邵 堃，雷迎科

(國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院，合肥 230037)

0 引言

自古至今，在戰(zhàn)爭(zhēng)中抓住戰(zhàn)場(chǎng)通信的主動(dòng)權(quán)是決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵因素之一。隨著通信科技的發(fā)展，數(shù)據(jù)鏈[1]技術(shù)已經(jīng)成為軍事通信中十分重要的一項(xiàng)技術(shù)。它具有實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、信息傳輸效率高、抗截獲、干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)人與人之間，人與武器之間的信息互通。目前許多武器系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)[2-4]實(shí)現(xiàn)“人在回路”，極大地提高了打擊固定目標(biāo)的精度和效率，例如目前美軍的F-15、P-3C、F-18等型戰(zhàn)斗機(jī)上的裝備AN/AWW-13武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，裝備在F-111、F-16d等型戰(zhàn)斗機(jī)上的AN/AXQ-14武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈比通用數(shù)據(jù)鏈的功能更專(zhuān)一，對(duì)抗性更突出，對(duì)信息傳輸?shù)目煽啃?、?shí)時(shí)性、安全性要求更高，這給對(duì)抗方實(shí)施干擾提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

國(guó)外對(duì)數(shù)據(jù)鏈研究的公開(kāi)報(bào)道[5-7]主要集中在Link-11、Link-16、Link-22上，涉及武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的文獻(xiàn)甚少。國(guó)內(nèi)對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈干擾技術(shù)的研究也剛剛起步，鮑虎等[2]在分析“人在回路”制導(dǎo)方式的特點(diǎn)后，提出干擾數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和彈載GPS接收機(jī)系統(tǒng)的方法。以艦載電子戰(zhàn)直升機(jī)作為干擾平臺(tái)對(duì)抗反艦導(dǎo)彈為例，初步探索了對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的對(duì)抗方法。王小莉等[8]介紹了武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用情況，并討論了對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈鏈路的干擾策略。金飆[3]提出通過(guò)空間功率合成技術(shù)增加對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的干擾功率。姚玉山等[9]詳細(xì)分析了對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈干擾可行性，提出通過(guò)壓制式干擾和欺騙干擾對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈前向鏈路信號(hào)進(jìn)行有效干擾，并設(shè)計(jì)了一種地面干擾設(shè)備。呂衛(wèi)華等[10]對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾性能做了詳細(xì)的評(píng)估，但沒(méi)有考慮到數(shù)據(jù)鏈信號(hào)突發(fā)性帶來(lái)的影響。龔燕等[11]為準(zhǔn)確反映空地導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈高速變化的信道特征，建立了載機(jī)機(jī)動(dòng)模型和導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)模型，考慮到運(yùn)動(dòng)性和天線(xiàn)零陷的情況，仿真了對(duì)前向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)和反向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)的干擾效果。

文中選取“人在回路”武器上搭載的武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈作為研究對(duì)象，針對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的突發(fā)性和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性，提出了一種對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈的組合干擾技術(shù)，解決傳統(tǒng)的通信干擾對(duì)“人在回路”末制導(dǎo)武器干擾效率低的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)模型

1.1 信號(hào)角度

彈載吊艙收到的信號(hào)可以由式(1)表示。

r(t)=hs(t)·s(t)+hj(t)·J(t)+n(t)

(1)

式中：r(t)為彈載數(shù)據(jù)鏈吊艙接收到的信號(hào);s(t)為機(jī)載數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的信號(hào)；J(t)為干擾機(jī)發(fā)出的干擾信號(hào)；hs(t)是載機(jī)與導(dǎo)彈之間的信道衰減因子；hj(t)是干擾機(jī)與導(dǎo)彈之間的信道衰減因子；n(t)為信道的高斯噪聲。

1.2 功率角度

空地導(dǎo)彈的接收端接收到的功率可以表示為：

Pr=Pj+Gj+Gr-L

(2)

式中：Pj是干擾機(jī)發(fā)射功率；Gj是干擾機(jī)發(fā)射天線(xiàn)在接收方向增益；Gr是接收天線(xiàn)在發(fā)射機(jī)方向的增益；L是信號(hào)電波路徑損耗；上述量的單位都用dB表示。武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)在載機(jī)與空地導(dǎo)彈間的傳播方式是自由空間的視距傳播。

當(dāng)干擾機(jī)發(fā)射功率為Pj時(shí)，在彈載吊艙周?chē)a(chǎn)生的輻射密度為：

(3)

式中：Gj是干擾機(jī)天線(xiàn)沿著導(dǎo)彈方向的最大增益；Ar是彈載接收天線(xiàn)的有效孔徑；d是干擾機(jī)與導(dǎo)彈之間的距離，單位是m。用dB表示路徑損耗：

(4)

由電磁場(chǎng)理論得，彈載接收天線(xiàn)的增益Gj與Ar之比為常數(shù)。

(5)

式中：λ是通信工作波長(zhǎng)，單位是m。將式(5)代入式(4)得到信號(hào)電波路徑損耗L為：

(6)

Pr=Pj-32-20lgf-20lgd+Gj+Gr

(7)

2 組合干擾技術(shù)

2.1 干擾策略

第一階段，當(dāng)空地導(dǎo)彈距離目標(biāo)17 km(t0)時(shí)，開(kāi)啟反向數(shù)據(jù)鏈，向載機(jī)傳輸?shù)匦巍⒛繕?biāo)、方位等信息。此時(shí)我方的偵察設(shè)備可以截獲到彈載數(shù)據(jù)鏈吊艙發(fā)來(lái)的反向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)，通過(guò)測(cè)向等技術(shù)確定空地導(dǎo)彈的位置。由于前、反向鏈路信號(hào)格式不同，此時(shí)我方無(wú)法對(duì)前向鏈路信號(hào)進(jìn)行分析處理。按照早發(fā)現(xiàn)早干擾的原則，充分利用發(fā)現(xiàn)信號(hào)后的時(shí)間，令干擾機(jī)產(chǎn)生攔阻式干擾信號(hào)，迅速對(duì)準(zhǔn)空地導(dǎo)彈方位實(shí)施寬帶干擾。

圖1 組合干擾技術(shù)時(shí)隙分配圖

第二階段，空地導(dǎo)彈距離目標(biāo)剩t1時(shí)，機(jī)載數(shù)據(jù)鏈吊艙開(kāi)啟前向數(shù)據(jù)鏈，向彈載數(shù)據(jù)鏈吊艙傳輸指揮、控制等信號(hào)。此時(shí)我方偵察設(shè)備可以截獲到前向數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析處理，引導(dǎo)干擾機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)干擾信號(hào)。此階段分兩部分，偵察設(shè)備用較短的時(shí)間迅速完成信號(hào)建立、載波提取等過(guò)程，引導(dǎo)干擾機(jī)產(chǎn)生與前向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)頻率一致的瞄準(zhǔn)式干擾信號(hào)，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)彈吊艙實(shí)施干擾，與此同時(shí)，偵察設(shè)備開(kāi)始對(duì)盲解調(diào)后的比特流數(shù)據(jù)進(jìn)行幀長(zhǎng)估計(jì)、同步序列識(shí)別和幀關(guān)鍵字段提取等處理，為第三階段的靈巧式干擾做準(zhǔn)備。

第三階段，導(dǎo)彈距離目標(biāo)還有t2的時(shí)候。由于導(dǎo)彈距離我方目標(biāo)已經(jīng)非常近，此時(shí)的關(guān)鍵是要確保彈載數(shù)據(jù)鏈吊艙完全接收不到來(lái)自機(jī)載數(shù)據(jù)鏈吊艙發(fā)來(lái)的前向鏈路信號(hào)。這就需要我方集中干擾功率對(duì)前向鏈路的關(guān)鍵位置實(shí)施干擾。經(jīng)過(guò)第二階段充分的干擾引導(dǎo)后，產(chǎn)生最佳干擾信號(hào)瞄準(zhǔn)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈前向鏈路信號(hào)的幀同步位置進(jìn)行靈巧式干擾。

對(duì)于干擾來(lái)說(shuō)，干擾引導(dǎo)所需的時(shí)間與成功干擾所需的功率總是相矛盾的兩個(gè)方面。組合干擾技術(shù)的3個(gè)關(guān)鍵步驟是針對(duì)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈重要工作時(shí)間節(jié)點(diǎn)所設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確分析了各個(gè)階段中時(shí)間和功率哪個(gè)是主要影響因素，巧妙地利用了“時(shí)分復(fù)用”的干擾接入方式，在靈巧式干擾的引導(dǎo)時(shí)間內(nèi)實(shí)施頻率瞄準(zhǔn)式干擾。相比引導(dǎo)時(shí)間與干擾時(shí)間分離的傳統(tǒng)干擾方式，組合干擾技術(shù)可以有效提高時(shí)間利用率。

圖2 組合干擾技術(shù)流程圖

2.2 干擾體制

2.2.1 攔阻式干擾

攔阻式干擾[10]就是在某一頻段上同時(shí)釋放干擾信號(hào)，對(duì)該頻段上的所有信道進(jìn)行全面壓制的一種干擾方式。攔阻式干擾按頻譜疏密程度可以分為連續(xù)攔阻式干擾和梳狀攔阻式干擾。

掃頻連續(xù)攔阻式干擾如式(8)所示。

(8)

式中：v(t)為鋸齒波信號(hào)：

(9)

式中：J為鋸齒波幅值；Ts為鋸齒波周期；ω0為載波頻率；k為調(diào)頻靈敏度。

梳狀攔阻式干擾如式(10)所示。

(10)

式中：φn在[0,2π]上均勻分布。

從圖3可以看出，梳狀攔阻式干擾比全頻段攔阻式干擾功率更為集中，同時(shí)梳狀攔阻式干擾具有梳狀的干擾間隔。作為干擾方，可以利用預(yù)先設(shè)定的干擾間隔進(jìn)行偵察，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)“人在回路”末制導(dǎo)武器的前向鏈路信號(hào)。

圖3 攔阻式干擾仿真圖

攔阻式干擾的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需復(fù)雜的頻率引導(dǎo)設(shè)備就能對(duì)某一波段范圍內(nèi)的武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)實(shí)施壓制干擾。

攔阻式干擾的缺點(diǎn)：需要很高的干擾功率，干擾效率不高，造成能量浪費(fèi)，可能同時(shí)阻斷己方通信鏈路，干擾偏離最佳干擾樣式。

2.2.2 瞄準(zhǔn)式干擾

瞄準(zhǔn)式干擾是指干擾的載頻與信號(hào)頻率重合，或者干擾信號(hào)和通信信號(hào)的頻譜寬度相同，因此對(duì)于瞄準(zhǔn)式干擾來(lái)說(shuō)，要求干擾方掌握目標(biāo)信號(hào)的中心頻率。一般頻率瞄準(zhǔn)式干擾機(jī)的每個(gè)干擾頻率對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的一個(gè)通信信號(hào)頻率實(shí)施干擾。

圖4 頻率瞄準(zhǔn)式干擾系統(tǒng)的組成示意圖

瞄準(zhǔn)式干擾的優(yōu)點(diǎn)：從頻譜的角度來(lái)說(shuō)，針對(duì)某一信號(hào)頻率實(shí)施的瞄準(zhǔn)式干擾是最佳的干擾體制。經(jīng)過(guò)對(duì)通信信號(hào)的分析處理可以選擇最佳干擾樣式進(jìn)行干擾，干擾效率較攔阻式干擾大大提高。

瞄準(zhǔn)式干擾的缺點(diǎn)：只能干擾某一確定的通信信道且對(duì)偵察處理設(shè)備要求高。

2.2.3 靈巧式干擾

武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈前向鏈路信號(hào)幀結(jié)構(gòu)如圖5所示。

武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈傳輸信息采用了嚴(yán)格的封裝格式，其中同步序列不僅關(guān)系著接收方有效實(shí)現(xiàn)同步，而且是有效接收數(shù)據(jù)鏈傳輸信息的重要標(biāo)志之一。作為干擾方可以在干擾引導(dǎo)的基礎(chǔ)上選擇合適干擾時(shí)機(jī)，集中干擾功率，瞄準(zhǔn)武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈幀同步發(fā)射干擾信號(hào)。

圖5 武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈幀結(jié)構(gòu)示意圖

靈巧式干擾的優(yōu)點(diǎn)：只干擾數(shù)字序列的關(guān)鍵字段，干擾功率更為集中，干擾效率高、效果好。

靈巧式干擾的缺點(diǎn)：偵察處理階段不僅需要對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行濾波、解調(diào)，還需要對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行幀同步盲識(shí)別等處理，導(dǎo)致干擾引導(dǎo)時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3 干擾功率分析

干擾功率是決定干擾成功的重要因素。由于實(shí)際干擾裝置的工程實(shí)現(xiàn)和成本等限制，干擾功率不可能做到無(wú)限大。集中有限的干擾功率和合理分配干擾功率對(duì)干擾的成功實(shí)現(xiàn)起著決定性的作用。要想成功實(shí)施干擾，需要滿(mǎn)足接收端機(jī)接收到的干擾機(jī)發(fā)射功率大于接收端接收到的機(jī)載吊艙發(fā)射功率。

Prs+10lg(J/S)≤Prj

(11)

式中：Prs是接收端接收到的載機(jī)吊艙發(fā)射的功率；Prj為接收端接收到的干擾機(jī)發(fā)射功率；10lg(J/S)是成功干擾的干信比要求?？紤]到傳輸路徑損耗和旁瓣干擾等因素。將式(11)代入式(7)中，得到發(fā)射功率關(guān)系式。

(12)

圖6 “人在回路”武器運(yùn)動(dòng)模型

載機(jī)與空地導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)距離和干擾機(jī)與空地導(dǎo)彈實(shí)時(shí)距離可以由式(13)和式(14)表示。

(13)

(14)

在實(shí)際作戰(zhàn)中由于開(kāi)始階段干擾引導(dǎo)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)參數(shù)有限，會(huì)導(dǎo)致干擾偏離最佳干擾樣式，同時(shí)攔阻式干擾的干擾頻譜不均勻等問(wèn)題也會(huì)增加干擾機(jī)的干擾功率，給實(shí)時(shí)壓制性干擾提供難度。值得欣慰的是，對(duì)空地導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈干擾時(shí)，由于空地導(dǎo)彈的作戰(zhàn)任務(wù)造成的必然結(jié)果是彈載數(shù)據(jù)鏈開(kāi)啟時(shí)是位于我方防區(qū)內(nèi)，這就給我方對(duì)其干擾提供了一定的距離優(yōu)勢(shì)，可以節(jié)省我方發(fā)射功率6 dB，給我方實(shí)施梳狀攔阻式干擾提供了可能性。

(15)

2.4 干擾波形優(yōu)化

武器制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈前向鏈路信號(hào)的調(diào)制方式多為相移鍵控(PSK)。本節(jié)對(duì)M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)設(shè)計(jì)最佳干擾波形。

MPSK信號(hào)波形可以表示為：

(16)

因?yàn)镸PSK信號(hào)存在正交特性，不失一般性，此處只對(duì)I支路信號(hào)分析，經(jīng)過(guò)相干解調(diào)和低通濾波器后判決信號(hào)輸出為式(17)，詳細(xì)過(guò)程在文獻(xiàn)[12-15]中有詳細(xì)推導(dǎo)，此處只給出結(jié)果。

(17)

(18)

均值為：

(19)

方差為：

(20)

式中n1為噪聲單邊帶功率譜密度。

當(dāng)發(fā)送第一個(gè)狀態(tài)sx1的錯(cuò)誤接收概率為：

(21)

當(dāng)發(fā)送最后一個(gè)狀態(tài)sxk的錯(cuò)誤接收概率為：

(22)

當(dāng)發(fā)送其他狀態(tài)sxm的錯(cuò)誤接收概率為：

(23)

所以當(dāng)k個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送概率相同時(shí)：

(24)

同理可得出Q路信號(hào)錯(cuò)誤接收概率：

(25)

符號(hào)傳輸總的錯(cuò)誤接收概率為：

(26)

2.5 干擾時(shí)間分析

干擾所需的總時(shí)間由下式給出：

t總=t截獲+t分析+t干擾+t傳輸

(27)

時(shí)域特性對(duì)干擾信號(hào)是至關(guān)重要的，顯然，對(duì)不工作的對(duì)象發(fā)送干擾信號(hào)是徒勞無(wú)功的。要想成功實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)的干擾，必須在其通信的時(shí)間進(jìn)行干擾。干擾信號(hào)的時(shí)域特性滿(mǎn)足下式：

(28)

式中:d1是載機(jī)與導(dǎo)彈之間的直線(xiàn)距離；d2是干擾設(shè)備與空地導(dǎo)彈之間的直線(xiàn)距離；d3是干擾設(shè)備與載機(jī)之間的直線(xiàn)距離；Tp是干擾機(jī)的反應(yīng)時(shí)間，包含偵察和干擾時(shí)間；η為信號(hào)周期中未受到干擾的時(shí)間所占的比例，數(shù)值越小，干擾效果越好；T是信號(hào)周期。

要想干擾時(shí)域?qū)?zhǔn)，需要根據(jù)干擾設(shè)備、載機(jī)、空地導(dǎo)彈三方之間的位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，計(jì)算出干擾信號(hào)相較通信信號(hào)的傳輸時(shí)延，以確定發(fā)射干擾信號(hào)時(shí)間的提前量。

靈巧式干擾和頻率瞄準(zhǔn)式干擾都要求根據(jù)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)的變化實(shí)時(shí)地調(diào)整干擾信號(hào)。實(shí)際情況中，當(dāng)發(fā)射干擾的功率相對(duì)較大時(shí)，必然會(huì)造成頻譜泄露，導(dǎo)致接收機(jī)接收到的信號(hào)全是雜波。為避免偵察處理階段受到干擾信號(hào)的影響，采用時(shí)間分割法將偵察和干擾分開(kāi)，在幾百微秒至幾毫秒的時(shí)間接收信號(hào)，在幾百毫秒至數(shù)秒發(fā)射修正過(guò)的干擾信號(hào)，這樣可實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)頻率的重合，確保干擾信號(hào)與通信信號(hào)有效的同步，時(shí)間分割法的關(guān)鍵在于干擾時(shí)機(jī)的選擇。

對(duì)靈巧式干擾來(lái)說(shuō)，幀周期和同步序列長(zhǎng)度的確定直接決定著干擾能否成功實(shí)現(xiàn)。假設(shè)干擾信號(hào)和前向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)之間的時(shí)鐘偏差為σ，前向數(shù)據(jù)鏈信號(hào)幀長(zhǎng)為L(zhǎng)，同步序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)t，靈巧式干擾脈沖長(zhǎng)度為L(zhǎng)J。

幀長(zhǎng)估計(jì)誤差導(dǎo)致干擾維持同步的時(shí)間縮短為:

(29)

為避免每過(guò)一段時(shí)間就要從頭開(kāi)始搜索幀結(jié)構(gòu)中的同步序列，將干擾序列的長(zhǎng)度適當(dāng)加長(zhǎng)來(lái)增加同步干擾的維持時(shí)間。

3 仿真分析

為了驗(yàn)證組合干擾技術(shù)的可行性，下面進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

3.1 干擾樣式仿真

實(shí)驗(yàn)1：不同干擾樣式對(duì)QPSK信號(hào)干擾效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：調(diào)制方式為QPSK調(diào)制，解調(diào)方式為相干解調(diào)，碼速率40 kbit/s；圖8中信噪比為5 dB;圖9中信噪比為10 dB；干信比的范圍為[-10 15] dB。

圖8和圖9的仿真結(jié)果說(shuō)明在不同的信道環(huán)境下，相似信號(hào)干擾樣式對(duì)QPSK信號(hào)的干擾效果最為顯著。雖然在干信比較低的情況下單音干擾產(chǎn)生的誤比特率曲線(xiàn)的斜率最大，但是單音干擾的信號(hào)單一，不具有隨機(jī)性，很容易被接收方發(fā)現(xiàn)并濾除。相似干擾信號(hào)是根據(jù)通信信號(hào)的調(diào)制特點(diǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生，在時(shí)域上是隨機(jī)的。因此相似干擾信號(hào)具有一定的偽裝性，不易被接收機(jī)發(fā)現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)2：相似信號(hào)干擾的理論誤比特率與仿真誤比特率比較實(shí)驗(yàn)。

表1 干擾樣式幅度向量表

表2 不同干擾環(huán)境下的干信比和信噪比

圖8 信噪比為5 dB不同干擾樣式的干擾效果

圖9 信噪比為10 dB不同干擾樣式的干擾效果

令相似信號(hào)的干信比和信噪比由式(30)和式(31)表示:

(30)

(31)

經(jīng)計(jì)算，相似信號(hào)的誤比特率為：

(32)

通過(guò)圖10的仿真結(jié)果可以看到，隨著干信比的增加，理論誤比特率曲線(xiàn)隨之上升，最后穩(wěn)定在0.5；同時(shí)仿真誤比特率離散點(diǎn)也在理論誤比特率曲線(xiàn)周?chē)▌?dòng)，并隨著碼元數(shù)增多逐漸與理論誤比特率曲線(xiàn)重合，說(shuō)明文中理論推導(dǎo)與實(shí)際情況相符。

圖10 仿真誤比特率曲線(xiàn)與理論誤比特率曲線(xiàn)比較

圖11 相似信號(hào)干擾在不同信道環(huán)境下的干擾效果

圖11給出了在不同信道環(huán)境下相似信號(hào)干擾對(duì)QPSK信號(hào)干擾效果。在不同信噪比下，隨著相似信號(hào)干擾的功率增加，系統(tǒng)的誤比特率不斷增加。在相同的干信比下，隨著信噪比的增大，系統(tǒng)的誤比特率隨之減小。從仿真結(jié)果中可以直觀(guān)地發(fā)現(xiàn)當(dāng)接收端干信比達(dá)到3 dB時(shí)，即達(dá)成對(duì)系統(tǒng)成功干擾的要求。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的計(jì)算仿真，證明相似信號(hào)干擾是組合干擾技術(shù)的最佳干擾樣式。

3.2 干擾功率仿真

實(shí)驗(yàn)3:傳輸損耗、旁瓣干擾、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性對(duì)組合干擾技術(shù)發(fā)射功率影響實(shí)驗(yàn)。

將目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程(13)、方程(14)代入式(12)中得到組合干擾技術(shù)理論發(fā)射功率曲線(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：前向鏈路工作頻段寬度為10 MHz，接收機(jī)帶寬為50 kHz。前30 s采用梳狀攔阻式干擾，干擾樣式為直接噪聲干擾；30～40 s采用瞄準(zhǔn)式干擾，干擾樣式為相似信號(hào)干擾；40～50 s采用靈巧式干擾，干擾樣式為相似信號(hào)干擾；干信比要求3 dB。數(shù)據(jù)鏈開(kāi)啟時(shí)，載機(jī)距離空地導(dǎo)彈52.6 km，干擾機(jī)距離空地導(dǎo)彈24 km，設(shè)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)彈的天線(xiàn)始終對(duì)準(zhǔn)載機(jī)方向。導(dǎo)彈速度取亞音速300 m/s。機(jī)載數(shù)據(jù)鏈吊艙發(fā)射功率為50 W。載機(jī)發(fā)射天線(xiàn)增益為8 dBi，導(dǎo)彈接收天線(xiàn)主瓣增益13 dBi，旁瓣等效增益為-3 dBi。干擾機(jī)發(fā)射天線(xiàn)主瓣增為16 dBi。

圖12 組合干擾技術(shù)發(fā)射功率隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

由圖12可見(jiàn)，成功干擾所需最小功率曲線(xiàn)隨干擾接入時(shí)間增加而減小。圖中在30 s和40 s時(shí)出現(xiàn)的兩次跳變，主要是因?yàn)樾赂蓴_體制的接入極大地降低了成功干擾時(shí)對(duì)干擾功率的需求。

實(shí)驗(yàn)4：靈巧式干擾與頻率瞄準(zhǔn)式干擾的干擾效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：信號(hào)載頻fc為60 MHz；采樣率為fs為4fc；碼速率為40 kbit/s；調(diào)制方式為QPSK；信噪比為10 dB；同步序列選擇長(zhǎng)度是256 bit的偽隨機(jī)序列；其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)3一致。

圖13 靈巧式干擾與瞄準(zhǔn)式干擾的干擾效果

圖13給出了在相同發(fā)射功率下，頻率瞄準(zhǔn)式干擾和對(duì)同步字段靈巧式干擾的干擾效果對(duì)比。除個(gè)別點(diǎn)外，隨著靈巧式干擾的干擾序列長(zhǎng)度增加，靈巧式干擾的干擾效果逐漸變差。

3.3 干擾時(shí)間仿真

實(shí)驗(yàn)5：干擾機(jī)位置對(duì)干擾傳輸時(shí)延的影響實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)式(27)和式(28)可以求出干擾信號(hào)相對(duì)通信信號(hào)實(shí)時(shí)的傳輸時(shí)延。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：數(shù)據(jù)鏈開(kāi)啟時(shí)，載機(jī)距離空地導(dǎo)彈52.6 km，干擾機(jī)距離空地導(dǎo)彈24 km，導(dǎo)彈速度取亞音速300 m/s。設(shè)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)彈的天線(xiàn)始終對(duì)準(zhǔn)載機(jī)方向。載機(jī)在特定位置盤(pán)旋，干擾機(jī)位置固定，電波傳播速度為光速。

圖14 干擾信號(hào)傳輸時(shí)延隨導(dǎo)彈距目標(biāo)距離變化曲線(xiàn)

圖14給出了導(dǎo)彈在不同距離時(shí)干擾信號(hào)對(duì)比通信信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸時(shí)延。由于導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方向始終是對(duì)準(zhǔn)我方目標(biāo)，所以隨著時(shí)間的增加，導(dǎo)彈與載機(jī)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，與我方干擾機(jī)的距離越來(lái)越近，使我方干擾信號(hào)傳輸時(shí)延隨導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)逐漸減小，從而說(shuō)明我方對(duì)比通信方具有一定的距離優(yōu)勢(shì)，同時(shí)文中的理論推導(dǎo)也是符合實(shí)際情況的。

實(shí)驗(yàn)6：基于時(shí)間分割法的同步干擾維持時(shí)間實(shí)驗(yàn)

設(shè)“人在回路”武器搭載的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的開(kāi)始時(shí)間為1 min左右，靈巧式干擾持續(xù)時(shí)間在10 s左右，從圖15的仿真結(jié)果可以看出，干擾序列長(zhǎng)度選擇為同步序列長(zhǎng)度的1.5倍即可維持足夠長(zhǎng)的同步干擾時(shí)間。有效防止了因?yàn)楦蓴_信號(hào)失同步，不得不重新搜索幀結(jié)構(gòu)中的同步序列所造成的不必要的時(shí)間浪費(fèi)。對(duì)于頻率瞄準(zhǔn)式干擾來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘的偏差不會(huì)造成干擾信號(hào)失同步。干擾機(jī)只需要在微秒級(jí)的時(shí)間段內(nèi)迅速進(jìn)行頻率的校正，在數(shù)百毫秒乃至數(shù)秒時(shí)間對(duì)準(zhǔn)彈載數(shù)據(jù)鏈吊艙發(fā)射干擾信號(hào)，即可成功達(dá)到干擾效果。

圖15 靈巧式干擾同步維持時(shí)間

4 結(jié)論

文中著眼于對(duì)“人在回路”末制導(dǎo)武器干擾方法的實(shí)現(xiàn)可行性和戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用性，提出了一種組合干擾技術(shù)。在數(shù)據(jù)鏈開(kāi)啟初期，針對(duì)前向鏈路信號(hào)突發(fā)性的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了梳狀攔阻式干擾，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)前向鏈路信號(hào)蹲守式干擾；為了解決干擾引導(dǎo)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，通過(guò)“時(shí)分復(fù)用”的方式接入瞄準(zhǔn)式干擾和靈巧式干擾，提高了時(shí)間利用率和干擾效率；為了分析目標(biāo)運(yùn)動(dòng)性產(chǎn)生的干擾距離變化和干擾信號(hào)旁瓣進(jìn)入等影響，搭建了系統(tǒng)模型，理論分析證明了干擾的可行性；為了解決基于時(shí)間分割法的偵察過(guò)程造成靈巧式干擾失同步的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了靈巧式干擾脈沖長(zhǎng)度。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了組合干擾技術(shù)的有效性。