天波干扰态势预测系统设计与实现

马 辉，韩 慧，任婧媛，李 密

(1.电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471003；2.河南省电力公司洛阳供电公司，河南 洛阳 471000)

·工程应用·

天波干扰态势预测系统设计与实现

马 辉1，韩 慧1，任婧媛2，李 密2

(1.电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471003；2.河南省电力公司洛阳供电公司，河南 洛阳 471000)

对短波干扰的电磁态势进行实时的预测，可以更好地配置干扰资源，掌控干扰效果。分析了天波干扰态势预测的现实需求，给出了天波态势预测方法步骤，并提出预测软件架构设计。

天波；干扰态势；预测

0 引言

天波干扰以远距离的方式依靠电离层反射对前方战场进行电磁支援，电波的入射角和电离层的高度决定了干扰信号的落区和场强分布，但由于电离层是不均匀、时变的媒介，导致同一参数的信号在不同时间、地域条件下的反射路径是不同的，属于随机变参信道[1-2]，给干扰资源配置和干扰效果评估带来了很多未知因素，对天波干扰的电磁态势进行实时的预测与评估，可以更好地掌控对抗态势。

本文针对天波对抗态势设计和干扰效果评估的现实需求，开展天波干扰态势预测系统需求分析与设计，系统可以根据电离层测量数据反演电离层特征参数，重构电离层环境，结合装备属性预测指定链路上的天波信号落区与功率，为对抗态势筹划设计和干扰效果评估提供支撑。

1 应用需求

天波对抗态势筹划设计中，在确定对抗装备部署位置后，需要依据电离层参考模型(大尺度、数据积累统计结果)推算出每个时段、各个频率的干扰落区，确定对抗目标布设区域。例如某日10时装备附近地区电子密度随高度变化情况大致如图1所示。

图1 电离层电子密度随高度变化情况

如图2所示,可以通过电子密度对应的电离层高度关系查找获得各个频率的反射高度，通过简单三角函数计算得到干扰落区，如表1所示。

图2 各频点反射高度图

频率/MHz电子密度(105个/cm3)反射高度/km干扰落区距离/km74.5520223385.9421524897.52227262109.282552941111.22633031213.42873311315.7312360

由此，在对抗态势设计中可将对抗目标设置在距离干扰机200～300km处，工作频段7～10MHz，上午10时左右干扰效果会比较好。在实施过程中，需要根据电离层短期预报或实时测量数据，针对性调整用频方案，规避影响，并根据场强预测结果评估干扰效能。

结合应用需求分析，天波态势预测辅助分析工具应具备以下3种计算模式：

1)天波通信优质频段预测模式。

根据发射台和接收台位置，给出通信专向最佳可用频段。

2)干扰机位置确定情况下干扰态势预测模式。

根据已知干扰机位置，确定电波落区，预测场强。

3)干扰压制区域和方位确定情况下干扰态势预测模式。

根据已知对抗目标位置，确定干扰机最佳布设点位。

干扰态势预测模式，输入参数项应包括干扰机参数、天线类型、干扰时间、干扰机位置、目标点位置、干扰机与目标点距离、干扰机与目标点方位。

态势预测结果可包括：目标点干扰场强、干扰场强随距离分布、干扰落区覆盖。

2 传播预测方法

进行频率预测和场强覆盖计算时，首先需要确定电波传播路径的大圆距离、方位角、辐射仰角、电离层反射区的位置、反射区的太阳天顶角等几何参数[3-4]，计算步骤如下:

1)求路径参数。

确定发信点A和收信点B的经度和纬度，计算距AB相等距离的中点C(反射点)。

2)求MUF。

①求F层MUF。

根据所需月份，反射点C的纬度，预测太阳黑子数，计算相应的最高可用频率。

②求E层MUF。

根据C点对应的太阳天顶角与预测太阳黑子数，求出E层该跳距上的MUF。

③工作频率的选择。

就一个月的平均值来说，上面求出的MUF就是工作频率的上限。对一个月的任一天中某小时来说的可靠概率为50%，也就是说在该月该时如以MUF作为工作频率，则有一半的天数到达不了收信点。因此为了不致使电波穿透电离层，需要用低于MUF的频率作为工作频率。

④判断F2层模式是否被E层截止。

计算损耗或接收场强时，首先要考虑电波由发射点到接收点可能经过的路径，即所谓传播摸式，这里规定F2层和E层最大一跳的距离分别为4000km及2000km。

⑤求自由空间衰减。

根据跳距和仰角，求出两跳模式或多于两跳的模式总电路长度，求出自由空间衰减。

⑥求电离层吸收损耗。

若为多跳模式，则根据每跳各自有关的参量按上述步骤分别求各跳的吸收损耗，然后相加。

⑦求地面反射损耗。

两跳以上的传播模式求地面反射损耗时，根据前面求得的仰角和工作频率,计算地面反射损耗。若电波落地两次，则将两次求得的分贝数相加，计算更多跳数时类推。

⑧求接收场强。

3 软件架构设计

3.1 软件功能体系

软件覆盖预测和频率预测功能体系设计如图3、图4所示。

实施短波通信干扰时，干扰机干扰阵位选择重点考虑的战术参数，软件功能描述见表2、表3。

图3 覆盖预测功能体系

图4 频率预测功能体系

功能项功能描述预测场景人工输入发射端:发射源位置、发射功率、发射频率、天线类型、天线指向,发射仰角目标端:目标位置、天线类型、天线指向、天线仰角,接收灵敏度预测参数:日期时间、太阳黑子数历史预测场景导入可将已生成的预测场景再次导入软件预测场景编辑对人工输入或者导入的历史预测场景中的发射端、目标端和预测参数进行修改预测场景导出将预测场景数据、预测计算结果数据导出覆盖预测计算根据输入的场景信息进行预测计算,产生计算结果功率预测数据预测结果标绘将预测数据以图形化的方式标绘在地理信息系统的底图上,标绘采用彩色等值面标绘的形式,在软件同屏界面下显示标绘图例

表3 频率预测功能描述

3.2 软件体系结构

态势预测系统总体上分为平台层、计算层、业务层和界面层，其软件体系结构如图5所示。

图5 软件体系结构

软件平台层是软件运行的基础支撑环境，包括操作系统、地理信息系统和军标库三个部分。操作系统为软件提供运行环境，地理信息系统提供地图底图和相关访问接口，军标库提供符合相关标准的军标标绘图形和接口。

计算层是软件功能实现的底层核心层，含算法和数据两类内容。算法包括短波链路衰减预测、短波链路频率预测和地学计算，其中短波链路衰减预测和短波链路频率预测采用ITU-RP.533和亚大方法混合模型进行相关计算，地学计算包括大圆距离计算、方位角计算等功能。

业务层是软件的功能核心层，含算法和数据两类内容。数据为覆盖预测、频率预测、布站预测三个业务场景数据，数据内容包含计算输入参数和计算结果参数两部分内容，其中计算输入参数由界面层中的场景管理部分产生，计算结果参数通过调用相应的预测算法产生。

4 结束语

天波对抗中干扰阵位选择是必须重点考虑的战术参数，以往有效压制距离的确定常常靠经验估算、查图表或通过经验数据得出大致的范围，未能在理论上深入探讨，从而影响干扰效能的发挥。本文在分析天波干扰态势预测应用需求的基础上，设计了天波干扰态势预测系统的体系结构，给出了预测实现方法，系统能够根据电离层测量数据实时反演电离层特征参数，重构电离层环境，对指定接收区域的干扰信号落区和功率进行快速预测，为确定布站态势、合理配置干扰资源和分析评估干扰效果提供有力支撑。■

[1] 胡中豫.现代短波通信[M].1版.北京:国防工业出版社，2004.

[2] 沈琪琪,朱德生.短波通信[M].西安:西安电子科技大学出版社，1989.

[3] 罗佳,张文明,王雪松.通信对抗中短波天波传输损耗的仿真建模[J].计算机仿真，2007，24(8)：28-31.

[4] 熊皓，等.无线电波传播[M]. 1版.北京:电子工业出版社，2000.

Design and implementation of sky wave jamming situation prediction system

Ma Hui1, Han Hui1, Ren Jingyuan2, Li Mi2

(1.State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System, Luoyang 471003, Henan, China;2.Luoyang Power Supply Company of Henan Electric Power Company, Luoyang 471000, Henan, China)

The real-time prediction of the electromagnetic situation of short wave interference can configure interference resources better and control interference effects. The actual demand of the sky wave jamming situation is analyzed, the methods and steps of the sky wave situation prediction are given, and the design of the prediction software architecture is proposed.

sky wave; jamming situation; prediction

2017-06-18；2017-07-26修回。

马辉(1977-)，男，高工，主要从事电子对抗试验工作。

E271.903

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