艦艇短波通信干擾兵力的陣位配置研究*

韓 龍 孫 翼

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

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艦艇短波通信干擾兵力的陣位配置研究*

韓 龍 孫 翼

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

針對艦艇通信對抗中干擾兵力配置的問題,給出了需要壓制區估算的數學模型,結合短波地波場強和壓制系數的計算,給出了最大干擾距離的計算方法,在此基礎上綜合考慮各種因素給出了艦艇通信干擾兵力陣位選擇的原則和方法,為實際的戰術計算提供參考依據。

壓制系數; 陣位選擇; 場強

Class Number TN929

1 引言

艦艇通信干擾是水面艦艇通信對抗的重要內容,通過有效的干擾措施,可以減弱甚至中斷敵海上編隊與其岸基指揮所的通信聯絡,使其指揮失誤甚至中斷,為掩護己方的作戰意圖、作戰行動提供重要保障。干擾兵力的配置是通信干擾戰術的重要一方面,其實質是根據戰場態勢,己方干擾資源如何配置才能有效壓制需要壓制區的敵通信。艦艇通信干擾兵力的陣位配置涉及無線電傳播、艦艇通信對抗和海軍戰術等理論,本文運用以上理論對作戰使用中艦艇通信干擾需要壓制區的確定、壓制系數和最大干擾距離的估算、通信干擾兵力的陣位選擇原則和方法等問題進行研究,為通信對抗指揮決策提供參考。

2 艦艇通信干擾需要壓制區的確定

艦艇通信干擾需要壓制區[1]是對敵艦艇編隊通信實施干擾的整個過程中敵目標所有可能出現的位置組成的區域,即在作戰時間內需要干擾兵力對其持續壓制的區域,是確定干擾陣位配置的依據。在作戰預案中根據需要達成的戰術目的確定需要壓制區的大致范圍后,還需要在行動的預先展開和接敵階段根據偵察情報和實際態勢的變化,作必要的修正,以確保對該區域的通信干擾能實現我方的戰術目的。具體確定需要壓制區域的方法是以作戰預案中基準兵力開始突擊的時間,即突擊基準時間(T0)時敵海上編隊前導艦的位置為基準點,依據敵海上編隊航速VD、縱深DL、正面DH、定位誤差ΔD、實施干擾的總時間Ttj和環境等要素,按圖1給出的方法確定。

圖1 需要壓制區域的確定

壓制區域的總長度:

L=2(VD*Ttj+ΔD)+DL

(1)

壓制區域的總寬度:

H=2(VD*Ttj+ΔD)+DH

(2)

在實際計算中,一般為使確定的需要壓制區域有較大余量,VD取目標可能的最高航速;Ttj取值應一并考慮我方的兵力撤收時間;考慮到需要干擾壓制區應覆蓋敵編隊內的所有艦艇,必須考慮敵編隊縱深(長度)和正面(寬度)。

通信干擾需要壓制區域確定后,為了評估干擾方的干擾能力是否能覆蓋需要壓制區,需根據敵我態勢、通信和干擾設備的戰術技術性能估算干擾壓制系數和最大干擾距離,綜合考慮其他影響因素確定干擾兵力的有效配置區,并尋求最優的干擾陣位,獲得最優的干擾效果,以滿足通信對抗的戰術需求。

3 短波通信干擾壓制系數估算

在確定了需要壓制區后就要對我方干擾兵力對敵實施干擾的壓制系數進行估算,以確定干擾是否奏效;并計算干擾有效時的最大干擾距離,為干擾艦艇陣位的選擇提供依據。

艦艇通信干擾的目標通常為敵海上編隊端,對其短波通信實施干擾時,戰術上一般允許我方干擾兵力距敵海上編隊較近,因此給出我用地波干擾敵地波通信的壓制系數估算方法。

3.1 地波干擾地波壓制系數的估算

壓制系數是指敵接收機處的通信信號和干擾信號功率之比,根據電波傳播理論,電波傳播的功率和場強存在一定關系,因此壓制系數[2]可用場強表示如下:

(3)

式中:K為壓制系數,Ej為干擾信號場強,Es為通信信號場強。

因此在計算壓制系數時首先要根據敵通信方的位置、通信參數和我方干擾設備的戰術技術性能分別計算通信信號場強和干擾信號場強,再代入式(3)可得壓制系數。

根據電波傳播理論,不同傳播距離時的短波地波場強可按式(5)計算[3～6]:

(4)

圖2為根據上式利用Matlab仿真繪制的輻射功率1kW,使用鞭狀天線時的海上不同頻率短波傳播的場強曲線。計算表明在頻率大于15MHz,距離大于400km時地波場強已小于通信接收機的靈敏度,因此一般不予考慮。

根據壓制系數的定義和地波場強的計算,在地波傳播的有效距離內通信干擾壓制系數可用式(5)求得。

圖2 海上短波地波場強曲線

(5)

圖3、圖4分別為根據式(5)仿真得到不同功率和不同干擾距離時的壓制系數曲線。可以看出,當敵通信雙方確定時隨著干擾功率的增大壓制系數逐漸增大,這是因為干擾功率越大,敵海上編隊端的干擾信號場強越大,壓制系數也越大;通信雙方和干擾功率確定時,隨著干擾距離的增大,壓制系數減小,這是因為隨著干擾距離的增大,干擾信號在接收機處的場強變小,壓制系數也變小。分析還可以看出,干擾距離對壓制系數的影響較干擾功率要大。在實際的通信干擾中,由于干擾設備和資源有限等原因,增加干擾功率的代價較大,因此在干擾艦艇陣位選擇時要著重選擇較小的干擾距離以保證較好的干擾效果。

圖3 不同干擾功率時的壓制系數仿真圖,沒有小五宋的設置項

圖4 不同干擾距離時的壓制系數

3.2 最大干擾距離的估算

根據通信對抗理論,對敵海上編隊通信的干擾奏效時,其壓制系數不小于最佳干擾時的壓制系數,此時的干擾距離為干擾有效的最大距離,也是通信干擾兵力配置的最遠距離,干擾兵力必須配置在以需要壓制區為中心,以最大干擾距離為半徑的圓形區域內才能形成有效干擾

根據通信對抗戰術中壓制系數K的要求,在已知敵接收機處通信場強Es時,干擾信號在接收機處的場強應滿足:

Ej≥10lgK+Es

(6)

上式表明,敵通信態勢確定時存在滿足要求的最小干擾場強,分析地波場強公式可知,干擾場強Ej是干擾距離rj的減函數,因此一定存在rj的最大值,即最大干擾距離。準確給出rj的表達式十分復雜,實際應用中也無必要,本文根據式(6)利用Matlab對最大干擾距離的估算進行了仿真,結果如圖5、圖6所示。

圖5 不同壓制系數時的最大干擾距離

圖6 不同干擾功率時的最大干擾距離

其中,圖5為不同通信距離時根據壓制系數確定最大干擾距離的曲線,顯然要求的壓制系數越大時最大干擾距離越小,因此在實際中要根據干擾信號樣式合理確定壓制系數;圖6為四種壓制系數時最大干擾距離隨干擾功率的變化,可以看出在干擾功率較小時其對干擾距離的影響相對較大,隨著干擾功率的增大,最大干擾距離的增大逐漸趨緩,所以實際中從作戰的全局考慮應在保證干擾有效的前提下根據干擾裝備性能和干擾資源適當選擇干擾功率,以減少不必要的資源浪費。

對通信干擾的壓制系數和最大干擾距離估算后,就要根據估算結果選擇合適的干擾陣位,使有效干擾壓制區域能全部覆蓋需要壓制區,從而達到我方的戰術目的。

4 通信干擾兵力最佳陣位選擇

當敵海上編隊與其岸基指揮所的距離處于地波有效通信范圍內時,可按地波干擾地波模式進行戰術計算,并綜合考慮影響干擾陣位配置的其他因素[7～8],選擇干擾艦艇的最佳陣位。

海上艦艇編隊通信一般均使用無方向性的鞭狀天線,因此對敵通信實施干擾時干擾機的有效配置區一般是以敵編隊為中心,最大干擾距離為半徑的圓形區域;敵海上編隊機動時,有效配置區只是做相應的平移,大小并不改變。在該區域內,距離敵編隊越近,干擾信號場強越大,壓制系數越大,干擾效果越好。但實際中受其他因素的影響,干擾機不可能無限制地接近敵編隊,因此干擾兵力的陣位要在有效配置區內適當選擇,以使有效壓制區域盡可能全部覆蓋需要壓制區。

通信干擾兵力的陣位選擇既要服從于我方編隊的作戰任務,又要在保證自身安全的前提下滿足對敵編隊通信實施有效干擾的戰術指標。如圖7所示。T為敵岸基指揮所,R為敵海上編隊,rs為敵通信距離,虛線矩形為確定的需要壓制區,其外部的圓形區域為敵火力打擊范圍,rdj為打擊半徑,rjmax為允許我方干擾機配置的最大干擾距離,顯然只有最大干擾距離大于敵火力打擊半徑時才可能對敵實施干擾,此時圖中所示陰影區為干擾兵力的有效配置區。

圖7 通信干擾兵力陣位選擇示意圖

敵岸基指揮所T通信發射天線一般會使用有向天線指向其海上編隊,如雙極天線,這樣可以使能量主要集中在通信方向上,較全向天線能增加接收機處的信號場強,一定程度上能起到抗干擾的作用;海上編隊的艦載通信設備一般使用無方向的鞭狀天線,以便于與編隊內部的通信;而艦載通信干擾設備通常使用有向天線,如對數周期天線,這樣既可以增強干擾信號的強度,使干擾能量主要集中在敵海上編隊的方向,又可以最大限度地減小干擾信號對我方通信的影響。

為保證干擾有效,對敵編隊通信實施干擾的壓制系數不小于最佳干擾時的壓制系數,即:

Kj≥K

(7)

由于干擾艦艇的自我防御能力較弱,因此在選擇干擾陣位時必須使其遠離敵火力打擊范圍,處于我方火力保護范圍內,即:

rj>rdj

(8)

r≤maxrjs

(9)

式中:r為干擾艦艇距我方編隊J的距離,maxrjs為我編隊火力打擊的最遠距離,rj為干擾距離,rdj為敵火力打擊半徑。

為保證干擾艦艇隨時保持與我方編隊的有效通信,以便于上級指揮所組織指揮,干擾艦艇應處于己方有效通信區域內,即:

r≤rtxmax

(10)

式中:rtxmax為我方有效通信區域的最遠距離。

干擾兵力前出對敵通信進行干擾時往往需要得到我方通信偵察力量對敵通信進行偵聽、監控,以有效引導通信干擾的實施,因此干擾兵力的配置應處于能得到偵察兵力有效引導的范圍,即:

j(x,y)∈Dyd

(11)

式中:j(x,y)為干擾兵力配置的位置,Dyd為偵察兵力的引導范圍。

干擾兵力的配置陣位要有一定的機動范圍,以保證在戰斗的全過程,特別是態勢發生變化時仍能對敵通信實施有效壓制,但機動范圍不應超出干擾機的有效配置區,如圖7中陰影所示區域;多干擾兵力時要考慮與其他干擾力量的通信、協同與指揮;在干擾資源有限的情況下干擾兵力的配置應盡可能節省干擾資源,發揮最大效能;在對多目標或艦艇編隊實施干擾時為保證對所有目標都能有效干擾,要選擇使有效壓制區域最大的陣位。

綜上所述,通信干擾兵力的陣位選擇應滿足以下條件:

(12)

式中:Djd為干擾兵力的機動區域,Dyz和Dxq分別為有效干擾壓制區和需要壓制區。

基于上述原則可計算單艘干擾艦艇的最佳干擾陣位,如圖7中陰影重疊區所示區域;多艘干擾艦艇對目標實施協同干擾時應使每艘均滿足以上條件。

5 結語

通信干擾兵力的陣位配置是以作戰使用為背景,建立在干擾裝備基礎上的通信對抗戰術計算,實際中,陣位的選擇除了要滿足戰術指標外還要考慮作戰區域的海上環境等其他因素。本文運用無線電傳播理論、通信干擾理論和海軍戰術,對通信干擾需要壓制區的估算、壓制系數、最大干擾距離的估算和通信干擾兵力最佳陣位選擇的原則和方法進行了分析研究,得到的結論可為作戰使用中的計算提供參考依據。

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Disposition of Shipborne Shortwave Communication Jammer

HAN Long SUN Yi

(Dalian Navy Academy, Dalian 116018)

Configured for disposition of shipborne communication jammer in communication countmeasure. In this paper, the mathematical model to estimate the area which need to be jammed is raised, field strength of short-ground-wave and jammingcoefficient is caculated, then a method of calculating max jamming distance is given, on this basis, methods and principles of shipborne communication jammer location selection while taking all related factors into consideration are proposed. A reference for actual tactical computing is provided.

jamming coefficient, location selection, field strength

2015年2月11日,

2015年3月27日

韓龍,男,碩士研究生,研究方向:水面艦艇通信對抗。孫翼,男,碩士研究生,研究方向:作戰指揮。

TN929

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.017