海上編隊(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法

中圖分類號(hào)：E91;TN98 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.04.019

引用格式：王迪駱盛，等.海上編隊(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法[J].指揮控制與仿真，2025，47（4）：125-136.WANGD，ZHAOLD，LUOS，etal.QuantitativeanalysismethdoflectromagneticspectrumparameterleakageriskinfletJ].om-mand Controlamp; Simulation，2025，47（4） ：125-136.

Abstract：Inorder to prevent theleakage of electromagnetic spectrum parametersof frequencyequipmentusedbyflet effectivelyand ensure thesafetyoffrequencyusage，aquantitativeanalysismethodof electromagneticspectrumparameter leakagerisk basedonradio wavepropagationpredictionof iregularterainisproposed.Thismethod ismainlybasedonthe performance ofEW（electronic warfare）receiver tosettherisk level of electromagnetic spectrum parameter leakage，combinedwith irrgularterrainmodelanddigital elevationmodel，toresearchthecontentandmethodofelectromagneticspectrumparameterleakageriskanalysisoffrequencyequipmentoffleetinthespacedomain，frequencydomain，energydomain andtimedomain.Theresultsshowthat thismethodcanrealizethequantitativeanalysisandrisk gradeassssmentof electromagnetic spectrum leakage risk of frequency equipment in fleet.

KeyWords：fleet；parameter leakage；irregular terrain model；radio wave propagationprediction；quantitative analysi

海上編隊(duì)擔(dān)負(fù)著大量的日常巡航、跟監(jiān)警戒、演訓(xùn)和作戰(zhàn)等任務(wù)，其機(jī)動(dòng)范圍從近海到遠(yuǎn)海，部署位置持續(xù)變化，艦船承載的大量信息化用頻裝備的信號(hào)傳播范圍可能覆蓋海洋、大陸沿海和島嶼等多種地理環(huán)境。當(dāng)前，各國(guó)不斷加強(qiáng)電子偵察力量，利用地面?zhèn)刹煺尽⒑Ｑ蟊O(jiān)視船、電子偵察機(jī)、高空飛艇、電子偵察衛(wèi)星等多平臺(tái)電子偵察裝備，構(gòu)建了陸海空天全方位立體偵察體系[14]，對(duì)海上編隊(duì)用頻裝備的電磁信號(hào)安全構(gòu)成了重大威脅。因此，如何有效防止用頻過(guò)程中電磁頻譜參數(shù)泄露，確保海上編隊(duì)安全用頻成為目前亟待解決的問(wèn)題。

對(duì)用頻裝備電磁頻譜參數(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)警，可降低用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，張余、柳永祥等[5-8]對(duì)用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露機(jī)理進(jìn)行了分析，研究了電磁頻譜參數(shù)泄露的模式、途徑、原因、內(nèi)容和危害等，以定性的方式提出防泄露方法；周學(xué)全[提出通過(guò)全程測(cè)評(píng)頻譜安全狀態(tài)的方式防范電磁頻譜參數(shù)泄露;吳昊、徐平[10-1]以行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的半定量評(píng)估方式對(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；顏軍[12]以電播傳播能量衰減為依據(jù)獲得電磁頻譜參數(shù)泄露概率；喬曉強(qiáng)[13]以電波傳播預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的定量評(píng)估方式對(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。首先，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程是一個(gè)非靜態(tài)過(guò)程，因此，需要考慮用頻過(guò)程中用頻方和偵收方發(fā)生的各種動(dòng)態(tài)變化；其次，用頻方和偵收方均受所處地理環(huán)境的影響；再次，各用頻裝備在技術(shù)體制和技術(shù)參數(shù)上具有較大差異；因此，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要能夠給出定量的評(píng)估結(jié)果，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型應(yīng)將上述這些因素都考慮進(jìn)去。目前，缺少一套科學(xué)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析方法來(lái)支撐海上編隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)開(kāi)展。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了基于不規(guī)則地形電波傳播預(yù)測(cè)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法，以電子戰(zhàn)接收機(jī)的工作性能為依據(jù)劃分了電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，利用不規(guī)則地形電波傳播模型預(yù)測(cè)了用頻裝備的電波傳播，研究了在“四域”中電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容和方法，實(shí)現(xiàn)了海上編隊(duì)用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法是一種對(duì)大部分用頻裝備普遍適用的、可操作性和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的定量分析方法，能夠在實(shí)際編隊(duì)任務(wù)中起到有效的輔助支撐作用。

1定量分析方法流程

基于不規(guī)則地形電波傳播預(yù)測(cè)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法的流程如圖1所示。

圖1基于不規(guī)則地形電波傳播預(yù)測(cè)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析流程

Fig.1Quantitativeanalysis flowchart of leakage risk of electromagnetic spectrumparametersbased onradio wavepropagationpredictionof irregularterrain

1.1分析電磁頻譜參數(shù)泄露機(jī)理

電磁頻譜參數(shù)泄露實(shí)質(zhì)是用頻裝備的電磁頻譜參數(shù)以電磁輻射信號(hào)的形式傳遞到敵方電磁信號(hào)偵收系統(tǒng)，敵方對(duì)偵收截獲的電磁輻射信號(hào)進(jìn)行分析，從中獲取用頻裝備的地理位置、工作方式、頻率特征、使用規(guī)律等頻譜參數(shù)，從而對(duì)用頻裝備的電磁頻譜參數(shù)安全造成巨大威脅，因此，需對(duì)用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露的機(jī)理進(jìn)行分析，掌握電磁頻譜參數(shù)泄露的模式、途徑、原因、內(nèi)容和危害等，為基于不規(guī)則地形電波傳播預(yù)測(cè)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析奠定基礎(chǔ)。

1.2 明確威脅來(lái)源

各種類型的武器裝備都有其作戰(zhàn)使用環(huán)境，不同的作戰(zhàn)使用環(huán)境將使其搭載的用頻裝備面臨不同的威脅來(lái)源，針對(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)說(shuō)，這里的威脅來(lái)源是指有能力獲取用頻裝備電磁信號(hào)的偵收系統(tǒng)。

海上編隊(duì)的用頻裝備開(kāi)機(jī)工作時(shí)面臨的偵察威脅來(lái)源可能包括敵方的地面?zhèn)刹煺尽⒑Ｑ蟊O(jiān)視船、電子偵察機(jī)和電子偵察衛(wèi)星等電子偵察系統(tǒng)，明確威脅來(lái)源就需要有“威脅來(lái)源實(shí)時(shí)情報(bào)支撐”，這是參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析需要的重要支撐之一，借此可獲取偵收方的情報(bào)信息，尤其是海洋監(jiān)視船、戰(zhàn)艦、電子偵察飛機(jī)和電子偵察衛(wèi)星等移動(dòng)平臺(tái)的位置預(yù)報(bào)，這需要己方偵察機(jī)、成像偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星及其他偵察手段通過(guò)信息融合為海上編隊(duì)提供實(shí)時(shí)情報(bào)，在基于“用頻裝備實(shí)時(shí)參數(shù)信息支撐”的空、頻、能域分析后，結(jié)合威脅來(lái)源在時(shí)域上判斷參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1.3選定電波傳播模型

海上電波傳播與陸上電波傳播不同，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面[14-15]：（1）海水蒸發(fā)造成海面上垂直大氣環(huán)境的顯著變化，進(jìn)而改變大氣對(duì)電波的折射方式，影響電波傳播的路徑和場(chǎng)強(qiáng)，即蒸發(fā)波導(dǎo)現(xiàn)象；（2）海水表面邊界對(duì)電波的反射與散射，造成直射波與反射和散射波的干涉，影響電波場(chǎng)強(qiáng)空間分布。這些特點(diǎn)決定了海上編隊(duì)用頻裝備電磁信號(hào)傳播模型與陸地電波傳播模型和自由空間傳播模型有較大區(qū)別，需要選用有針對(duì)性的電波傳播模型才能進(jìn)行有效的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析。目前可用的海上電波傳播模型主要包括部分ITU-R通用電波傳播模型、陸地信道模型的簡(jiǎn)單擴(kuò)展、Longley-Rice信道模型以及考慮復(fù)雜大氣環(huán)境的拋物方程模型。

（1）ITU（internationaltelecommunication union）模型

ITU-R建議書(shū)是由國(guó)際電聯(lián)無(wú)線電通信部門(mén)制定的一套國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中提供了諸多無(wú)線電傳播模型，按其實(shí)際操作使用類型，可以歸納為三類：一是基于經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)方法得到的離散預(yù)測(cè)曲線，如ITU-RP.1546建議書(shū)[16]，使用時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)擬合，尋找一條與實(shí)際情況最貼近的預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行傳播預(yù)測(cè)，其缺點(diǎn)是預(yù)測(cè)不夠精確，針對(duì)性不強(qiáng)；二是基于確定性預(yù)測(cè)方法得到的預(yù)測(cè)模型，如ITU-RP.1812建議書(shū)[17]，該模型在反射、繞射和折射計(jì)算時(shí)考慮了地形剖面因素，可以得到比較準(zhǔn)確的電波傳播預(yù)測(cè)結(jié)果，但缺點(diǎn)是其適用的頻率覆蓋范圍為UHF～VHF頻段，若計(jì)算其他頻段，需更換預(yù)測(cè)模型；三是基于半經(jīng)驗(yàn)半確定性預(yù)測(cè)方法得到的通用模型，如ITU-RP.2001建議書(shū)[18]，該種方法雖然有較寬的頻率適用范圍，但是模型中的電波氣候地帶只概略區(qū)分陸地、沿海與海洋，不具備不規(guī)則地形的針對(duì)性計(jì)算。

（2）Okumura-Hata模型

Okumura-Hata模型源自Hata對(duì)Okumura模型的修正，根據(jù)Okumura模型的基本場(chǎng)強(qiáng)中值曲線，通過(guò)曲線擬合，提出了傳播損耗的經(jīng)驗(yàn)公式。該模型適用的電波氣候地帶分為郊區(qū)、開(kāi)闊地、準(zhǔn)開(kāi)闊地、農(nóng)村和丘陵，其主要電波傳播特性預(yù)測(cè)目標(biāo)區(qū)域?yàn)殛懙貐^(qū)域，針對(duì)海上電波傳播預(yù)測(cè)，可使用開(kāi)闊地預(yù)測(cè)模型[19]。可見(jiàn)，Okumura-Hata模型具有一定的通用性，但沒(méi)有考慮地形、地面電特性的影響。

（3）Longley-Rice模型

Longley-Rice模型以傳播理論為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合了數(shù)千組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[20]，因此其為半經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型。該模型預(yù)測(cè)損耗值的計(jì)算基于不同傳播范圍[21]： ① 在視距內(nèi)，以反射傳播機(jī)制為主，用雙線模型計(jì)算； ② 在超視距，以衍射傳播機(jī)制為主，用刀刃模型計(jì)算； ③ 對(duì)于更遠(yuǎn)距離（大大超出地平線），以前向散射傳播機(jī)制為主。1982年，GeorgeHufford基于Longley-Rice模型對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)面計(jì)算進(jìn)行了統(tǒng)一處理[22]，形成了更適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算的 ITS（institute for telecommunication sciences）不規(guī)則地形預(yù)測(cè)模型[23]（theirregular terrain model，ITM），模型給出了參考衰減值的計(jì)算公式及不同環(huán)境下相關(guān)修正因子，綜合考慮了多種影響因素，包括頻率、不規(guī)則地形參數(shù)、收發(fā)天線高度、收發(fā)天線位置標(biāo)準(zhǔn)、收發(fā)信機(jī)之間的距離、地面折射率、氣候類型（7種）、極化方式等，適用 20～40GHz 頻段 .1～2 000km 路徑長(zhǎng)度，且模型計(jì)算量適中，分析實(shí)時(shí)性較高。

（4）拋物方程模型

拋物型方程模型（parabolic equationmodel，PEM）是一種確定性預(yù)測(cè)方法，利用折射率變化求解電磁波傳播，即分步Fourier算法。該方法不僅能給出電磁波前向波的解，還能夠有效模擬電磁波在不均勻大氣中的傳播，計(jì)算出空間各點(diǎn)電磁場(chǎng)的分布。在此基礎(chǔ)上，考慮地形高度的影響，McArthur、Barrios發(fā)展了地形拋物型方程模型（terrain parabolic equation model，TPEM）。該模型采用分步遞推的方法，特別有利于產(chǎn)生雷達(dá)威力圖[24]，可以獲得傳播路徑上任意高度和距離的電磁場(chǎng)值，近年來(lái)，拋物方程方法常被用來(lái)進(jìn)行大氣波導(dǎo)條件下的電波傳播預(yù)測(cè)，但是計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜且較為耗時(shí)，分析實(shí)時(shí)性較低。

綜上所述，在海上電波傳播預(yù)測(cè)中，綜合考慮頻率范圍、不規(guī)則地形、參數(shù)設(shè)置精細(xì)度、計(jì)算實(shí)時(shí)性要求等因素，宜選擇基于Longley-Rice模型的ITM模型。

此外，若考慮海上的地空電波傳播預(yù)測(cè)，可以參考ITU相關(guān)模型進(jìn)行綜合分析計(jì)算，如ITU-RP.618建議書(shū)和ITU-RP.680建議書(shū)等，本文不做考慮。

1.4選定數(shù)字高程模型

當(dāng)海上編隊(duì)用頻裝備的電磁信號(hào)的傳播方式為地波傳播時(shí)，電波傳播路徑在海上或從海上傳播變?yōu)殛懮蟼鞑ィ摰夭▊鞑ゾ鶠椴灰?guī)則地形傳播模式。不規(guī)則地形傳播計(jì)算中需要考慮實(shí)際地形情況，因?yàn)閭鞑ヂ窂缴系匦蔚念愋汀⑵鸱男螤睢⒑０胃叨鹊纫蛩囟紩?huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生不同的影響，所以，必須要有數(shù)字高程模型（digitalelevationmodel，DEM）輔助支撐傳播計(jì)算。DEM是地形起伏的數(shù)字描述，模型的選擇需要滿足覆蓋周邊海域及島嶼陸地、模型精度較高等要求，才能夠在電磁信號(hào)傳播預(yù)測(cè)中獲得精度較高的結(jié)果。例如，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和國(guó)家地理空間情報(bào)局于2010年推出了全球多分辨率地形高程數(shù)據(jù)（globalmulti-resolu-tionterrainelevationdata，GMTED201O），在全球陸地區(qū)域提供30弧秒、15弧秒、7.5弧秒三種分辨率DEM數(shù)據(jù)，相當(dāng)于 1km、500m.250m 分辨率的DEM數(shù)據(jù)[25]，均方根誤差范圍分別為 25～42m.29～32m.26～30m 是目前可公開(kāi)獲取的分辨率較高的全球范圍DEM數(shù)據(jù)。GMTED2010產(chǎn)品除了采用多分辨率外，還建立了包括最小高程、最大高程、平均高程等的7種高程產(chǎn)品，通用數(shù)據(jù)格式包括全局光柵數(shù)據(jù)和切片光柵數(shù)據(jù)2種。

1.5 明確編隊(duì)用頻裝備工作參數(shù)

海上編隊(duì)的規(guī)模和構(gòu)成由任務(wù)內(nèi)容決定，如某次海上任務(wù)的某航母戰(zhàn)斗群由一艘航母、三艘驅(qū)逐艦和兩艘護(hù)衛(wèi)艦共6艘艦艇構(gòu)成，編隊(duì)陣型如圖2所示，各艦和航母部署了各類通信系統(tǒng)、警戒探測(cè)系統(tǒng)、武器火控系統(tǒng)、艦船導(dǎo)航系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等。用頻裝備的工作頻段、信號(hào)輻射功率、天線類型、指向、高度等參數(shù)都不盡相同，在進(jìn)行電波傳播預(yù)測(cè)時(shí)均需要明確，甚至編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處地域的地理氣候等外在變量因素也要予以明確，這就需要有“用頻裝備實(shí)時(shí)參數(shù)信息支撐”，這是參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析需要的另一個(gè)重要支撐。參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)需要與己方艦船的用頻裝備深度結(jié)合，除了掌握艦船用頻裝備的基本技術(shù)參數(shù)，還需獲取用頻裝備實(shí)時(shí)反饋的變化的參數(shù)，如坐標(biāo)、工作頻率、發(fā)射功率、天線工作模式、方位、俯仰等，用實(shí)時(shí)參數(shù)計(jì)算信號(hào)傳播預(yù)測(cè)，進(jìn)行空、頻、能域的參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析，進(jìn)而形成時(shí)域分析結(jié)果。

1.6設(shè)置參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

海上編隊(duì)在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，用頻裝備不可避免地向周邊輻射電磁信號(hào)，雖然面臨多種偵察威脅來(lái)源，一直保持電磁靜默并不是科學(xué)的方法，這樣只能因噎廢食。需要依據(jù)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)的定量分析對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行等級(jí)劃分，明確每個(gè)等級(jí)的參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)，使編隊(duì)電磁頻譜管理人員實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前電磁信號(hào)輻射情況，并做出適當(dāng)?shù)挠妙l決策。

圖2某海上任務(wù)某艦航母編隊(duì)陣型 Fig.2Formationofafleetinamisson

電子偵察系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輻射源輻射信號(hào)的截獲和處理，達(dá)到目標(biāo)偵察的目的。信號(hào)截獲是指目標(biāo)信號(hào)的能量可以被電子偵察系統(tǒng)有效檢測(cè)。參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估的依據(jù)參量應(yīng)當(dāng)為偵察接收系統(tǒng)所截獲的經(jīng)過(guò)傳播衰減的用頻裝備信號(hào)輻射功率，即將偵察接收系統(tǒng)的接收靈敏度作為等級(jí)劃分依據(jù)。因此，我們可以將現(xiàn)代電子戰(zhàn)接收機(jī)的偵收靈敏度作為參考，對(duì)頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行設(shè)置。常規(guī)軟件無(wú)線電接收機(jī)和射頻數(shù)字化接收機(jī)靈敏度可統(tǒng)一表示為

S=- 174+ 101gBW+NF+S/N

其中，S為接收機(jī)靈敏度，單位為 dBm;BW 為接收機(jī)帶寬（分析帶寬），單位為 Hz;NF 為接收機(jī)噪聲系數(shù)，單位為 dB;S/N 為所需信噪比，單位為 dB 。

在實(shí)際使用中，為了達(dá)到更好的接收目的，常需要調(diào)節(jié)電子戰(zhàn)接收機(jī)的工作模式和信號(hào)分析帶寬，接收機(jī)的靈敏度也隨之發(fā)生變化，在不同的組合時(shí)，接收機(jī)靈敏度變化如表1所示。

表1工作模式與分析帶寬組合變化時(shí)的靈敏度[26]

Tab. 1 Sensitivity of different operatingmode andsignal analysisbandwidth

綜合考慮不同工作模式和分析帶寬的靈敏度，以及用頻裝備的射頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)傳播衰減后的信號(hào)強(qiáng)度，可設(shè)置參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低至高如表2所示。

表2參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)置Tab.2Parameter leakage risk level setting

（1）1級(jí)——弱風(fēng)險(xiǎn)

目前，偵察接收機(jī)的接收靈敏度不斷提高，最高偵收靈敏度能達(dá)到 -120dBm 左右。小于 -125dBm 的信號(hào)輻射強(qiáng)度，即使對(duì)于工作在高靈敏度模式下使用最小分析帶寬的偵察接收機(jī)也相對(duì)較弱，不易被偵察接收，因此，用頻裝備的參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)較弱。

（2）2級(jí)—低風(fēng)險(xiǎn)

工作在高靈敏度模式下的偵察接收機(jī)以較小的分析帶寬能夠偵收到該級(jí)別強(qiáng)度的射頻信號(hào)，但通常偵察接收機(jī)使用 25kHz 分析帶寬，因此，可能會(huì)對(duì)用頻裝備構(gòu)成一定威脅，但參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)處于較低水平。

（3）3級(jí)—中風(fēng)險(xiǎn)

在常規(guī)模式下工作的偵察接收機(jī)基本上都能夠偵收到該級(jí)別強(qiáng)度的射頻信號(hào)，但如果偵察接收機(jī)工作在大動(dòng)態(tài)模式下，則可能偵收不到這個(gè)強(qiáng)度范圍的信號(hào)，因此，綜合來(lái)說(shuō)，參數(shù)泄露處于中風(fēng)險(xiǎn)水平。

（4）4級(jí)—高風(fēng)險(xiǎn)

在大動(dòng)態(tài)模式下工作的偵察接收機(jī)以較小的分析帶寬能夠偵收到該級(jí)別強(qiáng)度的射頻信號(hào)，對(duì)于使用25kHz 常規(guī)分析帶寬的偵察接收機(jī)則可能偵收不到這個(gè)強(qiáng)度范圍的信號(hào)，但參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)水平已經(jīng)比較高了。

（5）5級(jí)—極高風(fēng)險(xiǎn)

在任何模式下工作的偵察接收機(jī)基本上都能夠偵收到該級(jí)別強(qiáng)度的射頻信號(hào)，這對(duì)用頻裝備的參數(shù)威脅極大，因此，泄露風(fēng)險(xiǎn)為極高水平。

1.7分析“四域\"電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)偵察威脅來(lái)源來(lái)說(shuō)，電子偵察系統(tǒng)能夠截獲輻射源的輻射信號(hào)，需要在空域、能量域、頻域、時(shí)域這“四域”上對(duì)偵察目標(biāo)信號(hào)實(shí)施有效覆蓋。對(duì)用頻裝備來(lái)說(shuō)，以電波傳播預(yù)測(cè)的方式分析參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，也必須立足于“四域”進(jìn)行分析。

空域分析中，需研究編隊(duì)所處的海域位置、偵察威脅來(lái)源的類型和位置、用頻裝備的天線高度和類型等對(duì)電波傳播的影響；能量域分析中，需研究各種用頻裝備不同的信號(hào)發(fā)射功率對(duì)電波傳播的影響；頻域分析中，需研究工作在不同頻段的用頻裝備的電波傳播的差異；時(shí)域分析是一個(gè)動(dòng)態(tài)的分析過(guò)程，具體是指在海上編隊(duì)日常巡航、跟監(jiān)警戒、演訓(xùn)和作戰(zhàn)行動(dòng)的過(guò)程中，研究用頻裝備的電波傳播預(yù)測(cè)。在分析過(guò)程中，需要綜合考慮三個(gè)“變化”，并且在兩個(gè)“支撐”下進(jìn)行空、頻、能三域分析，才能有效實(shí)時(shí)地對(duì)編隊(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行時(shí)域分析。其中，三個(gè)“變化”是指用頻方及偵收方位置的變化、用頻裝備開(kāi)關(guān)機(jī)的變化及單個(gè)用頻裝備工作模式的變化；兩個(gè)“支撐”是指若要在編隊(duì)行動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)三個(gè)“變化”的實(shí)時(shí)掌握，必須要有威脅來(lái)源實(shí)時(shí)情報(bào)支撐和用頻裝備實(shí)時(shí)參數(shù)信息支撐。

2參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)仿真分析

本文應(yīng)用1.3節(jié)所述的ITS的ITM模型結(jié)合1.4節(jié)所述的GMTED2010，對(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空、頻、能、時(shí)“四域\"仿真分析，其中，GMTED2010使用

7.5弧秒分辨率數(shù)據(jù)，可以提供較高精度的海上電波傳播預(yù)測(cè)結(jié)果，如果對(duì)傳播預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)性要求較高，可選用低分辨率數(shù)據(jù)，但同時(shí)在復(fù)雜地形下的預(yù)測(cè)精度也會(huì)相應(yīng)降低。

2. 1 空域分析

（1）不同地形的影響

電波傳播的不規(guī)則地形路徑可能完全在海面上，也可能是海面與陸地的組合，這要視偵察威脅來(lái)源的類型而定。場(chǎng)景想定：?jiǎn)嗡遗灤啬澈０逗叫校藭r(shí)偵察威脅來(lái)源為岸基偵察系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如表3所示。

如圖3（a）、圖3（b）所示，電波傳播路徑有一部分在海面上，一部分在陸上。如圖3（c）所示，當(dāng)信號(hào)傳播路徑在海面上時(shí)，不規(guī)則地形變化比較小，信號(hào)強(qiáng)度隨距離增大而減小，無(wú)劇烈起伏變化；在陸上傳播時(shí)，不規(guī)則地形在山區(qū)變化明顯，此處的信號(hào)強(qiáng)度隨之有明顯的強(qiáng)弱變化，高程越大，接收到的信號(hào)強(qiáng)度越大，高程越小，接收到的信號(hào)強(qiáng)度也越小。

表3受地形影響的傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置Tab.3Setting of propagation prediction influenced by terrain

此外，在同等距離下，上述兩種情況的電波傳播損耗均比自由空間傳播損耗要高很多，如圖3（c）所示，若只將信號(hào)傳播認(rèn)定為自由空間傳播，則信號(hào)強(qiáng)度始終高于 -90dBm ，即極高風(fēng)險(xiǎn)（5級(jí)泄露風(fēng)險(xiǎn)），而實(shí)際情況不同，在海面?zhèn)鞑r(shí)，當(dāng)傳播距離分別約為6.9km，13.4km，19.5km 和 26.4km 時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度分別衰減了4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。

（2）天線高度的影響

天線高度是天線與地面的垂直距離即天線掛高，其與載體高度有關(guān)，如驅(qū)逐艦的發(fā)射機(jī)天線掛高為20～40m ，航空母艦的發(fā)射機(jī)天線掛高可達(dá) 50～70m ，不同的天線高度會(huì)對(duì)電波傳播產(chǎn)生不同的影響，在傳播預(yù)測(cè)時(shí)也要予以考慮。

場(chǎng)景想定：分別選取了實(shí)際中常用的4種發(fā)射機(jī)天線高度和5種接收機(jī)天線高度，偵收站為海上偵察船。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如表4所示。

由圖4和表5可見(jiàn)，發(fā)射機(jī)天線高度（txHeight）不變時(shí)，接收機(jī)天線越高，信號(hào)泄露范圍越大；接收機(jī)天線高度（rxHeight）不變時(shí)，發(fā)射機(jī)天線越高，信號(hào)泄露范圍越大。總之，無(wú)論發(fā)射方還是接收方，增加天線的高度，都將導(dǎo)致信號(hào)泄露范圍增大。

表4受天線高度影響的傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置

Tab.4Setting of propagation prediction influenced by antenna height

圖3受地形影響的電波傳播預(yù)測(cè)

Fig.3Propagationpredictioninfluencedbyterrain

表5發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不同天線高度時(shí)信號(hào) 衰減到-125dBm的預(yù)測(cè)范圍 Tab.5-125dBm propagation prediction range withdifferent transmitterantenna heightsand receiverantennaheights 單位：km

（3）天線類型的影響

艦船上天線類型眾多，這里以八木宇田天線（簡(jiǎn)稱八木天線）為例做傳播預(yù)測(cè)研究，其簡(jiǎn)化天線參數(shù)設(shè)置如表6所示，對(duì)應(yīng)的天線方向圖如圖5所示。

表6八木宇田天線參數(shù)設(shè)置Tab.6Yagi-Uta antenna parameters

場(chǎng)景想定：艦船航行通過(guò)G海峽時(shí)，途經(jīng)海峽北部2島和南部1島，島上分別部署 A，B，C 三個(gè)偵收站。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如表7所示。

表7受天線類型影響的傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置

Tab.7Setting of propagation prediction influenced by antenna type

圖4發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線不同高度的傳播預(yù)測(cè)

Fig.4Propagation prediction of different transmitterantenna heights and receiver antenna heights

圖5八木宇田天線方向圖

Fig.5Yagi-Utaantenna pattern

由圖6可見(jiàn)，由于八木天線的主瓣指向正東，A站和 B 站均位于天線主瓣輻射范圍內(nèi)，A站可獲得略高于 -90dBm 輻射強(qiáng)度的信號(hào)， B 站可獲得約 -105dBm 輻射強(qiáng)度的信號(hào)，而 c 站雖然距發(fā)射站的直線距離為三者最近，但是由于其恰好位于八木天線的零陷方向，因此，只能獲得十分微弱的輻射信號(hào)。可見(jiàn)，不同類型的天線在電波傳播中有不同的表現(xiàn)，這主要與天線方向特性有關(guān)。

2.2 頻域分析

海上編隊(duì)艦船的用頻系統(tǒng)通常包括通信系統(tǒng)、警戒探測(cè)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)，頻率覆蓋VHF到 Ku 各頻段，選取其中多個(gè)頻段的典型用頻，為避免其他因素影響，這里假設(shè)各用頻裝備除工作頻率外有相同的參數(shù)，實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如表8所示。

由圖7（b）所示，在面對(duì)同一個(gè)地面?zhèn)墒照緯r(shí)，發(fā)射頻率越低，信號(hào)到達(dá)偵收站時(shí)的功率衰減越小，反之，發(fā)射頻率越高，信號(hào)到達(dá)偵收站時(shí)的功率衰減越大。也就是說(shuō)，信號(hào)頻率越低，傳播的距離越遠(yuǎn)，信號(hào)頻率越高，傳播的距離越近。因此，在相同發(fā)射功率下，若只從降低參數(shù)泄露的角度考慮，每個(gè)頻段的用頻裝備應(yīng)選用相對(duì)較高的工作頻率。

2.3 能量域分析

通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)之間的發(fā)射功率相差較大，因此，仿真實(shí)驗(yàn)只做同類型用頻系統(tǒng)的不同發(fā)射功率的比較，不做非同類用頻系統(tǒng)之間的橫向比較。這里選取電子戰(zhàn)系統(tǒng)作為分析對(duì)象。

圖6八木宇田天線傳播預(yù)測(cè)

Fig.6Propagationprediction of Yagi-Utaantenna

表8受工作頻率影響的傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置Tab.8Seting of propagation prediction influenced by frequency

圖7受工作頻率影響的傳播預(yù)測(cè)

Fig.7Propagation prediction influenced by frequency

參考美海軍AN/SLQ-32艦船電子戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)射功 的影響，實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如表9所示。率和工作頻率，并且排除工作頻率差異和偵收站地形

表9受發(fā)射功率影響的傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置

Tab.9Setting of propagation prediction influenced by transmiting power

如圖8所示，海上偵察船與兩個(gè)電子戰(zhàn)系統(tǒng)的距離均相距約 205km ，由表9和圖8（b）可見(jiàn)，AN/SLQ-32-1和AN/SLQ-32-2的輸出功率雖然相差較大，但是在約 50km 范圍內(nèi)，功率的差異對(duì)反射傳播和衍射傳播影響微弱，因此，二者信號(hào)衰減趨勢(shì)和衰減程度非常接近；超出衍射傳播計(jì)算范圍后，二者的散射傳播略有差別，前者的信號(hào)強(qiáng)度在約 144km 處衰減低于-125dBm ，后者的信號(hào)強(qiáng)度在約 116km 處衰減低于-125dBm ，當(dāng)信號(hào)傳播到海上偵察船處時(shí)，均已經(jīng)不大于-130dBm 。

圖8受發(fā)射功率影響的傳播預(yù)測(cè)

Fig.8Propagation prediction influenced by transmitting power

2.4 時(shí)域分析

場(chǎng)景想定：紅方航母編隊(duì)包括1航母和兩驅(qū)兩護(hù)，從A海域經(jīng)B海峽，進(jìn)人C海域；藍(lán)方航母編隊(duì)包括1航母和兩巡兩驅(qū)，從C海域經(jīng)B海峽進(jìn)入A海域。雙方最近時(shí)相距約70海里。

基于該場(chǎng)景想定，參考前述航母編隊(duì)陣型，并假設(shè)每艘艦船只使用了一個(gè)用頻裝備，設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件如表10所示。

圖9（a）為紅藍(lán)兩方航母編隊(duì)航線，分別選取 t₁ ）t₂、t₃ 時(shí)刻對(duì)雙方電波傳播態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。如圖9（b）所示， Δ_t1 時(shí)刻兩個(gè)編隊(duì)均已進(jìn)入對(duì)方的信號(hào)傳播范圍內(nèi)，但由于相距較遠(yuǎn)，電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)為弱風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，此時(shí)，需嚴(yán)密監(jiān)視并做好用頻管控的準(zhǔn)備；但是參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)是空域、頻域、能量域和時(shí)域共同作用的結(jié)果，如圖9（c）所示， t₂ 時(shí)刻雙方距離較近，參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高為中風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，此時(shí)，需對(duì)用頻裝備電磁頻譜的使用采取有針對(duì)性的管控;如圖9（d）所示， t₃ 時(shí)刻雙方距離較遠(yuǎn)，參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)重新降為弱風(fēng)險(xiǎn)以下級(jí)別。由于受仿真硬件條件限制，這里只設(shè)置了10個(gè)用頻裝備，且天線方向性為各向同性，在實(shí)際編隊(duì)內(nèi)部，通常每艘艦船會(huì)有多個(gè)不同類型的用頻裝備同時(shí)工作，其電波傳播會(huì)受到各用頻裝備的頻率、功率、天線方向性、天線高度等多種因素的影響，編隊(duì)的電磁頻譜將呈現(xiàn)復(fù)雜的電波傳播預(yù)測(cè)態(tài)勢(shì)，在兩個(gè)“支撐”的輔助支持下，設(shè)置好發(fā)射方和偵收方的必要的分析參數(shù)，即可憑借本文提出的方法對(duì)電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的定量分析。需要說(shuō)明的是，實(shí)時(shí)性的強(qiáng)弱程度與處理系統(tǒng)的硬件性能直接相關(guān)。

表10編隊(duì)傳播預(yù)測(cè)條件設(shè)置

Tab.10Setting of propagation prediction of fleets

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于不規(guī)則地形電波傳播預(yù)測(cè)的電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法，并給出了詳細(xì)的分析流程，以電子戰(zhàn)接收機(jī)的工作性能為依據(jù)劃分了電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合不規(guī)則地形電波傳播模型和數(shù)字高程模型，研究了在“四域”中海上用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容和方法，實(shí)現(xiàn)了海上編隊(duì)用頻裝備電磁頻譜參數(shù)泄露風(fēng)險(xiǎn)定量分析和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。理論研究和仿真結(jié)果表明，該方法是一種對(duì)大部分用頻裝備普遍適用的、可操作性強(qiáng)的、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的定量分析方法，在用頻裝備實(shí)時(shí)參數(shù)信息支撐和威脅來(lái)源實(shí)時(shí)情報(bào)支撐下，能夠在實(shí)際編隊(duì)任務(wù)中發(fā)揮有效的輔助作用。

當(dāng)前，在海上編隊(duì)擔(dān)負(fù)大量海上任務(wù)及面臨全方位立體偵察的形勢(shì)下，用頻裝備的電磁信號(hào)安全已經(jīng)不容忽視，有效防止用頻過(guò)程中電磁頻譜參數(shù)泄露已成為亟待解決的問(wèn)題。今后將在如何與用頻裝備參數(shù)系統(tǒng)和威脅來(lái)源情報(bào)系統(tǒng)深度融合上繼續(xù)開(kāi)展研究和應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)，與其他電磁頻譜管控技術(shù)共同構(gòu)成艦載電磁頻譜管控輔助支持系統(tǒng)，有目的、有控制、有選擇地使用電磁頻譜，確保海上編隊(duì)用頻安全，提高海上編隊(duì)用頻裝備作戰(zhàn)效能，為提升基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力提供有力支撐。

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（責(zé)任編輯：張培培）