韩 龙 孙 翼

(海军大连舰艇学院 大连 116018)



舰艇短波通信干扰兵力的阵位配置研究*

韩 龙 孙 翼

(海军大连舰艇学院 大连 116018)

针对舰艇通信对抗中干扰兵力配置的问题,给出了需要压制区估算的数学模型,结合短波地波场强和压制系数的计算,给出了最大干扰距离的计算方法,在此基础上综合考虑各种因素给出了舰艇通信干扰兵力阵位选择的原则和方法,为实际的战术计算提供参考依据。

压制系数; 阵位选择; 场强

Class Number TN929

1 引言

舰艇通信干扰是水面舰艇通信对抗的重要内容,通过有效的干扰措施,可以减弱甚至中断敌海上编队与其岸基指挥所的通信联络,使其指挥失误甚至中断,为掩护己方的作战意图、作战行动提供重要保障。干扰兵力的配置是通信干扰战术的重要一方面,其实质是根据战场态势,己方干扰资源如何配置才能有效压制需要压制区的敌通信。舰艇通信干扰兵力的阵位配置涉及无线电传播、舰艇通信对抗和海军战术等理论,本文运用以上理论对作战使用中舰艇通信干扰需要压制区的确定、压制系数和最大干扰距离的估算、通信干扰兵力的阵位选择原则和方法等问题进行研究,为通信对抗指挥决策提供参考。

2 舰艇通信干扰需要压制区的确定

舰艇通信干扰需要压制区[1]是对敌舰艇编队通信实施干扰的整个过程中敌目标所有可能出现的位置组成的区域,即在作战时间内需要干扰兵力对其持续压制的区域,是确定干扰阵位配置的依据。在作战预案中根据需要达成的战术目的确定需要压制区的大致范围后,还需要在行动的预先展开和接敌阶段根据侦察情报和实际态势的变化,作必要的修正,以确保对该区域的通信干扰能实现我方的战术目的。具体确定需要压制区域的方法是以作战预案中基准兵力开始突击的时间,即突击基准时间(T0)时敌海上编队前导舰的位置为基准点,依据敌海上编队航速VD、纵深DL、正面DH、定位误差ΔD、实施干扰的总时间Ttj和环境等要素,按图1给出的方法确定。

图1 需要压制区域的确定

压制区域的总长度:

L=2(VD*Ttj+ΔD)+DL

(1)

压制区域的总宽度:

H=2(VD*Ttj+ΔD)+DH

(2)

在实际计算中,一般为使确定的需要压制区域有较大余量,VD取目标可能的最高航速;Ttj取值应一并考虑我方的兵力撤收时间;考虑到需要干扰压制区应覆盖敌编队内的所有舰艇,必须考虑敌编队纵深(长度)和正面(宽度)。

通信干扰需要压制区域确定后,为了评估干扰方的干扰能力是否能覆盖需要压制区,需根据敌我态势、通信和干扰设备的战术技术性能估算干扰压制系数和最大干扰距离,综合考虑其他影响因素确定干扰兵力的有效配置区,并寻求最优的干扰阵位,获得最优的干扰效果,以满足通信对抗的战术需求。

3 短波通信干扰压制系数估算

在确定了需要压制区后就要对我方干扰兵力对敌实施干扰的压制系数进行估算,以确定干扰是否奏效;并计算干扰有效时的最大干扰距离,为干扰舰艇阵位的选择提供依据。

舰艇通信干扰的目标通常为敌海上编队端,对其短波通信实施干扰时,战术上一般允许我方干扰兵力距敌海上编队较近,因此给出我用地波干扰敌地波通信的压制系数估算方法。

3.1 地波干扰地波压制系数的估算

压制系数是指敌接收机处的通信信号和干扰信号功率之比,根据电波传播理论,电波传播的功率和场强存在一定关系,因此压制系数[2]可用场强表示如下:

(3)

式中:K为压制系数,Ej为干扰信号场强,Es为通信信号场强。

因此在计算压制系数时首先要根据敌通信方的位置、通信参数和我方干扰设备的战术技术性能分别计算通信信号场强和干扰信号场强,再代入式(3)可得压制系数。

根据电波传播理论,不同传播距离时的短波地波场强可按式(5)计算[3～6]:

(4)

图2为根据上式利用Matlab仿真绘制的辐射功率1kW,使用鞭状天线时的海上不同频率短波传播的场强曲线。计算表明在频率大于15MHz,距离大于400km时地波场强已小于通信接收机的灵敏度,因此一般不予考虑。

根据压制系数的定义和地波场强的计算,在地波传播的有效距离内通信干扰压制系数可用式(5)求得。

图2 海上短波地波场强曲线

(5)

图3、图4分别为根据式(5)仿真得到不同功率和不同干扰距离时的压制系数曲线。可以看出,当敌通信双方确定时随着干扰功率的增大压制系数逐渐增大,这是因为干扰功率越大,敌海上编队端的干扰信号场强越大,压制系数也越大;通信双方和干扰功率确定时,随着干扰距离的增大,压制系数减小,这是因为随着干扰距离的增大,干扰信号在接收机处的场强变小,压制系数也变小。分析还可以看出,干扰距离对压制系数的影响较干扰功率要大。在实际的通信干扰中,由于干扰设备和资源有限等原因,增加干扰功率的代价较大,因此在干扰舰艇阵位选择时要着重选择较小的干扰距离以保证较好的干扰效果。

图3 不同干扰功率时的压制系数仿真图,没有小五宋的设置项

图4 不同干扰距离时的压制系数

3.2 最大干扰距离的估算

根据通信对抗理论,对敌海上编队通信的干扰奏效时,其压制系数不小于最佳干扰时的压制系数,此时的干扰距离为干扰有效的最大距离,也是通信干扰兵力配置的最远距离,干扰兵力必须配置在以需要压制区为中心,以最大干扰距离为半径的圆形区域内才能形成有效干扰

根据通信对抗战术中压制系数K的要求,在已知敌接收机处通信场强Es时,干扰信号在接收机处的场强应满足:

Ej≥10lgK+Es

(6)

上式表明,敌通信态势确定时存在满足要求的最小干扰场强,分析地波场强公式可知,干扰场强Ej是干扰距离rj的减函数,因此一定存在rj的最大值,即最大干扰距离。准确给出rj的表达式十分复杂,实际应用中也无必要,本文根据式(6)利用Matlab对最大干扰距离的估算进行了仿真,结果如图5、图6所示。

图5 不同压制系数时的最大干扰距离

图6 不同干扰功率时的最大干扰距离

其中,图5为不同通信距离时根据压制系数确定最大干扰距离的曲线,显然要求的压制系数越大时最大干扰距离越小,因此在实际中要根据干扰信号样式合理确定压制系数;图6为四种压制系数时最大干扰距离随干扰功率的变化,可以看出在干扰功率较小时其对干扰距离的影响相对较大,随着干扰功率的增大,最大干扰距离的增大逐渐趋缓,所以实际中从作战的全局考虑应在保证干扰有效的前提下根据干扰装备性能和干扰资源适当选择干扰功率,以减少不必要的资源浪费。

对通信干扰的压制系数和最大干扰距离估算后,就要根据估算结果选择合适的干扰阵位,使有效干扰压制区域能全部覆盖需要压制区,从而达到我方的战术目的。

4 通信干扰兵力最佳阵位选择

当敌海上编队与其岸基指挥所的距离处于地波有效通信范围内时,可按地波干扰地波模式进行战术计算,并综合考虑影响干扰阵位配置的其他因素[7～8],选择干扰舰艇的最佳阵位。

海上舰艇编队通信一般均使用无方向性的鞭状天线,因此对敌通信实施干扰时干扰机的有效配置区一般是以敌编队为中心,最大干扰距离为半径的圆形区域;敌海上编队机动时,有效配置区只是做相应的平移,大小并不改变。在该区域内,距离敌编队越近,干扰信号场强越大,压制系数越大,干扰效果越好。但实际中受其他因素的影响,干扰机不可能无限制地接近敌编队,因此干扰兵力的阵位要在有效配置区内适当选择,以使有效压制区域尽可能全部覆盖需要压制区。

通信干扰兵力的阵位选择既要服从于我方编队的作战任务,又要在保证自身安全的前提下满足对敌编队通信实施有效干扰的战术指标。如图7所示。T为敌岸基指挥所,R为敌海上编队,rs为敌通信距离,虚线矩形为确定的需要压制区,其外部的圆形区域为敌火力打击范围,rdj为打击半径,rjmax为允许我方干扰机配置的最大干扰距离,显然只有最大干扰距离大于敌火力打击半径时才可能对敌实施干扰,此时图中所示阴影区为干扰兵力的有效配置区。

图7 通信干扰兵力阵位选择示意图

敌岸基指挥所T通信发射天线一般会使用有向天线指向其海上编队,如双极天线,这样可以使能量主要集中在通信方向上,较全向天线能增加接收机处的信号场强,一定程度上能起到抗干扰的作用;海上编队的舰载通信设备一般使用无方向的鞭状天线,以便于与编队内部的通信;而舰载通信干扰设备通常使用有向天线,如对数周期天线,这样既可以增强干扰信号的强度,使干扰能量主要集中在敌海上编队的方向,又可以最大限度地减小干扰信号对我方通信的影响。

为保证干扰有效,对敌编队通信实施干扰的压制系数不小于最佳干扰时的压制系数,即:

Kj≥K

(7)

由于干扰舰艇的自我防御能力较弱,因此在选择干扰阵位时必须使其远离敌火力打击范围,处于我方火力保护范围内,即:

rj>rdj

(8)

r≤maxrjs

(9)

式中:r为干扰舰艇距我方编队J的距离,maxrjs为我编队火力打击的最远距离,rj为干扰距离,rdj为敌火力打击半径。

为保证干扰舰艇随时保持与我方编队的有效通信,以便于上级指挥所组织指挥,干扰舰艇应处于己方有效通信区域内,即:

r≤rtxmax

(10)

式中:rtxmax为我方有效通信区域的最远距离。

干扰兵力前出对敌通信进行干扰时往往需要得到我方通信侦察力量对敌通信进行侦听、监控,以有效引导通信干扰的实施,因此干扰兵力的配置应处于能得到侦察兵力有效引导的范围,即:

j(x,y)∈Dyd

(11)

式中:j(x,y)为干扰兵力配置的位置,Dyd为侦察兵力的引导范围。

干扰兵力的配置阵位要有一定的机动范围,以保证在战斗的全过程,特别是态势发生变化时仍能对敌通信实施有效压制,但机动范围不应超出干扰机的有效配置区,如图7中阴影所示区域;多干扰兵力时要考虑与其他干扰力量的通信、协同与指挥;在干扰资源有限的情况下干扰兵力的配置应尽可能节省干扰资源,发挥最大效能;在对多目标或舰艇编队实施干扰时为保证对所有目标都能有效干扰,要选择使有效压制区域最大的阵位。

综上所述,通信干扰兵力的阵位选择应满足以下条件:

(12)

式中:Djd为干扰兵力的机动区域,Dyz和Dxq分别为有效干扰压制区和需要压制区。

基于上述原则可计算单艘干扰舰艇的最佳干扰阵位,如图7中阴影重叠区所示区域;多艘干扰舰艇对目标实施协同干扰时应使每艘均满足以上条件。

5 结语

通信干扰兵力的阵位配置是以作战使用为背景,建立在干扰装备基础上的通信对抗战术计算,实际中,阵位的选择除了要满足战术指标外还要考虑作战区域的海上环境等其他因素。本文运用无线电传播理论、通信干扰理论和海军战术,对通信干扰需要压制区的估算、压制系数、最大干扰距离的估算和通信干扰兵力最佳阵位选择的原则和方法进行了分析研究,得到的结论可为作战使用中的计算提供参考依据。

[1] 高东华.水面舰艇通信对抗[M].北京:海司通信部,1994:86-88.

[2] 邵国培.电子对抗战术计算方法[M].北京:解放军出版社,2010:153-157.

[3] 张朝柱.海上近距离短波通信系统技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2002:4-8.

[4] 颜文清,张宁.典型环境下短波通信场强计算建模研究[J].中国新通信,2009,10:65-66.

[5] 谢国新,李新.短波干扰有效压制距离的计算[J].航天电子对抗,2004,21(2):53-54.

[6] ITU-R Rec. P368-9. Ground-wave propagation curves for frequencies between 10 kHz and 30 MHz[S]. Geneva: ITU,2010:1-40.

[7] 邵国培,曹志耀,何俊,等.电子对抗作战效能分析[M].北京:解放军出版社,1998.327-331.

[8] 李贤政.通信干扰机有效配置区的计算[J].电子工程学院学报,1995,14(4):28-32.

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

韩龙,男,硕士研究生,研究方向:水面舰艇通信对抗。孙翼,男,硕士研究生,研究方向:作战指挥。

TN929

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.017