通信对抗原理(冯小平)全书第7章

第7章通信干扰方程和干扰效果评价第7章通信干扰方程和干扰效果评价7.1通信干扰方程7.2通信干扰效果评价准则7.3通信干扰效能检测和评估方法7.4对语音信号质量的客观评价方法7.5通信干扰效能评估的仿真技术习题第7章通信干扰方程和干扰效果评价7.1通信干扰方程7.1.1理想条件下的通信干扰方程通信接收机输入端的干信比大小基本上能够反映干扰的有效性。下面分自由空间传播和地面反射传播两种情况讨论通信1)自由空间传播的通信干扰方程在自由空间中，通信主要传播方式是直接波，根据自由空间电波传播方程，到达通信接收机输入端的通信信号功率为22π4csrststsrRGGPP(7.1-1)第7章通信干扰方程和干扰效果评价式中,Pst是通信发射机功率;Gst是发射天线在接收天线方向的增益;Gsr是通信接收天线在发射天线方向的增益;Rc是通信距离;λ是通信信号波长。同样，在通信接收机输入端的干扰功率为22π4jjrjtjtjrRGGPP(7.1-2)式中,Pjt是干扰发射机功率;Gjt是干扰发射天线在通信接收天线方向的增益;Gjr是通信接收天线在干扰发射方向的增益;Rj是干扰距离;λ因此，通信接收机输入端的干信比为21jcsrststjrjtjtsrjrRRGGPGGPPPJSR(7.1-3)第7章通信干扰方程和干扰效果评价根据上式可以得出，当通信系统和干扰系统都是在自由空间中传播时，通信接收机输入端的干信比与干通比(r=Rj/Rc)的2)在地面传播方式下，由于地面反射波和地面波的影响，到达通信接收机输入端的功率近似为22csrstsrststsrRhhGGPP(7.1-4)式中,Pst、Gst、Gsr、Rc意义与前面相同;hst、hsr分别是通信发射和接收天线的高度。类似地，到达通信接收机输入端的干扰功率为第7章通信干扰方程和干扰效果评价22jsrjtjrjtjtjrRhhGGPP(7.1-5)式中,Pjt、Gjt、Gjr、Rj意义与前面相同;hjt是干扰发射天线的高度。因此，通信接收机输入端的干信比为242stjtjcjrjtjtjrjtjthhRRGGPGGPJSR(7.1-6)根据上式可以得出，当通信系统和干扰系统都是在地面传播方式时，通信接收机输入端的干信比与干通比(r=Rj/Rc)的4次方成反比，与干扰天线和通信天线的高度比的平方成正比。干扰天线高度每升高1倍，干信比提高6dB。因此，对于地面反射传播方式工作的干扰系统，升高天线高度可以明显的改善干信比，提高干扰效果。第7章通信干扰方程和干扰效果评价以上两种情况都是假设通信系统和干扰系统工作在相同的电磁传播模式下。但是在实际应用中，有时情况并非如此。比如，当采用升空平台对地面目标通信系统干扰时，通信信号是地面反射传播模式，而干扰信号是自由空间传播模式，这时的干信比为22223π41srstjcjrjtjtjrjtjthhRRGGPGGPJSR(7.1-7)同理，如果通信信号是自由空间传播模式(如地－空通信)，而干扰信号是地面反射传播模式，这时的干信比为22224π4jrjtjcjrjtjtjrjtjthhRRGGPGGPJSR(7.1-8)第7章通信干扰方程和干扰效果评价7.1.2修正的通信干扰方程在上面的讨论中，假设干扰信号的所有能量都能够进入目标通信接收机。但是实际情况并非如此，也就是说干扰能量并不能全部进入目标通信接收机，即干扰信号与通信信号之间存在匹配损耗。匹配损耗主要由两方面因素引起：其一是干扰天线与通信接收天线由于极化不同引起的极化损耗；其二是干扰信号带宽与通信接收机带宽不一致(一般干扰带宽大于通信接收机带宽)引起的带宽失配损耗。所以在计算干信比时，还需要考虑天线极化损耗La和带宽失配损耗Lb。设目标通信接收机中频带宽为Br，干扰信号带宽为Bj，则带宽失配损耗为jrbBBL(7.1-9)第7章通信干扰方程和干扰效果评价带宽失配损耗是小于1在通信频率范围的低端，极化损耗并不突出，所以可以不考虑它，此时假设La=1。在通信频率高端(UHF以上)，就必须考虑匹配损耗后，干信比关系需要乘以因子LaLb，因此，自由空间传播模式的干信比修正为bajcsrststjrjtjtLLRRGGPGGPJSR21(7.1-10)在其他传播模式下，考虑匹配损耗后的修正的干信比关第7章通信干扰方程和干扰效果评价此外，如果通信接收机接收天线是水平全向的(大部分战术通信电台都是如此)，则有Gjr=Gsr，那么上式简化为bajcststjtjtLLRRGPGPJSR21(7.1-11)通常把发射机输出功率P与发射天线增益G的乘积称为有效辐射功率，并且表示为ERP=PG(7.1-12)则上式可以用有效辐射功率表示为bajcsjLLRRERPERPJSR21(7.1-13)第7章通信干扰方程和干扰效果评价式中,ERPj表示干扰发射机的有效辐射功率;ERPs表示通信发射机的有效辐射功率。其他传播条件的干信比也可以利用有效辐上面讨论的各种不同的传播模式下的干信比关系就是通信干扰方程。当按照上面的关系计算得到的干信比超过干扰压制系数时，对应的干扰就是有效的。通信干扰方程是一个重要的方程式，它是干扰功率计算和干扰压制区计算的基础。7.1.3通信干扰有效辐射功率计算干扰有效辐射功率计算是通信干扰系统设计的最重要的参数，它根据干扰系统的战术使用要求，如系统作用距离、干扰对象等，通过分析计算和计算机仿真后确定。根据前节得出的干信比公式，可以得到自由空间传播模式下所需的干扰有效辐射功率为第7章通信干扰方程和干扰效果评价对于给定的干扰对象，当干扰设备与目标设备的配置关系确定时，干扰有效辐射功率将由实现有效干扰的干信比决定。当干扰目标给定和干扰样式确定后，所需的干信比就是干扰压制系数Kj。将上式中的干信比用干扰压制系数代替，距离比用干通比代替，可以将自由空间传播模式的干扰有效辐射功率重新表示为bacjsjrjjLLRRERPJSRGPERP1211(7.1-14)basjjLLrERPKERP121(7.1-15)第7章通信干扰方程和干扰效果评价同理可以得到其他两种传播模式的干扰有效辐射功率为地面反射传播模式的干扰有效辐射功率为bajtstsjjLLhhrERPKERP1242(7.1-16)bajsrsrsjjLLRhhrERPKERP14243bajrjtcsjjLLhhRrERPKERP14244(7.1-17)(7.1-18)第7章通信干扰方程和干扰效果评价在以上各种传播模式下的干扰有效辐射功率的表达式中，通信发射机的有效辐射功率ERPs、通信收发天线高度hsr和hst、工作波长λ取决于干扰对象；通信距离Rc、干扰距离Rj、干通比r则由战术使用要求决定；干扰天线hjt的高度可以通过设计选取；最后只剩下干扰压制系数的选取。干扰压制系数的选取涉及到最佳干扰技术，理论上，压制系数最小的干扰样式是最佳干扰样式，它需要的干扰功率最小。对于不同的通信体制，下面举例说明通信干扰功率的计算方法和步骤。设计一个车载VHF(30～100MHz)战术干扰系统，用于干扰空－地、地－空和地－地通信链路。最大干扰距离为30km，实施干扰后允许的最大通信距离为3km(即干通比r=10)，通信发射机最大有效辐射功率为100W。试计算该干扰系统所需的干扰有效辐射功率。第7章通信干扰方程和干扰效果评价(1)空－地通信链路干扰功率。空－地链路是指通信方的发送设备在空中，接收设备在地面，所以通信方是自由空间传播模式。而干扰方是车载干扰系统，它位于地面对地面通信接收机实施干扰，因此是地面反射传播模式。如果匹配条件良好，并且干扰天线可以升空，则根据视距传播条件，可以得到)()(12.4)(30mhmhkmsrjt其中,hjt、hsr分别是干扰发射天线和通信接收天线的高度。当hjthsr时，可以得到干扰发射天线高度为)(5312.4302mhjt第7章通信干扰方程和干扰效果评价即当干扰天线高度大于53m时，干扰信号可以按照自由空间传播模型考虑。将r=30/3=10，因为假设匹配良好，可以取La＝1，Lb＝1，并设Kj＝2，代入自由空间传播模式下的干扰有效辐射功率计算公式，可以得到kW201111010021221basjjLLrERPKERP实际上，在车载条件下，要将天线升高到53m几乎是不可能的。如果干扰天线只能升高到20m，那么干扰信号就不满足自由空间传播模式的条件，而只能按照地面反射传播模式考虑。此时干扰空－地链路需要的干扰功率将极大提高：第7章通信干扰方程和干扰效果评价kW57131374111220π43000101010021π424244.LLhhRrERPKERPbajrjtcsjj其中，计算时使用的λ＝10m(f=30MHz)，hjr=2m。可见，利用地面车载干扰平台干扰空－地链路需要的干扰功率极大，几乎无法实现。因此，必须使用升空平台才能实现对空－地第7章通信干扰方程和干扰效果评价(2)地—空通信链路干扰功率。地－空链路是指通信方的发送设备在地面，接收设备在空中，所以通信方是自由空间传播模式。而干扰方是车载干扰系统，它位于地面对空中通信接收我们已经计算得到了干扰和通信双方都在自由空间传播模式下，需要的干扰有效辐射功率为20kW，因此，可以实现有问题在于，由于通信发射机在地面，侦察引导设备也在地面，那么侦察设备是否能够对通信信号可靠的侦收和识别呢？下面就对此进行必要的分析。根据地面反射传播模型，到达侦察接收机的通信信号功率为第7章通信干扰方程和干扰效果评价dBm91W1097300002024100132222.RhhGGPPjjsjrjtsts其中,计算时通信发射机天线高度hs＝2m，侦察接收机天线在天线发射机方向的增益Gjr=4，侦察(干扰)天线高度hj＝20m，通信发射机有效辐射功率PstGjt＝100W一般，通信侦察系统的灵敏度都优于－100dBm，所以使用20m高度的天线是可以侦收和识别地－空通信链路的通信信号，实现对干扰机的引导。第7章通信干扰方程和干扰效果评价(3)地－地通信链路的干扰功率。地－地通信链路是指通信方的发送和接收设备都在地面，所以通信方是地面反射传播模式。干扰方是车载干扰系统，它位于地面对地面通信接收机实施干扰，因此也是地面反射传播模式，它所需要的干扰有效辐射功率为kW201112023301002124242bajtstsjjLLhhrERPKERP第7章通信干扰方程和干扰效果评价根据以上分析，该干扰系统的有效辐射功率最终为20kW。但是需要注意的是，用有效辐射功率20kW的干扰系统无法对空－地通信链路进行有效干扰，只能通过其反向链路即地－空在干扰功率计算中，干通比的确定是关键，干通比是干扰距离与通信距离之比。干扰距离可以根据战术使用要求确定，但是通信距离的确定就比较困难一些。如果只考虑战术使用要求，则希望有效通信距离尽可能小。但是这是要付出代价的，有效通信距离减小，则干扰功率就需要增加，干扰设备就复杂，成本就高，所以在系统设计时，就需要在有效通信距离和成本第7章通信干扰方程和干扰效果评价7.1.4干扰压制区分析前面几节讨论了干信比，给出了在给定干通比条件下的干扰有效辐射功率的计算公式。利用这些关系，基本上可以确定干扰系统的干扰能力。到目前为止，衡量干扰系统的干扰能力的最重要指标是干扰设备能够达到的干通比，但是干通比不是很直观的，而且与敌我双方的对抗态势