基于電場強度的一種超短波干擾壓制區估算方法

劉家昊，章小梅

（海軍航空大學青島校區，山東 青島 266041）

超短波干擾壓制區是實施通信干擾時的重要戰術參數，以往該區域的選擇是通過以往通信對抗演習實例或各種實驗數據獲得，是一種經驗性數據而不是系統的理論所得，因此在實際應用中不利于作戰效能的發揮[1]。超短波通信干擾壓制區的快速估算是通信指揮人員評估通信態勢的重要組成部分，而態勢評估可以為作戰過程提供有效決策信息的支撐，未來作戰態勢瞬息萬變，準確高效信息的提供將會有助于快速調整通信過程的組織及運轉參數[2]。目前超短波干擾壓制區的估算僅有一些經驗公式，但在目前并沒有表現為一個高效快速的估算流程[3]。文中根據海軍航空兵作戰特點，結合海陸相間的信號傳播環境，研究了一種完整而簡潔的估算流程。

1 場強影響因素及計算方法

依照海軍航空兵演習或作戰的特點，通信雙方可設置為海上空域巡邏戰機及地面通信站，干擾方可考慮近海的地面干擾源，由于文中研究為海上作戰環境，相關參數設置如下。

表1 傳播介質參數

超短波的傳播方式有視距傳播與超視距傳播，其中超視距傳播是指對流層散射傳播[4]。該傳播方式利用了低空對流層的不均勻介質團電波的散射特性[5]。對于實際作戰通信來說，超短波受低空對流層不均勻性的影響以及自然現象中云霧雨等引起的噪聲和吸收也較小[6]，因此實際應用中往往使用視距傳輸的方式，即依靠收發天線間電波的直線傳播。

假定信號在自由空間傳播，該過程中不會有能量損耗，且不考慮方向性問題。

即S=Pt+Gt-20lgr-71，其中S為功率密度，單位：W/m2；Pt為輻射功率，單位：dBW；Gt為發射天線增益，單位：dB；r為傳播路徑距離，單位：km。

又因為η0=120π，故E=S+145.8，此時信號場強為E=74.8+Pt+Gt-20lgr。

當信號在真實空間（海上作戰環境）傳播時，除考慮直達波傳播規律外，還有以下幾個影響參數：

1）A為傳播衰減因子，單位：dB，考慮地面反射，此時接收點場強為直達波與地面或海面反射波的疊加[7]，見圖 1。

圖1 平滑地面的反射

故接收點處場強疊加波場強為：

故傳播損耗因子為：

對于不滿足反射條件的傳播，A=0。

2）Ag為大氣吸收衰減因子，單位：dB。該因子主要為氧氣和水汽吸收的總衰減，大氣中的水汽和氧氣主要分布在低層大氣中[10]，但其密度是分布隨機的，通常會隨高度升高而降低[11]，因此要引入等效高度的概念，同時還要考慮仰角、溫度等因素的影響。

γ0、γw為氧氣和水汽的衰減率；Δγ0為氧氣衰減修正，單位：dB/km；Δγw為水汽衰減修正，單位：dB/km；h0為氧氣吸收等效高度，單位：km；hw為水汽吸收等效高度，單位：km；hs為地球海拔高度，單位：km；θ為仰角，單位：°；t為地面氣溫，單位：℃；ρ為地面水汽密度，單位：g/m3；re為等效地球半徑，單位：km；k為年平均等效地球半徑因子。地面水汽密度與地面氣溫需根據海域情況進行選取。

3）云霧衰減 A1，單位：dB，如式（6）所示。

表2 云霧參數

4）A2為繞射損耗，單位：dB，在超短波通信過程中，如果第一菲涅爾橢球內的超短波信號被地面或地物遮擋，那么將發生繞射現象。由于損耗與遮擋物的電氣特性、大小形狀以及射線距遮擋物的高度有關[13]，因此當物體發生繞射時，應判斷有一種或哪幾種遮擋物，進而計算繞射損耗。飛機在飛行時，由于自身機位的變化有時會遮擋通信信號的收發，從而影響通信效果，也可以看成近點繞射問題。

5）海陸傳播：在實際作戰中，往往會碰到超短波信號在幾種不同性質的地面上傳播的問題[14]。例如：陸地-海洋的突變，因此必須考慮計算方法。

圖2 兩段不同性質地面傳播示意圖

如圖2所示，AB與BC段大地的相對介電系數與大地電導率不同，因此是兩種大地介質，計算A點發出至C點的場強可考慮分段計算。

結合文中所述損耗及自由空間場強計算可知：

2 海上干擾壓制區的估算

根據環境不同，當超短波通信的干擾壓制系數為2～4 dB時可壓制通信過程，通過模擬實驗的方法[18]，利用所設計估算流程進行驗證，考慮天線的方向性問題，參數設置如表3所示。

表3 通信參數

此時干擾區域天氣為高層云，通信區域天氣為中霧，可知通信距離及干擾壓制距離分別為194 km、257 km，可求得在該環境下的干擾壓制系數。

此時恰好壓制超短波通信過程，且符合干擾壓制系數的壓制范圍，故文中所設計流程具有一定可行性。

結合場強計算公式，干擾壓制區估算流程如下所示：

1）計算自由空間內某一確定點的場強；

2）考慮海上作戰特點與環境參數，結合超短波通信傳播的特點，計算路徑傳播過程中的衰減；

3）分別計算接收點以及通信發射點的干擾與通信場強，進而利用有效干擾條件計算干擾壓制距離，求出干擾壓制區。

圖3 干擾壓制區估算流程圖

3 結 論

文中超短波干擾壓制區域的計算涉及了電波傳播理論，以電場強度的形式對有效干擾進行描述，與以功率比為判別條件的通信干擾方程有所不同[19]。利用場強可以對傳播路徑上某一點處能量變化進行細致的分析與考慮，對影響因素進行更細致、準確的估算。利用文中設計的估算方法可快速估算海上作戰或陸海結合環境下干擾壓制區域的范圍，對海上作戰環境下實時態勢的獲取以及快速作出指揮判決具有重要意義。