艦艇編隊電子設備間干擾仿真分析技術研究

2015-02-01 05:19:11楊文進

艦船電子對抗 2015年3期

楊文進，李　博，金　虎

(1.駐北京作戰(zhàn)系統(tǒng)軍事代表室，北京100094；2.中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094；

3.解放軍91404部隊，秦皇島066001)

艦艇編隊電子設備間干擾仿真分析技術研究

楊文進1，李博2，金虎3

(1.駐北京作戰(zhàn)系統(tǒng)軍事代表室，北京100094；2.中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094；

3.解放軍91404部隊，秦皇島066001)

摘要：針對艦艇編隊電子設備的頻譜沖突問題，分析了確定式分析方法存在的問題，提出了一種基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術，作為確定式干擾分析技術的補充，提高干擾分析的準確性。

關鍵詞：多平臺；電磁兼容；干擾；仿真分析

Research into The Simulation Analysis Technologies of Interference among

Electronic Equipments of Ship Formation

YANG Wen-jin1，LI Bo2，JIN Hu3

1.Combat System Quality Management Office,Beijing 100094,China;

2.System Engineering Research Institute,Beijing 100094,China;

3.Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Abstract:Aiming at the problem of spectrum conflict among electronic equipments of ship formation,this paper analyzes the problems existed in the deterministic analysis method,puts forward an interference analyzing technology based on interference link simulation,which is taken as the supplement of deterministic interference analyzing technology to enhance the accuracy of interference analysis.

Key words:multi-platform;electromagnetic compatibility;interference；simulation analysis

0引言

隨著艦載設備信息化程度越來越高，單平臺上集成的用頻設備數(shù)量也越來越多。因此，海上編隊作戰(zhàn)區(qū)域用頻設備高度密集，例如美軍一個航母戰(zhàn)斗編隊的無線電發(fā)射源超過2 400個，在艦艇編隊重要的作戰(zhàn)方向，電磁發(fā)射源數(shù)量會更高，密度會更大。而且，目前大量用頻設備都向超寬帶、多功能方向發(fā)展，致使用頻設備之間頻譜重疊嚴重，進而產(chǎn)生跨平臺用頻設備之間的相互干擾問題，嚴重影響了編隊作戰(zhàn)效能。為了對編隊內用頻設備進行有效的頻譜管理，需通過跨平臺用頻設備間的干擾分析，得到用頻設備間潛在干擾情況。目前，針對跨平臺用頻設備間的干擾分析通常采用的是確定式分析方式，但由于該方式在計算過程中采用了大量的近似和簡化處理，使得其難以滿足精細化的頻譜管理需求。因此，本文通過對確定式分析方法存在問題的分析，提出了一種基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術，作為確定式干擾分析技術的補充。

1確定式干擾分析技術

不同于單平臺內部用頻設備間的近場干擾，跨平臺用頻設備間的干擾需要解決的是遠場干擾問題[1]。確定式干擾分析技術針對遠場傳播特點，對用頻設備以及干擾鏈路均進行近似化處理。該方法基于鏈路預算原則，簡單高效，適用于定性分析一對一干擾。分析中通常采用一定的底噪抬升(或稱靈敏度損失)作為評估準則確定最大允許的外系統(tǒng)干擾強度，從而獲得兩系統(tǒng)間隔離度[2]。確定性分析的過程主要是根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)射參數(shù)、接收參數(shù)和傳輸參數(shù)等，利用相關的數(shù)學公式進行相應的計算,從而得出最惡劣情況(或特定情況)下的特定結果。

1.1　確定式干擾分析的設備模型

進行確定式干擾分析首先需要建立用頻設備的頻譜特性模型。根據(jù)確定式干擾分析的計算需求，針對該分析方式建立的設備模型通常基于設備的典型性能指標。以雷達設備為例，所需典型參數(shù)包括峰值功率、工作頻帶、脈沖寬度、脈沖重復頻率、頻率調制脈沖帶寬、射頻3 dB帶寬、極化方式、天線最大增益、天線仰角波束寬度、天線方位角波束寬度、發(fā)射機頻譜模板、接收機響應模型等[3]。

其中除發(fā)射機頻譜模板和接收機響應模型外，相關參數(shù)均可通過設備技術手冊得到。而設備的發(fā)射機頻譜模板和接收機響應模型用以描述設備發(fā)射機輻射信號的頻譜特性以及接收機的響應特性。根據(jù)確定式分析的需求，采用分段式的近似處理。例如，發(fā)射機頻譜模板可采用基于不同帶寬對應的衰減值擬合為分段直線來近似，如圖1所示。

圖1　發(fā)射機頻譜模板

相對應的擬合后得到的頻譜模板函數(shù)為(以下邊帶為例)：

(1)

接收機響應模型的建立方法與發(fā)射機頻譜模板的建立方法類似，在此不再贅述。從以上設備模型的建立過程可以看出，確定式分析方法對于設備的輻射和接收特性進行大幅度的簡化，優(yōu)點是模型簡單，便于提高計算效率；缺點是無法完整體現(xiàn)設備的用頻特點，準確度較差。

1.2　確定式干擾分析方法

確定式干擾分析方法中，被干擾設備接收到的干擾功率可由下面公式計算：

(2)

式中:I為接收機所接收到的干擾功率(dBm);Pt為干擾源發(fā)射機最大發(fā)射功率(dBm);Gt為干擾源發(fā)射天線主瓣增益(dB);Gr為受干擾設備接收機接收增益(dB);Lt為發(fā)射機插入損耗(dB)，一般取2 dB;Lr為接收機插入損耗(dB)，一般取2 dB;Lp為干擾信號傳輸損耗(dB);D為頻率隔離抑制因子(dB)。

D的計算由ITU-R SM.337建議書[3]給出：

(3)

式中:P(f)為干擾信號的功率譜密度(即發(fā)射機頻譜模板函數(shù));H(f)為被干擾設備的接收機濾波器頻率響應(即接收機響應模型函數(shù));Δf為干擾源工作頻率與接收機調諧頻率之差。

計算得到接收機所接收到的干擾功率I以后，通過與接收機干擾保護門限進行比較(通常為一固定值)，來判斷是否存在干擾。在實際應用中，干擾保護門限可通過查閱相關標準(如民用的ITU-R M.1463、軍用的GJB1389A等)或者采用測試方法獲取。

2基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術

基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術通過完整地搭建用頻設備的發(fā)射機模塊、信道模塊以及接收機模塊，仿真整個干擾鏈路，不僅能夠得到干擾功率的大小，還能夠仿真干擾對設備性能的影響。

2.1　設備模塊仿真

以通信設備為例，基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術對設備模塊的仿真主要包括以下幾個方面：

(1) 發(fā)射模塊

發(fā)射模塊主要用于產(chǎn)生隨機信號、交織、編碼、調制擴頻以及發(fā)射。如圖2所示，根據(jù)通信設備的工作參數(shù)以及仿真工具的具體情況，將通信設備仿真模塊做如下設定：隨機信號由隨機數(shù)發(fā)生模塊產(chǎn)生隨機的0-1序列。信號編碼模塊對隨機信號進行信道編碼。利用信號交織模塊完成對信號的交織，之后編碼發(fā)射。PN序列發(fā)生模塊對調制信號進行擴頻，然后發(fā)射。

圖2　通信設備發(fā)射模塊示意

(2) 信道模塊

信道模塊模擬實際的傳輸環(huán)境，在干擾分析應用中用以引入噪聲和其他環(huán)境干擾。在實際應用中可根據(jù)設備實際的運行環(huán)境進行針對性的設置。最簡化的處理是采用自由空間傳播模型設置，本文中該模塊采用加性高斯白噪聲(AWGN)信道模型和一個用來疊加信號和噪聲的加法器構成。

(3) 接收模塊

接收模塊主要包括:數(shù)字濾波器設計模塊實現(xiàn)的濾波器，用來濾除接收信號中不需要的頻率成分；信號解調模塊，完成對信號的解調；信號解交織模塊，完成解交織；信號解碼模塊，完成解碼以還原最終的信號。接收模塊如圖3所示。

對于雷達設備來說，接收模塊應包含雷達信號處理相關部分。

圖3　通信設備接收模塊示意

2.2　干擾鏈路仿真

在搭建完各設備模塊之后，將待分析發(fā)射設備模塊、信道模塊以及接收模塊連接，在輸出端增加性能分析模塊，進行整個干擾鏈路的仿真分析，以雷達干擾通信設備為例，如圖4所示。

圖4主要包括以下模塊：有用信號發(fā)射模塊即圖中的有用信號產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生通信信號；雷達干擾信號發(fā)射模塊即圖中的雷達信號產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生雷達信號；信道模擬模塊即圖中的AWGN信道模塊用于模擬信道傳輸(可替換為其它傳播模型)；通信接收模塊即圖中的通信接收模塊將雷達信號和通信信號疊加后的信號接收并進行處理。其余的部分則用于將信號由連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間信號并將功率歸一以便于計算信干比、使信號通過信道并疊加、信號同步以及計算誤碼率。

其中，對于通信設備的性能分析采用誤碼率分析模塊對還原的信號和經(jīng)過延時的發(fā)送信號進行比較，得出誤碼率，分析干擾對于設備性能的影響。對于雷達來說，可采用檢測概率分析模塊進行替換。

仿真結果如圖5所示。

由仿真結果可以看出，誤碼率隨著信干比的增加而減小并最終趨于穩(wěn)定。確定性能門限(對于通信設備來說即為誤碼率門限)作為判斷干擾存在的準則，則能夠得出保證雷達對通信設備不產(chǎn)生干擾的信干比。

3結束語

“妨礙或惡化設備完成其預定功能的任何信號稱為干擾”，這就意味著干擾是一種對于設備產(chǎn)生影響的作用，而不是一個簡單的量化值。通過確定式分析，能夠對進入接收機的干擾電平進行粗略的分析，但這僅是對干擾功率的一個衡量，為了能夠真正反映對于設備使用的影響，還需要采用基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術對進入接收機的干擾對于接收機性能的作用影響進行分析。