海洋無(wú)線電裝備電波環(huán)境信息保障技術(shù)

康士峰，曹仲晴，李建儒

（中國(guó)電波傳播研究所，山東青島266107）

專題——電波環(huán)境與傳播新技術(shù)研究

海洋無(wú)線電裝備電波環(huán)境信息保障技術(shù)

康士峰，曹仲晴，李建儒

（中國(guó)電波傳播研究所，山東青島266107）

主要分析了海洋電波環(huán)境對(duì)海上雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子對(duì)抗等無(wú)線電系統(tǒng)的影響，論述了海上信息化裝備電波環(huán)境保障系統(tǒng)的組成和功能，提出了技術(shù)途徑和實(shí)現(xiàn)方法。

海洋；電波環(huán)境；無(wú)線電裝備；信息保障

海洋占地球總面積的70.8%，海洋對(duì)人類和生物界的形成、演化和社會(huì)發(fā)展起著巨大的作用，我國(guó)擁有綿長(zhǎng)的海岸線、廣闊的海域和眾多的島嶼，維護(hù)海洋權(quán)益、保護(hù)海洋資源、探索海洋開發(fā)利用對(duì)我國(guó)國(guó)防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有特別重要的意義。海洋電波環(huán)境是指影響信號(hào)傳播的海洋大氣水文環(huán)境以及人為或自然背景輻射的電磁干擾或噪聲的集合，該空間包括岸-海、水下、海表、島礁、大氣（海洋邊界層、對(duì)流層、中高層、電離層）等。其時(shí)空變化對(duì)電波產(chǎn)生的吸收、散射、折射等傳播效應(yīng)將導(dǎo)致無(wú)線電信號(hào)的衰減、射線彎曲、閃爍衰落、多徑時(shí)延、去極化、反常傳播等，海洋電波環(huán)境對(duì)雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、測(cè)控等無(wú)線電系統(tǒng)和裝備具有重要影響，如海雜波會(huì)影響雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)；電波折射會(huì)引起系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的變化、降低定位精度（測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角）；信號(hào)衰減和衰落會(huì)惡化系統(tǒng)信噪（雜）比，導(dǎo)致信息系統(tǒng)作用距離減小、傳輸質(zhì)量下降或者中斷；反常傳播可導(dǎo)致系統(tǒng)間干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)作用盲區(qū)。同時(shí)，利用散射和大氣波導(dǎo)也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離超視距信息傳輸和目標(biāo)探測(cè)。隨著電子信息系統(tǒng)硬件水平的不斷提高，電波環(huán)境已成為影響和制約無(wú)線電信息裝備作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素，已成為與氣象水文、地理信息一樣重要的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

中國(guó)近海包括渤海、黃海、東海和臺(tái)灣以東海域，自北向南呈弧狀分布，太陽(yáng)輻射在不同緯度上的差異使得中國(guó)近海自南向北分屬熱帶、亞熱帶和溫帶三個(gè)不同氣候帶。因此，我國(guó)海域的海洋環(huán)境十分復(fù)雜，海洋電波環(huán)境也存在很大差異，呈現(xiàn)不同特點(diǎn)，例如南海地處低緯度地區(qū)，屬于熱帶海洋氣候，對(duì)流層和電離層環(huán)境復(fù)雜多變，既是對(duì)流層降雨和大氣波導(dǎo)高發(fā)區(qū)，也處于電離層變化駝峰區(qū)。對(duì)海洋環(huán)境自身物理特性和運(yùn)動(dòng)變化及其對(duì)全球氣候的影響、海洋資源等已進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)和研究，例如海洋水體溫度和鹽度的變化、海洋水文氣象要素的調(diào)查、海洋風(fēng)浪和重力波的運(yùn)動(dòng)、海洋潮汐漲落、臺(tái)風(fēng)形成、海洋能源探測(cè)、海洋漁業(yè)資源分布等，為艦船航海安全、漁業(yè)生產(chǎn)、資源利用等提供了一定的支持和保障。目前對(duì)海洋環(huán)境只能利用有限的岸基/島礁海洋觀測(cè)站、海洋調(diào)查船或志愿船、海洋浮標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)大范圍海洋的觀測(cè)必須依賴于空/天基遙感，環(huán)境探測(cè)參數(shù)的時(shí)空分辨率和數(shù)據(jù)精度受到局限，需要不斷提高海洋環(huán)境觀測(cè)的實(shí)時(shí)性和精細(xì)化水平。在此基礎(chǔ)上，海洋電波環(huán)境觀測(cè)與研究通過(guò)對(duì)海洋環(huán)境及其電波傳播效應(yīng)進(jìn)行機(jī)理分析、海上測(cè)試、統(tǒng)計(jì)建模、數(shù)值仿真、效應(yīng)評(píng)估，為海上無(wú)線電信息系統(tǒng)和裝備的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐和保障。文中分析了海洋電波環(huán)境對(duì)海上電子信息裝備的影響，論述了海洋電波環(huán)境特別是海洋大氣波導(dǎo)探測(cè)、預(yù)報(bào)、效應(yīng)評(píng)估的重要作用，提出了海洋電波環(huán)境信息技術(shù)的發(fā)展途徑，可為我國(guó)海洋環(huán)境信息保障體系的建設(shè)提供參考。

1 海洋電波環(huán)境及其對(duì)信息化裝備的影響

海洋電波環(huán)境的空間范圍包括海下、海面、對(duì)流層大氣、臨近空間、電離層及外層空間，具有不同尺度及時(shí)變特性，影響著海洋區(qū)域各類信息化系統(tǒng)和裝備的運(yùn)行。包括軍民用岸基/船載/潛基/空基/天基雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、測(cè)控、電子對(duì)抗等系統(tǒng)，影響海上視距/超視距目標(biāo)探測(cè)、水下/海上遠(yuǎn)距離通信、海洋遙感、導(dǎo)航定位、遙測(cè)遙控、電子戰(zhàn)等功能的實(shí)現(xiàn)，見表1。

表1 電波環(huán)境空間與效應(yīng)

以雷達(dá)系統(tǒng)及其海雜波、海上大氣波導(dǎo)環(huán)境為例進(jìn)行分析。岸基/船載雷達(dá)用于探測(cè)、監(jiān)視、跟蹤、識(shí)別海面和空中目標(biāo)，一般工作于超短波和微波頻段。雷達(dá)海面回波即海雜波將對(duì)海面和空中目標(biāo)回波信號(hào)產(chǎn)生干擾，頻段越高、分辨率越低，雜波干擾越嚴(yán)重。同時(shí)雷達(dá)波束經(jīng)海面反射還將產(chǎn)生多徑傳播效應(yīng)，使雷達(dá)波瓣發(fā)生干涉分裂，增強(qiáng)或減弱目標(biāo)處的雷達(dá)波強(qiáng)度，影響雷達(dá)的探測(cè)距離。海上機(jī)載下視雷達(dá)海雜波影響更為嚴(yán)重，必須采取有效的雜波抑制方法如對(duì)回波進(jìn)行時(shí)空二維自適應(yīng)處理（STAP）來(lái)減小雜波的影響。深入認(rèn)識(shí)雷達(dá)海雜波特性可以最大程度地發(fā)揮雷達(dá)在海洋電波環(huán)境中的目標(biāo)探測(cè)性能，如動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）濾波器設(shè)計(jì)需要掌握區(qū)別于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性的雜波動(dòng)態(tài)譜特性，恒虛警率（CFAR）處理器設(shè)計(jì)需要掌握不同頻段海面的雜波幅度統(tǒng)計(jì)特性規(guī)律。海雜波的回波強(qiáng)度可以采用雷達(dá)散射截面或后向散射系數(shù)來(lái)表示，由于海洋環(huán)境存在動(dòng)態(tài)隨機(jī)變化，傳統(tǒng)上采用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)建模方法得到雷達(dá)雜波起伏的統(tǒng)計(jì)均值、中值或百分位值以及概率密度、累積分布等，它是雷達(dá)參數(shù)、海面物理和幾何特性的函數(shù)，其中雷達(dá)參數(shù)包括波長(zhǎng)、極化、分辨率、入射方向和擦地角等。通過(guò)雷達(dá)海雜波特性研究，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)雷達(dá)系統(tǒng)硬件模塊和信號(hào)處理算法，確定雷達(dá)環(huán)境自適應(yīng)工作模式。另外，海洋大氣中不同強(qiáng)度的對(duì)流層降雨現(xiàn)象十分頻繁，降雨對(duì)電波傳播的體散射效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生雨雜波干擾，影響空中目標(biāo)雷達(dá)探測(cè)。

海洋大氣還會(huì)對(duì)電波傳播產(chǎn)生超折射效應(yīng)，顯著改變電波傳播的路徑，使電波路徑發(fā)生彎曲，如圖1所示。特別是低仰角情況下大氣折射更加嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生海洋大氣波導(dǎo)現(xiàn)象，對(duì)雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的距離和仰角造成誤差，影響雷達(dá)的探測(cè)精度，必要情況下必須進(jìn)行誤差修正。

圖1 電波射線大氣折射路徑

式中：p為大氣壓力，hPa；T為大氣熱力學(xué)溫度，K；e為水汽分壓，hPa。

大氣參量是隨空間和時(shí)間變化的隨機(jī)函數(shù)。隨機(jī)不均勻介質(zhì)中的電波傳播問(wèn)題歸結(jié)為求解隨機(jī)波方程，對(duì)流層大氣對(duì)電波傳播的影響主要體現(xiàn)在大氣不均勻性對(duì)電波的折射和散射效應(yīng)，折射類型和條件見表2。大氣折射率N或大氣修正折射率M對(duì)高度z的梯度關(guān)系式為：

表2 大氣折射類型與條件

對(duì)流層大氣波導(dǎo)是在對(duì)流層大氣中形成的一種可以實(shí)現(xiàn)電磁波超視距遠(yuǎn)距離傳播的特殊超折射大氣層狀結(jié)構(gòu)，在一定條件下，可以利用它實(shí)現(xiàn)超短波、微波頻段的超視距探測(cè)和通信，擴(kuò)大無(wú)線電信息系統(tǒng)的作用距離或覆蓋范圍。同時(shí)大氣波導(dǎo)也可能改變正常電波傳播路徑，在某些空間區(qū)域產(chǎn)生探測(cè)空洞或通信盲區(qū)。海洋大氣波導(dǎo)特別是蒸發(fā)波導(dǎo)經(jīng)常發(fā)生或永久存在，在海洋大氣波導(dǎo)存在的情況下，雷達(dá)超視距探測(cè)或微波通信距離可以數(shù)倍于視距（如達(dá)到200～500 km），如圖2所示。

圖2 海上雷達(dá)電波超視距傳播

對(duì)流層大氣波導(dǎo)形成雷達(dá)超視距目標(biāo)探測(cè)需要滿足的基本條件包括：天線和目標(biāo)應(yīng)位于波導(dǎo)層內(nèi)或緊靠波導(dǎo)層附近，雷達(dá)發(fā)射波和目標(biāo)回波可以耦合入大氣波導(dǎo)；波長(zhǎng)應(yīng)小于最大陷獲波長(zhǎng)或頻率應(yīng)高于最低截止頻率；電波傳播仰角應(yīng)小于某一臨界仰角。

例如，對(duì)于C波段雷達(dá)，若發(fā)射功率為300 kW、天線增益為30 dB、高度為10 m、脈沖寬度為1.5 μs、系統(tǒng)損耗為3 dB、接收機(jī)噪聲系數(shù)為5 dB、目標(biāo)雷達(dá)散射截面為100 m2、虛警概率為10-8，則在標(biāo)準(zhǔn)大氣和表面波導(dǎo)環(huán)境中，雷達(dá)對(duì)高度-距離空間的覆蓋區(qū)域如圖3所示。

圖3 雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域及覆蓋盲區(qū)

在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中，由于地海表面反射和散射造成的多徑干涉效應(yīng)，雷達(dá)波即使在近距離視距區(qū)域也可能存在波瓣分裂盲區(qū)。在表面波導(dǎo)環(huán)境中，雷達(dá)可以探測(cè)到超視距遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，但也可能會(huì)產(chǎn)生不同形態(tài)的表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)，同時(shí)電波反復(fù)折射還會(huì)形成跳躍狀盲區(qū)。在不同的大氣波導(dǎo)層結(jié)特征高度和強(qiáng)度條件下，雷達(dá)超視距范圍及探測(cè)盲區(qū)也將有所不同。

對(duì)流層大氣波導(dǎo)效應(yīng)可以充分運(yùn)用于戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)規(guī)劃或指揮輔助決策，一般情況下攻擊機(jī)在穿透對(duì)方防御陣地時(shí)盡量保持低空飛行，以使自己保持在對(duì)方雷達(dá)波束覆蓋范圍下方，然而對(duì)于低空波導(dǎo)條件，對(duì)方可以對(duì)在大氣波導(dǎo)中飛行的目標(biāo)比對(duì)在較高高度飛行的目標(biāo)獲得更遠(yuǎn)的探測(cè)能力。因此，掌握低空波導(dǎo)是否存在及其存在高度信息可以使作戰(zhàn)時(shí)選擇最佳的穿透高度，即飛行高度位于大氣波導(dǎo)之上。在飛行偵察任務(wù)中一般要求低空飛行且高度盡可能低，使飛行器位于對(duì)方雷達(dá)盲區(qū)范圍內(nèi)，但是在大氣波導(dǎo)情況下，并不是高度越低越好，若飛行高度位于波導(dǎo)內(nèi)則比高于波導(dǎo)情況被敵方探測(cè)到的概率還要大。

海上電子對(duì)抗中同樣需要考慮大氣波導(dǎo)效應(yīng)的影響。例如，在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中，電子干擾機(jī)必須位于較高的有利位置才能獲得較遠(yuǎn)的、有效的電子干擾距離。當(dāng)存在大氣波導(dǎo)環(huán)境時(shí)，電子干擾機(jī)可以調(diào)整自身位置到適當(dāng)?shù)拇髿獠▽?dǎo)層內(nèi)，其釋放的干擾效果就會(huì)大大增強(qiáng)。另一方面，由于大氣波導(dǎo)并沒(méi)有嚴(yán)格的邊界，雷達(dá)從大氣波導(dǎo)內(nèi)向雷達(dá)盲區(qū)泄露或經(jīng)海面反射出的電波能量對(duì)雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)來(lái)說(shuō)可能顯得太微弱，但是對(duì)電子支援系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)來(lái)說(shuō)強(qiáng)度則可能是足夠的，因此在這種情況下容易使雷達(dá)或目標(biāo)暴露。

2 海洋電波環(huán)境探測(cè)、預(yù)報(bào)和評(píng)估

海洋電波環(huán)境對(duì)海上無(wú)線電信息系統(tǒng)和武器裝備的影響十分顯著，因此，需要深入認(rèn)識(shí)和掌握海洋電波環(huán)境的特性和規(guī)律。海洋氣象與水文要素的探測(cè)是海洋電波環(huán)境研究的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)海洋大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、輻射和云雨、海溫、波高等要素進(jìn)行系統(tǒng)、連續(xù)或特定海域的觀測(cè)，可為電波環(huán)境建模和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)資料。大氣與海洋參數(shù)的探測(cè)主要有直接探測(cè)和遙感（間接）探測(cè)兩種類型。直接探測(cè)方法利用傳感器感應(yīng)元件與環(huán)境變化相互作用的物理或化學(xué)原理，直接測(cè)量環(huán)境參數(shù)；遙感探測(cè)則依據(jù)聲、光、電信號(hào)在大氣和海洋環(huán)境中傳播所經(jīng)歷的信號(hào)特性變化，反演與之相關(guān)的大氣和海洋要素。遙感探測(cè)可分為主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感兩種方式，主動(dòng)遙感方法利用測(cè)量環(huán)境對(duì)聲光電信號(hào)的吸收、散射、反射或折射等傳播效應(yīng)進(jìn)行反演，被動(dòng)遙感則直接測(cè)量與環(huán)境要素直接相關(guān)的聲光電信號(hào)計(jì)算環(huán)境參數(shù)和特性。

雷達(dá)海面雜波研究的主要途徑是通過(guò)岸基/船載、機(jī)載等測(cè)試平臺(tái)開展實(shí)際測(cè)量和分析建模。岸基/船載微波散射計(jì)適合研究中小尺度均勻海面，分析地海面電磁散射特性的物理機(jī)制并建模；機(jī)載或星載散射計(jì)則適合于研究大范圍大尺度海面散射的統(tǒng)計(jì)特性。在雷達(dá)技術(shù)進(jìn)步和軍事需求的牽引下，海雜波研究的重點(diǎn)需要更大程度地滿足武器裝備發(fā)展和環(huán)境自適應(yīng)作戰(zhàn)模式，例如，隨著高精度毫米波雷達(dá)的應(yīng)用，高分辨率和小擦地角雜波的海面散射特性同雷達(dá)波束單元海面照射的局部特征和動(dòng)態(tài)變化特性關(guān)系很大，散射機(jī)制呈現(xiàn)與低分辨率情況存在較大的差別，需要采用不同的數(shù)值算法和統(tǒng)計(jì)模型來(lái)分析。

對(duì)流層大氣波導(dǎo)的產(chǎn)生和變化與海-氣邊界層的氣象水文參數(shù)密切相關(guān)，且具有明顯的不同時(shí)空尺度和海域局部特征，如圖4所示。大氣波導(dǎo)形成的物理機(jī)制主要包括水汽蒸發(fā)過(guò)程和各種逆溫過(guò)程，主要海-氣作用及天氣學(xué)過(guò)程類型包括：海水快速蒸發(fā)；反氣旋性下沉運(yùn)動(dòng)；大氣鋒面下沉運(yùn)動(dòng)；陸地夜間輻射冷卻；平流運(yùn)動(dòng)如海陸風(fēng)過(guò)程等。大氣波導(dǎo)探測(cè)需要直接或間接獲取大氣折射率垂直剖面并根據(jù)垂直梯度特征進(jìn)行判別。其中，蒸發(fā)波導(dǎo)可利用小型微波折射率儀、氣象梯度儀、低空大氣探測(cè)系統(tǒng)等測(cè)量設(shè)備進(jìn)行探測(cè)；表面波導(dǎo)和懸空波導(dǎo)則可采用小型微波折射率儀、低空大氣探測(cè)系統(tǒng)和高空大氣探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)。

圖4 海洋大氣層及大氣波導(dǎo)

近年來(lái)許多新技術(shù)已應(yīng)用到對(duì)流層大氣波導(dǎo)探測(cè)中，如基于GNSS信號(hào)對(duì)低層大氣結(jié)構(gòu)的探測(cè)反演和利用雷達(dá)海面回波反演大氣波導(dǎo)剖面等。大氣波導(dǎo)直接探測(cè)和遙感探測(cè)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，直接測(cè)量的精度較高，但是一次只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)探測(cè)，且耗費(fèi)人力物力。遙感測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)快速、區(qū)域反演探測(cè)，應(yīng)用方便，但精度較差。隨著遙感反演技術(shù)的發(fā)展，遙感測(cè)量反演精度逐步提高，大氣波導(dǎo)遙感探測(cè)技術(shù)在大氣波導(dǎo)探測(cè)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

國(guó)際上在利用數(shù)值天氣模式和天基遙感信息預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)近海面大氣溫濕結(jié)構(gòu)、海面溫度、風(fēng)速風(fēng)向等方面已開展了大量研究。美國(guó)海軍研究生院（NPS）研發(fā)的預(yù)報(bào)系統(tǒng)利用衛(wèi)星遙感信息估算云頂高度，進(jìn)而預(yù)報(bào)懸空波導(dǎo)的位置、尺度和強(qiáng)度等特征。隨著中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)的不斷進(jìn)步和對(duì)海-氣耦合過(guò)程認(rèn)識(shí)的不斷深化，考慮模式初始化、大氣邊界參數(shù)化方案和次網(wǎng)格尺度的影響，利用中尺度海-氣耦合模式預(yù)報(bào)大氣折射率三維空間結(jié)構(gòu)、預(yù)報(bào)海洋大氣環(huán)境對(duì)電波傳播的影響已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。利用中尺度模式預(yù)報(bào)大氣折射條件將是定量獲取三維空間大氣環(huán)境折射指數(shù)、預(yù)報(bào)海洋大氣環(huán)境對(duì)電磁波傳播影響的最有希望的手段之一，例如美國(guó)海軍業(yè)務(wù)化區(qū)域大氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)（NORAPS）已用于對(duì)流層大氣折射率預(yù)報(bào)。

對(duì)流層大氣波導(dǎo)是一種由特定對(duì)流層氣象條件產(chǎn)生的具有一定水平擴(kuò)展性和垂直分布的特殊大氣層結(jié)，在滿足一定傳播角度和頻率的前提條件下，電波可以在其中通過(guò)折射和反射作用實(shí)現(xiàn)超視距傳播。大氣波導(dǎo)不僅可以擴(kuò)展雷達(dá)的探測(cè)距離和范圍，同時(shí)它對(duì)大氣波導(dǎo)邊界附近的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)也有較大影響。例如，當(dāng)雷達(dá)位于大氣波導(dǎo)內(nèi)或波導(dǎo)邊緣時(shí)，正常條件下可以被探測(cè)到的空中目標(biāo)。在大氣波導(dǎo)存在時(shí)，如果位于波導(dǎo)之上，則可能無(wú)法被發(fā)現(xiàn)；目標(biāo)即使位于波導(dǎo)之內(nèi)，由于波導(dǎo)內(nèi)形成的多徑傳播效應(yīng)，也可能無(wú)法被探測(cè)到。以上這些復(fù)雜的電波傳播效應(yīng)需要結(jié)合實(shí)際的電波環(huán)境參數(shù)進(jìn)行定量評(píng)估。

電波傳播損耗預(yù)測(cè)目前主要是基于測(cè)試數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)性統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)和基于拋物波方程的數(shù)值方法預(yù)測(cè)。在電波傳播預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型和算法基礎(chǔ)上，使用電波環(huán)境效應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果，可以綜合評(píng)估傳播損耗、多徑干涉和雜波干擾等影響。例如，結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、目標(biāo)檢測(cè)概率和虛警概率的要求可得到最小可檢測(cè)信號(hào)功率，再根據(jù)雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)功率得到可允許的最大路徑損耗，然后利用傳播損耗空間分布得到隨高度變化的雷達(dá)最大作用距離覆蓋圖。另外，針對(duì)海洋水下電磁目標(biāo)探測(cè)和通信，需要研究海洋環(huán)境電波傳播和目標(biāo)電磁擾動(dòng)理論、海洋背景電磁噪聲時(shí)空分布特性并建立典型區(qū)域海洋電磁環(huán)境模型等。

3 海洋電波環(huán)境信息保障技術(shù)

我國(guó)廣闊海域尚缺乏海洋電波環(huán)境探測(cè)、預(yù)報(bào)和評(píng)估的必要基礎(chǔ)設(shè)施和基本保障能力，獲得海洋電波環(huán)境時(shí)空變化特征、評(píng)估大氣電波環(huán)境對(duì)海上我軍信息化裝備和民用信息系統(tǒng)的影響，可為作戰(zhàn)決策部門和信息系統(tǒng)運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐。由于海洋電波環(huán)境及其效應(yīng)對(duì)海上無(wú)線電信息系統(tǒng)和裝備性能影響很大，因此構(gòu)建海洋電波環(huán)境信息技術(shù)體系對(duì)保障我國(guó)海洋權(quán)益、資源開發(fā)和提升復(fù)雜海洋環(huán)境條件下我軍信息化協(xié)同作戰(zhàn)能力具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

海洋電波環(huán)境信息技術(shù)體系構(gòu)建應(yīng)包括基礎(chǔ)層和應(yīng)用層兩大部分?；A(chǔ)層作為海洋電波環(huán)境研究與應(yīng)用的重要支撐，需要依托海洋局、氣象局或自主、專項(xiàng)建設(shè)的海洋環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施和海洋電波環(huán)境監(jiān)測(cè)手段（如岸基、島礁、船載、無(wú)人機(jī)平臺(tái)），形成多源數(shù)據(jù)信息共享的軍民融合體制，組成多手段、立體化、高時(shí)空分辨區(qū)域覆蓋監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)海洋電波環(huán)境全要素進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)采集，形成海洋電波環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)和海洋學(xué)、氣象學(xué)、電波傳播理論建立海洋電波環(huán)境預(yù)測(cè)模型，結(jié)合數(shù)值模式和算法預(yù)報(bào)海洋電波環(huán)境狀態(tài)演變和影響。應(yīng)用層則以海洋維權(quán)、軍事作戰(zhàn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求為牽引，在基礎(chǔ)層的支持下，構(gòu)建海上無(wú)線電信息系統(tǒng)電波環(huán)境保障應(yīng)用，對(duì)海洋電波環(huán)境的影響效應(yīng)進(jìn)行量化評(píng)估并提出輔助規(guī)劃和決策信息，以硬件嵌入或軟件集成的方式，使電子信息裝備自適應(yīng)海洋電波環(huán)境變化，使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)海洋電波環(huán)境及其效應(yīng)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，對(duì)未來(lái)海上信息系統(tǒng)的應(yīng)用提供任務(wù)規(guī)劃和效能評(píng)價(jià)。

海洋電波環(huán)境信息保障系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電波環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的分析處理、態(tài)勢(shì)分析、影響評(píng)估以及輔助決策支持等功能，如圖5所示。

圖5 電波環(huán)境保障系統(tǒng)組成

電波環(huán)境作戰(zhàn)輔助決策分系統(tǒng)基于電波環(huán)境信息和效應(yīng)評(píng)估模型預(yù)測(cè)的傳播參數(shù)，結(jié)合雷達(dá)、通信、電子偵察、電子對(duì)抗等信息化系統(tǒng)作戰(zhàn)應(yīng)用，分析電波環(huán)境對(duì)海上信息化系統(tǒng)性能的影響。主要包括電波環(huán)境影響態(tài)勢(shì)信息、作戰(zhàn)預(yù)案制定、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用規(guī)劃。電波環(huán)境效應(yīng)評(píng)估分系統(tǒng)基于電波環(huán)境分析預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，結(jié)合信息化裝備參數(shù)，評(píng)估電波環(huán)境對(duì)無(wú)線電傳播的各種效應(yīng)。主要包括大氣波導(dǎo)傳播損耗和射線描跡預(yù)；對(duì)流層散射信道特性；降雨衰減；電離層擾動(dòng)影響和閃爍衰落；短波電離層傳播損耗、射線描跡。電波環(huán)境分析預(yù)報(bào)分系統(tǒng)對(duì)電波環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)海洋信息化裝備環(huán)境保障需要，對(duì)某一范圍某一時(shí)段電波環(huán)境變化作出分析預(yù)報(bào)。主要包括大氣波導(dǎo)、湍流區(qū)域信息；對(duì)流層三維大氣折射率、降水環(huán)境信息；電離層擾動(dòng)、閃爍信息；電離層電子密度剖面信息。電波環(huán)境信息保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括電波環(huán)境歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)。主要包括太陽(yáng)、地磁、電離層、對(duì)流層、海洋和海下等環(huán)境數(shù)據(jù)，各類雷達(dá)裝備、通信裝備、偵測(cè)裝備、對(duì)抗裝備、導(dǎo)航定位裝備等系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)射功率、天線參數(shù)等，為信息化系統(tǒng)裝備提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語(yǔ)

海洋電波環(huán)境對(duì)無(wú)線電信息系統(tǒng)具有重要影響，發(fā)展海洋電波環(huán)境保障技術(shù)，建立海洋信息化裝備電波環(huán)境保障系統(tǒng)，分析預(yù)測(cè)海洋電波環(huán)境變化對(duì)海上信息化武器裝備的影響，為海上作戰(zhàn)指揮和信息化裝備戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用、作戰(zhàn)效能仿真、評(píng)估等提供輔助決策支持和評(píng)估手段，對(duì)海上作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、評(píng)估信息化武器裝備能力、執(zhí)行信息化作戰(zhàn)使命、保護(hù)海洋作戰(zhàn)資源、提升基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力具有重要的支撐作用，對(duì)海軍基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力的生成和提升具有重要意義。

[1]BEAN B R,DUTTON E J.Radio Meteorology[M].New York:Dover Publication Inc,1968.

[2]GUO X M,KANG S F,ZHANG Y S.Study on Evaporation Duct Model Based on Turbulent Fluxes[C]// The 9th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory(ISAPE2010).Guangzhou, 2010.

[3]陳月娟,周任君,王雨,等.大氣-海洋學(xué)概論[M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009.

[4]斯塔爾R B.邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論[M].徐靜琦,楊殿融,譯.青島:青島海洋大學(xué)出版社,1991.

[5]江長(zhǎng)蔭.雷達(dá)電波傳播折射與衰減手冊(cè)[K].北京:國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),1997.

[6]張靄深.現(xiàn)代氣象觀測(cè)[M].北京:北京大學(xué)出版社, 2000.

[7]張培昌,杜秉玉,戴鐵丕.雷達(dá)氣象學(xué)[M].北京:氣象出版社,2001.

[8]戴福山,李群,董雙林,等.大氣波導(dǎo)及其軍事應(yīng)用[M].北京:解放軍出版社,2002.

[9]沈桐立.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)[M].北京:氣象出版社,2003.

[10]孫湘平.中國(guó)近海區(qū)域海洋[M].北京:海洋出版社, 2006.

[11]焦培南,張忠治.雷達(dá)環(huán)境與電波傳播特性[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[12]王振會(huì),王喆,康士峰,等.利用WRF模式對(duì)大氣波導(dǎo)的數(shù)值模擬研究[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào),2010,25(5): 913—919.

[13]孫方,康士峰,王紅光.海雜波中的超視距雷達(dá)探測(cè)性能分析[J].通信技術(shù),2012,45(4):50—53.

[14]康士峰,張玉生,王紅光.微波超視距雷達(dá)大氣波導(dǎo)環(huán)境[J].裝備環(huán)境工程,2013,10(5):85—89.

[15]康士峰,張玉生,王紅光.對(duì)流層大氣波導(dǎo)[M].北京:科學(xué)出版社,2014.

Information Assurance Technology for Radio Environment of Radio Equipment over Sea

KANG Shi-feng,CAO Zhong-qing,LI Jian-ru
(China Research Institute of Radiowave Propagation,Qingdao 266107,China)

The paper analyzed effects of ocean radio environment on radar,communication,navigation and ECM, discussed composition and function of radio environment assurance system for information-based equipment over sea and proposed technological approaches and methods.

ocean;radio environment;radio equipment;information assurance technology

10.7643/issn.1672-9242.2017.07.001

TJ85

A

1672-9242(2017)07-0001-06

2017-04-25；

2017-05-08

康士峰（1966—），男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)殡姴ōh(huán)境分析與預(yù)報(bào)、超視距傳播、微波遙感等。