本文主要探讨我方战场辐射源对无人机数据链路产生电磁干扰的预测方法。本文使用的预测方法适用于任何辐射源对无人机数据链路产生的干扰。

研究内容

无人机数据链路电磁干扰预测的最终目的是，在电磁干扰安全裕度内，确定无人机与战场辐射源之间的距离与方位，为无人机作战的航线规划提供依据。由电磁干扰的基本理论可知，无论是复杂或简单系统，电磁干扰与兼容涉及接收机、传输通道、干扰源三个要素。在本文研究中，辐射源作为干扰源，无人机作为被干扰设备，两者形成一个发射响应对。当无人机与战场辐射源在同一个有限空间工作时，本文须要确定无人机是否遭受辐射源的电磁干扰，并分析无人机与战场辐射源之间的距离、方位与这种干扰存在何种关系。

干扰预测方程

A系统地面遥控发射机A1发射的干扰功率通过传输函数和天线函数在接收机处产生有效功率，本文再将该有效功率与接收机的敏感度门限进行比较，可以预测B系统机载遥控接收机B2的电磁干扰。当有效功率小于B2遥控接收机的敏感度门限时，则电磁兼容获得保证。相反，如果有效功率大于敏感度门限，电磁干扰就会发生。这种预测方法适用于各种类型的干扰，可用公式表述为：

式（1）称为干扰预测方程，如果IM为正，辐射源可能对数据链路产生干扰，如果为负，辐射源几乎不会产生干扰。

图2 辐射源对无人机数据链路产生干扰的效果图。

在发射响应对中，发射机除了产生有效功率并发射频率外（基波发射的频率），还产生无用功率并发射频率（杂波发射的频率）。根据电磁干扰预测的内容，接收机可以看作是一种能接受发射机所有信号的设备，即对各种调制和频率特性的无用信号均产生响应。因此，干扰预测方程须要考虑如下四类干扰余量。

1.基波干扰余量FIM：发射机基波发射和接收机基波响应。

2.发射机干扰余量TIM：发射机基波发射和接收机杂波响应。

3.接收机干扰余量RIM：发射机杂波发射和接收机基波响应。

4.杂波干扰余量SIM：发射机杂波发射和接收机杂波响应。

干扰余量的计算与判别服从干扰预测方程。

干扰预测过程

干扰预测方程可体现四类干扰余量。第一级预测过程仅考察发射响应对中的有关频率区间，以缩小预测分析的范围。该级预测以频率关系为对象，以最快的速度筛除明显不产生干扰的余量，保留可能产生干扰的余量。

第二级预测过程对保留下来的干扰余量进行进一步分析，将围绕发射响应对的干扰电平进行预测计算。为保证电磁干扰的安全裕度，本文建立发射机模型、接收机模型、天线模型、传输模型的同时，较粗略地考虑各要素间频率、时间、距离和方位的影响。

从第一级、第二级预测的性质看，两级预测方法可称为快筛选与粗筛选，采用每个输入函数的简单、合理、保守的近似式，将大量微不足道的干扰与强干扰进行分离，不再对前者进行后面各级的预测。这种分级预测方法不仅缩小了问题的范围，同时也符合多目标无人机在同一空域飞行的冗余要求。

当己方须要更为精确的电磁干扰预测结果时，可对粗筛选（第二级预测）结果中的干扰余量进行修正，这一过程称为细筛选。修正的方法是，在粗筛选所确定的发射机模型、接收机模型基础上，建立依赖于频率、方位、距离及时间的天线模型和传输模型，计算出最终的干扰余量，并对最终干扰余量进行分析判定，获得无人机数据链路电磁干扰与多目标无人机距离、方位之间关系的结论。

总结

在复杂战场电磁环境下，多目标无人机作战运用必须考虑无人机数据链路的电磁干扰问题。有关数据链路电磁干扰预测的方法研究体现了战场无线电频谱管理的重要性。在未来信息化战场上，电磁信号异常密集，如果我方缺乏频谱资源的合理利用，军事系统的协谐能力将会受到严重制约，即使是具有先进抗干扰体制和技术的电子信息系统也难以发挥效能。因此，在加强电磁干扰预测的基础上，我军还应充分重视战场的频谱管理，避免陷入自我干扰的被动局面。