中国指挥与控制学会会刊 
海上编队担负着大量的日常巡航、跟监警戒、演训和作战等任务,其机动范围从近海到远海,部署位置持续变化,舰船承载的大量信息化用频装备的信号传播范围可能覆盖海洋、大陆沿海和岛屿等多种地理环境。当前,各国不断加强电子侦察力量,利用地面侦察站、海洋监视船、电子侦察机、高空飞艇、电子侦察卫星等多平台电子侦察装备,构建了陆海空天全方位立体侦察体系[1-4],对海上编队用频装备的电磁信号安全构成了重大威胁。因此,如何有效防止用频过程中电磁频谱参数泄露,确保海上编队安全用频成为目前亟待解决的问题。
对用频装备电磁频谱参数安全风险进行监测、评估与预警,可降低用频装备电磁频谱参数泄露风险。针对此问题,张余、柳永祥等[5-8]对用频装备电磁频谱参数泄露机理进行了分析,研究了电磁频谱参数泄露的模式、途径、原因、内容和危害等,以定性的方式提出防泄露方法;周学全[9]提出通过全程测评频谱安全状态的方式防范电磁频谱参数泄露;吴昊、徐平[10-11]以行业风险评估中的半定量评估方式对电磁频谱参数泄露风险进行评估;颜军[12]以电播传播能量衰减为依据获得电磁频谱参数泄露概率;乔晓强[13]以电波传播预测为基础的定量评估方式对电磁频谱参数泄露风险进行评估。首先,风险评估的过程是一个非静态过程,因此,需要考虑用频过程中用频方和侦收方发生的各种动态变化;其次,用频方和侦收方均受所处地理环境的影响;再次,各用频装备在技术体制和技术参数上具有较大差异;因此,风险评估要能够给出定量的评估结果,风险评估模型应将上述这些因素都考虑进去。目前,缺少一套科学的电磁频谱参数泄露风险分析方法来支撑海上编队作战任务开展。
针对上述问题,本文提出了基于不规则地形电波传播预测的电磁频谱参数泄露风险定量分析方法,以电子战接收机的工作性能为依据划分了电磁频谱参数泄露风险等级,以数字高程模型为基础,利用不规则地形电波传播模型预测了用频装备的电波传播,研究了在“四域”中电磁频谱参数泄露风险分析的内容和方法,实现了海上编队用频装备电磁频谱参数泄露风险定量分析和风险等级评估。仿真实验表明,该方法是一种对大部分用频装备普遍适用的、可操作性和实时性强的定量分析方法,能够在实际编队任务中起到有效的辅助支撑作用。
1 定量分析方法流程
基于不规则地形电波传播预测的电磁频谱参数泄露风险定量分析方法的流程如图1所示。
1.1 分析电磁频谱参数泄露机理
电磁频谱参数泄露实质是用频装备的电磁频谱参数以电磁辐射信号的形式传递到敌方电磁信号侦收系统,敌方对侦收截获的电磁辐射信号进行分析,从中获取用频装备的地理位置、工作方式、频率特征、使用规律等频谱参数,从而对用频装备的电磁频谱参数安全造成巨大威胁,因此,需对用频装备电磁频谱参数泄露的机理进行分析,掌握电磁频谱参数泄露的模式、途径、原因、内容和危害等,为基于不规则地形电波传播预测的电磁频谱参数泄露风险定量分析奠定基础。
1.2 明确威胁来源
各种类型的武器装备都有其作战使用环境,不同的作战使用环境将使其搭载的用频装备面临不同的威胁来源,针对电磁频谱参数泄露风险分析来说,这里的威胁来源是指有能力获取用频装备电磁信号的侦收系统。
海上编队的用频装备开机工作时面临的侦察威胁来源可能包括敌方的地面侦察站、海洋监视船、电子侦察机和电子侦察卫星等电子侦察系统, 明确威胁来源就需要有“威胁来源实时情报支撑”,这是参数泄露风险分析需要的重要支撑之一,借此可获取侦收方的情报信息,尤其是海洋监视船、战舰、电子侦察飞机和电子侦察卫星等移动平台的位置预报,这需要己方侦察机、成像侦察卫星、电子侦察卫星及其他侦察手段通过信息融合为海上编队提供实时情报,在基于“用频装备实时参数信息支撑”的空、频、能域分析后,结合威胁来源在时域上判断参数泄露风险等级。
1.3 选定电波传播模型
海上电波传播与陆上电波传播不同,主要表现在两个方面[14-15]:(1)海水蒸发造成海面上垂直大气环境的显著变化,进而改变大气对电波的折射方式,影响电波传播的路径和场强,即蒸发波导现象;(2)海水表面边界对电波的反射与散射,造成直射波与反射和散射波的干涉,影响电波场强空间分布。这些特点决定了海上编队用频装备电磁信号传播模型与陆地电波传播模型和自由空间传播模型有较大区别,需要选用有针对性的电波传播模型才能进行有效的电磁频谱参数泄露风险分析。目前可用的海上电波传播模型主要包括部分ITU-R通用电波传播模型、陆地信道模型的简单扩展、Longley-Rice信道模型以及考虑复杂大气环境的抛物方程模型。
(1)ITU(international telecommunication union)模型
ITU-R建议书是由国际电联无线电通信部门制定的一套国际技术标准,其中提供了诸多无线电传播模型,按其实际操作使用类型,可以归纳为三类:一是基于经验预测方法得到的离散预测曲线,如ITU-R P.1546建议书[16],使用时,需要根据实际情况进行参数拟合,寻找一条与实际情况最贴近的预测曲线进行传播预测,其缺点是预测不够精确,针对性不强;二是基于确定性预测方法得到的预测模型,如ITU-R P.1812建议书[17],该模型在反射、绕射和折射计算时考虑了地形剖面因素,可以得到比较准确的电波传播预测结果,但缺点是其适用的频率覆盖范围为UHF~VHF频段,若计算其他频段,需更换预测模型;三是基于半经验半确定性预测方法得到的通用模型,如ITU-R P.2001建议书[18],该种方法虽然有较宽的频率适用范围,但是模型中的电波气候地带只概略区分陆地、沿海与海洋,不具备不规则地形的针对性计算。
(2)Okumura-Hata模型
Okumura-Hata模型源自Hata对Okumura 模型的修正,根据 Okumura 模型的基本场强中值曲线,通过曲线拟合,提出了传播损耗的经验公式。该模型适用的电波气候地带分为郊区、开阔地、准开阔地、农村和丘陵,其主要电波传播特性预测目标区域为陆地区域,针对海上电波传播预测,可使用开阔地预测模型[19]。可见,Okumura-Hata模型具有一定的通用性,但没有考虑地形、地面电特性的影响。
(3)Longley-Rice模型
Longley-Rice模型以传播理论为依据,同时结合了数千组实测数据[20],因此其为半经验预测模型。该模型预测损耗值的计算基于不同传播范围[21]:①在视距内,以反射传播机制为主,用双线模型计算;②在超视距,以衍射传播机制为主,用刀刃模型计算;③对于更远距离(大大超出地平线),以前向散射传播机制为主。1982年,George Hufford基于Longley-Rice模型对点对点和点对面计算进行了统一处理[22],形成了更适合计算机运算的ITS(institute for telecommunication sciences)不规则地形预测模型[23](the irregular terrain model, ITM),模型给出了参考衰减值的计算公式及不同环境下相关修正因子,综合考虑了多种影响因素,包括频率、不规则地形参数、收发天线高度、收发天线位置标准、收发信机之间的距离、地面折射率、气候类型(7种)、极化方式等,适用20~40 GHz频段、1~2 000 km路径长度,且模型计算量适中,分析实时性较高。
(4)抛物方程模型
抛物型方程模型(parabolic equation model, PEM)是一种确定性预测方法,利用折射率变化求解电磁波传播,即分步Fourier算法。该方法不仅能给出电磁波前向波的解,还能够有效模拟电磁波在不均匀大气中的传播,计算出空间各点电磁场的分布。在此基础上,考虑地形高度的影响,McArthur、Barrios发展了地形抛物型方程模型(terrain parabolic equation model, TPEM)。该模型采用分步递推的方法,特别有利于产生雷达威力图[24],可以获得传播路径上任意高度和距离的电磁场值,近年来,抛物方程方法常被用来进行大气波导条件下的电波传播预测,但是计算过程相对复杂且较为耗时,分析实时性较低。
综上所述,在海上电波传播预测中,综合考虑频率范围、不规则地形、参数设置精细度、计算实时性要求等因素,宜选择基于Longley-Rice模型的ITM模型。
此外,若考虑海上的地空电波传播预测,可以参考ITU相关模型进行综合分析计算,如ITU-R P.618建议书和ITU-R P.680建议书等,本文不做考虑。
1.4 选定数字高程模型
当海上编队用频装备的电磁信号的传播方式为地波传播时,电波传播路径在海上或从海上传播变为陆上传播,该地波传播均为不规则地形传播模式。不规则地形传播计算中需要考虑实际地形情况,因为传播路径上地形的类型、起伏的形状、海拔高度等因素都会对信号传播产生不同的影响,所以,必须要有数字高程模型(digital elevation model, DEM)辅助支撑传播计算。DEM是地形起伏的数字描述,模型的选择需要满足覆盖周边海域及岛屿陆地、模型精度较高等要求,才能够在电磁信号传播预测中获得精度较高的结果。例如,美国地质调查局和国家地理空间情报局于2010年推出了全球多分辨率地形高程数据(global multi-resolution terrain elevation data, GMTED2010),在全球陆地区域提供30弧秒、15弧秒、7.5弧秒三种分辨率DEM数据,相当于1 km、500 m、250 m分辨率的DEM数据[25],均方根误差范围分别为25~42 m、29~32 m、26~30 m,是目前可公开获取的分辨率较高的全球范围DEM数据。GMTED2010产品除了采用多分辨率外,还建立了包括最小高程、最大高程、平均高程等的7种高程产品,通用数据格式包括全局光栅数据和切片光栅数据2种。
1.5 明确编队用频装备工作参数
海上编队的规模和构成由任务内容决定,如某次海上任务的某航母战斗群由一艘航母、三艘驱逐舰和两艘护卫舰共6艘舰艇构成,编队阵型如图2所示,各舰和航母部署了各类通信系统、警戒探测系统、武器火控系统、舰船导航系统、电子战系统等。用频装备的工作频段、信号辐射功率、天线类型、指向、高度等参数都不尽相同,在进行电波传播预测时均需要明确,甚至编队执行任务时所处地域的地理气候等外在变量因素也要予以明确,这就需要有“用频装备实时参数信息支撑”,这是参数泄露风险分析需要的另一个重要支撑。参数泄露风险分析系统需要与己方舰船的用频装备深度结合,除了掌握舰船用频装备的基本技术参数,还需获取用频装备实时反馈的变化的参数,如坐标、工作频率、发射功率、天线工作模式、方位、俯仰等,用实时参数计算信号传播预测,进行空、频、能域的参数泄露风险分析,进而形成时域分析结果。
1.6 设置参数泄露风险等级
海上编队在执行任务的过程中,用频装备不可避免地向周边辐射电磁信号,虽然面临多种侦察威胁来源,一直保持电磁静默并不是科学的方法,这样只能因噎废食。需要依据电磁频谱参数泄露风险的定量分析对风险等级进行等级划分,明确每个等级的参数泄露风险,使编队电磁频谱管理人员实时掌握当前电磁信号辐射情况,并做出适当的用频决策。
电子侦察系统通过对辐射源辐射信号的截获和处理,达到目标侦察的目的。信号截获是指目标信号的能量可以被电子侦察系统有效检测。参数泄露风险等级评估的依据参量应当为侦察接收系统所截获的经过传播衰减的用频装备信号辐射功率,即将侦察接收系统的接收灵敏度作为等级划分依据。因此,我们可以将现代电子战接收机的侦收灵敏度作为参考,对频谱参数泄露风险等级进行设置。常规软件无线电接收机和射频数字化接收机灵敏度可统一表示为
$ S=-174+101 \mathrm{~g} B W+N F+S / N$
其中,S为接收机灵敏度,单位为dBm;BW为接收机带宽(分析带宽),单位为Hz;NF为接收机噪声系数,单位为dB;S/N为所需信噪比,单位为dB。
在实际使用中,为了达到更好的接收目的,常需要调节电子战接收机的工作模式和信号分析带宽,接收机的灵敏度也随之发生变化,在不同的组合时,接收机灵敏度变化如表1所示。
表1 工作模式与分析带宽组合变化时的灵敏度[26]Tab.1 Sensitivity of different operating mode and signal analysis bandwidth |
| 接收机灵敏度 | 信号分析带宽/kHz | |||
|---|---|---|---|---|
| 25 | 12.5 | 6.25 | 3.125 | |
| 大动态模式/dBm | -90.8 | -93.8 | -96.8 | -99.8 |
| 常规模式/dBm | -105 | -108 | -111 | -114 |
| 高灵敏度模式/dBm | -113 | -116 | -119 | -122 |
综合考虑不同工作模式和分析带宽的灵敏度,以及用频装备的射频信号在经过传播衰减后的信号强度,可设置参数泄露风险等级由低至高如表2所示。
表2 参数泄露风险等级设置Tab.2 Parameter leakage risk level setting |
| 参数泄露 风险等级 | 等级名称 | 传播衰减后的 信号强度/dBm |
|---|---|---|
| 1级 | 弱风险 | < -125 |
| 2级 | 低风险 | -125~-116 |
| 3级 | 中风险 | -115~-106 |
| 4级 | 高风险 | -105~-91 |
| 5级 | 极高风险 | ≥ -90 |
(1)1级——弱风险
目前,侦察接收机的接收灵敏度不断提高,最高侦收灵敏度能达到-120 dBm左右。小于-125 dBm的信号辐射强度,即使对于工作在高灵敏度模式下使用最小分析带宽的侦察接收机也相对较弱,不易被侦察接收,因此,用频装备的参数泄露风险较弱。
(2)2级——低风险
工作在高灵敏度模式下的侦察接收机以较小的分析带宽能够侦收到该级别强度的射频信号,但通常侦察接收机使用25 kHz分析带宽,因此,可能会对用频装备构成一定威胁,但参数泄露风险处于较低水平。
(3)3级——中风险
在常规模式下工作的侦察接收机基本上都能够侦收到该级别强度的射频信号,但如果侦察接收机工作在大动态模式下,则可能侦收不到这个强度范围的信号,因此,综合来说,参数泄露处于中风险水平。
(4)4级——高风险
在大动态模式下工作的侦察接收机以较小的分析带宽能够侦收到该级别强度的射频信号,对于使用25 kHz常规分析带宽的侦察接收机则可能侦收不到这个强度范围的信号,但参数泄露风险水平已经比较高了。
(5)5级——极高风险
在任何模式下工作的侦察接收机基本上都能够侦收到该级别强度的射频信号,这对用频装备的参数威胁极大,因此,泄露风险为极高水平。
1.7 分析“四域”电磁频谱参数泄露风险
对侦察威胁来源来说,电子侦察系统能够截获辐射源的辐射信号,需要在空域、能量域、频域、时域这“四域”上对侦察目标信号实施有效覆盖。对用频装备来说,以电波传播预测的方式分析参数泄露风险时,也必须立足于“四域”进行分析。
空域分析中,需研究编队所处的海域位置、侦察威胁来源的类型和位置、用频装备的天线高度和类型等对电波传播的影响;能量域分析中,需研究各种用频装备不同的信号发射功率对电波传播的影响;频域分析中,需研究工作在不同频段的用频装备的电波传播的差异;时域分析是一个动态的分析过程,具体是指在海上编队日常巡航、跟监警戒、演训和作战行动的过程中,研究用频装备的电波传播预测。在分析过程中,需要综合考虑三个“变化”,并且在两个“支撑”下进行空、频、能三域分析,才能有效实时地对编队电磁频谱参数泄露风险进行时域分析。其中,三个“变化”是指用频方及侦收方位置的变化、用频装备开关机的变化及单个用频装备工作模式的变化;两个“支撑”是指若要在编队行动过程中实现三个“变化”的实时掌握,必须要有威胁来源实时情报支撑和用频装备实时参数信息支撑。
2 参数泄露风险仿真分析
本文应用1.3节所述的ITS的ITM模型结合1.4节所述的GMTED2010,对电磁频谱参数泄露风险进行空、频、能、时“四域”仿真分析,其中,GMTED2010使用7.5弧秒分辨率数据,可以提供较高精度的海上电波传播预测结果,如果对传播预测实时性要求较高,可选用低分辨率数据,但同时在复杂地形下的预测精度也会相应降低。
2.1 空域分析
(1)不同地形的影响
电波传播的不规则地形路径可能完全在海面上,也可能是海面与陆地的组合,这要视侦察威胁来源的类型而定。场景想定:单艘舰船沿某海岸航行,此时侦察威胁来源为岸基侦察系统。实验条件设置如表3所示。
表3 受地形影响的传播预测条件设置Tab.3 Setting of propagation prediction influenced by terrain |
| 发射站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 信号频率/ MHz | 发射功率/ W | 最大预测范围/ km |
| 25.06 | 120.6 | 各向同性 | 10 | 1900 | 25 | 100 | |
| 侦收站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 接收灵敏度/ dBm | 高程/ m | 气候类型 |
| 24.76 | 121.1 | 各向同性 | 10 | -125 | 163 | 亚热带海洋 |
此外,在同等距离下,上述两种情况的电波传播损耗均比自由空间传播损耗要高很多,如图3(c)所示,若只将信号传播认定为自由空间传播,则信号强度始终高于-90 dBm,即极高风险(5级泄露风险),而实际情况不同,在海面传播时,当传播距离分别约为6.9 km、13.4 km、19.5 km和26.4 km时,信号强度分别衰减了4个风险级别。
(2)天线高度的影响
天线高度是天线与地面的垂直距离即天线挂高,其与载体高度有关,如驱逐舰的发射机天线挂高为20~40 m,航空母舰的发射机天线挂高可达50~70 m,不同的天线高度会对电波传播产生不同的影响,在传播预测时也要予以考虑。
场景想定:分别选取了实际中常用的4种发射机天线高度和5种接收机天线高度,侦收站为海上侦察船。实验条件设置如表4所示。
表4 受天线高度影响的传播预测条件设置Tab.4 Setting of propagation prediction influenced by antenna height |
| 发射站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 信号频率/ MHz | 发射功率/ W |
| 25.35 | 120.18 | 各向同性 | 20,35,50,65 | 2 500 | 50 | |
| 侦收站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 接收灵敏度/ dBm | 高程/ m |
| 25.24 | 121.01 | 各向同性 | 5,20,35,50,65 | -125 | 0 |
图4 发射机和接收机天线不同高度的传播预测Fig.4 Propagation prediction of different transmitter antenna heights and receiver antenna heights |
表5 发射机和接收机不同天线高度时信号衰减到-125 dBm的预测范围Tab.5 -125 dBm propagation prediction range with different transmitter antenna heights and receiver antenna heights 单位:km |
| 发射天线 高度/m | 接收天线高度/m | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 20 | 35 | 50 | 65 | |
| 20 | 44.29 | 55.36 | 61.33 | 65.59 | 69.85 |
| 35 | 50.25 | 61.33 | 67.29 | 71.55 | 75.81 |
| 50 | 54.51 | 65.59 | 71.55 | 76.66 | 80.07 |
| 65 | 58.77 | 69.85 | 75.81 | 80.07 | 84.33 |
场景想定:舰船航行通过G海峡时,途经海峡北部2岛和南部1岛,岛上分别部署A、B、C三个侦收站。实验条件设置如表7所示。
表7 受天线类型影响的传播预测条件设置Tab.7 Setting of propagation prediction influenced by antenna type |
| 发射站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 信号频率/ MHz | 发射功率/ W | 最大预测 距离/km |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 26.00 | 125.40 | 正东 | 30 | 300 | 1 000 | 300 | |
| 侦收站 | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 接收灵敏度/ dBm | 高程/ m | 气候类型 |
| A站 | 26.374 3 | 126.764 | 各向同性 | 20 | -125 | 263 | |
| B站 | 26.126 1 | 127.704 6 | 各向同性 | 20 | -125 | 140 | 亚热带海洋 |
| C站 | 24.761 8 | 125.326 | 各向同性 | 20 | -125 | 73 |
由图6可见,由于八木天线的主瓣指向正东,A站和B站均位于天线主瓣辐射范围内,A站可获得略高于-90 dBm辐射强度的信号,B站可获得约-105 dBm辐射强度的信号,而C站虽然距发射站的直线距离为三者最近,但是由于其恰好位于八木天线的零陷方向,因此,只能获得十分微弱的辐射信号。可见,不同类型的天线在电波传播中有不同的表现,这主要与天线方向特性有关。
2.2 频域分析
海上编队舰船的用频系统通常包括通信系统、警戒探测系统、武器控制系统、导航系统和电子战系统,频率覆盖VHF到Ku各频段,选取其中多个频段的典型用频,为避免其他因素影响,这里假设各用频装备除工作频率外有相同的参数,实验条件设置如表8所示。
表8 受工作频率影响的传播预测条件设置Tab.8 Setting of propagation prediction influenced by frequency |
| 用频装备频段 | 工作频率/GHz | 纬度/(°) | 经度/(°) | 天线方向性 | 天线高度/m | 发射功率/W |
|---|---|---|---|---|---|---|
| UHF频段 | 0.5 | |||||
| L频段 | 1 575.42 | |||||
| S频段 | 2.5 | |||||
| C频段 | 5 | 25.06 | 120.6 | 各向同性 | 30 | 25 |
| X频段 | 10.5 | |||||
| Ku频段 | 14.5 | |||||
| 侦收站 | 高程/ m | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 接收灵敏度/ dBm |
| 163 | 24.76 | 121.1 | 各向同性 | 10 | -125 |
由图7(b)所示,在面对同一个地面侦收站时,发射频率越低,信号到达侦收站时的功率衰减越小,反之,发射频率越高,信号到达侦收站时的功率衰减越大。也就是说,信号频率越低,传播的距离越远,信号频率越高,传播的距离越近。因此,在相同发射功率下,若只从降低参数泄露的角度考虑,每个频段的用频装备应选用相对较高的工作频率。
2.3 能量域分析
通信系统、雷达系统和电子战系统之间的发射功率相差较大,因此,仿真实验只做同类型用频系统的不同发射功率的比较,不做非同类用频系统之间的横向比较。这里选取电子战系统作为分析对象。
参考美海军AN/SLQ-32舰船电子战系统的发射功率和工作频率,并且排除工作频率差异和侦收站地形的影响,实验条件设置如表9所示。
表9 受发射功率影响的传播预测条件设置Tab.9 Setting of propagation prediction influenced by transmitting power |
| 用频系统 | 发射功率/ MW | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 工作频率/ GHz | 最大预测距离/ km |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AN/SLQ-32-1 | 1 | 32.03 | 127.82 | 各向同性 | 30 | 8 | 250 |
| AN/SLQ-32-2 | 0.5 | 32.82 | 126.69 | ||||
| 侦收站 | 高程/ m | 纬度/ (°) | 经度/ (°) | 天线方 向性 | 天线高度/ m | 接收灵敏度/ dBm | 气候类型 |
| 0 | 33.12 | 127.93 | 各向同性 | 30 | -125 | 温带海洋 |
2.4 时域分析
场景想定:红方航母编队包括1航母和两驱两护,从A海域经B海峡,进入C海域;蓝方航母编队包括1航母和两巡两驱,从C海域经B海峡进入A海域。双方最近时相距约70海里。
基于该场景想定,参考前述航母编队阵型,并假设每艘舰船只使用了一个用频装备,设置实验条件如表10所示。
表10 编队传播预测条件设置Tab.10 Setting of propagation prediction of fleets |
| 编队 | 舰船 | 天线 方向性 | 天线高度/ m | 用频装备 | 信号频率/ GHz | 发射功率/ kW |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 红方 航母编队 | 航空母舰 | 70 | 海空协调电台 | 1.5 | 0.25 | |
| 护卫舰1 | 30 | 导航雷达 | 8 | 20 | ||
| 护卫舰2 | 各向同性 | 30 | 敌我识别器 | 1.9 | 0.12 | |
| 驱逐舰1 | 50 | 对海/对空警戒雷达 | 4.5 | 10 | ||
| 驱逐舰2 | 50 | 火控雷达 | 12 | 15 | ||
| 蓝方 航母编队 | 航空母舰 | 70 | 数据链 | 1.2 | 0.2 | |
| 巡洋舰1 | 30 | 火控雷达 | 12 | 20 | ||
| 巡洋舰2 | 各向同性 | 30 | 火控雷达 | 12 | 20 | |
| 驱逐舰1 | 50 | 对海/对空警戒雷达 | 5.4 | 15 | ||
| 驱逐舰2 | 50 | 对海/对空警戒雷达 | 5.4 | 15 |
图9(a)为红蓝两方航母编队航线,分别选取t1、t2、t3时刻对双方电波传播态势进行预测。如图9(b)所示,t1时刻两个编队均已进入对方的信号传播范围内,但由于相距较远,电磁频谱参数泄露风险为弱风险级别,此时,需严密监视并做好用频管控的准备;但是参数泄露风险是空域、频域、能量域和时域共同作用的结果,如图9(c)所示,t2时刻双方距离较近,参数泄露风险等级升高为中风险级别,此时,需对用频装备电磁频谱的使用采取有针对性的管控;如图9(d)所示,t3时刻双方距离较远,参数泄露风险重新降为弱风险以下级别。由于受仿真硬件条件限制,这里只设置了10个用频装备,且天线方向性为各向同性,在实际编队内部,通常每艘舰船会有多个不同类型的用频装备同时工作,其电波传播会受到各用频装备的频率、功率、天线方向性、天线高度等多种因素的影响,编队的电磁频谱将呈现复杂的电波传播预测态势,在两个“支撑”的辅助支持下,设置好发射方和侦收方的必要的分析参数,即可凭借本文提出的方法对电磁频谱参数泄露风险进行实时性较强的定量分析。需要说明的是,实时性的强弱程度与处理系统的硬件性能直接相关。
3 结束语
本文提出了基于不规则地形电波传播预测的电磁频谱参数泄露风险定量分析方法,并给出了详细的分析流程,以电子战接收机的工作性能为依据划分了电磁频谱参数泄露风险等级,结合不规则地形电波传播模型和数字高程模型,研究了在“四域”中海上用频装备电磁频谱参数泄露风险分析的内容和方法,实现了海上编队用频装备电磁频谱参数泄露风险定量分析和风险等级评估。理论研究和仿真结果表明,该方法是一种对大部分用频装备普遍适用的、可操作性强的、实时性强的定量分析方法,在用频装备实时参数信息支撑和威胁来源实时情报支撑下,能够在实际编队任务中发挥有效的辅助作用。
当前,在海上编队担负大量海上任务及面临全方位立体侦察的形势下,用频装备的电磁信号安全已经不容忽视,有效防止用频过程中电磁频谱参数泄露已成为亟待解决的问题。今后将在如何与用频装备参数系统和威胁来源情报系统深度融合上继续开展研究和应用系统研发,与其他电磁频谱管控技术共同构成舰载电磁频谱管控辅助支持系统,有目的、有控制、有选择地使用电磁频谱,确保海上编队用频安全,提高海上编队用频装备作战效能,为提升基于信息系统的体系作战能力提供有力支撑。