樊 松， 沈 楠， 盧義成

(電子工程學(xué)院,安徽 合肥 230037)

地形阻擋條件下對(duì)超短波通信電臺(tái)定位區(qū)的計(jì)算方法研究

樊 松， 沈 楠， 盧義成

(電子工程學(xué)院,安徽 合肥 230037)

快速、準(zhǔn)確計(jì)算通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū),是指揮員定量掌握偵察裝備測(cè)向、定位效能的重要依據(jù),然而現(xiàn)有定位區(qū)計(jì)算模型主要基于光滑地面假設(shè),較少考慮由于地形阻擋而產(chǎn)生無(wú)法定位的盲區(qū)問(wèn)題,導(dǎo)致現(xiàn)有模型無(wú)法適用于山地等存在障礙物的作戰(zhàn)環(huán)境。為快速甄別盲區(qū),采用了柵格等效的方法,新建了地形阻擋條件下對(duì)超短波通信電臺(tái)可定位區(qū)的計(jì)算模型,示例分析表明,該模型能有效、快速地對(duì)定位盲區(qū)做出判斷和區(qū)分。

地形阻擋; 通信對(duì)抗; 可定位區(qū); 柵格等效; 盲區(qū)

沈 楠(1983-),男,碩士，講師。

盧義成(1993-),男,碩士研究生。

通信對(duì)抗測(cè)向定位,是作戰(zhàn)部隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)偵察的重要手段之一,是指揮員獲知敵方電臺(tái)位置,判斷敵作戰(zhàn)企圖,采取作戰(zhàn)行動(dòng)的重要依據(jù)。其原理[1]是利用無(wú)線電測(cè)向設(shè)備確定正在工作的輻射源方位[2],通常以配置在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的兩個(gè)以上的測(cè)向站,交會(huì)測(cè)定輻射源的位置。通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū),表明能在多大的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)并確定敵方目標(biāo)電臺(tái)的位置。

現(xiàn)有測(cè)向定位區(qū)的計(jì)算模型[3],主要基于光滑地面假設(shè),但實(shí)際作戰(zhàn)尤其是山地作戰(zhàn)[4]中,偵察區(qū)域內(nèi)大多存在障礙物,這些障礙物會(huì)遮蔽電波的傳播,在偵察范圍內(nèi)產(chǎn)生無(wú)法定位的盲區(qū),為幫助指揮員迅速排除盲區(qū),在現(xiàn)有計(jì)算模型基礎(chǔ)上考慮了障礙遮蔽的影響因素,新建了輔助解決盲區(qū)甄別問(wèn)題的可定位區(qū)計(jì)算模型。

鑒于短波的繞射、折射和反射等效應(yīng),山地作戰(zhàn)中利用短波測(cè)向?qū)δ繕?biāo)定位的誤差非常大[5],往往不被采用,因此,主要依據(jù)超短波信號(hào)直線傳播的特性,來(lái)實(shí)現(xiàn)通信對(duì)抗目標(biāo)的測(cè)向定位。

1 地形阻擋條件下超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)計(jì)算

模型僅考慮雙站定位的情況,考慮山體阻擋對(duì)測(cè)向站的影響,當(dāng)目標(biāo)電臺(tái)與任一測(cè)向站之間因山體阻擋不能通視時(shí),該電臺(tái)所在位置無(wú)法被定位。

1.1 超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)計(jì)算的邏輯流程

超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)域計(jì)算模型的算法流程如圖1所示。

圖1 超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)域計(jì)算模型的算法流程

1.2 超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)的計(jì)算方法

Step1:計(jì)算超短波通信對(duì)抗的最大測(cè)向距離

若超短波通信對(duì)抗測(cè)向接收機(jī)輸入端的最小可測(cè)信號(hào)功率為Prmin(單位:W),則最大測(cè)向距離為

式中，Pc為通信發(fā)射機(jī)功率，W;Gcr為通信發(fā)射天線在測(cè)向接收機(jī)方向上的增益;Grc為測(cè)向天線在通信方向上(指向發(fā)射電臺(tái))的增益;λ為通信工作波長(zhǎng)，m;L為總的損耗及損失。

Step2:計(jì)算偵察直視距離

超短波通信信號(hào)近似直線傳播,故地球表面的彎曲會(huì)使超短波通信對(duì)抗測(cè)向站對(duì)目標(biāo)的直視距離受到限制。在考慮大氣折射的條件下,超短波通信對(duì)抗測(cè)向站受地球曲率影響的直視距離為

式中,Rs為直視距離，km;Ha為通信發(fā)射電臺(tái)高度(天線高度+海拔高度),m;Ht為超短波通信對(duì)抗測(cè)向站高度(天線高度+海拔高度),m。

Step3:計(jì)算測(cè)向站在無(wú)地形阻擋下的實(shí)際測(cè)向距離(單位:km)為

Dd·max=min(Rmax,Rs)

Step4:計(jì)算無(wú)地形阻擋下測(cè)向定位區(qū)

雙機(jī)定位時(shí),可定位區(qū)域如圖2所示,為降低定位模糊區(qū)和定位誤差,測(cè)向線的交會(huì)角限制在30°-150°內(nèi)。

圖2 雙機(jī)定位的定位區(qū)域

雙站可定位區(qū)的面積大小是衡量測(cè)向站配置是否合理的重要標(biāo)志之一。以雙站定位為例,設(shè)兩個(gè)測(cè)向站的實(shí)際作用距離均為Rdmax,則不同站距對(duì)應(yīng)的測(cè)向定位區(qū)域的形狀不同,如圖3所示。

圖3 不同站距對(duì)應(yīng)的可定位區(qū)

圖4 雙站定位等效區(qū)域

為降低建立模型的復(fù)雜度,便于可定位區(qū)域及盲區(qū)的面積計(jì)算,文獻(xiàn)[3]中將最大可定位區(qū)域等效成一個(gè)面積相等的矩形區(qū)域的方法(圖4),將圖3中可定位多邊形區(qū)域的形狀等效成面積相等的矩形區(qū)域,具體公式見(jiàn)表1。

Step5:獲取測(cè)向站R1、R2的地理坐標(biāo),計(jì)算地形阻擋點(diǎn)(×)相對(duì)于測(cè)向主站R1和副站R2的方位,并形成輸入地形列表vecR1TerrainWeather、vecR2TerrainWeather。

Step6:由表1計(jì)算無(wú)阻擋定位區(qū)域的等效矩形ABCD的寬度dWidth和縱深dDepth,確定柵格邊長(zhǎng),將矩形ABCD離散成iWidthCount*iDepthCount個(gè)小柵格[6]。

Step7:在偵察正面從點(diǎn)A至點(diǎn)B、在偵察縱深從點(diǎn)A至點(diǎn)D,依次取出小柵格[7],判斷該柵格能否被R1站測(cè)向(bR1Shaded),判斷條件:

在地形阻擋點(diǎn)中,若存在一點(diǎn),使:

1)等效點(diǎn)相對(duì)于R1站的方位角,與地形阻擋點(diǎn)相對(duì)于R1站的方位角過(guò)近,默認(rèn)R1站與等效點(diǎn)、障礙點(diǎn)連線的夾角在2°以內(nèi)時(shí),即:

fabs(dAngleR1FlagstrTerrain.iAngle)<2.0

2)等效點(diǎn)與R1站之間,被該地形阻擋點(diǎn)阻攔,即:bR1Shaded=true

判斷該小柵格不能被R1站測(cè)向。

表1 不同站距下雙站等效定位區(qū)域計(jì)算

圖5 超短波通信對(duì)抗偵察定位區(qū)柵格化等效示意圖

Step8:判斷該小柵格能否被R2站測(cè)向(bR2Shaded),判斷條件同Step7。

Step9:若R1站、R2站中有一個(gè)無(wú)法對(duì)某一柵格等效點(diǎn)進(jìn)行測(cè)向,則該柵格點(diǎn)被遮蔽。

得到地形阻擋條件下的超短波通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū),模型計(jì)算結(jié)束。

2 示例分析

某型超短波通信電臺(tái)的發(fā)射功率Pt為10W,發(fā)射天線增益Gtr為7dB,工作波長(zhǎng)λ為6m,通信對(duì)抗測(cè)向站部署的經(jīng)緯度和高程坐標(biāo)為(110,20,200),測(cè)向接收機(jī)的最小可檢測(cè)功率Prmin為5×10-9W,其接收天線在通信電臺(tái)方向上的增益Grt為10dB,損耗系數(shù)L為4.7dB,測(cè)向副站R2位于主站R1北偏東60°方向上,與主站間隔D=0.597Rd·max[8-9],其中Rdmax表示測(cè)向站的最大測(cè)向距離。

柵格邊長(zhǎng)的取值是影響模型計(jì)算結(jié)果的要素之一[10],選用柵格過(guò)大會(huì)導(dǎo)致計(jì)算精度下降而不能滿足作戰(zhàn)需要,柵格過(guò)小則會(huì)增加數(shù)據(jù)計(jì)算量,過(guò)長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間不利于把握戰(zhàn)機(jī)。因此考慮地形阻擋點(diǎn)的實(shí)際大小和模型計(jì)算的時(shí)間等因素,經(jīng)調(diào)試選用500m邊長(zhǎng)的柵格既能符合可定位區(qū)計(jì)算精度的需要,又能在很短的時(shí)間內(nèi)得到計(jì)算結(jié)果,符合戰(zhàn)術(shù)要求。

各類典型戰(zhàn)術(shù)背景下的模型計(jì)算結(jié)果如下:

1)若無(wú)地形遮擋,則等效定位區(qū)如圖6;

2)若在5°方向有一個(gè)地形遮擋點(diǎn)(110.0083,20.0895,400),則等效定位區(qū)如圖7;

3)若在5°方向有一個(gè)地形遮擋點(diǎn)(110.0083,20.0895,400)、在50°方向有一個(gè)地形遮擋點(diǎn)(110.2569,20.2021,400),則等效定位區(qū)如圖8。

圖6 無(wú)地形遮擋時(shí)，等效定位區(qū)

圖7 50°方向有一個(gè)地形遮擋點(diǎn)的等效定位區(qū)

圖8 5°、50°方向各有一地形遮擋點(diǎn)的等效定位區(qū)

圖中,藍(lán)色區(qū)域?yàn)榭啥ㄎ粎^(qū)域,白色區(qū)域?yàn)闊o(wú)法定位區(qū)域?？梢?jiàn),作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)地形阻擋點(diǎn)的存在,對(duì)目標(biāo)電臺(tái)的定位產(chǎn)生了不可忽視的影響,指揮員需要對(duì)定位盲區(qū)有清醒認(rèn)識(shí),通過(guò)合理配置測(cè)向站,在主要作戰(zhàn)方向上盡可能規(guī)避盲區(qū),滿足作戰(zhàn)過(guò)程中對(duì)電臺(tái)目標(biāo)的定位需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合電子對(duì)抗部隊(duì)山地作戰(zhàn)現(xiàn)實(shí)需求,基于現(xiàn)有通信對(duì)抗測(cè)向定位區(qū)的計(jì)算模型,在考慮地形阻擋條件下出現(xiàn)無(wú)法定位的盲區(qū)問(wèn)題,采用將任務(wù)區(qū)域柵格等效的方法,通過(guò)遍歷柵格實(shí)現(xiàn)盲區(qū)的判斷和標(biāo)示,示例分析表明,該模型能夠?yàn)橹笓]員快速、準(zhǔn)確的判斷定位盲區(qū),分辨實(shí)際可定位區(qū)提供定量參考。

[1] David L.Adamy.EW103:通信電子戰(zhàn)[M].樓才義，等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2010.3.

[2] 王本才,何友，王國(guó)宏，等.雙站純方位定位中相關(guān)問(wèn)題研究[J].光電工程，2012(1):80-87.

[3] 邵國(guó)培，曹志耀，何俊，等.電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:軍事科學(xué)出版社,2013.

[4] 藍(lán)白，韓軍，孫曉春.山地戰(zhàn)的難點(diǎn)[J].兵器知識(shí)，2013(3):15-19.

[5] 宋錚，張建華，黃冶，等.天線與電波傳播[M].第3版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2016.

[6] 程子光，姜禮平，朱建沖，等.基于復(fù)雜區(qū)域柵格化的傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2012，26(2):32-35.

[7] 陳世明，江冀海，吳龍龍，等.受限空間自適應(yīng)區(qū)域柵格化的優(yōu)化路徑規(guī)劃[J].控制與決策，2012，27(7)：1105-1108.

[8] 陳丹俊，姬生云.測(cè)向定位選站輔助決策模型[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2015，6(1):54-58.

[9] 王本才,何友，王國(guó)宏，等.雙站無(wú)源定位最佳配置分析[J].火力與指揮控制，2012，37(2):120-123.

[10] 郭建蓬，羅高健，宋廣寧.DEM和蜂窩模型的通信干擾壓制區(qū)快速計(jì)算方法[J].火力與指揮控制，2014，39(1):25-26.

Research on Calculation Method of Locating Area of VHF Communication Station Under Terrain Blocking Condition

FAN Song,SHEN Nan,LU Yi-cheng

(Hefei Inotitute of Electronic Engineering,Hefei 230037,China)

Fast and accurate simulation of communication countermeasure effective positioning area,is an important basis for mastering the commander quantitative reconnaissance equipment location,however,the existing location area calculation model based on the assumption of smooth surface,less consideration of the blind location caused by terrain barrier,which leads that existing model cannot be used as obstacles to mountain combat environment.For the rapid screening of blind spots,by using the method of equivalent grid,a new terrain blocking condition of ultrashort wave communication countermeasure effective location area calculation model is set up.Example analysis shows that the model can effectively and quickly judge and distinguish the positioning of the blind.

terrain blocking; communication countermeasure; locating region; grid equivalent; blind area

TN97；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.011

1673-3819(2017)05-0050-04

2017-06-08

2017-07-20

樊松(1993-),男,江蘇興化人,碩士研究生,研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗作戰(zhàn)效能分析與輔助決策。