天基情報(bào)接入飛行器平臺(tái)建模與仿真?

韓 梅

（中國西南電子技術(shù)研究所 成都 610036）

1 引言［1～5］

隨著太空軍事化和太空軍備競(jìng)賽的加劇，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)從陸、海、空進(jìn)一步延伸到了外層空間。因此太空領(lǐng)域已經(jīng)成了世界各國維護(hù)國家安全和奪取制信息權(quán)的制高點(diǎn)。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來的歷次局部戰(zhàn)爭(zhēng)來看，天基衛(wèi)星偵察系統(tǒng)，在快速獲取戰(zhàn)場(chǎng)感興目標(biāo)區(qū)域態(tài)勢(shì)信息方面、任務(wù)規(guī)劃、毀傷效果評(píng)估及輔助指揮作戰(zhàn)等方面發(fā)揮的作用越來越大，是戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的法寶。世界主要國家均認(rèn)識(shí)到天基偵察能力是軍事能力的關(guān)鍵。

在各偵查系統(tǒng)中基于衛(wèi)星系統(tǒng)的天基偵查平臺(tái)具有覆蓋范圍廣、無國界限制、安全性高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。隨著航空飛行器裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，對(duì)信息系統(tǒng)尤其是航天偵察系統(tǒng)提出了迫切要求。在航天偵察系統(tǒng)中，電子偵察衛(wèi)星瞬時(shí)偵察半徑可達(dá)數(shù)千公里，可全天時(shí)全天候工作，是開展大范圍偵察預(yù)警、動(dòng)目標(biāo)跟蹤監(jiān)視的主要偵察手段。

飛行器發(fā)展天基情報(bào)信息接入技術(shù)是必要手段和必然趨勢(shì)，該技術(shù)的主要任務(wù)是建立星器傳輸鏈路，實(shí)時(shí)接收電子偵察衛(wèi)星廣播分發(fā)的天基情報(bào)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解調(diào)解密、數(shù)據(jù)處理等，對(duì)飛行器實(shí)施大范圍海面威脅規(guī)避、態(tài)勢(shì)感知、規(guī)劃安全飛行航線及任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面具有極其重要的作用。

2 天基偵察模型

通常情況下，星載偵察天線都是固定指向地表，在星下點(diǎn)附近通常接收的是雷達(dá)輻射源天線的副瓣信號(hào)，在大角度位置即遠(yuǎn)離星下點(diǎn)時(shí)能夠接收到的是主瓣信號(hào)，見圖1。

圖1 衛(wèi)星對(duì)地海面目標(biāo)偵察示意圖

目前電子偵察衛(wèi)星主要是在低軌高速運(yùn)行，能夠?qū)Φ睾Ｃ胬走_(dá)輻射源進(jìn)行大范圍搜索捕獲、參數(shù)測(cè)量、快速分選識(shí)別確定目標(biāo)位置及輻射源型號(hào)等，能夠生成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)情報(bào)等［6～9］。假設(shè)電子偵察衛(wèi)星在任意時(shí)刻t的高度為H，A點(diǎn)是電子偵察衛(wèi)星在當(dāng)前時(shí)刻在地球表面上的垂直投影點(diǎn)，p點(diǎn)是電子偵察衛(wèi)星能夠有效偵察地面的最遠(yuǎn)點(diǎn)，其覆蓋的地表區(qū)域就是偵察衛(wèi)星的偵察覆蓋范圍。α是衛(wèi)星覆蓋地面的地心角，γ是有效地平邊界對(duì)應(yīng)的極限仰角，因此可知：

瞬時(shí)偵察范圍半徑為

偵察覆蓋范圍面積為

電子偵察衛(wèi)星的瞬時(shí)偵察半徑和偵察覆蓋面積見圖2。

圖2 電子偵察衛(wèi)星偵察覆蓋能力仿真

3 天基情報(bào)信息廣播分發(fā)信號(hào)傳輸模型

假設(shè)飛行器平臺(tái)接收廣播分發(fā)信號(hào)的天線以θ度仰角工作，示意圖見圖3所示。其中H為軌道高度，r為地球半徑，R為最低仰角接收時(shí)的距離［10～15］。根據(jù)幾何關(guān)系可知角∠OBA等于90°加上仰角β，根據(jù)余弦定理有：

圖3 飛行器接收衛(wèi)星情報(bào)模型示意圖

得出偵察衛(wèi)星情報(bào)廣播分發(fā)信號(hào)的最遠(yuǎn)傳播距離為

仿真分析廣播分發(fā)信號(hào)的最遠(yuǎn)傳輸距離與仰角的關(guān)系見圖3。

圖4 最遠(yuǎn)距離與衛(wèi)星軌道高度和天線接收仰角的關(guān)系

4 飛行器平臺(tái)接收廣播分發(fā)信號(hào)解調(diào)門限分析模型［16～17］

接收機(jī)處理廣播分發(fā)信號(hào)的最小可檢測(cè)信噪比定義為信號(hào)功率C與噪聲功率N之比，約束關(guān)系如下：

所以最小可檢測(cè)信噪比計(jì)算公式為

解調(diào)門限計(jì)算公式為

仿真分析結(jié)果見圖5。

表1 衛(wèi)星廣播信號(hào)的最遠(yuǎn)距離

圖5 解調(diào)門限與信息速率仿真分析

5 結(jié)語

未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，偵察衛(wèi)星是收集情報(bào)的主要來源，通過建立衛(wèi)星與飛行器平臺(tái)的星器廣播鏈路，飛行器可以近實(shí)時(shí)獲取對(duì)方地海面兵力部署、變更、機(jī)動(dòng)等方面的情報(bào)，可為飛行器實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知，威脅預(yù)警、打擊引導(dǎo)等提供重要信息。通過仿真建模分析，可以確定天基情報(bào)廣播分發(fā)信號(hào)最遠(yuǎn)傳輸距離需求，接收機(jī)最小可檢測(cè)信噪比需求等，對(duì)設(shè)備重要戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)的分析和方案的確定都有重要意義［18～20］。