第7章通信干扰方程和干扰效果评价(通信对抗原理)

1、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,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射功率表示，这里不再一一给出。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 ,同理可以得到其他两种传播模式的干扰有效辐射功率为,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、工作波长取决于干

2、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，最佳干扰样式不同，所需要的干扰压制系数也不同。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(30100MHz)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。,其中，计算时使用的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链路的有效干扰。,(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机实施干扰，因此也是自由空间传播模式。我们已经计算得到了干扰和通信

3、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，可以实现有效干扰。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,其中,计算时通信发射机天线高度hs2m，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hj20m，通信发射机有效辐射功率PstGjt100W。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。,(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,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链路干扰，来达到干扰空地链路的目的。在干扰功率计算中

4、，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之间综合考虑。,不失一般性，将c1和c2统一用c表示，则有,图7.1-1 干扰机和通信系统的布局,图7.1-2 c=1时的干扰压制区,1)c1的情况当c1时，边界圆的圆心位于正x轴上，并且值 大于d。因此圆心在通信发射机右侧，如图7.1-3所示。 注意到，边界圆始终覆盖通信发射机，因为该圆的圆心离原点的距离与圆半径的差始终小于d，即小于通信发射机离原点的距离。但是边界圆始终不可能超过图中虚线所示的中线。由于在圆内，干扰距离与通信距离之比大于 ，因此圆内为干扰无效区；在圆外，干扰距离与通信距离之比小于 ，所以圆外为干扰压制区。并且c越大，边界圆的圆心越接近通信发射机，圆的半径也越小。当c时，圆心与通信发射机重合，圆半径0，此时整个区域均为干扰压制区。,图7.1-3 c1时的干扰压制区,

5、2)c1的情况当c1时，由于值 ，所以边界圆的圆心位于负x轴上，如图7.1-4所示。 注意到，边界圆始终覆盖干扰发射机，因为该圆的圆心离原点的距离与圆半径的差始终大于0，即小于通信发射机离原点的距离。由于在圆内，干扰距离与通信距离之比小于 ， 因此圆内为干扰有效区；在圆外，干扰距离与通信距离之比大于 ，所以圆外为干扰无效区。并且c越小，边界圆的圆心越接近干扰发射机，圆的半径也越小。当c0时，圆心与干扰发射机重合，圆半径0,此时整个区域均为干扰无效区。c0表示干扰功率0，或者由于干扰对象采取了极强的抗干扰措施,使所需的干扰压制系数Kj，再大的干扰功率也难以奏效。,图7.1-4 c1时的干扰压制区为扣除了边界圆后的整个区域，而 c1时的干扰压制区最大，而c1时的干扰压制区最小。所以，再干扰机设计时，应该尽可能提高c值，以获得尽可能大的干扰压制区。特别需要指出的是，c1时干扰机只适合于防御作战情况，因为此时干扰机只能干扰周围区域的通信接收机，而无法干扰靠近敌方区域的通信接收机。这一点从c=1和c1时的干扰压制区上就能够明确的看出。不过，随着干扰机的微型化、网络化，一种所谓分布式干扰技术将可以

6、工作在c1方式的有效干扰压制区可以看出，干扰距离不能完全反映干扰机的干扰能力，或者说，单纯的讲干扰距离是没有意义的。如图7.1-4中边界圆右侧，虽然离干扰距离较远，但是该区域的干通比小于设计值 ，仍然是有效干扰压制区，并且干扰压制区并不是以通信发射机为中心的圆，而是中心偏离通信发射机位置并且偏向其右侧的圆。只有当c很大时，其圆心才会接近通信发射机的位置。干扰压制区的上述特点，如果不进行详细的分析是很难想象的。以上仅给出了干扰信号和通信信号在相同的传播模式下的干扰压制区的情况。如果两者的传播模式不同，其干扰压制区要复杂得多，这里不再讨论。,7.2 通信干扰效果评价准则 7.2.1概述通信干扰是通信对抗的进攻手段，以破坏敌方指挥控制和通信系统的正常工作，使敌武装部队失去或部分失去作战能力为目的。因此，敌方作战能力到底损失了没有，实施通信干扰之后到底起了多少作用，也就是说通信干扰的效能如何，这对于实施电子进攻的一方是极希望知道的。另外，获取通信干扰效能的数据对于通信对抗装备技术的发展也十分必要。为此，就产生并迅速发展了通信干扰效能检测与评估这一门技术。,1)通信干扰效能的检测与评估定义效能是

7、指一个武器系统在战场环境中能够成功履行其作战使命和完成任务的程度。通信干扰效能就是通信对抗装备在战场环境中能够成功地对敌通信过程进行破坏和压制的程度。(1)通信干扰效能检测的定义。通信干扰效能检测是指在给定条件下，针对人为设定的环境(如电子靶场、仿真环境等)，对通信对抗装备干扰特性和干扰效能进行测试和数据统计工作。(2)通信干扰效能评估的定义。通信干扰效能评估是指在通信对抗装备实施干扰后，对被干扰的目标对象受到破坏或削弱程度进行全面而综合的评价和估计。,2)通信干扰效能检测与评估的方法由于通信干扰自身所具有的前瞻性、科学性、破坏性，被干扰的对象往往是敌方最敏感的部分，开展实战环境下通信干扰效能检测与评估是非常困难的。因此，通信干扰效能的检测与评估，除在设定的实际环境进行试验和测试外，通常还使用仿真的原理和方法。仿真是进行通信干扰效能检测与评估比较可行的办法。所谓仿真，就是应用相似定理和类比关系来研究事物，也就是用实物或模型代替实际系统进行实验和研究。在通信对抗干扰效能检测和评估的仿真中，根据所介入的实物或模型的程度不同，分为物理仿真和数学仿真两类。,(1)物理仿真。由全部或部分物理设备

8、(包括模拟设备)参与仿真试验的方式称物理仿真。根据参与仿真的物理设备数量的多少可分为全物理仿真(习惯上称为“全实物仿真”)和半物理仿真(习惯上称为“半实物仿真”)。(2)数学仿真。数学仿真是用计算机构成系统以实现并求解给定数学模型的仿真，习惯上称为“计算机仿真”。计算机仿真是由计算机和数学模型模拟实际的物理设备，通过运行仿真软件演示被仿真装备的实际工作，检测和评估被仿真装备的功能和性能。,式中,Pj是干扰信号功率；Ps是目标通信信号的功率。由于干扰信号的作用，造成的信息损失表现在对目标通信信号的遮盖、扰乱、产生判决错误，甚至中断信息传输等。信息损失的情况与干扰样式和被干扰目标通信信号的体制等因素有关。如果Ps和Pj理解为信号平均持续时间内功率的平均值，那么，以所需的最小干扰功率和目标信号功率比表示的压制系数的定义，适用于任意形式的信号。但是压制系数的数值，只有当干扰信号和被压制设备给定时才能求出。因此，功率准则与信息准则不同，它需要知道被压制系统的具体特性。如果系统是已知的，那么采用适当的干扰信号，以较低的功率消耗，系统就可以被压制，但按照信息准则不一定是最佳的。当干扰信号和有用信号的

9、概率特性已知，而且干扰信号与,有用信号在无线电通信设备中的变换特性也已知时，利用统计决策理论就可以确定所需的最小功率比。其中对于遮盖性干扰来说，压制系数可以分两步求得：首先，根据信息准则，提供质量最好的干扰信号；然后根据信息准则提供的最佳信号，求出对于给定无线电通信设备的压制系数，求得压制系数的数值是近似的，而且近似的程度与所采用的不同决策准则有关。对于两种必择其一的假设(干扰或信号干扰)的选择，可以利用如贝叶斯(Bayes)准则、极小极大(minmax)准则、诺伊曼-皮尔逊(NeumnnPearson)准则、柯捷里尼可夫-齐格特(Kotellnikovzlgert)准则和瓦尔德(wald)准则等进行判决。这两种必择其-的假设的选择，是以在观察区间(0，T)所得到的随机电压(电流)，即有用信号与干扰信号之和作为这种选择的考察基础的。,3.其他准则1)概率准则概率准则是从通信对抗装备在电磁环境中完成给定任务的概率出发评价通信干扰的效能。概率准则建立在大量统计数据的基础上，运用统计实验分析方法，得到完成给定任务的概率。通常用干扰有效概率、压制概率、误差概率、虚警概率等具体形式来表现。2)时间准则当干扰作用于通信系统之后，由于信息传输速率的降低或信道中通过的信息流量减少，完成给定信息量传输任务所花费的时间必然增加。因此，通过检测通信系统完成给定传输任务所需时间的变化量来进行干扰效能检测的准则称为时间准则。,3)战术运用准则根据通信对抗装备在战术使用过程中对战斗进程和作战结果产生的影响来评价通信干扰效能的准则称为战术运用准则。 4)广义关联准则通信干扰效能是一个多元函数。它与各种各样的因素有关，有设备的、技术的、操作方面的以及战术使用的方式与时机，敌我双方人员的心理素质与技术水平等。同时干扰效能的表现也是多方面的，有直接的，有间接的，有速效的，也有经较长时间才能显现的。通信干扰效能的影响有些在干扰消除后立即消除，有些在干扰消失后仍持续相当长时间。故对通信干扰效能的评估，从一定意义上讲，需要遵循这些广义关联准则。,

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