导航终端复杂电磁环境适应性指标体系探讨

李 琳，刘 淳，谭述森

(北京卫星导航中心，北京 100094)

0 引言

随着战争形态和军队建设向信息化转型，电磁环境成为战场环境的重要构成要素。数量众多的信息化武器装备集结在一定的作战地域，人为和自然、对抗和非对抗的电磁信号充斥于作战空间，综合形成信号密集、样式繁多、竞争对抗、动态变化的复杂电磁环境[1-3]。

战场电磁环境起源于武器装备信息化，武器装备信息化程度的不断提高得益于战场电磁环境越趋复杂。战场电磁环境的复杂化与武器装备的信息化相伴相随、互相推动，复杂电磁环境适应性已成为信息化条件下对武器装备的通用要求[1-2]。

导航终端是用户端获取卫星导航系统所提供定位、测速、授时等服务的设备。为了应对复杂电磁环境的严峻考验、发挥卫星导航系统的战略支援效能，必须持续增强导航终端的复杂电磁环境适应性。导航终端复杂电磁环境适应性指标体系研究“牵一发而动全身”，关乎导航终端的论证、设计、研制、试验、定型、生产、使用，是导航终端复杂电磁环境适应性优良与否的关键[1-2，4-5]。

本文从导航终端的复杂电磁环境适应性需求考验、复杂电磁环境效应、复杂电磁环境适应性技术等方面着手，研究导航终端复杂电磁环境适应性指标体系,以约束导航终端复杂电磁环境适应性设计与实现，增强其战场生存能力和实战能力，促进成建制成系统应用、战斗力保障力形成。

1 适应性指标体系研究流程

按照“导航终端面临复杂电磁环境→导航终端复杂电磁环境效应→导航终端复杂电磁环境适应性技术→导航终端复杂电磁环境适应性指标体系”思路，研究导航终端的复杂电磁环境(complex electromagnetic environment，CEE)适应性指标体系。

1.1 导航终端面临CEE

电磁环境从形成机理角度，可分解为人为电磁辐射、自然电磁辐射、辐射传播因素3部分[1-2]：人为电磁辐射是人工操控的电磁应用活动所形成的电磁辐射，包括有意电磁辐射和无意电磁辐射；自然电磁辐射是自然界自发形成的电磁辐射，主要包括突发电磁辐射和持续电磁辐射等；辐射传播因素涉及影响电磁环境分布、电磁波传播的各种自然和人工环境。人为电磁辐射和自然电磁辐射反映战场电磁环境的形成条件，是控制战场电磁环境的内因；辐射传播因素反映电磁辐射的传播属性变化，是控制战场电磁环境的外因[1]。

据此，根据导航终端的应用模式、应用环境以及卫星导航对抗能力，综合形成导航终端所处人为电磁辐射和自然电磁辐射环境，构建表征与导航终端期望信号一致程度的度量，筛选一致程度较高的信号类型，提取其主要特征形成导航终端所面临的复杂电磁环境。

1.2 导航终端CEE效应

电磁环境效应(electromagnetic environment effects，EEE)是电磁环境对于军事力量、设备、系统和平台作战能力所产生影响的总称[6-7]。电磁环境效应包括电磁兼容性、电磁干扰、电磁易损性、电磁脉冲、电子防护、电磁辐射对燃油危害、军械危害、人体危害，以及雷电、沉积静电和二次电子倍增等。

根据导航终端的工作模式、信号处理流程、元器件水平等，分析复杂电磁环境对导航终端所产生的影响，细化、量化导航终端复杂电磁环境效应。其中工作模式包括卫星无线电导航业务(radio navigation satellite service，RNSS)、卫星无线电定位业务(radio determination satellite service，RDSS)、广义卫星无线电定位业务，单频、双频、三频，精密测距码直接捕获、普通测距码引导捕获，单系统导航、多系统兼容互操作导航等[8]。导航终端复杂电磁环境效应包括性能降低、功能失常、器件损坏等。

1.3 导航终端CEE适应性技术

在复杂电磁环境形成机理的基础上，再从电磁环境效应角度分解复杂电磁环境，利于采取针对性的适应性技术。

从电磁环境效应角度，导航终端所面临的复杂电磁环境可分解为有意电磁毁伤环境、有意电磁干扰环境和无意电磁骚扰环境3类：有意电磁毁伤环境是由高功率微波武器、高功率电磁脉冲武器产生的“硬杀伤”电磁环境；有意电磁干扰环境是由电子战装备产生的“软杀伤”电磁环境；无意电磁骚扰环境是由自然电磁辐射、军民电磁应用系统电磁辐射等共同构成的“骚扰”电磁环境。

根据导航终端复杂电磁环境适应性需求，需要分类研究针对有意电磁毁伤的防护技术、针对有意电磁干扰的对抗技术、针对无意电磁骚扰的兼容技术等：针对有意电磁毁伤的防护技术主要包括切断前门、后门耦合途径的屏蔽、滤波等技术；针对有意电磁干扰的对抗技术主要包括滤除有意干扰的时间域、频率域、空间域自适应滤波等技术；针对无意电磁骚扰的兼容技术主要包括射频通道(宽动态锐截止)设计、雷电规避设计、静电规避设计等技术[8]。

1.4 CEE适应性指标体系框架

根据导航终端面临复杂电磁环境、导航终端复杂电磁环境效应、导航终端复杂电磁环境适应性技术，遵循导航终端指标的整体性、关联性、操作性、发展性等原则，来构建科学、合理的复杂电磁环境适应性指标体系框架。

导航终端复杂电磁环境适应性指标体系由复杂电磁环境特征指标和复杂电磁环境效应指标组成：根据导航终端所面临的复杂电磁环境，分类构建由有意电磁毁伤环境特征指标、有意电磁干扰环境特征指标、无意电磁骚扰环境特征指标组成的复杂电磁环境特征指标；根据复杂电磁环境对导航终端所产生的影响、导航终端可采取的复杂电磁环境适应性技术，构建由新增指标、部分原有指标项目及适应性新要求、部分原有指标组成的复杂电磁环境效应指标。

2 适应性指标体系

导航终端复杂电磁环境适应性指标体系如图1所示。图中实线框内为保持不变(即无需调整)的部分原有指标，短划线框内为部分原有指标项目及适应性新要求，点划线框内为新增指标。

2.1 复杂电磁环境特征指标

2.1.1 有意电磁毁伤环境特征指标

鉴于高空核爆炸的代价昂贵、作用范围广，且受核不扩散条约限制、实施可能性小等因素，有意电磁毁伤环境的构成要素主要考虑高功率微波弹、电磁脉冲弹、高功率微波发射系统，相应的特征参数有脉冲宽度、脉冲重复频率、脉冲峰值功率、电磁频谱、电磁能量、耦合途径等。

2.1.2 有意电磁干扰环境特征指标

有意电磁干扰环境的构成要素主要考虑雷达干扰、通信干扰、导航干扰等，其特征参数有部署方式、干扰类型、样式、密度、数量、频率、功率等。

干扰的部署方式决定了干扰的作用范围、作用时间等：部署于空中，作用范围大，但作用时间、干扰功率等受限；部署于地面，干扰功率、作用时间不是问题，但作用范围受限于地球曲率、地形起伏、建筑物遮挡等因素。雷达干扰类型主要包括压制式干扰和欺骗式干扰，其中压制式干扰细分为窄带瞄准、宽带阻塞干扰等，欺骗式干扰细分为距离波门拖引、速度波门拖引和假目标干扰等；通信干扰类型包括压制式干扰和跟踪式干扰，其中压制式干扰细分为瞄准、拦阻、梳状谱、扫频、多目标干扰等；导航干扰类型包括压制式干扰和欺骗式干扰，欺骗式干扰细分为转发式、再生式干扰。

2.1.3 无意电磁骚扰环境特征指标

无意电磁骚扰环境是由自然电磁辐射，以及民用、军用电磁应用系统电磁辐射等共同构成的电磁环境。

自然电磁环境的构成要素主要考虑静电放电、雷电、电子噪声等：静电放电的特征参数为放电模式、放电电流变化速率等[9]；雷电的特征参数为间接效应(雷电直接效应为物理效应)中再击、多重雷击、多重脉冲组的电流分量参数[10]；设备内部元器件电子噪声的特征参数为热噪声、散弹噪声、分配噪声、1/f噪声、天线噪声。

民用电磁应用系统主要包括广播电视、移动通信站台、气象雷达、民用导航站等，其特征参数为信号类型、样式、密度、数量、频率、功率等。

军用电磁应用系统主要包括雷达、通信、光电、制导、导航、敌我识别、无线电引信、测控等[11]，特征参数为信号类型、样式、密度、数量、频率、功率等；其中信号类型包括雷达信号、通信信号，无线电引信信号、制导信号、塔康信号、敌我识别信号等。

2.2 复杂电磁环境效应指标

导航终端复杂电磁环境效应指标由部分原有指标、部分原有指标项目及适应性新要求、新增指标共3部分组成。

原有指标中无需调整的指标包括接收灵敏度、定位测速更新率、接收通道数、动态适应性、续航时间、可靠性、维修性、内外接口、保密性等；需做适应性调整的指标包括接收信号动态范围、干扰容限、伪距测量精度、定位测速授时精度、首次定位时间、失锁重捕时间、电磁兼容性、外观尺寸、重量功耗等；新增指标包括抗毁伤功率、输入饱和电平、过载恢复时间、输入1 dB压缩点、互调截点值、频率选择性、静电电荷控制特性、雷电防护特性、定位通信成功率等。

3 适应性指标体系四性分析

基于电磁环境形成机理、电磁环境效应以及导航终端的复杂电磁环境适应性技术，构建由复杂电磁环境特征指标和复杂电磁环境效应指标组成的导航终端复杂电磁环境适应性指标体系，直观、清晰地反映复杂电磁环境与导航终端适应性之间的相互作用关系；将复杂电磁环境特征指标分解为有意电磁毁伤环境特征指标、有意电磁干扰环境特征指标和无意电磁骚扰环境特征指标，全面、针对性细致地表征导航终端面临复杂电磁环境；复杂电磁环境效应指标整合为导航终端新增指标、部分原有指标项目及适应性新要求、部分原有指标，体现了指标的发展性以及指标间的相容、一致关系。

导航终端适应性指标体系的架构合理、要素全面、关系相容，指标的名称简洁、涵义明确，满足指标体系的整体性、关联性、操作性、发展性要求。

4 结束语

本文按照导航终端指标体系的整体性、关联性、操作性、发展性要求，构建了基于导航终端的复杂电磁环境考验、复杂电磁环境效应、复杂电磁环境适应性技术的导航终端复杂电磁环境适应性指标体系，确保指标体系自始至终作用于导航终端全寿命周期，以长效增强导航终端复杂电磁环境适应性，充分发挥卫星导航系统的战略支援保障效能。

[1] 王汝群.战场电磁环境[M].北京：解放军出版社，2006.

[2] 孔亚盟.雷达导引头面临的复杂战场环境及其适应能力的综合评估研究[D].长沙：国防科技大学，2014：25-40.

[3] 文绮.复杂电磁环境复杂度度量[D].成都：电子科技大学，2016.

[4] 杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报，2010，39(1)：1-6.

[5] 谭述森.广义RDSS全球定位报告系统[M].北京：国防工业出版社，2011.

[6] US Department of Defense.Electromagnetic environment effects requirements for systems：MIL-STD-464A[EB/OL].(2012-05-14)[2017-05-18].http：//www.docin.com/p-401683503.html.

[7] US Department of defense.Electromagnetic environment effects requirements for systems：MIL-STD-464C[EB/OL].(2015-04-16)[2017-05-18].https：//snebulos.mit.edu/projects/reference/MIL-STD/MIL-STD-464C.pdf.

[8] 李琳，谭述森.BDS用户设备的电磁兼容现状及进展[J].导航定位学报，2015，3(4)：1-7.

[9] 全国电磁兼容标准化技术委员会.电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验：GB/T 17626.2-2006[S].北京：中国标准出版社，2006：1-24.

[10] RTCA，Inc.Environmental conditions and test procedures for airborne equipment：RTCA/DO-160F[EB/OL].(2009-10-12)[2017-05-18].http：//mercury.pr.erau.edu/～lyallj/SC135/Rev_G/RefDocs/Section_26_revised_JSK9_19.pdf.

[11] 曾亮，戴静波，张巍.联合作战想定中的复杂电磁环境建模技术研究[J].系统仿真学报，2010，22(8)：1809-1812.