導(dǎo)航接收機(jī)噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)分析

李 媚，魏光輝，趙宏澤，鄭建擁，杜 雪

（1.陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050003；2.河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

0 引 言

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳播到達(dá)地面端時(shí)已非常微弱，使得導(dǎo)航接收機(jī)極易受到各種電磁輻射信號(hào)干擾，影響系統(tǒng)定位性能［1-2］。在體系作戰(zhàn)條件下，用頻裝備持續(xù)增加，大功率用頻裝備在正常發(fā)射工作信號(hào)的同時(shí)，不可避免地會(huì)發(fā)射諧波信號(hào)和雜散噪聲信號(hào)，電磁環(huán)境更加復(fù)雜、惡劣［3］；衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)更易發(fā)生失鎖問題，從而失去導(dǎo)航定位功能。研究電磁輻射干擾對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的影響已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)［4］，可為抗電磁干擾研究提供效應(yīng)機(jī)理支持。

國內(nèi)外學(xué)者深入研究了電磁輻射對(duì)導(dǎo)航定位接收機(jī)的影響［5-8］，主要集中在電磁輻射對(duì)信號(hào)接收質(zhì)量的影響分析方面，如從等效載噪比（carrier to noise ratio，CNR）［9-10］、誤碼率及信號(hào)捕獲能力［11］、碼跟蹤能力［12］等方面研究電磁輻射對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)性能的影響，但對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)整體進(jìn)行電磁輻射效應(yīng)研究較少。在考慮不同電磁輻射信號(hào)對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的干擾影響中，主要以連續(xù)波干擾研究為主［13-15］。文獻(xiàn)［16］研究了超寬帶脈沖信號(hào)對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)CNR的影響，以CNR是否減小及減小程度表征電磁信號(hào)對(duì)全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）接收機(jī)的影響。文獻(xiàn)［17］分析了連續(xù)波和脈沖調(diào)制連續(xù)波對(duì)GPS接收機(jī)信號(hào)CNR降級(jí)的影響。但以上文獻(xiàn)均未涉及接收機(jī)是否能夠正常工作。文獻(xiàn)［18］對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)進(jìn)行了連續(xù)波電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)，并提出了干擾預(yù)測(cè)方法，將每顆衛(wèi)星的敏感功率閾值與當(dāng)前干擾功率比較得到干擾余量，并對(duì)干擾余量從大到小排序，以最低可定位衛(wèi)星顆數(shù)位置處的干擾余量來判斷導(dǎo)航接收機(jī)是否正常工作，該方法只是定位于單頻連續(xù)波干擾的預(yù)測(cè)，對(duì)多頻及噪聲干擾效應(yīng)評(píng)估的效果并未涉及。文獻(xiàn)［19-21］在雙頻、多頻連續(xù)波效應(yīng)試驗(yàn)中分別對(duì)不同裝備進(jìn)行了電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估，在隨機(jī)噪聲［22］試驗(yàn)中，主要對(duì)通信裝備進(jìn)行了電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)，能夠較好地預(yù)測(cè)通信裝備的電磁環(huán)境生存能力，但其僅在帶內(nèi)進(jìn)行了研究，且導(dǎo)航接收機(jī)的效應(yīng)規(guī)律［23］與通信裝備有所差別。針對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的噪聲電磁輻射干擾效應(yīng)定量研究還未有發(fā)現(xiàn)，其在噪聲干擾下的帶內(nèi)及帶外綜合效應(yīng)評(píng)估方法還有待進(jìn)一步研究。

本文以某型導(dǎo)航接收機(jī)為研究對(duì)象，首先基于干擾機(jī)理分析，建立了噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估模型，為噪聲干擾效應(yīng)評(píng)估分析提供理論支撐；接著通過單頻連續(xù)波電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)，確定導(dǎo)航接收機(jī)敏感判據(jù)，測(cè)量其單頻電磁輻射臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)曲線；而后提出了導(dǎo)航接收機(jī)敏感度數(shù)據(jù)兩點(diǎn)校準(zhǔn)方法，對(duì)待評(píng)估狀態(tài)下簡(jiǎn)化導(dǎo)航接收機(jī)敏感度測(cè)量及提高其準(zhǔn)確度意義重大；最后在隨機(jī)噪聲及單頻連續(xù)波復(fù)合噪聲電磁輻射作用下對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)的阻塞效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估模型的有效性。

1 噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估模型

根據(jù)文獻(xiàn)［24］對(duì)裝備復(fù)雜電磁環(huán)境敏感類型的判斷方法，為了確定受試導(dǎo)航接收機(jī)的電磁輻射阻塞效應(yīng)敏感類型，進(jìn)行了調(diào)幅波與單頻連續(xù)波臨界阻塞干擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。在輻射頻偏f i-f0＝0 MHz時(shí)，測(cè)得導(dǎo)航接收機(jī)調(diào)幅波和單頻連續(xù)波臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)有效值之比為Eame／Esine＝1.12，由此可確定受試導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)有效值（平均功率）敏感。

假設(shè)接收機(jī)受到多個(gè)單頻連續(xù)波干擾時(shí)，電磁波經(jīng)過天線耦合進(jìn)入到接收機(jī)輸入端的信號(hào)為

式中：Di與D s分別為接收機(jī)天線對(duì)干擾信號(hào)和有用信號(hào)的耦合系數(shù)（包括極化方向的影響）；E i與E s分別為接收機(jī)天線處的干擾信號(hào)和有用信號(hào)的電場(chǎng)強(qiáng)度幅值；ωi與ωs分別為干擾信號(hào)和有用信號(hào)的角頻率。

該信號(hào)在進(jìn)入接收機(jī)的射頻前端前，一般都會(huì)經(jīng)過限幅器或者帶通濾波器的選擇抑制，這些電路及其后續(xù)信號(hào)處理電路一般具有非線性響應(yīng)特性，在輸入信號(hào)不太強(qiáng)的情況下，其輸出信號(hào)可以用冪級(jí)數(shù)表示為

當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，電路工作于線性區(qū)域，只取冪級(jí)數(shù)的前兩項(xiàng)即可；而當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，電路響應(yīng)出現(xiàn)非線性特征，一般取冪級(jí)數(shù)的前4項(xiàng)作近似處理。Bi（i＝1，2，3，…）為非線性系數(shù)，是與電路的轉(zhuǎn)移特性相關(guān)的常數(shù)。將式（1）代入式（2），進(jìn)行冪級(jí)數(shù)展開并分解后可得到有用信號(hào)的基波增益A s為

當(dāng)有用信號(hào)大小不變時(shí)，單頻與多頻電磁輻射共同作用出現(xiàn)臨界阻塞干擾時(shí)的有用信號(hào)增益應(yīng)相等。若受試用頻裝備在帶內(nèi)單頻電磁輻射作用下的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)為Ej0（f），帶內(nèi)多頻電磁輻射臨界干擾對(duì)應(yīng)的電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)組合為（E1，E2，…，E n），則有

根據(jù)帕斯瓦爾恒等式中場(chǎng)強(qiáng)和平均功率的關(guān)系，效應(yīng)指數(shù)R I也可表示為

對(duì)于隨機(jī)噪聲，若噪聲電場(chǎng)強(qiáng)度頻譜密度為E（f），將頻率處于f～f＋df頻段的噪聲電磁輻射看作頻率為f的單頻信號(hào)，由式（5）和式（6）可得噪聲電磁輻射對(duì)受試裝備的阻塞效應(yīng)評(píng)估模型為

同理，多頻復(fù)合隨機(jī)噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估模型為

據(jù)此，本文提出了噪聲及多頻復(fù)合噪聲電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估模型。當(dāng)R I≥1時(shí)，受試裝備受到阻塞干擾，技術(shù)性能降低或不能正常工作；當(dāng)R I＜1時(shí)，裝備能夠正常工作。該模型的建立并未區(qū)分帶內(nèi)和帶外，從理論分析認(rèn)為，無論帶內(nèi)還是帶外，其電磁干擾機(jī)理一致，通過該模型均可表示。

2 單頻連續(xù)波電磁輻射阻塞效應(yīng)試驗(yàn)

2.1 單頻電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)配置

單頻連續(xù)波電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)配置及實(shí)測(cè)圖如圖1和圖2所示。

圖1 導(dǎo)航接收機(jī)單頻電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)配置圖Fig.1 Configuration diagram of single frequency electromagnetic radiation effect tests for navigation receiver

圖2 導(dǎo)航接收機(jī)單頻電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)圖Fig.2 Actual measurement diagram of single frequency electromagnetic radiation effect tests for navigation receiver

采用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器與發(fā)射天線（寬帶喇叭天線SCHWARZBECK BBHA9120D 1～18 GHz）組成衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬系統(tǒng)，發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度由內(nèi)部程控衰減器調(diào)節(jié)；信號(hào)發(fā)生器（RIGOL DSG821 9 k Hz～2.1 GHz）與干擾天線（型號(hào)同發(fā)射天線）組成電磁輻射干擾系統(tǒng)，通過信號(hào)發(fā)生器輸出電平調(diào)節(jié)輻射場(chǎng)強(qiáng)；接收天線（導(dǎo)航接收機(jī)專用圓極化天線）、導(dǎo)航接收機(jī)與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)組成受試系統(tǒng)，顯示接收到的各顆衛(wèi)星信號(hào)的CNR、定位信息等?？紤]到導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作信號(hào)較弱，將整個(gè)系統(tǒng)置于微波暗室中進(jìn)行，避免外界環(huán)境對(duì)其工作造成干擾。試驗(yàn)過程中，受試系統(tǒng)接收天線距電磁輻射干擾系統(tǒng)發(fā)射天線的距離不小于3 m，調(diào)節(jié)接收天線、發(fā)射天線空間布局，使受試系統(tǒng)處于最佳接收狀態(tài)，受試系統(tǒng)所在空間的電磁場(chǎng)分布均勻性優(yōu)于3 dB。為了減小鄰近接收天線端的相關(guān)設(shè)備對(duì)接收信號(hào)的干擾，將導(dǎo)航接收機(jī)及計(jì)算機(jī)置于信號(hào)發(fā)射器一端，盡量減少試驗(yàn)中各種可能干擾因素的影響。

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象與敏感判據(jù)

敏感度判據(jù)直接決定了敏感度閾值測(cè)量的準(zhǔn)確性，在涉及敏感度測(cè)量的研究中，大多數(shù)電子設(shè)備采用干擾余量［25］作為敏感判據(jù)，數(shù)字通信系統(tǒng)可通過干擾等級(jí)［26］或誤碼率［27］作為敏感判據(jù)，雷達(dá)采用被測(cè)目標(biāo)回波信號(hào)幅值壓縮量［28］作為敏感判據(jù)。導(dǎo)航接收機(jī)則不同，不能用以上判據(jù)確定裝備是否受到臨界干擾。因此，需要通過試驗(yàn)確定其敏感度判據(jù)。根據(jù)GJB 151B-2013中裝備敏感度測(cè)量方法，調(diào)試受試導(dǎo)航接收系統(tǒng)，使其處于正常定位狀態(tài)。設(shè)定電磁輻射干擾系統(tǒng)，使其發(fā)射頻率接近導(dǎo)航接收機(jī)的工作頻率，逐步增加輻射功率，觀察受試導(dǎo)航接收系統(tǒng)出現(xiàn)的效應(yīng)現(xiàn)象。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)航系統(tǒng)工作功率越強(qiáng)，接收機(jī)初始CNR也越高，從初始CNR降至衛(wèi)星不能定位時(shí)的CNR也不同，因此采用文獻(xiàn)［19］中的30 d B-Hz作為判據(jù)并不準(zhǔn)確；但無論哪種工作功率下，隨著電磁干擾輻射功率的提高，受試導(dǎo)航接收系統(tǒng)接收到的導(dǎo)航信號(hào)CNR都逐步下降，而每顆星的CNR下降程度不同；干擾輻射功率增加到一定數(shù)值后逐步開始出現(xiàn)丟星現(xiàn)象，CNR下降較快的衛(wèi)星較易丟失，當(dāng)剩余可定位衛(wèi)星數(shù)量少于5顆時(shí)，衛(wèi)星定位信號(hào)消失，受試系統(tǒng)失去定位功能。但可能會(huì)在數(shù)秒內(nèi)又恢復(fù)定位，從而造成失去定位的假象。

因此，若以可定位衛(wèi)星顆數(shù)判定導(dǎo)航接收機(jī)是否正常定位導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定，在兼顧導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾能力評(píng)價(jià)和臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試準(zhǔn)確度提高的同時(shí)，采用變步長升降法調(diào)節(jié)微波信號(hào)源的輸出功率，對(duì)受試導(dǎo)航接收機(jī)進(jìn)行電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)，以施加特定幅度的電磁輻射干擾后30 s內(nèi)導(dǎo)航接收機(jī)出現(xiàn)定位功能持續(xù)喪失作為敏感判據(jù)，測(cè)定導(dǎo)航接收機(jī)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)。

2.3 臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)分布

信號(hào)模擬器可調(diào)節(jié)信號(hào)最大發(fā)射功率為-60 d Bm，最小發(fā)射功率為-150 dBm，但當(dāng)發(fā)射功率小于-110 d Bm時(shí)，在沒有施加干擾時(shí)，系統(tǒng)定位狀態(tài)已經(jīng)非常不穩(wěn)定，甚至不能正常定位。因此，試驗(yàn)過程中，將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器播發(fā)的10顆星的單顆衛(wèi)星播發(fā)信號(hào)功率依次設(shè)定為-60 dBm、-90 d Bm、-110 dBm，以測(cè)試系統(tǒng)處于較大功率、中等功率、較小功率下的敏感度，能夠較全面地評(píng)估導(dǎo)航接收機(jī)的性能。

受試導(dǎo)航接收機(jī)電磁輻射敏感度很高，通過信號(hào)發(fā)生器測(cè)量得到的敏感度功率并不能表征實(shí)際的導(dǎo)航接收機(jī)敏感度，而接收機(jī)天線處的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)又難以用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)直接測(cè)量。對(duì)此可采用電磁場(chǎng)領(lǐng)域常用的線性內(nèi)插／外推法，設(shè)置信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生單頻連續(xù)波，調(diào)整其輸出功率，使試驗(yàn)點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到5 V／m以上，讀取輻射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量值E0與微波信號(hào)源輸出功率P0，輻射功率P對(duì)應(yīng)的輻射場(chǎng)強(qiáng)E計(jì)算方式如下：

式中：E與E0以dBV／m為單位；P和P0以dBm為單位。

單頻阻塞效應(yīng)測(cè)試時(shí)，當(dāng)干擾信號(hào)輻射功率為20 d Bm時(shí)，輻射場(chǎng)強(qiáng)為2.5 V／m，即8.0 dBV／m。將該數(shù)據(jù)代入式（11）中可以得到輻射場(chǎng)強(qiáng)與發(fā)射信號(hào)功率的關(guān)系為E＝P-12。受試導(dǎo)航接收機(jī)的單頻連續(xù)波電磁輻射臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)如圖3所示。

圖3 接收機(jī)臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)曲線Fig.3 Critical interference field intensity curve of receiver

由式（3）可知，阻塞效應(yīng)臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)大致與有用信號(hào)強(qiáng)度成正比，而圖3測(cè)試結(jié)果似乎并不完全支持這一結(jié)論，在±2 M Hz敏感帶寬內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)與敏感帶寬外場(chǎng)強(qiáng)隨工作信號(hào)功率變化不一致。造成這一假象的原因初步分析如下：模擬系統(tǒng)發(fā)射的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)標(biāo)定功率在近場(chǎng)輻射條件下并不能完全表征衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)度，機(jī)箱的近場(chǎng)輻射泄漏對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)度有重要影響，這一現(xiàn)象值得后續(xù)進(jìn)一步研究。

3 噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估模型驗(yàn)證

由式（7）～式（10）可知，噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估中需要單頻電磁輻射臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)作支撐，而單頻電磁輻射臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)與有用信號(hào)強(qiáng)度緊密相關(guān)。由于導(dǎo)航信號(hào)強(qiáng)度太弱，在待評(píng)估狀態(tài)下，即使采用頻譜分析儀也難以準(zhǔn)確測(cè)量其信號(hào)強(qiáng)度，在進(jìn)行噪聲電磁輻射阻塞效應(yīng)評(píng)估前，必須對(duì)單頻臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)［29］與插值處理。

3.1 單頻臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)方法

分析圖3所示不同工作信號(hào)強(qiáng)度下受試導(dǎo)航接收機(jī)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)變化規(guī)律可以看出：輻射頻偏大于2 MHz時(shí)，不同工作信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)曲線形狀基本相同，通過上下平移基本能夠重合；而輻射頻偏小于2 MHz范圍內(nèi)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)與工作信號(hào)強(qiáng)度緊密相關(guān)，工作信號(hào)強(qiáng)度越小，選頻特性越突出，在待評(píng)估狀態(tài)下發(fā)射信號(hào)強(qiáng)弱未知，不能準(zhǔn)確確定導(dǎo)航接收機(jī)的臨界干擾敏感度。基于上述特點(diǎn)，提出單頻臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，校準(zhǔn)步驟如下。

步驟1選定適用于待評(píng)估狀態(tài)下的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)基準(zhǔn)曲線。選擇臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)隨輻射頻偏變化平緩的某一頻點(diǎn)f s1，如輻射頻偏5～15 MHz，測(cè)試其待評(píng)估狀態(tài)的單頻阻塞功率Ps1（單位為dBm）和工作頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單頻阻塞功率Ps0（單位為dBm），使校準(zhǔn)頻點(diǎn)fs1與工作頻點(diǎn)fs0的單頻阻塞功率差等于Ps1-Ps0，可選定一組臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。

步驟2在待評(píng)估狀態(tài)下對(duì)選定敏感度曲線整體校準(zhǔn)?；谧枞?yīng)臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)與有用信號(hào)強(qiáng)度成正比，各不同頻偏對(duì)應(yīng)的臨界干擾校準(zhǔn)功率P i計(jì)算方式如下：

式中：Ei、Es1分別為敏感度曲線上各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)，單位為dBV／m。

步驟3在敏感帶寬內(nèi)進(jìn)行局部校準(zhǔn)。在輻射頻偏±2 M Hz范圍內(nèi)，等比例縮放步驟2所得臨界干擾功率P i，可得

式中：P0為步驟2校準(zhǔn)后的頻偏-2 M Hz頻點(diǎn)的臨界干擾功率；Pc1和Pc0分別為頻偏f s1和頻偏f s0的臨界干擾功率，單位均為dBm。

3.2 插值算法

為滿足效應(yīng)評(píng)估計(jì)算的需求，需要對(duì)離散測(cè)量數(shù)據(jù)插值處理，一般多選擇3次樣條插值算法，該算法會(huì)在插值點(diǎn)處發(fā)生龍格現(xiàn)象，造成局部插值誤差過大的問題。導(dǎo)航接收機(jī)工作信號(hào)較弱，增大的插值誤差會(huì)導(dǎo)致效應(yīng)評(píng)估計(jì)算不準(zhǔn)確，而阿克瑪插值算法［30］可有效解決該問題，且計(jì)算量小，將誤差控制在最小范圍內(nèi)。采用兩種不同插值算法對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)分別工作在Ps1＝-60 dBm和Ps2＝-90 d Bm工作功率下的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)插值處理，結(jié)果如圖4所示。

圖4 導(dǎo)航接收機(jī)臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)插值方法比較Fig.4 Comparison of interpolation methods critical interference field intensity for navigation receiver

由圖4虛線框中可見，3次樣條插值的局部誤差最大接近10 d B，而阿克瑪插值結(jié)果明顯優(yōu)于3次樣條插值算法，與測(cè)量敏感度變化趨勢(shì)能夠較好地吻合，更適合較弱工作信號(hào)的導(dǎo)航接收機(jī)敏感度插值處理。

3.3 噪聲電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)

利用功率放大模塊（Ceyear 80244-50 MHz～3 GHz）的底噪輸出作為噪聲電磁輻射源替代圖1中的干擾信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)行噪聲電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)配置圖及功放模塊如圖5所示。

圖5 導(dǎo)航接收機(jī)隨機(jī)噪聲電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)配置圖Fig.5 Experiment configuration diagram of random noise electromagnetic radiation effect tests for navigation receiver

在隨機(jī)噪聲試驗(yàn)中，關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出，開啟穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電磁輻射干擾系統(tǒng)發(fā)射天線與導(dǎo)航接收機(jī)天線的距離及導(dǎo)航信號(hào)模擬器輸出信號(hào)強(qiáng)度，使受試導(dǎo)航接收機(jī)處于臨界阻塞（失去定位）狀態(tài)，利用頻譜分析儀測(cè)得受試導(dǎo)航接收機(jī)出現(xiàn)臨界阻塞干擾時(shí)的噪聲電磁輻射頻譜分布。其中，設(shè)置頻譜分析儀的噪聲頻譜分布范圍為1.54～1.62 GHz，分辨率帶寬為100 k Hz，掃頻點(diǎn)數(shù)為1 001。接著分別在校準(zhǔn)頻偏fs0＝0 MHz和fs1＝9 MHz時(shí)測(cè)得單頻臨界干擾功率分別為Ps0＝-71 dBm和Ps1＝-56.5 dBm。

單頻復(fù)合噪聲電磁輻射效應(yīng)試驗(yàn)中，在沒有微波干擾信號(hào)輸入的情況下，調(diào)節(jié)干擾天線與導(dǎo)航接收機(jī)天線的距離和導(dǎo)航信號(hào)輸出強(qiáng)度，使受試導(dǎo)航接收機(jī)在隨機(jī)噪聲干擾下能夠正常定位，接著調(diào)節(jié)微波信號(hào)發(fā)生器的輸出功率，使受試導(dǎo)航接收機(jī)在單頻復(fù)合噪聲電磁輻射作用下出現(xiàn)臨界阻塞效應(yīng)。利用頻譜分析儀測(cè)得該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的單頻復(fù)合噪聲頻譜分布，頻譜儀設(shè)置與上述噪聲測(cè)量一致。分別測(cè)得在頻偏0 M Hz和9 M Hz時(shí)復(fù)合噪聲中的單頻臨界干擾功率分別為-66.1 dBm和-53.5 d Bm。在校準(zhǔn)頻偏f s0＝0 MHz和f s1＝9 M Hz時(shí)分別測(cè)得單頻臨界干擾功率為Ps0＝-66 dBm和Ps1＝-52 d Bm。

相比隨機(jī)噪聲試驗(yàn)，單頻復(fù)合噪聲試驗(yàn)中干擾天線位置距離接收天線更遠(yuǎn)，因此在兩個(gè)校準(zhǔn)頻點(diǎn)的臨界干擾功率都大于隨機(jī)噪聲試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)點(diǎn)臨界干擾功率，符合常規(guī)試驗(yàn)現(xiàn)象。

3.4 敏感度校準(zhǔn)結(jié)果分析

分別在隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲下對(duì)單頻臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)，并采用阿克瑪插值算法進(jìn)行插值處理。根據(jù)第3.1節(jié)中校準(zhǔn)方法及上述噪聲試驗(yàn)中獲取的校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)待評(píng)估狀態(tài)隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲干擾下的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 校準(zhǔn)后的干擾敏感度Fig.6 Interference sensitivity after calibration

可見，通過校準(zhǔn)步驟1可選擇-110 d Bm時(shí)的敏感度為基準(zhǔn)，說明該評(píng)估環(huán)境下的系統(tǒng)工作信號(hào)相對(duì)較小；經(jīng)過步驟2單點(diǎn)校準(zhǔn)后，敏感度整體向上平移；在±2 M Hz敏感帶寬內(nèi)進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)后，無論是噪聲還是單頻復(fù)合噪聲干擾，敏感帶寬內(nèi)選頻特性均比基準(zhǔn)敏感度曲線明顯，說明待評(píng)估環(huán)境下的系統(tǒng)工作信號(hào)稍弱于基準(zhǔn)信號(hào)工作強(qiáng)度。由此可知，校準(zhǔn)不僅能夠確定系統(tǒng)工作信號(hào)的強(qiáng)弱，同時(shí)減小了待評(píng)估環(huán)境下敏感度測(cè)試的工作量，對(duì)提高敏感度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度意義重大。

3.5 效應(yīng)評(píng)估模型驗(yàn)證

根據(jù)式（7）～式（10），分別對(duì)導(dǎo)航接收機(jī)進(jìn)行隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲干擾效應(yīng)試驗(yàn)，利用上述在噪聲試驗(yàn)中采集的噪聲數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證效應(yīng)評(píng)估模型在隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲下的干擾效應(yīng)。效應(yīng)指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 校準(zhǔn)后導(dǎo)航接收機(jī)噪聲干擾效應(yīng)指數(shù)Table 1 Effect index of noise interference for navigation receiver after calibration

可見，在隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲干擾下的效應(yīng)指數(shù)均接近于1，說明噪聲信號(hào)對(duì)受試導(dǎo)航接收機(jī)造成了有效干擾，其最大誤差為1.8 d B，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±3 d B允差，在效應(yīng)評(píng)估試驗(yàn)可接受范圍內(nèi)，驗(yàn)證了噪聲干擾下的效應(yīng)評(píng)估模型的有效性。由于試驗(yàn)條件的限制，本文只對(duì)單頻復(fù)合噪聲干擾進(jìn)行了驗(yàn)證，但模型適用于多頻復(fù)合噪聲干擾效應(yīng)評(píng)估中，多頻復(fù)合頻點(diǎn)也可以任意選擇。

4 結(jié) 論

從干擾機(jī)理分析出發(fā)，建立裝備噪聲電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估模型，對(duì)某型導(dǎo)航接收機(jī)進(jìn)行電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)，評(píng)估其在噪聲干擾環(huán)境下的工作性能。結(jié)論如下：

（1）確定了導(dǎo)航接收機(jī)的敏感度判據(jù)，發(fā)現(xiàn)了單頻連續(xù)波電磁輻射效應(yīng)規(guī)律。以受試導(dǎo)航接收機(jī)持續(xù)喪失定位30 s作為敏感度判據(jù)，確定裝備在頻偏-21～59 MHz工作帶寬內(nèi)均比較敏感，其中，頻偏在±2 MHz內(nèi)最為敏感；在正頻偏內(nèi)呈現(xiàn)兩個(gè)明顯的臺(tái)階，頻偏范圍分別在2～18 M Hz和19～50 MHz，頻偏大于50 MHz時(shí)臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)迅速增大；在頻偏小于-2 MHz時(shí)的臨界干擾場(chǎng)強(qiáng)隨輻射頻偏增大而迅速增大。可見，受試導(dǎo)航接收機(jī)抗負(fù)頻偏電磁輻射干擾的能力遠(yuǎn)大于抗正頻偏電磁輻射干擾的能力，且頻偏在±2 MHz內(nèi)的敏感度變化與工作功率大小變化不一致，值得深入研究。

（2）提出待評(píng)估狀態(tài)下的敏感度數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方法，分別在隨機(jī)噪聲和單頻復(fù)合噪聲干擾狀態(tài)下，選擇受試導(dǎo)航接收機(jī)在工作頻點(diǎn)及頻偏為9 M Hz時(shí)的單頻阻塞功率，對(duì)敏感度數(shù)據(jù)進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)，可解決待評(píng)估狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度未知，敏感度數(shù)據(jù)不易準(zhǔn)確測(cè)量的問題。

（3）提出可同時(shí)適用于帶內(nèi)和帶外的受試裝備噪聲干擾效應(yīng)評(píng)估模型，并對(duì)隨機(jī)噪聲及單頻復(fù)合噪聲干擾下的受試導(dǎo)航接收機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，其效應(yīng)評(píng)估指數(shù)均大于1，最大誤差為1.8 d B，滿足裝備效應(yīng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)證了模型的有效性與實(shí)用性。

（4）導(dǎo)航接收機(jī)工作信號(hào)較弱，敏感度數(shù)據(jù)及噪聲頻譜數(shù)據(jù)的波動(dòng)對(duì)效應(yīng)評(píng)估影響較大，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，尤其要注意噪聲頻譜［31］數(shù)據(jù)的采集方式，這將是下一步的研究工作。