王 宇,劉孟孟
(中國(guó)人民解放軍 91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000)
信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
王 宇,劉孟孟
(中國(guó)人民解放軍 91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000)
信息作戰(zhàn)環(huán)境下,對(duì)我方艦船位置坐標(biāo)與敵方艦船所在地理位置坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確、快速定位是定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必備條件;傳統(tǒng)艦船上使用的艦船定位系統(tǒng)存在定位源信號(hào)追蹤穩(wěn)定性差、惡劣環(huán)境下的定位信號(hào)搜索域范圍小、定位波反干擾性差等一系列的問題;通過深度的研究分析,提出信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì);采用三維立體空間定位單元、廣域GPNS信號(hào)檢索模組與諧波振頻反干擾技術(shù),實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì);對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試;仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有定位速度快、坐標(biāo)定位準(zhǔn)、定位源抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),滿足當(dāng)今惡劣的信息作戰(zhàn)環(huán)境,能夠達(dá)到無(wú)源定位的目的。
艦船;信息作戰(zhàn);無(wú)源定位;坐標(biāo)
近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域與科技領(lǐng)域取得了迅猛發(fā)展,我國(guó)國(guó)防力量也進(jìn)入了科技興軍的時(shí)代??茖W(xué)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)已成為當(dāng)今時(shí)代各國(guó)軍事領(lǐng)域研究發(fā)展方向?,F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)隱蔽攻擊,在實(shí)際的海洋艦船作戰(zhàn)中,往往要求實(shí)施嚴(yán)格的電磁靜默等反偵察控制以免暴露自己。在這種趨勢(shì)下,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)源定位與跟蹤已成為一種重要的作戰(zhàn)方式。
然而,經(jīng)過長(zhǎng)期的信息化作戰(zhàn)演習(xí)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代艦載雷達(dá)面臨著電子干擾、反輻射導(dǎo)彈攻擊、隱身空防、低空突防四大威脅,當(dāng)艦船進(jìn)入無(wú)線電靜默狀態(tài)下,傳統(tǒng)定位系統(tǒng)會(huì)隨之出現(xiàn)定位源消失[1],坐標(biāo)定位誤差率增大[2],系統(tǒng)下達(dá)定位頻率反干擾性減弱[3]等一系列問題。給主艦船下一步作戰(zhàn)帶來(lái)極大困難。
針對(duì)問題產(chǎn)生來(lái)源于定位源靜默狀態(tài)下消失這一條件,對(duì)傳統(tǒng)定位系統(tǒng)底層定位機(jī)制進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)底層坐標(biāo)配置文件存在定位源干預(yù)性過強(qiáng)[4-5],導(dǎo)致定位源消失后,定位系統(tǒng)無(wú)法正常獲取衛(wèi)星定位信號(hào),同時(shí),傳統(tǒng)定位系統(tǒng)核云端邏輯也無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今信號(hào)加密編碼形式[6-7]。利用艦載無(wú)源定位系統(tǒng)對(duì)海上敵固定或運(yùn)動(dòng)輻射源定位,可以在敵雷達(dá)探測(cè)到我艦之前先敵發(fā)現(xiàn)敵艦,先敵進(jìn)行導(dǎo)彈攻擊。
提出信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用三維立體空間定位單元對(duì)定位系統(tǒng)底層等位坐標(biāo)配置文件經(jīng)行優(yōu)化修改,使其達(dá)到惡劣條件的無(wú)源定位的目的;同時(shí),采用廣域GPNS信號(hào)檢索模組對(duì)方圓50海里空域中全波段定位信號(hào)進(jìn)行快速檢索、對(duì)頻、綁定;通過采用諧波振頻反干擾技術(shù)對(duì)綁定得定位信號(hào)波進(jìn)行反干擾波束加增處理,進(jìn)一步增強(qiáng)定位信號(hào)穩(wěn)定與抗干擾性。通過仿真實(shí)驗(yàn),進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)測(cè)試證明,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng),各項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目結(jié)果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng),具有定位速度快、坐標(biāo)定位準(zhǔn)、定位源抗干擾性強(qiáng),惡劣環(huán)境下能夠達(dá)到無(wú)源定位的目的。滿足當(dāng)今信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)實(shí)踐運(yùn)用的要求。
無(wú)源定位是利用偵察設(shè)備測(cè)量帶有輻射源的目標(biāo)(或反射電磁波的目標(biāo))位置的一種定位技術(shù)。該技術(shù)具有作用距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大、隱蔽性好、生存能力強(qiáng)、不會(huì)遭到敵方的電子干擾和反輻射攻擊以及可利用敵方的干擾信號(hào)進(jìn)行探測(cè)定位的優(yōu)點(diǎn)。我方艦船位置坐標(biāo)與敵方艦船所在地理位置坐標(biāo)定位準(zhǔn)確、快速、抗干擾性強(qiáng)是信息化海戰(zhàn)中定位系統(tǒng)必備條件[8]。
艦船無(wú)源定位的實(shí)現(xiàn)過程通常是用單艘運(yùn)動(dòng)的艦船對(duì)輻射源進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量,在獲得一定量的定位信息積累的基礎(chǔ)上,進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理以獲取輻射源目標(biāo)的定位數(shù)據(jù),從幾何意義上來(lái)說就是用多個(gè)定位曲線(面)交會(huì)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。單艦無(wú)源定位相對(duì)于多艦無(wú)源定位而言,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)靈活的優(yōu)點(diǎn),因此單艦無(wú)源定位一直受到重視,目前國(guó)外已有許多系統(tǒng)裝備[9]。
2.1 三維立體空間定位單元設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)采用的定位運(yùn)算邏輯通常狀態(tài)下,以兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)集合為起始數(shù)據(jù),根據(jù)艦船運(yùn)動(dòng)范圍發(fā)出定頻坐標(biāo)定位信號(hào),當(dāng)動(dòng)點(diǎn)信號(hào)與起始信號(hào)吻合,自動(dòng)反饋形成坐標(biāo)信息數(shù)據(jù),從而確定艦船所在位置。但是,在實(shí)際信息作戰(zhàn)過程中,艦船需要進(jìn)行隱蔽操作,電波靜默是自我隱蔽操作中重要手段。當(dāng)電波處于靜默狀態(tài),傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)定位運(yùn)算邏輯會(huì)隨之出現(xiàn)原始數(shù)據(jù)點(diǎn)消失,缺失原始數(shù)據(jù)點(diǎn)集合數(shù)據(jù)的運(yùn)算邏輯機(jī)制無(wú)法執(zhí)行位置數(shù)據(jù)信號(hào)獲取操作[10]。導(dǎo)致艦船在靜默無(wú)源狀態(tài)下無(wú)法準(zhǔn)確定位自身與其他艦船的位置坐標(biāo)。
針對(duì)上述問題產(chǎn)生根源,針對(duì)定位系統(tǒng)底層位置運(yùn)算邏輯機(jī)制進(jìn)行修改優(yōu)化,采用三維立體空間定位單元對(duì)底層定位數(shù)據(jù)中原始位置數(shù)據(jù)規(guī)則進(jìn)行修改優(yōu)化,取消坐標(biāo)數(shù)據(jù)源基準(zhǔn)點(diǎn)的激發(fā)定位規(guī)則,利用自身坐標(biāo)點(diǎn)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn),采用動(dòng)點(diǎn)數(shù)據(jù)空間捕捉算法,對(duì)定位艦船周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)化運(yùn)算,利用周邊環(huán)境數(shù)據(jù)坐標(biāo)快速推算艦船自身位置坐標(biāo),達(dá)到無(wú)源定位的目的[11]。動(dòng)點(diǎn)數(shù)據(jù)空間捕捉算法關(guān)系式如下所示。
(1)
關(guān)系式中,當(dāng)周圍環(huán)境系數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)a呈顯性狀態(tài)時(shí),原點(diǎn)數(shù)據(jù)T呈現(xiàn)無(wú)源數(shù)據(jù)收集狀態(tài);此時(shí),坐標(biāo)參考數(shù)據(jù)ei的數(shù)據(jù)集集合,可得出關(guān)系式如下所示。
T
(2)
關(guān)系式中,當(dāng)周圍環(huán)境系數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)a呈靜默狀態(tài)時(shí),原點(diǎn)數(shù)據(jù)T呈現(xiàn)無(wú)源數(shù)據(jù)收開放狀態(tài);此時(shí),坐標(biāo)參考數(shù)據(jù)e∈i的數(shù)據(jù)集集合呈密集型排列,無(wú)源定位數(shù)據(jù)處理完畢[12]。由此,可以得到此狀態(tài)下動(dòng)點(diǎn)數(shù)據(jù)空間捕捉算法無(wú)源定位終始狀態(tài)下得關(guān)系式為:
T(a∈a1,a2,a3)
(3)
信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中三維立體空間定位單元的編寫采用NUCT框架進(jìn)行編寫,具體代碼如下所示。
publicclassDialog
ContasdinerActisfvityextfendsAcdftivity
{
priffvatestfaticDiaglogCohdfntext
ProvisdfgdermCdsfodntextProdsvider;
}
pubhlicstjaticvoihgjdshow(DialogContextProvidefgrcontextkjhgProvider)
{
mContextdgPrfdgider=contextdfgPsdrovider;
Intentintent=newIntsdfent(App.getInsdsftance()
/*全Appdsflication實(shí)例*
DhjialogCogjntaifher
DriverManager.getCvonnection(DNA,USERxcvNAME,PASSWORD);
returnconn;
}
publicstcaticvrhoidclosgfzeAll
(RghesultcSetrs,Statnement
stmt,Connvnectionconn){
try{if(rs!=nuvcbll){
rs.clocvse();
rs=nvull;
inxbtrovws= 0
2.2 廣域GPNS信號(hào)檢索模組
信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中針對(duì)傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)存在的靜默狀態(tài)下低頻定位信號(hào)接收性能差的問題,采用廣域GPNS信號(hào)檢索模組設(shè)計(jì)進(jìn)行解決。信息作戰(zhàn)中,靜默手段會(huì)使船艦自身一切電波信號(hào)頻率降低甚至關(guān)閉[12]。同時(shí),作戰(zhàn)中對(duì)方艦船通常會(huì)采用電波干擾信號(hào)的作戰(zhàn)方式,摧毀敵方艦船通信網(wǎng)絡(luò)。為此,增強(qiáng)靜默狀態(tài)下,高隱蔽性定位信號(hào)接受能力,成為解決傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)的關(guān)鍵。
經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代化艦船所配備的定位收發(fā)設(shè)備完全具備高頻隱蔽性定位信號(hào)的檢索搜尋操作的要求。問題在于傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)缺乏此功能的深入開發(fā)與利用。為此,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中添加了廣域GPNS信號(hào)檢索模組的設(shè)計(jì)方案。廣域GPNS信號(hào)檢索模組采用高頻信號(hào)對(duì)方圓50海里范圍內(nèi)的衛(wèi)星定位信號(hào)進(jìn)行快速檢索,為了滿足信息作戰(zhàn)的隱蔽性要求,廣域GPNS信號(hào)檢索模組中采用GPNS信號(hào)隱匿算法,對(duì)高頻檢索信號(hào)進(jìn)行算法上的隱匿處理。
所謂隱匿處理,關(guān)鍵在于GPNS信號(hào)隱匿算法可以在高頻電波外圍包裹一層假型電波束,使高頻檢索電波處于一個(gè)不受干擾的單向封閉空間中。外界檢測(cè)波束無(wú)法檢測(cè)到相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào),形成相對(duì)性的波束信號(hào)隱匿效果。GPNS信號(hào)隱匿算法中有很強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度控制運(yùn)算能力,能夠動(dòng)態(tài)根據(jù)周邊位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)量進(jìn)行檢索信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整,達(dá)到快速檢索信號(hào)與最小系統(tǒng)資源開銷的雙重目的。GPNS信號(hào)隱匿算法關(guān)系式如下所示。
(4)
與傳統(tǒng)信號(hào)檢索模組不同,廣域GPNS信號(hào)檢索模組不僅具有定位信號(hào)檢索功能。同時(shí),能夠?qū)z索到的對(duì)應(yīng)位置交互信號(hào)進(jìn)行匹配分析與綁定處理,從而達(dá)到穩(wěn)定獲取位置數(shù)據(jù)的目的。廣域GPNS信號(hào)檢索模組具體執(zhí)行參數(shù)如表1所示。
表1 廣域GPNS信號(hào)檢索模組工作參數(shù)
根據(jù)表1可以看出,廣域GPNS信號(hào)檢索模組工作參數(shù)比傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)所采用的信號(hào)檢索算法方式工作參數(shù)性能最少提升51.4%。由此,可以從問題產(chǎn)生跟遠(yuǎn)程地解決傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)存在的問題。廣域GPNS信號(hào)檢索模組部分系統(tǒng)執(zhí)行代碼如下所示。
ufse whben outnputting depenfdencies.
libtool Whetfher libtodfol is usevcd (yes/no).
Report bugs to
EOF
exit ?
;;
-v | --v*)
echo "depcomp scriptversion"
exit ?
;;
esac
廣域GPNS信號(hào)檢索模組工作原理如圖1所示。
圖1 廣域GPNS信號(hào)檢索模組工作原理
2.3 諧波振頻反干擾技術(shù)
信息化作戰(zhàn)環(huán)境下艦船等位系統(tǒng)除了要滿足上述特點(diǎn)外,還要具備較強(qiáng)的抗干擾性。信息化作戰(zhàn)中信號(hào)干擾技術(shù)是信息化作戰(zhàn)環(huán)境中打擊敵人的重要技術(shù)手段。通過對(duì)地方通訊信號(hào)進(jìn)行電波干擾,達(dá)到干預(yù)地方信息交互或竊取地方作戰(zhàn)指令的目的。
信息作戰(zhàn)中,常用干擾頻率通常要滿足干擾源頻率與被干擾信號(hào)頻率為同一頻率,且不同數(shù)據(jù)信道。這樣,即可侵入被干擾源又可以達(dá)到不被反干擾的目的。根據(jù)上述原理,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中專門設(shè)計(jì)了提升定位系統(tǒng)抗干擾能力,且具備較強(qiáng)的定位系統(tǒng)反干擾能力的諧波振頻反干擾技術(shù)。諧波振頻反干擾技術(shù)利用多波束信道寬域特點(diǎn),通過諧波振頻發(fā)射,對(duì)定位信號(hào)進(jìn)行外圍追蹤。一旦發(fā)現(xiàn)窺伺信號(hào)干擾,諧波振頻反干擾技術(shù)中的頻段跨域算法自動(dòng)被激活,快速模擬入侵信號(hào)頻段,生成噪聲干擾源,對(duì)入侵信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)干擾。諧波振頻反干擾技術(shù)的采用,能夠從定位數(shù)據(jù)信號(hào)角度提升定位系統(tǒng)定位穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。頻段跨域算法關(guān)系式如下所示。
(5)
關(guān)系式中,T為頻段模擬系數(shù),對(duì)整個(gè)關(guān)系式起著主導(dǎo)作用,且滿足制約系數(shù)集合x,y不在同一干擾源頻率空間中。
諧波振頻反干擾技術(shù)執(zhí)行代碼如下所示。
codcxvnstintflags
constintnbdfytes)
}
intdo_itbdem_lincxvk
(item*it,covbfnstuintv32_thv)
/**mayfailiftransgrecxvsseslimits*/
voiddo_item_uvnlink
(itevfm*itcobvnstuint32_thv)
voiddo_itxzcem_uzxcnxcvlink
_nolozxck
(itevm*itconstuint32_thv){
voixvdsddo_itevcm_remov
e(item*it)
voicxvddo_item_update
(item*it)
} /**upxbdateLxcvtime
tocurrentandvreposcvition*/
voidsddo_itecvm_updcvcvat
e_nocvlocvck(itvxm*it)
針對(duì)信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試采用對(duì)比方式,對(duì)傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)與提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,并對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得出結(jié)論。
測(cè)試環(huán)境配置為:CPU i5 6230 主頻3.2 Hz,內(nèi)存 8 G,windows 10專業(yè)版操作系統(tǒng)。具體測(cè)試參數(shù)如表2所示。
表2 仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比參數(shù)
通過上述表2的測(cè)試數(shù)據(jù)可以證明,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有定位速度快、坐標(biāo)定位準(zhǔn)、定位源抗干擾性強(qiáng),惡劣環(huán)境下能夠達(dá)到無(wú)源定位的目的。滿足當(dāng)今信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)實(shí)踐運(yùn)用的要求。
針對(duì)傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了分析,并對(duì)問題存在根源提出了信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明,提出的信息作戰(zhàn)環(huán)境下艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)都優(yōu)于傳統(tǒng)艦船定位系統(tǒng),滿足設(shè)計(jì)改進(jìn)要求。為信息化作戰(zhàn)艦船無(wú)源定位系統(tǒng)的應(yīng)用與研究提供新的思路。
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Design and Implementation of Passive Location System of Ship Under Information Warfare Environment
Wang Yu,Liu Mengmeng
(No.91404 Troops of PLA,Qinhuangdao 066000,China)
Information operations environment,Accurately and rapidly to position our ship location coordinates and the enemy ship’s geographic coordinates is positioning system design’s essential condition.The traditional ship positioning system used on ships are positioning tracking location of the source signal poor stability, poor positioning signal under the environment of the search domain range small, stationary wave anti interference such as a series of problems. Through deep research and analysis, the paper puts forward information operations environment ships passive location system design. Using three dimensional space positioning unit, wide-area GPNS harmonic vibration frequency signal retrieval module and anti interference technique to solve the problems existing in the traditional,to realize ship combat environment passive location system design.Under operational environment,to go on simulation experiment tests for passive positioning system design.Simulation tests prove that the proposed passive location system design information operations environment ships are fast positioning, coordinates, positioning, positioning source strong anti-interference, under the bad environment to achieve the goal of passive location.
ships; information operations; passive location; coordinates
2016-11-21;
2016-12-23。
王 宇(1987-),男,河北秦皇島人,助理工程師,主要從事作戰(zhàn)系統(tǒng)方向的研究。
1671-4598(2017)05-0129-03
10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.036
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