復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)電子感知的影響及對(duì)策分析

姚月松，錢 怡，李麗慧

（1.61541部隊(duì)，北京 100094；2.解放軍電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037）

1 引言

空間電磁信號(hào)密度越來越大，而且頻帶間隔小，極容易產(chǎn)生不同類型裝備之間的互擾現(xiàn)象，可能使電子偵察失效、通信中斷、雷達(dá)致盲、指揮系統(tǒng)和作戰(zhàn)保障系統(tǒng)癱瘓。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，巴格達(dá)地區(qū)嚴(yán)重的電磁污染，使美軍經(jīng)常出現(xiàn)通信混亂、無人機(jī)失控，甚至導(dǎo)致F-22戰(zhàn)機(jī)電子監(jiān)視系統(tǒng)無法正常工作的情況，原因就在于過多的電磁干擾使得傳感器系統(tǒng)被電磁淹沒，造成嚴(yán)重的信息阻塞[1]。所謂復(fù)雜電磁環(huán)境主要是指：信息化戰(zhàn)場(chǎng)上在交戰(zhàn)雙方激烈對(duì)抗條件下所產(chǎn)生的多類型、全頻譜、高密度的電磁輻射信號(hào)，以及己方大量使用電子設(shè)備引起的相互影響和干擾，從而造成在時(shí)域上突發(fā)多變、空域上縱橫交錯(cuò)、頻域上擁擠重疊，嚴(yán)重影響武器裝備效能、作戰(zhàn)指揮和部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)的無形戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境[2]。電磁環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)感知結(jié)果有重要影響，本文就復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)幾種常見探測(cè)手段的影響做了分析，探討了在復(fù)雜電磁環(huán)境中提高感知準(zhǔn)確性的方式。

2 對(duì)幾類感知方式的影響

下面就雷達(dá)探測(cè)、光電探測(cè)、電子通信偵察以及衛(wèi)星偵察導(dǎo)航受電磁環(huán)境的影響與抗干擾措施做了分析。

2.1 對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響與抗干擾措施

雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是在一定虛警率下，根據(jù)接收機(jī)輸出端信號(hào)噪聲比是否大于探測(cè)門限因子來確定目標(biāo)。復(fù)雜電磁環(huán)境下，雷達(dá)信噪比將受到影響，可能有較多意想不到的噪聲出現(xiàn)，嚴(yán)重的會(huì)一直存在。

雷達(dá)干擾是指輻射、轉(zhuǎn)發(fā)、反射或吸收電磁能量，削弱或破壞敵方雷達(dá)探測(cè)和跟蹤能力的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施。從對(duì)其有影響的電磁干擾來說，現(xiàn)在公認(rèn)的主要是干擾方對(duì)己方雷達(dá)進(jìn)行的有源式和無源式干擾，其中有源干擾可分為噪聲調(diào)頻、調(diào)相、復(fù)合調(diào)頻干擾、距離欺騙、角度欺騙、速度欺騙干擾；無源干擾有常用的自二戰(zhàn)時(shí)就應(yīng)用的箔條走廊干擾和一些反雷達(dá)偽裝和誘餌。也有一些自然界和己方無意的電磁干擾，比如氣象、鳥群、建筑物以及己方多部雷達(dá)旁瓣對(duì)主瓣的干擾都會(huì)降低雷達(dá)的探測(cè)精度。所以現(xiàn)代雷達(dá)采用了各種新體制、新技術(shù)及新工作模式來提高性能和抗干擾能力。為了盡可能把干擾降到正常工作所能允許的程度，反干擾的措施可以通過減少雷達(dá)開機(jī)時(shí)間，控制雷達(dá)工作頻率，科學(xué)組合不同體制、不同頻率、不同極化方式的雷達(dá)形成組網(wǎng)，即使某一部雷達(dá)受到干擾，其他雷達(dá)仍然能夠正常工作?；蛘卟捎秒娮诱T餌與引偏技術(shù)，比如在被反輻射導(dǎo)彈鎖定的雷達(dá)旁設(shè)置誘餌源，誘使反輻射導(dǎo)彈偏離正確航線，以起到保護(hù)主雷達(dá)的目的，這些都已經(jīng)是非常成熟的雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)。從技術(shù)上說，可以分為兩大類：一類是在干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)的輸入端之前，把干擾信號(hào)降低，這個(gè)措施有很多方法，例如頻率選擇、空間選擇、增加有效輻射功率等；另一類是當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)后采取措施把它消除。

從不同角度考慮的雷達(dá)抗干擾措施分為頻域抗干擾，包括調(diào)頻、頻率捷變、擴(kuò)頻，以及空域抗干擾，包括俯仰多波束、超低旁瓣、旁瓣對(duì)消、旁瓣匿影、能域抗干擾、極化濾波干擾[3]?，F(xiàn)代采用新體制的雷達(dá)能有效起到抗干擾的效果。例如相控陣?yán)走_(dá)中的新技術(shù)可以有效對(duì)抗主/副瓣干擾，提高信噪比，改善角分辨率。脈沖多普勒雷達(dá)擁有更強(qiáng)的抑制雜波能力，也是抗無源干擾和有源噪聲干擾的有效手段。脈沖壓縮雷達(dá)也具有很強(qiáng)的抗噪聲干擾的能力。針對(duì)箔條走廊的干擾，用工作在1mm～10mm的毫米波雷達(dá)可以有效減少箔條等人為干擾和氣象干擾進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)。而激光雷達(dá)分辨率高，隱蔽性好，方向性極強(qiáng)，無旁瓣，抗干擾能力非常強(qiáng)，不受無線電波的影響，很適合在現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境中工作，但由于波長(zhǎng)短，受天氣影響，所以一般配合其他射頻雷達(dá)同時(shí)工作。新發(fā)展的稀布陣綜合脈沖孔徑雷達(dá)以及非合作式多基地雷達(dá)都提高了抗干擾的能力。

2.2 對(duì)光電探測(cè)的影響與抗干擾措施

光學(xué)探測(cè)工作頻率一般在300GHz以上，光電偵察和制導(dǎo)導(dǎo)引系統(tǒng)精度高、成本低，而如何在復(fù)雜電磁環(huán)境中提高光電探測(cè)的探測(cè)效能是光電探測(cè)精確度高低的關(guān)鍵。光感知的核心設(shè)備就是光探測(cè)器，這些設(shè)備必須有較高的靈敏度和較低的虛警率，極易受外界干擾光信號(hào)影響。

對(duì)光電探測(cè)的電磁干擾主要分為自然光輻射干擾、人為制造的光輻射干擾、光在傳播過程中受到的環(huán)境因素的干擾。

自然光輻射主要是陽光等自然物體所輻射出來的光信號(hào)。這類光源一般在任何時(shí)候任何地點(diǎn)都是存在的。在光線微弱的環(huán)境中，可以利用紅外輻射來探測(cè)目標(biāo)，對(duì)得到的紅外圖像進(jìn)行處理得到人眼觀察的可見光圖像。

人為制造的干擾輻射是對(duì)光電探測(cè)構(gòu)成影響的主要因素。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克點(diǎn)燃了數(shù)百口油井，科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，南聯(lián)盟燃燒了大量的廢舊汽車輪胎，都使戰(zhàn)場(chǎng)上空形成了持久的彌天煙霧，在一定程度上起到了保護(hù)自己、有效降低敵方光電探測(cè)系統(tǒng)的工作效能。對(duì)探測(cè)形成的干擾主要分為有源和無源干擾。有源干擾是有意的電磁輻射，使用上主要包括激光壓制、激光高重頻、激光角度欺騙干擾、紅外誘餌、紅外干擾機(jī)、紅外假目標(biāo)干擾和光電引信干擾信號(hào)。例如提高對(duì)激光主動(dòng)探測(cè)的概率和精度的外部措施主要取決于接收器接收帶寬和負(fù)載電阻的合理配置，太高和太低都受限于噪聲和輸入電容與阻抗的影響，一個(gè)有效的方法就是采用累積檢測(cè)法，應(yīng)用發(fā)射多脈沖比發(fā)射高能量單脈沖的單次檢測(cè)方法能極大提高探測(cè)概率[4]。光電無源干擾主要通過采用干擾材料和器件，阻斷光路傳播路徑，改變目標(biāo)輻射特性以及與背景的輻射差異，削弱光電探測(cè)器的探測(cè)效果，主要采用煙幕、水幕、氣溶膠、光箔片、光箔條、氣象武器、涂層、偽裝、遮蔽和隱身，達(dá)到降低光電探測(cè)準(zhǔn)確度的目的。為了能順利識(shí)別準(zhǔn)確的信號(hào)，一般采用約定的編碼機(jī)制，這樣能最大限度過濾掉干擾信號(hào)。

為了實(shí)現(xiàn)有效的對(duì)抗，光電對(duì)抗裝備工作波段也必須進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展，且將多波段的信息進(jìn)行融合，不僅能大大降低告警設(shè)備的虛警率，也可提高對(duì)抗敵方裝備的成功率[5]。

2.3 對(duì)衛(wèi)星電子偵察與導(dǎo)航的影響與抗干擾措施

以衛(wèi)星為平臺(tái)實(shí)施電子偵察，不受國(guó)界限制，能全天候全波段大面積偵察，迅速獲取無線電電子設(shè)備所輻射的信號(hào)，例如雷達(dá)、通信電臺(tái)、導(dǎo)彈制導(dǎo)設(shè)備等。來自外部的電磁干擾可能是噪聲干擾和欺騙干擾，通過影響接收機(jī)輸入端的信噪比，從而降低接收機(jī)的檢測(cè)概率，并在此基礎(chǔ)上影響其對(duì)目標(biāo)信號(hào)的測(cè)量和處理，對(duì)電子偵察衛(wèi)星的噪聲干擾法較多。常見的對(duì)抗電子偵察衛(wèi)星可以采用地面有源欺騙干擾方式。通過在雷達(dá)系統(tǒng)周圍部署大量有源欺騙設(shè)備，并使其載頻、重頻及相位與雷達(dá)相關(guān)，這樣可使衛(wèi)星難以對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位[6]。而衛(wèi)星通信對(duì)電磁環(huán)境要求更加嚴(yán)格，有諸多保證在保密狀態(tài)下正常通信的措施被研究出來，例如直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的檢測(cè)手段及檢測(cè)極限，在透明轉(zhuǎn)發(fā)模式下，衛(wèi)星直接序列擴(kuò)頻信號(hào)在一定條件下可以不被檢測(cè)出來,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)高保密強(qiáng)度的衛(wèi)星通信[7]。

由于衛(wèi)星的偵察范圍很大，因此衛(wèi)星偵察面臨很復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境。在各類衛(wèi)星載荷中，電子偵察設(shè)備所面臨的信號(hào)環(huán)境是最復(fù)雜的。信號(hào)流密度高，信號(hào)形式復(fù)雜，我們知道通信與測(cè)控信號(hào)多為連續(xù)信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)大多數(shù)為脈沖掃描，在偵察時(shí)要能適應(yīng)而且要避免互相干擾。電子偵察衛(wèi)星往往接收頻段寬，因此還要做到避免內(nèi)部干擾，可以采用縮窄寬率可以減少這方面的干擾。采用擴(kuò)展頻譜、星上接收天線調(diào)零技術(shù)、多星偵察與組網(wǎng)、空間環(huán)境與抗輻射加固都能有效保護(hù)衛(wèi)星免受電子干擾。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)功率低，只要知道信號(hào)特征，就可用功率較小的干擾機(jī)對(duì)其進(jìn)行干擾，而且有可能受到大氣效應(yīng)，阻擋信號(hào)的建筑物以及其他周邊通信設(shè)備的無意干擾。接收機(jī)的工作方式、接收頻率等是固定已知的，對(duì)干擾方是透明的，衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地球表面時(shí)的信號(hào)非常弱，因而對(duì)其主瓣實(shí)施干擾所需的干擾功率較小，GPS導(dǎo)航面臨的最大問題就是信號(hào)強(qiáng)度不夠，容易受到壓制式干擾，目前提高GPS抗干擾能力的困難是如何量化干擾威脅，提高接收機(jī)的抗干擾能力是比較有效的一種方法。加裝的干擾抑制裝置最好能做到增加接收機(jī)的抗干擾冗余、有效對(duì)抗已知的干擾類型并對(duì)未知的干擾信號(hào)做出估計(jì)，提供給操作員可靠的參考。對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的抗干擾技術(shù)還有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

沒有絕對(duì)不受干擾的設(shè)備，也沒有完全防御不了的干擾。復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)電子感知的影響決定著整個(gè)信息獲取的成敗，研究電磁環(huán)境和電子感知的關(guān)系的根本目的是系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律和特點(diǎn)，提高裝備系統(tǒng)以及電子感知體系對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性，進(jìn)而控制、利用復(fù)雜電磁環(huán)境，以保證電子感知能力的有效發(fā)揮。因此，在電磁環(huán)境的研究問題上，重點(diǎn)分析偵察裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境中使用的現(xiàn)實(shí)困難以及設(shè)備可能出現(xiàn)的電磁兼容和電磁干擾、防護(hù)問題，復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)偵察設(shè)備感知能力發(fā)揮的影響問題和相應(yīng)干擾的原理，最終采取相應(yīng)解決措施以期最大限度減少?gòu)?fù)雜電磁環(huán)境對(duì)裝備感知的干擾，取得偵察主動(dòng)權(quán)，復(fù)雜的電磁環(huán)境也變得簡(jiǎn)單。

［1］蘭俊杰.復(fù)雜電磁環(huán)境下電磁干擾抑制措施研究[J].航天電子對(duì)抗，24（6）：56-57.

［2］王慧娟.復(fù)雜電磁環(huán)境抗干擾對(duì)策[J].科技資訊，2008，34：103.

［3］王小蘇.復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)對(duì)抗問題[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2008，4：24.

［4］孫曉泉.激光對(duì)抗教程[M].北京：解放軍出版社，2006，88-93.

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