声呐浮标阵列通信干扰效能评估研究_杨浩.pdf

：声呐浮标阵列通信干扰效能评估研究收稿日期：；修回日期：。基金项目：国家自然科学基金资助项目（，）；湖北省自然科学基金资助项目（）。作者简介：杨浩（），男，工程师，硕士生，主要研究方向为反潜机浮标电子干扰。通信作者：程志锋（），男，副教授，博士，。杨浩，程志锋，林茜（海军工程大学 电子工程学院，武汉 ；部队，上海 ）摘要：为优化反潜机声呐浮标阵列通信干扰平台和功率选择设计，基于反潜机声呐浮标典型布阵，构建了种声呐浮标阵列模型，分析浮标通信组网稳定性以及不同阵列公共畅通区，提出以公共畅通区干扰遮盖率为指标，对不同浮标阵列干扰功率进行了分析。仿真实验结果表明：该方法对反潜机与浮标阵列的通信阻塞式干扰有效，且干扰遮盖率与干扰功率近似成正比，干扰功率与干扰距离的平方成正比；闭合阵列比非闭合阵列对干扰功率的变化更敏感。据此可针对性选择干扰功率和平台，对工程实现具有指导性。关键词：声呐浮标；通信组网；阵列干扰中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，；，：；声呐浮标是反潜机大量装备的一种中远距离搜索水下潜艇的主要器材，具有价格低廉、使用方便、定位准确的特点，且装备量极大，是潜艇对敌实施军事行动时的首要障碍。考虑声呐浮标具有的通信功率较小、通信带宽较窄、信号调制简单等特点，针对单个浮标通信干扰理论上能实现，干扰平台的选择包括浮标、空中平台等。本文聚焦声呐浮标阵列与反潜第 卷第期 年月 海军工程大学学报 机通信干扰，研究反潜浮标运用及通信组网，分析浮标阵列干扰功率与距离关系，为浮标阵列干扰平台选择设计提供依据。反潜浮标作战运用浮标投放流程反潜机根据反潜作业海域当时的实际条件来选择最佳的飞行高度，使用目力、雷达、红外探测仪等对潜艇进行搜索，同时检测当时的电磁环境，选定最佳的声呐浮标射频通道。先投放测温声呐浮标，以获得该海区的温深数据；再投放一枚海洋背景噪声浮标，以测出目标海区的海洋背景噪声等级。根据测出的数据来确定布放声呐浮标类型、间距、工作深度和发射接收机使用的频率通道等。在潜艇的可能活动海域投放一定数量的声呐浮标，构成一定的搜索阵列，搜索海域内有无敌方潜艇，如果有则确定其概略方位。如果发现“感兴趣目标”，立即再补投主（被）动定向声呐浮标，以确定“感兴趣目标”的精确位置。浮标阵型选择反潜机执行搜潜任务时，主要携载温深测量浮标、被动定向浮标、主动定向浮标以及爆炸声源浮标等，各机根据任务的需求选择浮标的类型和数量。反潜机一般作业流程为，在投放测量声呐浮标后，主要投放主动和被动两种声呐浮标形成浮标阵列，通常阵列中浮标间隔 ，远不超过 。标 准 搜 潜 作 业 区 的 面 积 为 ，最大 。声呐布阵方法主要有直线形布阵、圆形布阵、楔形布阵和平行阵列等（见图）。图典型浮标阵示意图 浮标通信组织调制方式与功率信号采取 调制方式，带宽 ，除部分主动远程爆炸回波测距声呐浮标功率为 以外，其余声呐浮标功率均为。声呐浮标部署后，根据反潜机指令展开工作，侦收到数据后通过上行通道向反潜机传输。浮标之间不建立联系，只与反潜机进行联系，数据传回反潜机进行处理分析。浮标上行信道划分根据文献，反潜机浮标上行信号工作频段为 ，一共有 个固定信道，信道间隔 。浮标通信网络稳健性分析公共畅通区一般认为在良好水文条件下，潜艇水下航速 时，被动声呐浮标听测距离为 ，主动式声呐浮标的探测距离为 。声呐浮标的布放间距为浮标工作最大距离的 倍，收报最远距离一般为 。定义反潜机同时可接收所有声呐浮标信号的活动区域为公共畅通区。选取反潜机收报距离为 ，声呐浮标布放间距为 ，进行仿真计算，各浮标阵型公共畅通区如图所示。第期杨浩 等：声呐浮标阵列通信干扰效能评估研究图各浮标阵列公共畅通区 由图可见，各阵型都有较大范围的公共畅通区，反潜机在畅通区内可同时接收阵内各浮标信号。单个浮标干扰压制区在有效干扰条件下，浮标信号接收机（反潜机）接收到的 （干信比）应当满足 （）（）。（）式中：，分别为干扰机、浮标发射功率；，为干扰机、浮标天线增益；，为反潜机在干扰机、浮标方向上的增益；为极化损失；（），（）为路径 传 播衰耗；为带 宽 失 配 损 耗，。设浮标通信信号与干扰信号均为自由空间传播，反潜机接收天线为全向天线，则 。为简化模型，假设，则可得 。（）令 （），（）则式（）可简化为。（）建立直角坐标系，则通信有效干扰压制区边界上的坐标（，）满足方程（）。（）式中：为通信干扰机与浮标之间的距离。声呐浮标等位置示意图如图所示。图声呐浮标等位置示意图 ，当时，由式（）可得海军工程大学学报第 卷（）（）。（）从而得到一个以（），）为圆心、以 为半径的圆。当时，可有效压制通信距离。取值使。浮标通信采取 调制，设.，干扰机距离浮标 ，浮标最大通信距离 ，此时形成的有效干扰压制区如图所示。图时有效干扰压制区 干扰单个浮标功率与干扰距离关系为定值时，干扰机功率、干扰机与浮标距离关系为（）。（）浮标通信采取调制，可假设.，则干扰功率与距离关系如图所示。图干扰功率与距离关系图 浮标阵通信干扰效果分析定 义 声 呐 浮 标 阵 质 心 坐 标（，）为（，）。设干扰机在原点（，），距离声呐浮标阵质心 ，浮标与反潜机最大通信距离 ，对种浮标阵与反潜机通信进行压制干扰。定义干扰遮盖率为干扰后浮标阵公共通信畅通区面积干扰前浮标阵公共通信畅通区面积 。考虑浮标通信带宽为 .，干扰机带 宽 应 为 ，反 潜 机 接 收 带 宽 为 ，每种浮标阵浮标数量为 个，每个浮标使用频率不相同，则 .。根据式（），使时，干扰后浮标畅通区圆心位置为干扰机与声呐浮标方向延长（），半径为 ，对各阵型进行仿真计算。直线形布阵直线形布阵仿真结果如图、所示。图 时直线阵各浮标公共通信区域图 根据仿真结果，时，可达成有效干扰；时，浮标阵公共畅通区域面积为干扰前 公 共 畅 通 区 的 .，即 干 扰 遮 盖 率 为第期杨浩 等：声呐浮标阵列通信干扰效能评估研究.；时，干扰遮盖率为 。图 时直线阵各浮标畅通区域图 圆形布阵圆形布阵仿真结果如图、所示。图 时圆形阵各浮标公共通信区域图 根据仿真结果，时，可达成有效干扰；时，浮标阵公共畅通区域面积为干扰前 公 共 畅 通 区 的 .，即 干 扰 遮 盖 率 为.；时，干扰遮盖率为 。图 时圆形阵各浮标畅通区域图 楔形布阵楔形布阵仿真结果如图、所示。图 时楔形阵各浮标公共通信区域图 根据仿真结果，时，可达成有效干扰；时，浮标阵公共畅通区域面积为干海军工程大学学报第 卷扰前公共畅通区的，即干扰遮盖率为；时，干扰遮盖率为 。图 时楔形阵各浮标畅通区域图 平行阵列平行阵列仿真结果如图、所示。图 时各浮标公共通信区域图 根据仿真结果，时，可达成有效干扰；时，浮标阵公共畅通区域面积为干扰前 公 共 畅 通 区 的 .，即 干 扰 遮 盖 率 为.；时，干扰遮盖率为 。图 时平行阵各浮标畅通区域图 干扰功率与遮盖率关系在干扰机与浮标阵距离确定后，干扰功率与公共畅通区遮盖率的关系如图 所示。图 干扰机功率与遮盖率关系图 由图 可 见，在 干 扰 机 距 离 浮 标 阵 质 心 时，干扰机功率只要超过 （使），对各型浮标阵公共畅通区干扰遮盖率均超过，对楔形阵遮盖率可超过，能够迅速达成干扰效果；功率大于 时，对各型浮标阵干扰遮盖率均达到 。闭合浮标阵（圆形、平行阵）相对非闭合阵（直线、楔形阵）对干扰功率更为敏感，遮盖率随干扰功率提升迅速增加，原因为闭合阵浮标与干扰机最近距离小于非闭合阵。圆形、平行、直线、楔形阵浮标与干扰机最小距离（单位 ）分别为、.、.。闭合阵列浮标与干扰机最近距离较小，所以干扰后畅通区减小，导致干扰遮盖率对干扰功率更为敏感。第期杨浩 等：声呐浮标阵列通信干扰效能评估研究结论随着反潜机反潜性能不断提升，针对反潜机的干扰逐渐增多。本文聚焦反潜机与声呐浮标阵通信干扰，分析了浮标阵列通信组网和各阵列干扰功率与遮盖率关系。在干扰机距离浮标阵质心 ，功率大于临界功率（本文临界功率约为）时，对各型浮标阵通信干扰遮盖率达 。由于公共畅通区取决于最小畅通区浮标，在实际干扰中可寻找浮标近距离干扰快速达成有效干扰，且干扰功率与干扰距离的平方正比，随着干扰机与反潜机距离的缩小，功率需求快速下降，使干扰平台的选择设计更多样。据此，舰艇、直升机、电子干扰机、无人机、无人艇等平台均可布置干扰器。参考文献（）：王鲁军，凌青，袁延艺美国声呐装备及技术 北京：国防出版社，：李大健海漂型浮标干扰设备 舰船科学技术，（增刊）：，（）：（）蔡云祥，蒿兴华，马宏岩，等 航空兵干扰声呐浮标与反潜飞机通信的方法和效能研究 指挥控制与仿真，（）：，（）：（）盛基伟，胡成军 浮标干扰声呐浮标与反潜飞机通信的可行性分析 数字技术与应用，（）：，（）：（）（）：，：（）：邓兵，张韫，李炳荣通信对抗原理及应用 北京：电子工业出版社，：（上接第 页）刘彬，黄少罗，于同刚，等军校学员领导力评价指标及评价系统设计研究 教育教学论坛，（）：，（）：（）谢克海 视角下的领导力理论 南开管理评论，（）：，（）：（）夏黎明农村大学生自主管理的研究 长沙：湖南大学，：，：，：邹清，谭玉道，冯胜梅，等 护生人际沟通能力测评方法初步研究 泸州医学院学报，（）：，（）：（）苗建明，霍国庆领导力五力模型研究 领导科学，（）：，（）：（）海军工程大学学报第 卷