黃清云，夏惠誠(chéng)，徐亞光

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018）

隨著水面艦艇的發(fā)展，艦艇裝備的電子設(shè)備種類(lèi)、數(shù)量和功率不斷增加，天線數(shù)量越來(lái)越多，實(shí)現(xiàn)空間隔離越來(lái)越困難。即使經(jīng)過(guò)一番嚴(yán)格的設(shè)計(jì)論證，進(jìn)行了全面的電磁兼容設(shè)計(jì)，但仍然存在不少電磁兼容問(wèn)題，嚴(yán)重影響了艦艇戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。例如:短波通信某些頻點(diǎn)大功率發(fā)射時(shí)在對(duì)海導(dǎo)彈發(fā)射架位置的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)武器安全場(chǎng)強(qiáng)；雷達(dá)、通信和電子戰(zhàn)系統(tǒng)之間的電磁干擾問(wèn)題等。目前，水面艦艇采取的電磁兼容管控措施主要是從空域、能域、時(shí)域和頻域四方面入手，一定程度上較好地解決了艦上存在的電磁兼容問(wèn)題，然而實(shí)現(xiàn)管理控制后對(duì)單個(gè)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的損失有多大，是得大于失，還是失大于得，這是共同關(guān)心的重要問(wèn)題。本文將具體分析各域管控措施的原理、使用時(shí)機(jī)以及各管控措施對(duì)受管控電子設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響。

1 能域管控

1.1 能域管控的基本原理

能域管理主要是保證艦載武器彈藥（電引爆火工品）的安全，針對(duì)導(dǎo)彈空架、上架、存貯、準(zhǔn)備發(fā)射等工況，限制對(duì)其構(gòu)成威脅的電磁發(fā)射功率分別處于不同限值。功率管理可以用來(lái)管理功率可調(diào)的無(wú)線電通信發(fā)射機(jī)和電子戰(zhàn)干擾設(shè)備。如果某些設(shè)備具有功率控制能力，那么就要分析其在功控條件下的電磁干擾概率，優(yōu)先使用具有功率控制的設(shè)備。

兩部設(shè)備之間存在相互干擾，一個(gè)重要原因就是干擾信號(hào)的強(qiáng)度超過(guò)了敏感設(shè)備的最低門(mén)限值，使得干擾信號(hào)影響了設(shè)備的正常工作狀態(tài)，如果在相互之間存在干擾時(shí)，能夠合理控制干擾源的信號(hào)強(qiáng)度，降低其輻射功率，那么就能夠合理地解決電磁兼容問(wèn)題。這種從能域角度解決裝備間的電磁兼容問(wèn)題的方法，目前也得到了一定程度的應(yīng)用，取得了一定的效果。但是，降低設(shè)備的功率，在其它條件不變的情況下，勢(shì)必作用距離就要隨之降低，從而影響裝備的探測(cè)、通信效能，與目前雷達(dá)、通信裝備功率加大、作用距離要求增加的趨勢(shì)相矛盾。

1.2 能域管控對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析

能域管控方法簡(jiǎn)便，能有效地保證艦載武器、彈藥的安全，但在限制電子設(shè)備使用的同時(shí)也會(huì)造成電子設(shè)備作戰(zhàn)效能的下降，下面以影響雷達(dá)和通信干擾設(shè)備的干擾距離為例來(lái)分析。

1）功率下降對(duì)通信干擾作用距離的影響[1][2]

干信比就是指目標(biāo)接收機(jī)處的干擾功率與信號(hào)功率之比，即

由壓制系數(shù)ky的定義可知，當(dāng)干擾有效時(shí)，目標(biāo)接收機(jī)輸入端的干信比應(yīng)滿足

此時(shí)，干擾能有效壓制目標(biāo)信號(hào)的通信。再由路徑損耗差的一般表達(dá)式[5]，即可知道干擾作用距離和干擾機(jī)發(fā)射功率的關(guān)系。

式中，PTS為發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)功率；GTS為通信發(fā)射機(jī)到接收機(jī)方向的天線增益；GRS為接收機(jī)到通信發(fā)射機(jī)方向的天線增益； LS為通信發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的路徑損耗；PTj為干擾機(jī)輸出的干擾功率；GTj為干擾機(jī)到接收機(jī)方向的天線增益；GRj為接收機(jī)到干擾機(jī)方向的天線增益；Lj為干擾機(jī)到接收機(jī)的路徑損耗；Fb為濾波損耗；p為極化損耗。

2）功率下降對(duì)雷達(dá)干擾機(jī)作用距離的影響[3]

雷達(dá)接收機(jī)輸入端干擾和信號(hào)的功率比為

當(dāng)公式（4）中的干擾與信號(hào)功率比大于壓制雷達(dá)對(duì)信號(hào)正常接收所必須的干擾與信號(hào)的最小功率比（即壓制系數(shù)）Kj時(shí)，便可得到干擾方程的一般表達(dá)式，而且由上式可知 Pj與Rj成反比關(guān)系。

式中，Pt,Gt為雷達(dá)的發(fā)射功率和天線主瓣方向上的增益；σ為目標(biāo)的有效反射面積；λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)；Rt為目標(biāo)至雷達(dá)的距離；Pj,Gj為干擾機(jī)發(fā)射功率和干擾機(jī)天線主瓣方向上的增益；Rj為干擾機(jī)至雷達(dá)的距離；γj為干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)天線的極化損失。

2 空域管控

2.1 空域管控的基本原理

對(duì)連續(xù)波或高重頻的設(shè)備同頻干擾時(shí)，通常不能采用時(shí)域管理.當(dāng)設(shè)備的工作頻帶較窄，無(wú)法實(shí)施頻域管理，特別是無(wú)線電或衛(wèi)星通信設(shè)備，其工作頻率不能自主變換，此時(shí)可采用空域管理。即當(dāng)跟蹤設(shè)備天線處于某個(gè)對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾的方位和仰角時(shí)，有伺服系統(tǒng)將天線方位和仰角信息通過(guò)控制設(shè)備發(fā)送到電磁兼容管控設(shè)備，有管控設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)判斷，當(dāng)天線角度進(jìn)入方位θΔ或仰角βΔ時(shí)，管控設(shè)備自動(dòng)向受干擾設(shè)備發(fā)送管理命令或提示，由管控設(shè)備自動(dòng)采取規(guī)避措施，例如:由管理設(shè)備自動(dòng)接通可瞬時(shí)控制的高頻濾波器等。管理過(guò)程需以下信息作為判斷的判據(jù):

a）設(shè)備工作信息；

b）設(shè)備天線方位和仰角信息。

若被管理設(shè)備是需要全方位作戰(zhàn)設(shè)備，則空間管理對(duì)設(shè)備有一定影響。

2.2 空域管控對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析

空域管理的原理簡(jiǎn)單且實(shí)施方法簡(jiǎn)便，可結(jié)合艦總體布置順勢(shì)利用，但由于艦總體尺度不大，空間有限一般難以完全奏效。特別地，當(dāng)管理設(shè)備是需要全方位作戰(zhàn)的設(shè)備，則空間管理對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能有一定影響。比如令某一雷達(dá)在某一水平方位角度a內(nèi)不發(fā)波，那么這一雷達(dá)的空域損失可表示為W:W=(a/b).100%，其中a為受限的角度，b為雷達(dá)掃描的范圍。但是，如果不采取空域管理措施，那么受干擾的設(shè)備作戰(zhàn)效能損失率可能為50%，甚至于100%。

3 頻域管控

3.1 頻域管控的基本原理

當(dāng)能確定本艦電磁收/發(fā)設(shè)備之間的干擾僅存在于某些頻段或頻點(diǎn)，或工作于寬頻帶的發(fā)射設(shè)備對(duì)電引爆武器的威脅突出表現(xiàn)在某些頻段時(shí)，可根據(jù)電磁收/發(fā)設(shè)備的受控特點(diǎn)，錯(cuò)開(kāi)相互干擾設(shè)備工作載頻，使設(shè)備相互干擾消失或減弱，頻率管控能保證相關(guān)設(shè)備作戰(zhàn)同時(shí)使用。如果設(shè)備有多個(gè)工作頻段或可自適應(yīng)變頻，則要詳細(xì)分析出現(xiàn)干擾可能的頻率點(diǎn)的實(shí)際使用情況及技術(shù)特點(diǎn)，統(tǒng)一規(guī)劃電磁設(shè)備使用頻段，盡量使用具有寬跳頻和抗同頻異步能力的設(shè)備。頻域的主要管控措施有:

1）濾波 濾波是指從混有噪聲或干擾的信號(hào)中提取有用信號(hào)分量，實(shí)現(xiàn)選擇信號(hào)和抑制干擾的技術(shù)。濾波主要是為了避免雷達(dá)和微波段通信設(shè)備發(fā)射的連續(xù)波、高重頻脈沖對(duì)雷達(dá)偵察設(shè)備的干擾，以及由設(shè)備帶外雜散對(duì)其它設(shè)備引起的干擾。一般通過(guò)在雷達(dá)偵察設(shè)備接收通道上增加可控濾波器，或在被干擾設(shè)備端增加帶通濾波器。濾波器按工作方式分為三種:第一種是將無(wú)用信號(hào)反射回信號(hào)源，即反射式濾波器；第二種是把無(wú)用信號(hào)在濾波器里吸收掉，即吸收式濾波器；第三種是將無(wú)用信號(hào)對(duì)消掉，即有源對(duì)消濾波器。

2）錯(cuò)開(kāi)工作頻率或關(guān)閉某個(gè)頻段 對(duì)于水面艦艇裝備的可用頻點(diǎn)數(shù)多、發(fā)射機(jī)帶外抑制高、接收機(jī)性能好的設(shè)備，可通過(guò)錯(cuò)開(kāi)干擾載頻來(lái)避免或減弱干擾，如:跟蹤雷達(dá)與搜索雷達(dá)的干擾、警戒雷達(dá)多次諧波對(duì)其它設(shè)備的干擾。有時(shí)候也可以通過(guò)關(guān)閉某個(gè)頻段來(lái)來(lái)避免或減弱干擾，如:電子戰(zhàn)干擾設(shè)備對(duì)搜索雷達(dá)的干擾。

3）跳頻和抗同頻干擾 跳頻技術(shù)是用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜的一種方法。跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是跳頻器，更具體地，是能產(chǎn)生頻譜純度好、切換速度快的頻率合成器和偽隨機(jī)性好的跳頻指令發(fā)生器。

抗同頻干擾的基本原理是:如果是同頻同步干擾，則采用增加雷達(dá)重復(fù)頻率點(diǎn)數(shù)的方法，將同頻同步干擾變?yōu)橥l異步干擾，再采用多脈沖相關(guān)的處理方法來(lái)抑制同頻異步干擾。

3.2 頻域管控對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析

1）濾波 濾波技術(shù)雖然能解決一些干擾問(wèn)題，但在濾掉干擾信號(hào)的同時(shí)也可能把有用信號(hào)給濾掉，造成頻譜損失，從而加大了漏警概率。濾波后的漏警概率為

式中，p漏為漏警概率，f1為濾掉的頻率點(diǎn)數(shù)(或頻段)，f0為設(shè)備固有的頻率點(diǎn)數(shù)或頻段，p發(fā)為設(shè)備的發(fā)現(xiàn)概率。

2）錯(cuò)開(kāi)工作頻率或關(guān)閉某個(gè)頻段 錯(cuò)開(kāi)工作頻率會(huì)使得可用的工作頻點(diǎn)變少，造成的負(fù)面影響就是使設(shè)備的頻率資源有所損失，同時(shí)對(duì)設(shè)備的性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。例如:XX遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)規(guī)避XX對(duì)空超短波電臺(tái)工作頻率，若通信預(yù)案的制定使XX遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)受限制的頻點(diǎn)較多時(shí)，XX遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)的跳頻抗干擾能力將減弱；若限制嚴(yán)重時(shí)，XX遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)將無(wú)法采用跳頻工作方式，使補(bǔ)盲措施失效和降低漏警率的功能減弱。而關(guān)閉某個(gè)頻段，則會(huì)使受管控設(shè)備的作戰(zhàn)效能遭到較大的損失，但對(duì)總體作戰(zhàn)效能可能是有利的。以干擾機(jī)對(duì)搜索雷達(dá)的干擾為例，當(dāng)干擾機(jī)在搜索雷達(dá)的工作范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻干擾時(shí)，為了保證搜索雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤，此時(shí)應(yīng)該停止干擾機(jī)在搜索雷達(dá)某一工作頻段內(nèi)的掃頻干擾，雖然干擾機(jī)失去了一定的干擾頻段，但是艦艇總體作戰(zhàn)效能達(dá)到最大化。

3）跳頻和抗同頻異步干擾[4][5]跳頻技術(shù)是一種有效的抗干擾措施，當(dāng)設(shè)備受干擾時(shí)采用跳頻技術(shù)來(lái)抗干擾，個(gè)別頻點(diǎn)受干擾會(huì)使噪聲電平有少量上升，對(duì)設(shè)備的性能影響較小。

根據(jù)文獻(xiàn)[5]仿真測(cè)試及實(shí)際應(yīng)用結(jié)果分析，實(shí)際上，同頻干擾的時(shí)間寬度非常大。對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)兩部雷達(dá)的工作周期相差約三倍脈寬時(shí)，反異步才能取得較好的效果。雷達(dá)重復(fù)周期變化將影響雷達(dá)的平均功率，重復(fù)頻率變高，發(fā)射機(jī)平均功率增大；反之重復(fù)頻率變低，發(fā)射機(jī)平均功率減小。所以，改變雷達(dá)的重復(fù)周期將會(huì)影響雷達(dá)的探測(cè)距離，具體影響可由公式(7)和(8)表示。

式中，Rmax為雷達(dá)最大作用距離，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，G為天線增益，σ為目標(biāo)反射面積，Smin為接收機(jī)靈敏度，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)；P0為平均功率；P1為峰值功率；τ為脈沖寬度；fr為脈沖重復(fù)頻率。

4 時(shí)域管控

4.1 時(shí)域管控的基本原理

時(shí)間分隔法的實(shí)質(zhì)是使各部雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)和視頻顯示（或是接收機(jī)）從時(shí)域上分開(kāi)，不顯示干擾信號(hào)，從而達(dá)到抑制相互干擾的目的。干擾脈沖（發(fā)射脈沖）和抑制脈沖在時(shí)間上重合是抗干擾的基本條件，干擾脈沖從發(fā)射天線到接收天線在空中傳播的時(shí)間，小于信號(hào)沿“干擾源-中心轉(zhuǎn)接盒-受干擾設(shè)備”電纜的傳輸時(shí)間，那么這種重合就需要所有連接在一起的雷達(dá)設(shè)備提前于發(fā)射脈沖向電磁兼容保證系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，這個(gè)信號(hào)就是提前脈沖（啟動(dòng)脈沖），提前脈沖的提前時(shí)間就是電磁波沿電纜和經(jīng)過(guò)空中傳播所用時(shí)間不同而產(chǎn)生的時(shí)間差。這樣，當(dāng)某部雷達(dá)將要發(fā)射脈沖時(shí)，先向電磁兼容保證系統(tǒng)送出一個(gè)提前脈沖，這個(gè)提前脈沖在電磁兼容保證系統(tǒng)的中心轉(zhuǎn)接盒里分壓，形成抑制脈沖再送到同一保護(hù)組的其它雷達(dá)，保證在這個(gè)抑制脈沖到達(dá)各部雷達(dá)的同時(shí)，本雷達(dá)的發(fā)射脈沖也正好到達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射脈沖和抑制脈沖在時(shí)間上的重合。時(shí)域管理主要有三種方式:

1）“脈沖匿影”方式:兩相互干擾的設(shè)備需同時(shí)工作時(shí)干擾源設(shè)備送出干擾信號(hào)脈沖，由管理控制設(shè)備根據(jù)管理要求定義，在干擾信號(hào)發(fā)射時(shí)間段內(nèi)停止受干擾設(shè)備工作。這種分時(shí)方式往往是us級(jí)或ms級(jí)的，對(duì)設(shè)備使用影響不大，當(dāng)干擾源占空比較大時(shí)，對(duì)受干擾設(shè)備具有一定的影響。

2）統(tǒng)一觸發(fā):該方式主要為了減少電子戰(zhàn)偵察設(shè)備、被動(dòng)雷達(dá)“匿影”時(shí)間的損失，要求同頻段雷達(dá)在作戰(zhàn)時(shí)選擇“統(tǒng)一觸發(fā)”工作方式，使相關(guān)雷達(dá)在一個(gè)大周期內(nèi)的發(fā)射起始點(diǎn)一致有效地減少了疊加后的“匿影脈沖”或“匿影波門(mén)”寬度，但可能會(huì)導(dǎo)致部分雷達(dá)出現(xiàn)同頻同步干擾。

3）大分時(shí)工作:兩相互干擾的設(shè)備同時(shí)工作時(shí)，設(shè)備送出工作狀態(tài)信息由電磁兼容管理控制設(shè)備根據(jù)管理要求，在干擾源工作時(shí)，停止干擾源或受干擾設(shè)備工作。大分時(shí)工作對(duì)艦總體作戰(zhàn)效能有一定的影響，這也是管理方式中最不推薦的一種方法。

4.2 時(shí)域管控對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析[6]

1）匿影脈沖對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析 考慮到每部雷達(dá)都有多種發(fā)射脈寬和脈沖重頻，為研究方便起見(jiàn)，都統(tǒng)一采用其發(fā)射脈沖占空比最大的工作方式作為研究對(duì)象，因?yàn)檫@種方式對(duì)其它雷達(dá)的閉鎖時(shí)間最長(zhǎng)。

某個(gè)艦艇編隊(duì)由多艘艦艇組成，假設(shè)共裝備各型雷達(dá)n部，如果所有雷達(dá)統(tǒng)一采用脈沖匿影，那么總的匿影時(shí)間為

式中，τi為第i部雷達(dá)的發(fā)射脈寬，單位秒；Fi為第i部雷達(dá)的脈沖重頻。

如果T大于等于1，那么所有的雷達(dá)都沒(méi)有可供接收信號(hào)的時(shí)間，匿影脈沖的方法就是不適用的。如果T小于 1，那么雷達(dá)受匿影脈沖的影響，但是還有可以接收的時(shí)間。此時(shí)，所有雷達(dá)的占空比都變?yōu)門(mén)。

目前在編隊(duì)范圍內(nèi)，由于各部雷達(dá)沒(méi)有時(shí)間的同步基準(zhǔn)，它們之間的相互閉鎖沒(méi)有周期關(guān)系，當(dāng)某個(gè)目標(biāo)的回波在一個(gè)周期內(nèi)被屏蔽時(shí)，它不可能在連續(xù)的幾個(gè)周期內(nèi)也被屏蔽，也就是說(shuō)這種方法不會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)對(duì)某個(gè)目標(biāo)的連續(xù)漏警，從時(shí)域分析雷達(dá)單個(gè)脈沖的探測(cè)概率不會(huì)小于原有概率的T倍。

假設(shè)第i部雷達(dá)的天線周期為T(mén)i，波束寬度為Bi，單個(gè)脈沖對(duì)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率為Pi，則此雷達(dá)對(duì)一個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)掃描時(shí)發(fā)射的脈沖數(shù)量為

在T小于1的情況下，第i部雷達(dá)對(duì)此點(diǎn)狀目標(biāo)探測(cè)時(shí)的累計(jì)發(fā)現(xiàn)概率為

在匿影脈沖的作用下，此雷達(dá)對(duì)目前探測(cè)的影響為探測(cè)概率的下降，總的下降幅度為

根據(jù)上述情況，假設(shè)某個(gè)編隊(duì)所有雷達(dá)設(shè)備采用脈沖匿影的電磁兼容管控方法后 T=0.6，某部雷達(dá)的Ni＝10，單個(gè)脈沖對(duì)點(diǎn)狀目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率 Pi=0.8，那么可以計(jì)算出管控后此雷達(dá)對(duì)某個(gè)目標(biāo)的總計(jì)探測(cè)概率 P=0.97886，而在沒(méi)有管控時(shí)，此雷達(dá)對(duì)這個(gè)目標(biāo)的累計(jì)發(fā)現(xiàn)概率為0.99999，可以看出，采用脈沖匿影后總的探測(cè)概率下降幅度為2.1%。

2）統(tǒng)一觸發(fā)對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析 統(tǒng)一觸發(fā)工作方式對(duì)電子設(shè)備的性能影響分析可參照匿影脈沖對(duì)設(shè)備性能的影響分析方法來(lái)分析，不同的是統(tǒng)一觸發(fā)對(duì)設(shè)備的總匿影時(shí)間 'T的計(jì)算公式為

式中，Tmax為采取統(tǒng)一觸工作的設(shè)備在一個(gè)脈沖周期內(nèi)發(fā)射時(shí)間最長(zhǎng)的時(shí)間；T統(tǒng)一為統(tǒng)一觸發(fā)的周期。

3）大分時(shí)對(duì)設(shè)備作戰(zhàn)效能的影響分析 采用大分時(shí)工作方式是以犧牲電子設(shè)備的全部作戰(zhàn)效能來(lái)保全另一個(gè)電子設(shè)備的作戰(zhàn)效能，該工作方式是在迫不得已的情況下采用的。所以，采用大分時(shí)工作方式會(huì)使受管控設(shè)備的效能損失達(dá) 100%，但可能對(duì)整體作戰(zhàn)效能是有利的。

從上述雷達(dá)探測(cè)概率的下降幅度數(shù)值來(lái)看，時(shí)域管理的影響程度與關(guān)閉雷達(dá)相比可以說(shuō)是微不足道的，再結(jié)合前面的各種假設(shè)條件都是以最差的情況考慮的，因此，在實(shí)際工作中這種影響只會(huì)更小。時(shí)域管理如果能在頻域管理的基礎(chǔ)上進(jìn)行，減少時(shí)域管控的裝備數(shù)量，那么，時(shí)域管控對(duì)雷達(dá)性能的影響程度會(huì)更小，這說(shuō)明時(shí)域管控方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)裝備之間的電磁兼容是可行的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文較為全面地對(duì)水面艦艇電磁兼容管控措施的原理、使用時(shí)機(jī)和管控效果進(jìn)行分析，尤其重點(diǎn)對(duì)實(shí)施電磁兼容管控措施后產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。研究成果對(duì)艦艇電磁兼容設(shè)計(jì)和艦艇電磁兼容管控研究有一定的借鑒意義。但由于時(shí)間緊迫和篇幅所限，本文沒(méi)有對(duì)管控效果進(jìn)行試驗(yàn)分析和仿真驗(yàn)證，有待于下一步的深入研究。

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