基于能力指數(shù)法的測控系統(tǒng)抗干擾性能評估方法?

秦國領(lǐng)， 李曉波

(1裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì) 北京 101416

2裝備學(xué)院光電裝備系 北京 101416)

基于能力指數(shù)法的測控系統(tǒng)抗干擾性能評估方法?

秦國領(lǐng)1， 李曉波2

(1裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì) 北京 101416

2裝備學(xué)院光電裝備系 北京 101416)

測控系統(tǒng)抗干擾性能評估是航天測控系統(tǒng)抗干擾效能評估的重要環(huán)節(jié)。通過對測控系統(tǒng)、測控體制及抗干擾技術(shù)的深入分析，建立以能力指數(shù)法為基礎(chǔ)的評估模型，并通過實(shí)例論證了模型的科學(xué)合理性。

測控系統(tǒng)； 能力指數(shù)法； 抗干擾評估

引 言

隨著航天測控技術(shù)的不斷發(fā)展，航天測控系統(tǒng)經(jīng)歷了從分離體制到統(tǒng)一體制，從非擴(kuò)頻體制到擴(kuò)頻體制，從地基到天基再到天地基一體化測控網(wǎng)的發(fā)展歷程[1]。由于測控系統(tǒng)的重要性，干擾與抗干擾技術(shù)一直貫穿于測控系統(tǒng)的發(fā)展歷程之中。對測控系統(tǒng)抗干擾性能進(jìn)行評估是一個復(fù)雜的問題，全面、科學(xué)評價測控系統(tǒng)抗干擾性能必須對影響抗干擾性能的眾多因素進(jìn)行綜合分析評估。當(dāng)前，許多學(xué)者對測控系統(tǒng)抗干擾性能評估進(jìn)行了大量研究，取得了很大進(jìn)展。如朱詩兵[2]基于模糊圖的有效面積和一定高度下切割面積的比值來評估DS/FH測控系統(tǒng)的測距和測速抗干擾能力，提出了定量分析測距和測速抗干擾性能的新思路；郝建華等[3]通過分析不同干擾在DS/FH測控系統(tǒng)的性能情況，基于層次分析法對不同測控設(shè)備的抗干擾性能進(jìn)行對比評估，操作方便，簡單易懂；潘點(diǎn)飛等[4]提出通過最低性能指標(biāo)約束法對系統(tǒng)抗干擾性能進(jìn)行綜合分析，并建立了系統(tǒng)綜合抗干擾性能的指標(biāo)體系。但是，目前仍缺少從系統(tǒng)角度來評估測控系統(tǒng)的抗干擾性能的方法。本文通過對測控系統(tǒng)、測控體制以及抗干擾技術(shù)的深入分析，建立以能力指數(shù)法為基礎(chǔ)的評估模型，用以評估測控系統(tǒng)的抗干擾性能，并通過實(shí)際例子論證了模型的科學(xué)合理性。

1 常見的干擾及抗干擾技術(shù)

測控系統(tǒng)面臨的干擾形式有兩大類[5]：①欺騙式干擾，如敵方干擾機(jī)根據(jù)偵察到的信號結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生與其格式相同但內(nèi)容不同的信號，將其經(jīng)過自然或人為延時放大發(fā)送到干擾目標(biāo)；②壓制式干擾，如各類自然噪聲干擾，電子設(shè)備的無意干擾，敵方發(fā)射的連續(xù)波、調(diào)頻連續(xù)波、掃頻連續(xù)波、隨機(jī)二元碼調(diào)制噪聲、雜亂脈沖等干擾信號。

測控系統(tǒng)主要通過三個方面來提高其抗干擾性能：①改善基本參數(shù)提高抗干擾性能，如提高發(fā)射機(jī)功率、天線增益、工作頻率等；②改進(jìn)工作體制提高抗干擾性能，如采用直接擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、混合擴(kuò)頻等工作體制；③應(yīng)用多種技術(shù)提高抗干擾性能，如采用自適應(yīng)調(diào)零、自適應(yīng)編碼、脈沖壓縮等技術(shù)。

2 基于能力指數(shù)法評估測控系統(tǒng)抗干擾性能

2.1 能力指數(shù)法簡介

為適應(yīng)戰(zhàn)爭模擬技術(shù)的需要，美國軍方引入了已在國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的指數(shù)概念，建立了一種新的作戰(zhàn)能力度量方法，即杜(佩)-鄧(尼根)指數(shù)法(簡稱能力指數(shù)法)，很快推廣到部隊(duì)和其他相關(guān)部門，至今仍在不斷發(fā)展應(yīng)用中[6]。能力指數(shù)法通過確定不同指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行指數(shù)冪乘積來評估系統(tǒng)的性能。該方法不僅結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，而且性能評估建立在系統(tǒng)自身的性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，避免了大量不確定因素的出現(xiàn)，增強(qiáng)了評估的準(zhǔn)確性。例如，潘超[7]利用能力指數(shù)法評估了雷達(dá)的抗干擾性能，過程簡單，結(jié)果科學(xué)?；谀芰χ笖?shù)法評估測控系統(tǒng)抗干擾性能是通過分析影響測控系統(tǒng)抗干擾性能的關(guān)鍵因素，建立抗干擾指數(shù)模型，從而科學(xué)定量地評估測控系統(tǒng)的抗干擾性能。

2.2 基于能力指數(shù)法評估測控系統(tǒng)抗干擾性能

層次分析法是常見的確定指標(biāo)權(quán)重的方法，然而傳統(tǒng)層次分析法1～9標(biāo)度存在部分缺陷，如易導(dǎo)致評定結(jié)果出現(xiàn)逆序、判斷矩陣一致性與思維一致性相脫節(jié)等問題[8，9]。鑒于此，本文采用指數(shù)標(biāo)度的層次分析法，該方法克服了1～9標(biāo)度的缺點(diǎn)，具有優(yōu)良的封閉性、一致性[10]。

測控系統(tǒng)主要通過基本措施、體制和抗干擾技術(shù)三個方面提高抗干擾性能，因此可對測控系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行如圖1所示的分類。

圖1 測控系統(tǒng)抗干擾性能分類

根據(jù)能力指數(shù)法的定義，可建立測控系統(tǒng)抗干擾性能的評估模型如下

其中，K是調(diào)整系數(shù)，為常數(shù)；BE是基本抗干擾因子；RE為工作體制抗干擾因子；AE為技術(shù)措施抗干擾因子。a、b、c分別對應(yīng)于BE、RE、AE三種抗干擾因子的冪指數(shù)，代表了其對測控系統(tǒng)綜合抗干擾性能的貢獻(xiàn)度，且a+b+c＝1。

基本抗干擾因子是測控系統(tǒng)抗干擾的基礎(chǔ)，其數(shù)值是決定系統(tǒng)抗干擾性能的重要依據(jù)；體制抗干擾因子能夠有效提高測控系統(tǒng)的抗干擾性能，是一種主動抗干擾方法；技術(shù)措施抗干擾因子通過采用多種技術(shù)措施來降低干擾的影響，是一種被動抗干擾方法。基于對抗干擾因子的理解，根據(jù)表1中相對重要性程度等級及評分，可建立三種抗干擾因子對測控系統(tǒng)抗干擾性能貢獻(xiàn)度的判斷矩陣，如表2。

表1 相對重要性程度等級及評分

表2 抗干擾因子判斷矩陣

通過求解判斷矩陣可得最大特征值為λmax＝3，指標(biāo)權(quán)重為{0.1745，0.5234，0.3022}。

對指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，CR＝0，滿足一致性要求，因此確定因子權(quán)重為

2.2.1 基本抗干擾因子評估模型

基本抗干擾因子與測控系統(tǒng)的平均發(fā)射功率PT、信號帶寬BW、天線增益AG、發(fā)射損耗Lt、工作中心頻率fIF、信號傳輸時間T、波束寬度θ有關(guān)。PT、AG越大，fIF越高，BW、Lt、T、θ越小，測控系統(tǒng)的抗干擾能力越強(qiáng)。因此可建立基本抗干擾因子的評估模型為

其中，ERIP為測控系統(tǒng)的有效發(fā)射功率，ERIP＝PT·AG/Lt。

2.2.2 工作體制抗干擾因子評估模型

目前測控系統(tǒng)廣泛采用的工作體制有統(tǒng)一載波體制、直接擴(kuò)頻體制、跳頻擴(kuò)頻體制以及直擴(kuò)/跳擴(kuò)混擴(kuò)體制四種。由于統(tǒng)一載波體制不具有抗干擾性能，其抗干擾貢獻(xiàn)度為0，直接擴(kuò)頻體制、跳頻擴(kuò)頻體制和直擴(kuò)/跳擴(kuò)混擴(kuò)體制的抗干擾增益只與其處理增益有關(guān)[11]，因此可根據(jù)處理增益得出不同體制對抗干擾性能的貢獻(xiàn)度，如表3所示。

表3 工作體制對測控系統(tǒng)抗干擾能力的貢獻(xiàn)度

這里貢獻(xiàn)度來自體制措施抗干擾增益的dB值。

經(jīng)過分析建立的評估模型為

其中，ωi取值為0或1，當(dāng)測控系統(tǒng)采用了該體制，則ωi＝1，否則ωi＝0；μi為第i種體制對抗干擾性能的貢獻(xiàn)度。

2.2.3 技術(shù)措施抗干擾因子評估模型

目前測控系統(tǒng)廣泛采用的7種抗干擾技術(shù)措施及其對抗干擾性能的貢獻(xiàn)度[12～16]如表4所示。

表4 技術(shù)措施對抗干擾能力的貢獻(xiàn)度

這里貢獻(xiàn)度來自技術(shù)措施抗干擾增益的dB值。

當(dāng)測控系統(tǒng)采用多種抗干擾技術(shù)措施后，抗干擾性能等于不同措施抗干擾性能的加權(quán)求和值。因此可建立技術(shù)措施抗干擾因子評估模型

其中，ωj取值為0或1，當(dāng)測控系統(tǒng)采用了該抗干擾技術(shù)，則ωj＝1，否則ωj＝0；μj為第j種抗干擾技術(shù)對抗干擾性能的貢獻(xiàn)度。

2.2.4 模型綜合及計算檢驗(yàn)

綜上所述，可得測控系統(tǒng)綜合抗干擾性能的評估模型

現(xiàn)以國外幾種典型的測控系統(tǒng)來驗(yàn)證該模型的合理性，這些測控系統(tǒng)的具體參數(shù)[17，18]如表5所示。

表5 典型測控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)參數(shù)

由于TDRSS的波束寬度沒有查詢到相關(guān)資料，考慮到其使用相控陣天線，波束寬度很窄，此處認(rèn)為與Milstar的波束寬度相同，為1.06°；工作時間往往與測控任務(wù)有關(guān)，此處認(rèn)為五種測控系統(tǒng)工作時間相同，均為100s；K取值為1。

經(jīng)計算可得不同類型測控系統(tǒng)的抗干擾性能，如表6所示。

表6 不同類型測控系統(tǒng)抗干擾能力評估值

通過表6的計算可知，“阿波羅”登月測控系統(tǒng)的抗干擾性能最差，TDRSS系統(tǒng)抗干擾性能居中，Milstar跳擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能最好，這與實(shí)際情況是相符的；而在TDRSS中，由于星間鏈路(Ka)的信號帶寬比饋電鏈路和星間鏈路(Ku)寬得多，導(dǎo)致其抗干擾性能最差，這也與實(shí)際情況相符。通過具體計算分析可知，由能力指數(shù)法建立的模型計算出的綜合抗干擾性能值符合實(shí)際對這幾種型號測控系統(tǒng)抗干擾性能的定性認(rèn)識，說明該模型合理、可用。

3 結(jié)束語

本文通過對測控系統(tǒng)的綜合分析，借助能力指數(shù)法建立測控系統(tǒng)抗干擾性能的評估模型，并通過實(shí)例論證了模型的科學(xué)合理性。該方法操作簡單，易于理解，對研究測控系統(tǒng)抗干擾性能評估具有一定的參考價值。

[1]袁 波，于 巍.基于天地一體化的航天測控體系建設(shè)分析[C]//航天測控研討論文文集.鄭州：中國電子科技集團(tuán)第二十七研究所，2007：74～77.

[2]朱詩兵，童 菲，孟生云.擴(kuò)頻測控信號固有抗干擾性能的評價方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，(30)：90～94.

[3]郝建華，席有猷，程乃平.DS/FH測控系統(tǒng)抗干擾性能評估方法研究[J].飛行器測控學(xué)報，2013，32(2)：16～20.

[4]潘點(diǎn)飛，郝建華，程乃平.DS/FH測控系統(tǒng)綜合性能評估方法研究[J].飛行器測控學(xué)報，2013，32(2)：11～117.

[5]陸偉濤.DS/FH混合擴(kuò)頻測控體制抗干擾性能研究[D].裝備學(xué)院碩士論文，2010.

[6]姚富強(qiáng).通信抗干擾工程與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[7]潘 超.雷達(dá)抗干擾效能評估準(zhǔn)則與方法研究[D].電子科技大學(xué)碩士論文，2006.

[8]黃德才，李青琳.AHP法中判斷矩陣的比例標(biāo)度構(gòu)造法[J].控制與決策，2002，17(4)：484～486.

[9]杜 棟.論AHP的標(biāo)度評定[J].運(yùn)籌與管理，2000，9(4)：42～45.

[10]呂躍進(jìn)，張 維，曾雪蘭.指數(shù)標(biāo)度與1-9標(biāo)度互不相容及其比較研究[J].工程數(shù)學(xué)學(xué)報，2003，20(8)：77～81.

[11]田日才.擴(kuò)頻通信[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[12]陳永革，劉 銘，干民主.地空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)綜合抗干擾能力評估[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000，1(4)：21～23.

[13]Ezers，Rolands，F(xiàn)arsexotu.Performance Evaluation of Commercial SATCOM Modemswith Respect to Interference and Nuisance Jamming[C]//MILCOM’95，1995，864～868.

[14]柴焱杰，孫繼銀，李琳琳，胡 寅.衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2011，39(3)：113～117.

[15]杜思深，王曉川，楊 寧.自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)在通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，(21)：14～15，18.

[16]鄭同良.“軍事星”衛(wèi)星通信系統(tǒng)綜述[J].航天電子對抗，2005，21(3)：51～53.

[17]胡 丹，閏忠文.國外典型中繼衛(wèi)星通信鏈路的性能分析[C]//2008年中國宇航學(xué)會飛行器總體專業(yè)委員會學(xué)術(shù)研討會.海拉爾：中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心，2010：277～283.

[18]曹國英.美國毫米波抗干擾衛(wèi)星鏈路技術(shù)特點(diǎn)[J].外軍信息戰(zhàn)，2011，(1)：7～13.

Performance Evaluation of TT＆C Anti-jamm ing Based on Capability Index

Qin Guoling， Li Xiaobo

The performance evaluation of TT＆C anti-jamming is important to the effectiveness evaluation of TT＆C antijamming.This paper establishes an evaluation model based on the capability index by analyzing the TT＆C system，institutions and anti-jamming technologies，and demonstrates the scientificalness and rationality of themodel through practical examples.

TT＆C system； Capability index； Anti-jamming evaluation

TN9

A

CN11-1780(2014)06-0033-05

秦國領(lǐng) 1990年生，碩士在讀，研究方向?yàn)楹教鞙y控信息處理。

?武器裝備預(yù)研基金項(xiàng)目

2014-04-18 收修改稿日期：2014-05-08

李曉波 1965年生，碩士，副教授，研究方向?yàn)楹教鞙y控、微波系統(tǒng)、信息傳輸?shù)取?/p>