導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系探討

李 琳，劉 淳，譚述森

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094)

0 引言

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)和軍隊(duì)建設(shè)向信息化轉(zhuǎn)型，電磁環(huán)境成為戰(zhàn)場環(huán)境的重要構(gòu)成要素。數(shù)量眾多的信息化武器裝備集結(jié)在一定的作戰(zhàn)地域，人為和自然、對(duì)抗和非對(duì)抗的電磁信號(hào)充斥于作戰(zhàn)空間，綜合形成信號(hào)密集、樣式繁多、競爭對(duì)抗、動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜電磁環(huán)境[1-3]。

戰(zhàn)場電磁環(huán)境起源于武器裝備信息化，武器裝備信息化程度的不斷提高得益于戰(zhàn)場電磁環(huán)境越趨復(fù)雜。戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復(fù)雜化與武器裝備的信息化相伴相隨、互相推動(dòng)，復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性已成為信息化條件下對(duì)武器裝備的通用要求[1-2]。

導(dǎo)航終端是用戶端獲取衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所提供定位、測(cè)速、授時(shí)等服務(wù)的設(shè)備。為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的嚴(yán)峻考驗(yàn)、發(fā)揮衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的戰(zhàn)略支援效能，必須持續(xù)增強(qiáng)導(dǎo)航終端的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性。導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系研究“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，關(guān)乎導(dǎo)航終端的論證、設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、定型、生產(chǎn)、使用，是導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)良與否的關(guān)鍵[1-2，4-5]。

本文從導(dǎo)航終端的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性需求考驗(yàn)、復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)、復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)等方面著手，研究導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系,以約束導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)其戰(zhàn)場生存能力和實(shí)戰(zhàn)能力，促進(jìn)成建制成系統(tǒng)應(yīng)用、戰(zhàn)斗力保障力形成。

1 適應(yīng)性指標(biāo)體系研究流程

按照“導(dǎo)航終端面臨復(fù)雜電磁環(huán)境→導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)→導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)→導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系”思路，研究導(dǎo)航終端的復(fù)雜電磁環(huán)境(complex electromagnetic environment，CEE)適應(yīng)性指標(biāo)體系。

1.1 導(dǎo)航終端面臨CEE

電磁環(huán)境從形成機(jī)理角度，可分解為人為電磁輻射、自然電磁輻射、輻射傳播因素3部分[1-2]：人為電磁輻射是人工操控的電磁應(yīng)用活動(dòng)所形成的電磁輻射，包括有意電磁輻射和無意電磁輻射；自然電磁輻射是自然界自發(fā)形成的電磁輻射，主要包括突發(fā)電磁輻射和持續(xù)電磁輻射等；輻射傳播因素涉及影響電磁環(huán)境分布、電磁波傳播的各種自然和人工環(huán)境。人為電磁輻射和自然電磁輻射反映戰(zhàn)場電磁環(huán)境的形成條件，是控制戰(zhàn)場電磁環(huán)境的內(nèi)因；輻射傳播因素反映電磁輻射的傳播屬性變化，是控制戰(zhàn)場電磁環(huán)境的外因[1]。

據(jù)此，根據(jù)導(dǎo)航終端的應(yīng)用模式、應(yīng)用環(huán)境以及衛(wèi)星導(dǎo)航對(duì)抗能力，綜合形成導(dǎo)航終端所處人為電磁輻射和自然電磁輻射環(huán)境，構(gòu)建表征與導(dǎo)航終端期望信號(hào)一致程度的度量，篩選一致程度較高的信號(hào)類型，提取其主要特征形成導(dǎo)航終端所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境。

1.2 導(dǎo)航終端CEE效應(yīng)

電磁環(huán)境效應(yīng)(electromagnetic environment effects，EEE)是電磁環(huán)境對(duì)于軍事力量、設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)作戰(zhàn)能力所產(chǎn)生影響的總稱[6-7]。電磁環(huán)境效應(yīng)包括電磁兼容性、電磁干擾、電磁易損性、電磁脈沖、電子防護(hù)、電磁輻射對(duì)燃油危害、軍械危害、人體危害，以及雷電、沉積靜電和二次電子倍增等。

根據(jù)導(dǎo)航終端的工作模式、信號(hào)處理流程、元器件水平等，分析復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)導(dǎo)航終端所產(chǎn)生的影響，細(xì)化、量化導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)。其中工作模式包括衛(wèi)星無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)(radio navigation satellite service，RNSS)、衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)(radio determination satellite service，RDSS)、廣義衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)，單頻、雙頻、三頻，精密測(cè)距碼直接捕獲、普通測(cè)距碼引導(dǎo)捕獲，單系統(tǒng)導(dǎo)航、多系統(tǒng)兼容互操作導(dǎo)航等[8]。導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)包括性能降低、功能失常、器件損壞等。

1.3 導(dǎo)航終端CEE適應(yīng)性技術(shù)

在復(fù)雜電磁環(huán)境形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，再從電磁環(huán)境效應(yīng)角度分解復(fù)雜電磁環(huán)境，利于采取針對(duì)性的適應(yīng)性技術(shù)。

從電磁環(huán)境效應(yīng)角度，導(dǎo)航終端所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境可分解為有意電磁毀傷環(huán)境、有意電磁干擾環(huán)境和無意電磁騷擾環(huán)境3類：有意電磁毀傷環(huán)境是由高功率微波武器、高功率電磁脈沖武器產(chǎn)生的“硬殺傷”電磁環(huán)境；有意電磁干擾環(huán)境是由電子戰(zhàn)裝備產(chǎn)生的“軟殺傷”電磁環(huán)境；無意電磁騷擾環(huán)境是由自然電磁輻射、軍民電磁應(yīng)用系統(tǒng)電磁輻射等共同構(gòu)成的“騷擾”電磁環(huán)境。

根據(jù)導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性需求，需要分類研究針對(duì)有意電磁毀傷的防護(hù)技術(shù)、針對(duì)有意電磁干擾的對(duì)抗技術(shù)、針對(duì)無意電磁騷擾的兼容技術(shù)等：針對(duì)有意電磁毀傷的防護(hù)技術(shù)主要包括切斷前門、后門耦合途徑的屏蔽、濾波等技術(shù)；針對(duì)有意電磁干擾的對(duì)抗技術(shù)主要包括濾除有意干擾的時(shí)間域、頻率域、空間域自適應(yīng)濾波等技術(shù)；針對(duì)無意電磁騷擾的兼容技術(shù)主要包括射頻通道(寬動(dòng)態(tài)銳截止)設(shè)計(jì)、雷電規(guī)避設(shè)計(jì)、靜電規(guī)避設(shè)計(jì)等技術(shù)[8]。

1.4 CEE適應(yīng)性指標(biāo)體系框架

根據(jù)導(dǎo)航終端面臨復(fù)雜電磁環(huán)境、導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)、導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，遵循導(dǎo)航終端指標(biāo)的整體性、關(guān)聯(lián)性、操作性、發(fā)展性等原則，來構(gòu)建科學(xué)、合理的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系框架。

導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系由復(fù)雜電磁環(huán)境特征指標(biāo)和復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)組成：根據(jù)導(dǎo)航終端所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境，分類構(gòu)建由有意電磁毀傷環(huán)境特征指標(biāo)、有意電磁干擾環(huán)境特征指標(biāo)、無意電磁騷擾環(huán)境特征指標(biāo)組成的復(fù)雜電磁環(huán)境特征指標(biāo)；根據(jù)復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)導(dǎo)航終端所產(chǎn)生的影響、導(dǎo)航終端可采取的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，構(gòu)建由新增指標(biāo)、部分原有指標(biāo)項(xiàng)目及適應(yīng)性新要求、部分原有指標(biāo)組成的復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)。

2 適應(yīng)性指標(biāo)體系

導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系如圖1所示。圖中實(shí)線框內(nèi)為保持不變(即無需調(diào)整)的部分原有指標(biāo)，短劃線框內(nèi)為部分原有指標(biāo)項(xiàng)目及適應(yīng)性新要求，點(diǎn)劃線框內(nèi)為新增指標(biāo)。

2.1 復(fù)雜電磁環(huán)境特征指標(biāo)

2.1.1 有意電磁毀傷環(huán)境特征指標(biāo)

鑒于高空核爆炸的代價(jià)昂貴、作用范圍廣，且受核不擴(kuò)散條約限制、實(shí)施可能性小等因素，有意電磁毀傷環(huán)境的構(gòu)成要素主要考慮高功率微波彈、電磁脈沖彈、高功率微波發(fā)射系統(tǒng)，相應(yīng)的特征參數(shù)有脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、脈沖峰值功率、電磁頻譜、電磁能量、耦合途徑等。

2.1.2 有意電磁干擾環(huán)境特征指標(biāo)

有意電磁干擾環(huán)境的構(gòu)成要素主要考慮雷達(dá)干擾、通信干擾、導(dǎo)航干擾等，其特征參數(shù)有部署方式、干擾類型、樣式、密度、數(shù)量、頻率、功率等。

干擾的部署方式?jīng)Q定了干擾的作用范圍、作用時(shí)間等：部署于空中，作用范圍大，但作用時(shí)間、干擾功率等受限；部署于地面，干擾功率、作用時(shí)間不是問題，但作用范圍受限于地球曲率、地形起伏、建筑物遮擋等因素。雷達(dá)干擾類型主要包括壓制式干擾和欺騙式干擾，其中壓制式干擾細(xì)分為窄帶瞄準(zhǔn)、寬帶阻塞干擾等，欺騙式干擾細(xì)分為距離波門拖引、速度波門拖引和假目標(biāo)干擾等；通信干擾類型包括壓制式干擾和跟蹤式干擾，其中壓制式干擾細(xì)分為瞄準(zhǔn)、攔阻、梳狀譜、掃頻、多目標(biāo)干擾等；導(dǎo)航干擾類型包括壓制式干擾和欺騙式干擾，欺騙式干擾細(xì)分為轉(zhuǎn)發(fā)式、再生式干擾。

2.1.3 無意電磁騷擾環(huán)境特征指標(biāo)

無意電磁騷擾環(huán)境是由自然電磁輻射，以及民用、軍用電磁應(yīng)用系統(tǒng)電磁輻射等共同構(gòu)成的電磁環(huán)境。

自然電磁環(huán)境的構(gòu)成要素主要考慮靜電放電、雷電、電子噪聲等：靜電放電的特征參數(shù)為放電模式、放電電流變化速率等[9]；雷電的特征參數(shù)為間接效應(yīng)(雷電直接效應(yīng)為物理效應(yīng))中再擊、多重雷擊、多重脈沖組的電流分量參數(shù)[10]；設(shè)備內(nèi)部元器件電子噪聲的特征參數(shù)為熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲、1/f噪聲、天線噪聲。

民用電磁應(yīng)用系統(tǒng)主要包括廣播電視、移動(dòng)通信站臺(tái)、氣象雷達(dá)、民用導(dǎo)航站等，其特征參數(shù)為信號(hào)類型、樣式、密度、數(shù)量、頻率、功率等。

軍用電磁應(yīng)用系統(tǒng)主要包括雷達(dá)、通信、光電、制導(dǎo)、導(dǎo)航、敵我識(shí)別、無線電引信、測(cè)控等[11]，特征參數(shù)為信號(hào)類型、樣式、密度、數(shù)量、頻率、功率等；其中信號(hào)類型包括雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)，無線電引信信號(hào)、制導(dǎo)信號(hào)、塔康信號(hào)、敵我識(shí)別信號(hào)等。

2.2 復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)

導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)由部分原有指標(biāo)、部分原有指標(biāo)項(xiàng)目及適應(yīng)性新要求、新增指標(biāo)共3部分組成。

原有指標(biāo)中無需調(diào)整的指標(biāo)包括接收靈敏度、定位測(cè)速更新率、接收通道數(shù)、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性、續(xù)航時(shí)間、可靠性、維修性、內(nèi)外接口、保密性等；需做適應(yīng)性調(diào)整的指標(biāo)包括接收信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍、干擾容限、偽距測(cè)量精度、定位測(cè)速授時(shí)精度、首次定位時(shí)間、失鎖重捕時(shí)間、電磁兼容性、外觀尺寸、重量功耗等；新增指標(biāo)包括抗毀傷功率、輸入飽和電平、過載恢復(fù)時(shí)間、輸入1 dB壓縮點(diǎn)、互調(diào)截點(diǎn)值、頻率選擇性、靜電電荷控制特性、雷電防護(hù)特性、定位通信成功率等。

3 適應(yīng)性指標(biāo)體系四性分析

基于電磁環(huán)境形成機(jī)理、電磁環(huán)境效應(yīng)以及導(dǎo)航終端的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，構(gòu)建由復(fù)雜電磁環(huán)境特征指標(biāo)和復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)組成的導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系，直觀、清晰地反映復(fù)雜電磁環(huán)境與導(dǎo)航終端適應(yīng)性之間的相互作用關(guān)系；將復(fù)雜電磁環(huán)境特征指標(biāo)分解為有意電磁毀傷環(huán)境特征指標(biāo)、有意電磁干擾環(huán)境特征指標(biāo)和無意電磁騷擾環(huán)境特征指標(biāo)，全面、針對(duì)性細(xì)致地表征導(dǎo)航終端面臨復(fù)雜電磁環(huán)境；復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)整合為導(dǎo)航終端新增指標(biāo)、部分原有指標(biāo)項(xiàng)目及適應(yīng)性新要求、部分原有指標(biāo)，體現(xiàn)了指標(biāo)的發(fā)展性以及指標(biāo)間的相容、一致關(guān)系。

導(dǎo)航終端適應(yīng)性指標(biāo)體系的架構(gòu)合理、要素全面、關(guān)系相容，指標(biāo)的名稱簡潔、涵義明確，滿足指標(biāo)體系的整體性、關(guān)聯(lián)性、操作性、發(fā)展性要求。

4 結(jié)束語

本文按照導(dǎo)航終端指標(biāo)體系的整體性、關(guān)聯(lián)性、操作性、發(fā)展性要求，構(gòu)建了基于導(dǎo)航終端的復(fù)雜電磁環(huán)境考驗(yàn)、復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)、復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)的導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系，確保指標(biāo)體系自始至終作用于導(dǎo)航終端全壽命周期，以長效增強(qiáng)導(dǎo)航終端復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性，充分發(fā)揮衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的戰(zhàn)略支援保障效能。

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