艦艇短波通信干擾距離的計算

韓　龍

(海軍大連艦艇學院通信系,遼寧 大連 116018)

摘　要：針對常用通信干擾距離估算方法精度不高、適應性不強且不便于利用計算機計算的問題，以短波場強計算為基礎，結合艦艇通信對抗戰術計算方法，推導并給出了地波最大干擾距離、天波最小和最大干擾距離的計算模型、方法和步驟，對模型進行了仿真，并通過定性分析和與實際數據的定量對比分析，驗證了模型的準確性和實用性，為實際應用中利用計算機估算有效通信干擾距離提供了有效可靠方法。

關鍵詞：干擾距離；場強；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

艦艇短波通信干擾距離的計算

韓龍

(海軍大連艦艇學院通信系,遼寧 大連 116018)

摘要：針對常用通信干擾距離估算方法精度不高、適應性不強且不便于利用計算機計算的問題，以短波場強計算為基礎，結合艦艇通信對抗戰術計算方法，推導并給出了地波最大干擾距離、天波最小和最大干擾距離的計算模型、方法和步驟，對模型進行了仿真，并通過定性分析和與實際數據的定量對比分析，驗證了模型的準確性和實用性，為實際應用中利用計算機估算有效通信干擾距離提供了有效可靠方法。

關鍵詞：干擾距離；場強；地波；天波

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.011

收稿日期：2015-01-22；修回日期：2015-04-20Received date:2015-01-22；Revised date：2015-04-20

中圖分類號：TN911

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：1002-0802(2015)06-0682-05

Abstract：Aiming at problems that the current calculation methods for communication jammed distance are not so accurate ,not so widely suitable and not so available to computer calculation, the models, methods and procedures are deduced for calculating maximum jammed distance of HF ground wave communication, and for calculating maximum and minimum jammed distance of HF sky wave communication, based on calculation of short wave field strength and methods of shipborne communication countermeasure tactical calculation. Simulation experiment indicates the accuracy and practicability of these models. Qualitative analysis and comparison with actual data show that this could provide a reliable and suitable method for effectively estimating communication jammed distance by means of computer.

作者簡介：

Calculation of Jamming Distance in Shipborne HF Communication

HAN Long

(Department of Communication, Dalian Navy Academy,Dalian Liaoning 116018, China)

Key words：jammed distance; field strength; HF ground wave HF sky wave

0引言

艦艇短波通信干擾距離是水面艦艇通信對抗的重要指標，是給定條件下能否實施有效干擾的判斷依據，是干擾兵力陣位選擇時必須考慮的重要戰術指標。目前干擾距離的確定通常是依據經驗估計、查詢有關圖表或通過演習獲取[1]；這種方法往往精確度不高，適應性不強且效率低，很難滿足實際需要，從而限制了通信干擾資源效能的充分發揮。為了給出能夠滿足實際使用要求的估算方法，結合艦艇通信對抗的作戰實際，以短波地波和天波場強的計算為基礎，推導并給出了艦艇短波通信干擾距離估算法方法和步驟，為軟件編程和利用計算機估算干擾距離提供了方法，一定程度上彌補了現有方法的不足，具有十分重要的意義。

1短波傳播場強的計算

根據無線電傳播理論，短波傳播有地波和天波兩種途徑，下面分別給出兩種途徑下場強的計算公式。

1.1地波場強的計算

地波是指沿地球表面傳播的電磁波，其傳播主要受地表(海面)電特性的影響，地波場強的計算公式[2](忽略地球曲率影響時)為：

(1)

(2)

(3)

式中：E為地波場強，P為發射天線輻射功率，D為發射天線的方向性系數，r為傳播距離，λ為波長，εr 為相對介電常數，σ為電導率。

圖1　海上短波地波場強曲線圖

1.2天波場強的計算

天波是指經高空電離層反射回地面的電磁波，其傳播主要受電離層狀態的影響，天波場強的計算公式[2,5]為：

E=137.2+20lgf(MHz)+10lgP(kW)+G-Lb(dB)

(4)

式中：f為頻率，P為發射功率，G為天線增益，Lb為天波基本傳輸損耗，包括自由空間傳輸損耗Lbf、電離層吸收損耗Li 、地面反射損耗Lg和系統額外損耗Yp ；其中，Lbf和Li計算公式如下：

Lbf=32.44+20lgf(MHz)+20lgr(km)

(5)

(6)

(7)

地波和天波場強的計算是通信干擾距離計算的基礎，下面根據以上計算，結合有關的通信對抗戰術計算方法，給出通信干擾距離估算的模型、方法和步驟，并進行一定的仿真計算和分析。

2通信干擾距離的計算模型

根據短波傳播途徑的不同，通信干擾距離的計算分地波最大干擾距離的計算、天波最小干擾距離的計算和天波最大干擾距離的計算；壓制系數是通信干擾距離計算的依據，它是指當干擾奏效時接收機輸入端的最小干擾功率和和信號功率之比，根據電磁波傳播理論，壓制系數也可用場強表示為：

(8)

式中:K為壓制系數，Ej為干擾場強，Es為通信場強。

下面在場強計算的基礎上，以上式為依據，推導并給出干擾距離計算的方法和步驟。

2.1地波最大干擾距離的估算

當戰術上允許我方干擾兵力在距敵較近的位置對其實施干擾時采用地波干擾，此時問題的實質為已知敵通信雙方位置、通信信號參數、傳播途徑上的電特性和戰術上要求的壓制系數，根據己方干擾資源估算己方干擾兵力最遠配置在距敵多大的距離上能保持有效干擾。

地波干擾時干擾距離可按下式計算：

(9)

由于艦艇活動的區域在海上，因此Aj以海面的電參數計算，當敵通信也為地波傳播時，上式變為：

(10)

當敵通信雙方均位于海上時上式可以進一步簡化為：

(11)

可以看出，此時干擾距離只與干擾天線的輻射功率有關，因此，實際中要根據己方干擾裝備的能力估算地波最大干擾距離。

2.2天波最小干擾距離的估算

當己方距敵較遠或戰術上不允許接近時，用天波對其通信實施干擾。根據電磁波傳播理論，天波傳播時，隨著干擾距離的減小，信號對電離層的入射角也減小，到達某一程度時，將不再有信號反射回地面，稱為越距現象，此時的干擾距離為最小干擾距離。最小干擾距離主要受電離層狀態的影響，有關電離層狀態的準確計算十分復雜，在實際的估算中也無必要，下面給出在估算或仿真時最小干擾距離的計算方法和步驟。

圖2　E層臨界頻率

步驟1：最高可用頻率的確定。根據電波傳播理論，電波要經電離層反射回地面，其頻率不能高于某一值，稱為最高可用頻率，可用下式計算：

MUF=FOE·secφ

(12)

(13)

式中：φ為電波的入射角，FOE稱為臨界頻率，χ′為與太陽天頂角有關的參數，取值如下：

(14)

式中：χ為太陽天頂角。

E層的最高可用頻率確定時通常取入射角φ為110 km高處的，記為i110，此時seci110按下式計算：

(15)

式中：D為干擾距離，R為地球平均半徑，取6 370 km。

步驟2：若計算得到的最高可用頻率小于敵通信頻率，則不能用天波實施干擾；若大于敵通信頻率，進行步驟3。

步驟3：估計反射點的經緯度。根據敵通信方的位置和己方擬實施干擾的位置，粗略估計反射點的經緯度，并換算為本地時間[2]。

步驟4：確定太陽天頂角。根據計算得到的本地時間，在12張太陽天頂角圖[3]中找出與時間對應的太陽天頂角。

步驟5：查閱相關資料得到太陽黑子數。

步驟6：根據偵察到的敵通信頻率、太陽天頂角和黑子數，按照上面給出的公式用計算機即可求得此時的干擾距離，即為最小干擾距離Dmin。

2.3天波最大干擾距離的估算

天波傳播時由于電離層狀態的不確定性而存在衰落現象，使接收點場強的幅度的瞬時變化服從瑞利分布，估算得到的天波場強為月中值，在時間上估算值不小于某一場強值的比例可用下式計算[4]：

(16)

式中：t為接收場強不小于場強E值的百分數，E50為場強中值，即接收場強在50%時間上不小于其值的場強值。

圖3為場強值的統計分布圖，可以看出，90%的時間上場強值比場強中值低8.18 dB，10%的時間上比場強中值高5.1 dB。因此，為了保證場強值的可靠性和有一定的余量，在計算中只需適當考慮影響較大的損耗即可。

圖3　電離層衰落分布圖

下面給出天波最大干擾距離的估算方法和步驟：

步驟1：確定最高可用頻率。按照上面給出的方法確定最高可用頻率，若小于敵通信頻率，則不能用天波實施有效干擾；若大于敵通信頻率，進行下一步。

步驟3：估計反射點的經緯度。根據敵通信方的位置和己方擬實施干擾的位置，粗略估計反射點的經緯度，并將其換算為本地時間[2]。

步驟4：查詢太陽天頂角和太陽黑子數。根據上一步得到的本地時間，在有關資料[2]中查詢得到此時的太陽天頂角和黑子數。

步驟5：計算電離層吸收系數I。根據上一步的結果按公式(6)計算吸收系數I。

步驟6：計算天波傳播途徑上的距離(斜距)。根據電波傳播理論，經一次電離層反射的斜距可用下式[3]求得：

(17)

(18)

(19)

式中：r為斜距，d為干擾距離(大圓距離)，h為反射層高度。

圖4　不同緯度的吸收系數

步驟7：確定最大干擾距離。天波傳播基本損耗中，地面反射損耗Lg一般每增加一次反射2 dB，一跳時不予考慮；系統額外損耗是除上面三種損耗外的其他各種原因引起的損耗，是一個不穩定的參數，其值與很多因素有關，實際應用中只需根據經驗取值即可；自由空間傳播損耗和電離層吸收損耗可分別按照上面給出的公式計算，其中電波傳播途徑上的長度r為斜距，將以上計算的結果代入天波場強計算公式中，利用計算機采用逐步逼近的方法便可求出此時的最大干擾距離。

圖5　不同反射高度時斜距與干擾距離關系曲線

3結束語

干擾距離的估算是以作戰使用為前提，根據海軍作戰環境的特點和艦載通信裝備，在短波通信(干擾)場強計算的基礎上，結合電波傳播理論和通信對抗戰術計算方法，給出了簡潔實用的艦艇短波通信干擾距離估算模型、方法和步驟，并對模型進行了仿真，通過與實際數據對比分析，得出了一致結論，驗證了模型的準確性和可靠性。根據這些模型和方法，便可利用計算機快速進行計算，具有很好的實際應用價值。

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韓龍(1990—)，男，碩士，主要研究方向為水面艦艇通信對抗。