賈銳，王川川，趙琳鋒

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全向輻照電磁環(huán)境構建及與BPSK系統(tǒng)的干擾效應研究

賈銳，王川川，趙琳鋒

（電子信息系統(tǒng)復雜電磁環(huán)境效應國家重點實驗室，河南 洛陽 471003）

目的分析某型通信電臺在工作時所處的復雜電磁環(huán)境，構建基于混響室原理的全向輻照電磁環(huán)境。方法以一個采用標準BPSK信號的數(shù)字通信系統(tǒng)為例，研究干擾信號碼速、頻率偏移量、信干比等參數(shù)對系統(tǒng)誤碼率的影響。結果當干擾信號碼速低于期望信號碼速時，隨著頻率偏移量的增加，接收系統(tǒng)誤碼率也隨之減小，且呈現(xiàn)周期性規(guī)律；當信干比相同時，在相同的頻率偏移下，干擾信號的碼速越高，其干擾效果越好；當干擾信號碼速高于期望信號碼速時，隨著干擾信號碼速的進一步增大，干擾效果將呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。結論該研究在電子裝備的復雜電磁環(huán)境適應性方面做出了有益探索，為今后的復雜電磁環(huán)境適應性理論的深入研究提供了借鑒。

全向輻照；統(tǒng)計特性；誤碼率；碼速；頻率偏移量；信干比

通常情況下，電子裝備面臨的電磁環(huán)境干擾主要有以下四類：一是有意干擾，暨敵方針對我方電子裝備的精確電磁干擾；二是敵方對我方電子裝備進行的壓制式干擾；三是我方電子裝備工作中形成的自擾互擾電磁環(huán)境；四是裝備所處環(huán)境的背景噪聲電磁干擾[1—5]。這些電磁信號共同存在形成了對電子設備的工作性能造成影響的復雜電磁環(huán)境。2008年GJB 6520頒布了《戰(zhàn)場電磁環(huán)境分類與分級》，將電磁環(huán)境分為簡單電磁環(huán)境、輕度復雜電磁環(huán)境、中度復雜電磁環(huán)境、重度復雜電磁環(huán)境四類，分類是在分析電磁環(huán)境的頻譜占用度、時間占有度和空間覆蓋率的基礎上得出的。戰(zhàn)場環(huán)境的一大特點在于其未知性，戰(zhàn)場環(huán)境是由多個因素共同作用而成，其中任意參數(shù)發(fā)生變化，所形成的戰(zhàn)場環(huán)境就會相差甚遠。戰(zhàn)場電磁環(huán)境是其中一部分，受到地雜波、海雜波、云層反射、周圍建筑物等自然條件的影響，無法事先確切摸清其分布規(guī)律和特點。這就種未知性就要求在進行電子裝備復雜電磁環(huán)境適應性試驗時，要充分考慮裝備在未來戰(zhàn)場上面臨的所有復雜電磁環(huán)境[6—8]。

目前，通過仿真模擬手段所能構建的復雜電磁環(huán)境中，基于混響室原理的“全向輻照”電磁環(huán)境[9—11]，從頻譜占用度、時間占有度和空間覆蓋率等因素分析，都是其中最為復雜的、也是干擾威脅最大的電磁環(huán)境之一。此外，這種電磁環(huán)境與通信電臺戰(zhàn)場電磁環(huán)境相似。美國電磁環(huán)境效應實驗室利用混響室進行通信裝備測試[12]；意大利學者利用混響室模擬地雜波頻譜特性[13]；國內軍械工程學院利用混響室模擬了地雜波、海雜波的頻譜特性和幅度特性[14—15]。因此，文中就將某型通信電臺置于全向輻照的電磁環(huán)境中，研究其適應性試驗技術和干擾機理。

1 混響室全向輻照電磁環(huán)境

全向輻照電磁環(huán)境是指受試裝備在測試期間，將會受到周圍360°范圍的電磁干擾。典型機械攪拌混響室的結構為高導電率的屏蔽腔體內裝配一個或多個由高導電率金屬建造的機械攪拌器，其目的是在連續(xù)或步進轉動的過程中對腔室內電磁場產(chǎn)生一定的擾動，通過其邊界條件的持續(xù)改變，達到改變腔室內部電磁場模結構的目的，使混響室工作于過模狀態(tài)，從而得到統(tǒng)計均勻、各向同性、隨機極化的電磁場分布。其電場分布規(guī)律如圖1所示。

由于混響室屬于電大尺寸，在構建其電磁環(huán)境時，會受到計算資源的約束，無法進行快速有效的運算。因此，考慮采用基于統(tǒng)計理論的蒙特卡洛方法，利用平面波疊加理論對其進行模擬。使入射電磁波方位角和俯仰角滿足[0, 2π]的隨機分布。根據(jù)電場理論，其極化角服從區(qū)間[0, π]內的隨機分布，其相位服從區(qū)間[0, 2π]內的隨機分布，如圖2所示，可模擬全向輻照電磁環(huán)境。通過與理想混響室內電場分布規(guī)律的統(tǒng)計分布規(guī)律對比（如圖3所示），表明所構建電磁環(huán)境與混響室內電磁環(huán)境一致。

圖1 混響室工作區(qū)域電場分布規(guī)律

圖2 隨機入射電磁波示意

圖3 仿真結果與理論混響室分布對比

2 BPSK系統(tǒng)干擾機理分析

為研究其干擾機理，以一個采用標準BPSK信號的數(shù)字通信系統(tǒng)為例。將干擾噪聲AWGN作為激勵信號，利用蒙特卡洛方法進行建模，形成混響室內全向輻照電磁環(huán)境。標準BPSK接收系統(tǒng)受到BPSK信號干擾時，接收信號模型可由式（1）給出：

式中：為期望信號的幅度；1為干擾信號的幅度；c為期望的載波頻率；為連續(xù)波干擾信號頻率偏移量；為干擾信號的相位；P()為單位高度和持續(xù)時間為的矩形脈沖；為期望信號的碼時間(1/)；1為干擾信號的碼時間(1/1)；為位傳輸時間的偏移量，=min(,1)，0<1；d為干擾信號的數(shù)據(jù)碼，d=±1；w()表示均值為0，方差為0/2的AWGN信號。

當干擾信號碼速低于期望信號碼速時，令期望信號碼速為4800 B/s，信干比為10 dB，干擾信號相位服從區(qū)間[0, 2π]內的隨機分布，不同干擾信號碼速情況下，通信系統(tǒng)誤碼率隨頻率偏移的變化曲線，如圖4所示?？梢钥闯觯斝鸥杀认嗤瑫r，在相同的頻率偏移下，干擾信號的碼速越高，其干擾效果越好。隨著頻率偏移量的增加，接收系統(tǒng)誤碼率也隨之減小，且呈現(xiàn)周期性規(guī)律，即=/2，=1，3，5，7，…附近，不同碼速的干擾信號的干擾效果相同。

圖4 不同干擾信號碼速情況下，通信系統(tǒng)誤碼率隨頻率偏移的變化曲線

當干擾信號碼速高于期望信號碼速時，令干擾信號碼速分別為4800，9600 B/s，計算了干擾信號與期望信號載頻相同時，接收系統(tǒng)的誤碼率，并與連續(xù)波干擾的效果進行對比如圖5所示。計算結果表明，當干擾信號與期望信號載頻相同，干擾信號相位隨機時，對于以上三種干擾信號，連續(xù)波干擾信號的干擾效果最好，且較低碼速的干擾信號的干擾效果優(yōu)于較高碼速的干擾信號。通過進一步計算可知，隨著干擾信號碼速的進一步增大，干擾效果將呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

圖 5 不同干擾信號碼速情況下的理論誤碼率曲線

3 結語

對基于混響室原理的全向輻照電磁環(huán)境特點進行了分析，并利用蒙特卡洛法對其進行構建，通過對比分析可知所構建電磁環(huán)境符合混響室內電磁場分布特征。以一個采用標準BPSK信號的數(shù)字通信系統(tǒng)為例，研究干擾信號碼速、頻率偏移量、信干比等參數(shù)對系統(tǒng)誤碼率的影響，分析了干擾信號碼速低于或高于期望信號碼速時，干擾信號碼速的變化和干擾效果之間不同的關系。研究結果在電子裝備的復雜電磁環(huán)境適應性方面做出了有益探索，為今后的復雜電磁環(huán)境適應性理論的深入研究打下了基礎。

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Structure of Full Radiation Electromagnetic Environment and Interference Mechanism of BPSK System

JIA Rui, WANG Chuan-chuan, ZHAO Lin-feng

(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System, Luoyang 471003, China)

Objective To analyze the complex electromagnetic environment of a communication station and build a full radiation electromagnetic environment based on the principle of live room. Methods A standard BPSK communication system was taken as an example to research the code rate of interference signal, frequency offset, and signal to interference ratio (SIR) on bite error rate (BER) of the system. Results The BER decreased with the increase of frequency offset and presented a periodicity rule, if the code rate of inference signal was lower than expectation. When the frequency offset was the same, the higher the code rate was, the better the interference effect was. If the code rate of interference signal was higher than the expectation, the interference affect decreased with the increase of the interference signal. Conclusion The study is a beneficial exploration on complex electromagnetic environment suitability of electronic equipment. It provides a foundation for in-depth research of complex electromagnetic environment suitability in the future..

full radiation; statistical property; BER, frequency offset, SIR

10.7643/ issn.1672-9242.2017.04.002

TJ01；TN97

A

1672-9242(2017)04-0005-04

2016-10-17；

2016-12-07

國家自然科學基金項目（51277180）

賈銳（1986—），男，博士，主要研究方向為電磁環(huán)境模擬及評估技術。