面向抗干扰接收机的多干扰优化部署方法

倪少杰，韦世鹏，肖 伟，叶小舟，刘文祥

面向抗干扰接收机的多干扰优化部署方法

倪少杰，韦世鹏，肖 伟，叶小舟，刘文祥

（国防科技大学 电子科学学院，长沙 410073）

针对抗干扰导航接收机可抗多个不同来向干扰且抗单干扰能力强，单干扰源对抗干扰接收机的作用距离短，导致干扰效能低下的问题，提出一种面向抗干扰导航接收机的多源干扰优化部署方法：根据接收机的抗多源干扰的不同抗干扰容限，使多个干扰源在不同方向协同部署，形成多源协同干扰区域，从而更好发挥干扰源的干扰效能。仿真结果表明，所提优化部署方法最小干扰距离大于传统方法，有效干扰面积在文中不同参数下分别为均传统方法的9.08、112.64、1214.42倍，且相同参数下二者的干扰面积差随干扰功率线性增加，较传统的干扰源部署方法性能更优。

抗干扰接收机；空域干扰源；多源干扰；优化部署

0 引言

精确制导设备在现代军事和民用领域中发挥着越来越重要的作用。然而制导设备严重依赖于卫星导航信号，若对其进行有效的导航压制干扰，就能使其无法正常接收导航信号从而产生定位误差，降低制导精度[1]；因此有必要增强对制导设备进行抗干扰测试的干扰能力，以发现存在的技术或组合导航策略缺陷。

随着抗干扰导航接收机的发展，其可对多个不同来向的干扰信号形成有效的抑制，接收机的抗干扰能力呈数十上百倍的增加，单干扰的有效干扰距离在相同功率下被急剧缩短[2-5]。且卫星导航增强技术[6]的不断进步，卫星到达导航接收机的信号增强，在功率不变的情况下，单干扰的有效干扰距离变短[7]。惯性导航技术的发展也使得惯导自主导航模式下的精度越来越高[8]。导航接收机的抗干扰能力也随着卫导和惯导组合导航超紧耦合方式的逐渐成熟显著提升[9]。要使组合导航的接收机产生预期的导航位置偏差，压制干扰需要作用足够远的距离，单干扰能力显然不足。为对装载抗干扰导航接收机的制导目标进行有效干扰，须多个干扰源协同干扰，对多干扰源的空间部署研究成为要点。

对干扰源的部署，文献[10]以任务区域覆盖率和平均危险指数作为干扰源部署方案的优化目标，通过遗传算法得到了以单干扰源干扰能力为约束下的部署模型优化方案。文献[11]提出了一种在保护目标前方、来袭目标方向区域内寻找干扰效益指数最小的位置，并使该位置干扰效益指数值最大化的干扰源部署优化方法，该方法考虑干扰源功率在某一点的叠加，没有反映该点处受多源干扰的情况。文献[12]研究敌武器平台运动区域内最小干扰功率处功率最大化为目标的干扰源优化部署方法，将多个干扰源功率叠加，强调干扰区域内某点的干扰功率均应大于干扰门限。以上干扰源部署方法均为以单干扰源的干扰能力为约束下的干扰源部署方法，无法反映多源协同干扰时被干扰目标遭受多干扰威胁的情况，在应对抗干扰导航接收机时无法充分发挥干扰源的效能。

针对现有研究的不足，本文根据抗干扰导航接收机的不同抗干扰容限，提出一种面向抗干扰导航接收机的多源干扰优化部署方法。该方法旨在根据抗干扰导航接收机的参数给出均匀部署优化模型，以为制导设备抗干扰能力检测时多源干扰的协同部署提供参考。

1 多源干扰有效作用区域分析

仅考虑卫星导航干扰源信号在自由空间中传播，则传播模型[13]为

由此，干扰源的有效作用区域因自由空间损耗以及接收机对多源干扰的不同抗干扰容限而分层。有效作用区域过干扰源点的剖面效果图如图1所示。

图1 干扰源干扰范围剖面效果图

显然，随着抗干扰导航接收机的抗干扰容限从单源干扰到多源干扰逐渐减小，在未超过接收机天线自由度前提下，多源协同干扰作用距离边界值随着干扰源个数增加而增加。

2 模型建立

2.1 多源协同干扰部署模型

设定固定目标保护场景，对多源协同干扰部署进行分析。因制导目标的来向未知，为应对可能的全方位来向，多源协同干扰作用区域应做到在固定目标周围全向覆盖。全向干扰源的有效作用区域表现为一个球体，在二维平面上表现为圆形。如图2所示为不同水平高度布置的2个干扰源剖面图，竖轴为高度线，横轴为同一高度的水平线。由几何关系可知，当2个圆的圆心处在同一高度时，2个圆的相交面积最大。

图2 不同水平高度布置的2个干扰源剖面图

图3 双干扰源布局模型

以双干扰为例，考虑模型约束条件：

图4 四源干扰部署模型

图5 部署区域平面化示意图

2.2 多源协同干扰有效作用区域计算

若满足式（18）

3 实验与结果分析

3.1 模型算法验证分析

图6 双源干扰r-S曲线

图7 双源干扰有效干扰区域

图8 三源干扰r-S曲线

图9 三源干扰部署优化模型及有效干扰区域

图10 四源干扰r-S曲线

图11 四源干扰部署优化模型及有效干扰区域

表1 优化后的r与统计对比结果 km

3.2 传统布局对抗干扰接收机的干扰效果分析

传统方法以单干扰的干扰能力为约束去部署，若满足多个干扰源之中的一个干扰源的干扰范围覆盖空间某点，就视该点被此部署方式有效干扰[11-13]。则其有效干扰范围计算方法与本文中的多源部署模式下的单个干扰源作用范围取并集计算方法一致，如式（13）所示。

按传统干扰源部署方法要使任务区域干扰覆盖率更高，平均危险指数更小即干扰失效点离保护目标更远。以4个同参数干扰源部署为例，传统部署方式为四干扰源均匀部署且不相邻的2个干扰源的单干扰范围形成的圆两两相切，4个单干扰源覆盖区域即为该算法模型下的有效干扰面积。

图12 传统部署模型对阵列接收机干扰面积

实际上，传统四源干扰部署方法除了4个单干扰源覆盖区域（如图13所示的中心4个小圆）可对抗干扰接收机进行有效干扰外，如本文算法所述，该四源干扰模型中对抗干扰接收机形成的双、三以及四源协同干扰区域也可对抗干扰接收机形成有效干扰，如图13中心的4个小圆区域以外的阴影区就是传统方法未考虑在内的其对接收机形成的多干扰有效作用区域。

考虑传统方法中的另一指标“平均危险系数”，若干扰失效点距离保护目标点越远，则部署模型的平均危险系数越小，制导目标对固定目标的危险程度越小。在本文中用最小干扰距离等效平均危险指数来比较传统法与本文优化方法。

以3.1节中其他参数不变基础上，以四源干扰为例改变干扰源输入功率，分别为10 W、100 W、1 kW、2 kW、3 kW、4 kW、5 kW，分析本文与传统方法有效干扰面积差值的变化趋势，如图14所示。

图14 干扰面积差值随功率变化趋势

由图14可知，本文与传统方法对抗干扰接收机的有效干扰面积差随干扰功率增加不断增大。

表2给出了不同干扰功率下本文干扰面积（b_max）与传统方法干扰面积（c_max）的统计对比。得到四源干扰仿真、3.1节参数下，本文方法对抗干扰接收机的有效干扰面积依然是传统方法的9.08倍，不随功率改变的结论。

表2 在不同干扰功率下四源干扰本文与传统部署方法干扰面积对比

3.3 不同参数下算法效果对比

在四源干扰模型下，在3.1节参数之外在给出2组参数，分析本文方法对不同参数的适用性。

图15 本文法与传统法对抗干扰接收机的有效干扰面积

图16 本文法与传统法对抗干扰接收机的有效干扰面积

4 结束语

在3.1节参数及四源干扰模型下，本文优化方法的有效干扰面积是传统方法的9.08倍，且相同参数下2种方法的干扰面积差随干扰功率线性增加；最小干扰距离大于传统方法，且二者相差超过100倍，制导目标对固定目标的危险程度更小。3.2节2组参数下本文优化方法有效干扰面积是传统方法的112.64倍和1214.42倍。本文所提方法相对于传统方法能更有效发挥干扰源的干扰效能，可为对装载有抗干扰接收机的制导设备的抗干扰能力检测中的干扰源部署提供参考。

本文考虑固定目标周围全干扰覆盖，分析了全向天线均匀部署模型下的优化方法；下一步工作须对非均匀模型、考虑地球曲率下的超视距情况，以及定向天线的部署展开分析。

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Multi-jammer optimal deployment method for anti-jamming receivers

NI Shaojie, WEI Shipeng, XIAO Wei, YE Xiaozhou, LIU Wenxiang

(College of Electronic Science and Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Aiming at the problem that the anti-jamming navigation receiver can resist multiple different interference and has strong anti-single interference ability, and the single interference source anti-jamming receiver has short action range, resulting in low interference efficiency, the paper proposed a multi-source interference optimal deployment method for anti-jamming navigation receiver: according to the different anti-jamming tolerance of the receiver, multiple interference sources were deployed in different directions to form a multi-source cooperative interference area, so as to better perform the interference efficiency of the interference sources. Simulational result showed that the minimum interference distance of the proposed optimization deployment method would be larger than the that of the traditional method, and the effective interference area could be 9.08, 112.64 and 1214.42 times of the traditional method under different parameters, respectively, moreover, the difference of interference area between the two methods would increase linearly with the interference power under the same parameters, indicating that the performance could be better than the traditional interference source deployment method.

anti-jamming receiver; spatial interference source; multi-source interference; optimized deployment

倪少杰，韦世鹏，肖伟, 等. 面向抗干扰接收机的多干扰优化部署方法[J]. 导航定位学报, 2023, 11(3): 147-155.（NI Shaojie, WEI Shipeng, XIAO Wei, et al. Multi-jammer optimal deployment method for anti-jamming receivers[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(3): 147-155.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20230320.

P228

A

2095-4999(2023)03-0147-09

2022-07-31

倪少杰（1978—）男，山东莱阳人，研究员，博士，研究方向为导航与时空技术。

韦世鹏（1998—）男，广西梧州人，硕士研究生，研究方向为导航与时空技术。