干擾壓制系數(shù)在通信對抗態(tài)勢構(gòu)建中的應(yīng)用

孔德強(qiáng)，李文生，王國民

（中國人民解放軍63893部隊(duì)，河南 洛陽 471000）

0 引言

為適應(yīng)軍事斗爭準(zhǔn)備轉(zhuǎn)變和信息化作戰(zhàn)的發(fā)展要求，近年來全軍部隊(duì)深入推進(jìn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的基地訓(xùn)練，這既是創(chuàng)新通信訓(xùn)練的重要實(shí)踐，又是加快生成和提高通信兵體系作戰(zhàn)支撐保障能力的重要舉措。為進(jìn)一步提高訓(xùn)練方案的科學(xué)性與合理性，有效提升參訓(xùn)部隊(duì)的作戰(zhàn)能力，需要在對抗態(tài)勢構(gòu)建上下功夫，使訓(xùn)練態(tài)勢更加符合作戰(zhàn)想定。

對抗態(tài)勢包括對抗的“態(tài)”和“勢”兩方面，“態(tài)”是“勢”的物質(zhì)基礎(chǔ)，“勢”是“態(tài)”在時(shí)空中的綜合表現(xiàn)，“勢”在“態(tài)”的變化中形成，并通過“態(tài)”的改變而釋放。通信對抗是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，對抗態(tài)勢在這個(gè)動(dòng)態(tài)的過程中隨著時(shí)間的變化而變化，但它又有相對穩(wěn)定性，只有當(dāng)對抗?fàn)顟B(tài)發(fā)生質(zhì)的變化時(shí)，才可能引起對抗態(tài)勢的改變。通信兵基地訓(xùn)練的對抗態(tài)勢包括靜態(tài)因素和動(dòng)態(tài)因素，靜態(tài)因素主要包括場區(qū)環(huán)境、作戰(zhàn)能力、兵力部署、戰(zhàn)損等，其中通信距離和干擾距離是通信對抗兵力部署的主要指標(biāo)，是通信兵基地訓(xùn)練對抗態(tài)勢構(gòu)建的關(guān)鍵參數(shù)[1-2]。因此，需要在深入研究參訓(xùn)裝備戰(zhàn)技性能的基礎(chǔ)上，將戰(zhàn)場等效搬移，根據(jù)基地訓(xùn)練條件合理限定對抗雙方的參數(shù)設(shè)置，通過戰(zhàn)術(shù)計(jì)算，得出通信部隊(duì)基地訓(xùn)練中的通信距離和干擾距離，為參訓(xùn)部隊(duì)提供一個(gè)逼真的戰(zhàn)場抗干擾環(huán)境。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 干擾壓制系數(shù)

干擾壓制系數(shù)是通信干擾效能評估中一個(gè)十分常見的效能指標(biāo)，它定義為達(dá)到有效干擾時(shí)，通信接收機(jī)輸入端內(nèi)（或外）的干擾功率與通信信號功率之比[3-5]，表示為：

式（1）中，PJ、PS分別為接收機(jī)接收到的干擾信號功率和通信信號功率，其dB形式的計(jì)算公式分別為：

式（2）中，Pj為干擾機(jī)的發(fā)射功率（單位：dBm），Gjr為干擾機(jī)天線在通信接收機(jī)方向上的增益（單位：dB），Grj為通信接收機(jī)天線在干擾機(jī)方向上的增益（單位：dB），γj為干擾的極化損失（單位：dB），Ljr為干擾信號的基本傳播損耗（單位：dB），Lr為通信接收機(jī)的饋線損耗（單位：dB），Lj為干擾機(jī)的饋線損耗（單位：dB），Brj為由干擾信號和通信接收機(jī)的頻率對準(zhǔn)程度決定的干擾功率進(jìn)入通信接收機(jī)的比值（單位：dB）。式（3）中，Pt為通信發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率（單位：dBm），Gtr為通信發(fā)射機(jī)天線在接收機(jī)方向上的增益（單位：dB），Grt為通信接收機(jī)天線在通信發(fā)射機(jī)方向上的增益（單位：dB），Ltr為通信信號的基本傳播損耗（單位：dB），Lt為通信發(fā)射機(jī)的饋線損耗（單位：dB）。

根據(jù)式（2）、式（3）可以得到干擾信號的基本傳播損耗和通信信號的基本傳播損耗的計(jì)算公式分別為：

1.2 Egli模型

Egli利用美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC，F(xiàn)ederal Communications Commission）所收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對地反射引起的兩射線模型進(jìn)行了修正，得到了一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的傳播模型[6-7]，計(jì)算公式為：

式（4）中，f為頻率（單位MHz），d為距離（單位km），ht為發(fā)射天線高度，hr為接收天線高度。

Egli模型所采用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其通信距離小于50 km，頻率在40～910 MHz之間。該模型中并不包含地面導(dǎo)電率和地面相對介電參數(shù)，所以實(shí)踐中用起來很方便。

1.3 視線距離

由于地球是球形，凸起的地表面會(huì)擋住視線，因此視線到達(dá)的距離有一定的限制。所謂視線距離，就是指視線所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離[5]。當(dāng)考慮大氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響時(shí)，視線距離的計(jì)算公式為：

2 干擾壓制系數(shù)測試

以微波接力通信為例，描述干擾壓制系數(shù)的測試方法。2臺(tái)接力機(jī)相距D1部署，天線架高分別為H1、H2，發(fā)信接力機(jī)通過 20 dB固定衰減器和1 dB/10 dB可調(diào)衰減器連接發(fā)射天線，收信接力機(jī)通過20 dB固定衰減器連接接收天線，頻譜儀通過三通轉(zhuǎn)接頭接收通信/干擾信號。1臺(tái)干擾機(jī)部署于兩臺(tái)接力機(jī)連線上距收信接力機(jī) D2的位置，天線架高H3m，干擾機(jī)通過20 dB固定衰減器和1 dB/10 dB可調(diào)衰減器連接發(fā)射天線。接力機(jī)干擾壓制系數(shù)測試示意圖如圖1所示。

圖1 接力機(jī)干擾壓制系數(shù)測試示意

測試步驟為：

1）接力機(jī)建立定頻通信鏈路后，調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器改變發(fā)信端發(fā)射功率，使收信端接收信號電平大于接收靈敏度10 dB以上，直到接力機(jī)剛好能夠正常通信。

2）干擾機(jī)發(fā)射干擾信號，對通信鏈路接收端實(shí)施干擾，干擾帶寬小于頻譜儀監(jiān)測到的通信信號帶寬。

3）調(diào)節(jié)干擾機(jī)的可調(diào)衰減器，改變干擾發(fā)射功率，直到通信鏈路剛好被完全壓制。

4）使用頻譜儀分別測試收收信端接收到的干擾信號功率和通信信號功率，根據(jù)式（1）計(jì)算干擾壓制系數(shù)。

根據(jù)前面所述的測試方法，對某型微波接力機(jī)進(jìn)行干擾壓制系數(shù)測試。測試條件為：通信距離300 m、干擾距離120 m、發(fā)信天線高8 m、收信天線高8 m、干擾天線高4.5 m，進(jìn)行話音通信。頻譜儀監(jiān)測到的通信信號帶寬為0.65 MHz，選取干擾信號帶寬分別為0.1 MHz、0.5 MHz，當(dāng)接力機(jī)剛好能夠正常通信時(shí)，測得的通信信號功率均為-79 dBm；當(dāng)通信鏈路剛好被完全壓制時(shí)，測得的干擾信號功率均為-78 dBm，因此可以計(jì)算得到的該型接力機(jī)的干擾壓制系數(shù)為1（單位：dB）。

3 兵力部署計(jì)算

3.1 通信兵兵力部署計(jì)算

通信兵部署中，通信距離是一個(gè)關(guān)鍵要素，下面以某型微波接力通信系統(tǒng)為例，計(jì)算其在特定條件下的通信距離。對于微波接力通信系統(tǒng)，假設(shè)系統(tǒng)總功耗為50 W，轉(zhuǎn)換效率為10%[4]，則發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率為37 dBm。假設(shè)發(fā)射、接收天線的增益均為10 dB,發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)分別在對方天線方向圖的視軸方向，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的饋線損耗均為4 dB[8]。若接收通信信號功率為-79 dBm，根據(jù)式（5）可以計(jì)算出通信鏈路的基本傳播損耗為128 dB。

假設(shè)發(fā)射天線高度為8 m、接收天線高8 m、通信頻率為420 MHz，通信距離與鏈路基本傳播損耗的關(guān)系如圖2所示[9]。圖2中，為了便于觀察，將基本傳播損耗以負(fù)數(shù)形式表示。

圖2 通信距離與鏈路基本傳播損耗的關(guān)系

圖2中，當(dāng)通信鏈路的基本傳播損耗為128 dB時(shí)的通信距離為6.9 km。將h1=8、h2=8代入式（7），可知視距傳播距離為23.3 km。因此，根據(jù)圖2中仿真條件，為使接收通信信號功率為-79 dBm，通信距離應(yīng)為6.9 km。

3.2 干擾力量兵力部署計(jì)算

干擾力量部署中，干擾距離距離是一個(gè)關(guān)鍵要素，下面以對抗某型微波接力通信系統(tǒng)為例，計(jì)算干擾力量部署過程的干擾距離。對于微波接力通信干擾裝備，假設(shè)系統(tǒng)總功耗為80 W，轉(zhuǎn)換效率25%，則干擾機(jī)的發(fā)射功率為43 dBm。假設(shè)干擾機(jī)和通信接收機(jī)均偏離對方天線方向圖的視軸方向，干擾機(jī)天線在通信接收機(jī)方向上的增益為6 dB，通信接收機(jī)天線在干擾機(jī)方向上的增益為7 dB，干擾機(jī)天線與通信接收天線的極化方式相同，通信接收機(jī)的饋線損耗為4 dB，干擾機(jī)的饋線損耗為1 dB，干擾機(jī)實(shí)施攔阻式干擾，干擾功率進(jìn)入通信接收機(jī)的比值為 10 dB。若接收機(jī)接收到的干擾信號功率為-78 dBm，根據(jù)式（4）可以計(jì)算出干擾信號的基本傳播損耗為119 dB。

假設(shè)干擾天線高度為 4.5 m、通信接收天線高8 m、干擾頻率為420 MHz，干擾距離與干擾信號基本傳播損耗的關(guān)系如圖3所示。圖3中，為了便于觀察，將基本傳播損耗以負(fù)數(shù)形式表示。

圖3 干擾距離與干擾信號基本傳播損耗的關(guān)系

圖3中，當(dāng)干擾信號基本傳播損耗為119 dB時(shí)的干擾距離為3.1 km。將h1=4.5、h2=8代入式（7），可知視距傳播距離為20.4 km。因此，根據(jù)圖3中仿真條件，為使接收機(jī)接收到的干擾信號功率為-78 dBm，干擾距離應(yīng)為3.1 km。

4 結(jié)語

在研究干擾壓制系數(shù)和傳播模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了通信裝備干擾壓制系數(shù)測試方法，提出了一種基于裝備干擾壓制系數(shù)計(jì)算通信距離和干擾距離的方法。研究成果將基地在試驗(yàn)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和在訓(xùn)練領(lǐng)域的精細(xì)化需求結(jié)合在一起，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，不僅為通信部隊(duì)基地訓(xùn)練中的陣地開設(shè)和兵力部署提供了技術(shù)支撐，同時(shí)，對基地的試訓(xùn)一體化建設(shè)也具有一定的啟示作用。

[1] 刑清華,劉付星.防空對抗中戰(zhàn)場態(tài)勢綜合評估的一種新方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2006(12):1841-1844.

[2] 陳紹順,王君,李云.戰(zhàn)場態(tài)勢的定量分析模型[J].情報(bào)指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù),2004(12):28-32.

[3] 沈楠,何俊,齊鋒,等.基于信號仿真的通信干擾壓制系數(shù)計(jì)算方法[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2011(02):88-91.

[4] 邵國培.電子對抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法[M].北京:解放軍出版社,2010.

[5] 邵國培,曹志耀,劉湘?zhèn)?等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社,1997:240-241,314-316.

[6] 謝益溪.無線電波傳播原理與應(yīng)用[M]. 北京:人民郵電出版社, 2008(07):184.

[7] 劉勇,周新力,金慧琴.電波傳播預(yù)測模型分析與研究[J].艦船電子工程,2011(07):84-86.

[8] 丘劍,王希.調(diào)頻天饋系統(tǒng)檢測方法的探討[J].廣播與電視技術(shù),2011(09):110-113.

[9] 吳漢平等譯.通信電子戰(zhàn)導(dǎo)論[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2003:530-542.

[10] 朱玉穎,劉雷,余超.部分連接自組織網(wǎng)絡(luò)按需路由技術(shù)研究[J].通信技術(shù)2010,40(01):153-155.

[11] 楊明堃,高國平,張廷龍,等.一種探空儀自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)2012,45(07):1-3.

[12] 何成兵,黃建國,張群飛.高數(shù)據(jù)率水聲通信研究進(jìn)展[J].信息安全與通信保密,2010(12):81-83.

[13] 陳暉,張文政.審視量子保密通信[J].信息安全與通信保密,2011(01): 48-49,54.