微波通信干擾的研究

微波通信干擾的研究

1微波通信在軍事通信中的運(yùn)用微波通信是現(xiàn)代通信手段之一。與其它波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電通信相比,微波通信具有通信容量大、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、天線方向性好和成本較低等優(yōu)點(diǎn),因此在軍事通信中得到了廣泛的運(yùn)用。世界各國(guó)都十分注重微波通信的發(fā)展,微波通信在他們的通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用;而國(guó)內(nèi)目前對(duì)通信干擾的研究大多集中于短波、超短波波段,對(duì)微波通信干擾的研究較少,因此,研究對(duì)微波通信的干擾具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義2微波u3000中繼站微波通信常用的波段有三個(gè),分別為:1700～2300MHz,平均波長(zhǎng)15cm,話路容量600路;3400～4200MHz,平均波長(zhǎng)7.89cm,話路容量960路;5900～6400MHz,平均波長(zhǎng)4.88cm,話路容量1800路。微波中繼通信線路上的中繼站以相距46km為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段,通常間隔40～60km。收發(fā)天線一般安裝在幾十米高的鐵塔上,用以滿足微波視距傳播的要求和克服地面起伏原因、地面建筑以及障礙物的干擾典型微波中繼通信線路的組成如圖1所示。圖1中終端站負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送或接收,中繼站的功能是對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行接力轉(zhuǎn)發(fā)或分路。根據(jù)對(duì)中繼站的不同要求,中繼站被分為中間站、分路站和樞紐站。中間站只對(duì)信號(hào)能量進(jìn)行放大,分路站可對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行分路或合路,樞紐站可以同時(shí)處理多個(gè)方向的信號(hào)。每個(gè)中繼站至少配置兩套微波收發(fā)信機(jī)及天線,以便于將要傳輸?shù)男盘?hào)向兩個(gè)不同的方向轉(zhuǎn)發(fā)。3壓制無(wú)線電通信,進(jìn)行全要素壓制,以維持正常工作的無(wú)線電通信正常工作的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)手段通信干擾是指利用無(wú)線電通信干擾設(shè)備發(fā)射出干擾電磁波,對(duì)正在工作的無(wú)線電通信進(jìn)行壓制,用以破壞或擾亂敵方無(wú)線電通信正常工作的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)手段。通信干擾分為壓制性干擾和欺騙性干擾,本文主要討論對(duì)微波通信的壓制性干擾,選用微波通信系統(tǒng)的中斷率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。3.1pr—信號(hào)功率計(jì)算微波通信接收機(jī)接收的通信信號(hào)功率可通過(guò)下式計(jì)算:式中,Pr—接收功率(瓦);Pt—發(fā)射功率(瓦);Gt—發(fā)射增益(倍);Gr—接收增益(倍);Lf—空間傳播損耗(倍);La—大氣損耗(倍);Llr—接收機(jī)線路損耗(倍)。1傳播損耗指數(shù)m空間損耗傳播Lf可按下式計(jì)算:式中,d—發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離(m);f—微波頻率(Hz);c—光速(3×108m/s);n—傳播損耗指數(shù),取值如表1所列。一般在遠(yuǎn)離地球表面的地方取值為2,在靠近地球表面時(shí)取值為4。21屋頂損失計(jì)算大氣對(duì)微波通信系統(tǒng)電波傳輸?shù)挠绊懼饕w現(xiàn)在大氣吸收損耗、降水以及大氣折射引起的損耗上。(1)微波系統(tǒng)的常用工作特性大氣吸收對(duì)頻率在12GHz以下的電波損耗很小,而微波系統(tǒng)的常用工作頻段都低于10GHz,故大氣對(duì)微波通信的吸收損耗較小。在微波通信系統(tǒng)站間間隔50km時(shí),大氣吸收損耗小于1dB,本文取為1dB。(2)計(jì)算模型的求解降雨對(duì)微波的損耗可通過(guò)下式計(jì)算:式中,Lw—由降水造成的損耗;Rw—降雨強(qiáng)度,單位mm/h;d—傳播距離(km);k,α—控制參數(shù),分別通過(guò)式(4)和式(5)進(jìn)行計(jì)算。式中,θ為路徑傾角;τ為極化傾角,水平極化時(shí)為0°,垂直極化時(shí)為90°,圓極化時(shí)值為45°。關(guān)于kH,kV,aH,aV的取值,文獻(xiàn)給出了擬合后的計(jì)算公式,文獻(xiàn)則給出了在不同頻率時(shí)的取值。經(jīng)過(guò)分析,文獻(xiàn)的擬合公式是在ITR-RP.618的基礎(chǔ)上得來(lái)的,而ITR-RP.618給出的是關(guān)于電波在地面與空間傳播時(shí)的模型,因此,本文采用表2所列的數(shù)據(jù),通過(guò)插值進(jìn)行計(jì)算。(3)一般破碎大氣折射損耗與電波的傳播路徑有密切關(guān)系,文獻(xiàn)將電波傳播路徑的剖面分為3種:不均勻?qū)有原h(huán)境因素傳播路徑的中間段內(nèi)不存在有較寬的河流和湖泊水面,主要由山嶺、城市建筑物,或者兩者混合而成。氣候干燥,由不均勻?qū)右鸬亩鄰剿p很小,可忽略不計(jì);在反射區(qū)域內(nèi)存在有起伏大于20m的刃形山嶺;收發(fā)端天線高差很大;電波仰角較大。由該型剖面引起的損耗不超過(guò)6dB,本文取為6dB。立地條件差,導(dǎo)致地面天傳播路線中段雖無(wú)較寬的河谷、湖泊,但多起伏不大的丘陵。由于地面起伏不大,不均勻?qū)右鸬亩鄰剿p不能忽略;收發(fā)兩端天線高差較大。由該型剖面引起的衰減小于10dB,本文取為8dB。種多徑衰減的一般資料傳播路線處于水網(wǎng)較多的平原地帶,氣候潮濕,由不均勻?qū)右鸬亩鄰剿p比較嚴(yán)重;收發(fā)兩端天線高差較小。由該型剖面引起的衰減不小于10dB,本文取為10dB。綜上可得大氣損耗的計(jì)算公式為:式中,La、Lw的單位為dB,在使用時(shí)應(yīng)做相應(yīng)轉(zhuǎn)化。3.2干擾機(jī)干擾系統(tǒng)為簡(jiǎn)單起見(jiàn),假設(shè)干擾機(jī)、通信發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一水平或垂直平面內(nèi)。微波接收機(jī)天線主瓣增益為Gr,平均旁瓣增益為Gs,信號(hào)處理增益為Gp。干擾機(jī)干擾功率為Pj,天線增益為Gj,干擾機(jī)與微波接收機(jī)的距離為Rj,干擾系統(tǒng)損耗為L(zhǎng)j。接收機(jī)接收的干擾信號(hào)功率為式中:γp為干擾的極化損失,圓極化時(shí)取為0.5;Brj為干擾信號(hào)進(jìn)入通信接收機(jī)的百分比,具體計(jì)算可參考文獻(xiàn);其它參數(shù)含義同前述。3.3功率級(jí)的劃分通信接收機(jī)接收信號(hào)受很多因素的影響,包括信號(hào)功率、干擾功率以及噪聲等。接收機(jī)的綜合信干比ρ可通過(guò)下式計(jì)算。式中,Gp—處理增益(倍),其它參數(shù)含義同上。3.4參數(shù)取值上的說(shuō)明微波通信線路的中斷概率可通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算式中:U—中斷概率;A—?dú)夂蛞蜃?Q—地形因子;B,C—系統(tǒng)常數(shù),根據(jù)地區(qū)不同取值不同;f—工作頻率(GHz);d—傳輸路徑長(zhǎng)度(千米);ρ—信干比(dB)。上述參數(shù)的取值與地理位置有關(guān),各地均不相同。我國(guó)目前還沒(méi)給出上述參數(shù)取值,故在參數(shù)取值時(shí)需借鑒其它國(guó)家或地區(qū)的數(shù)據(jù)。因我國(guó)與美國(guó)的緯度、氣候條件等較為相近,所以在取值時(shí)參考美國(guó)的數(shù)據(jù),即A=1×10-6,B=1,C=3,Q=1。4干擾信號(hào)傳播損耗設(shè)某微波發(fā)信機(jī)發(fā)射功率4瓦,天線增益40dB,工作頻率1.5GHz。接收機(jī)距發(fā)射機(jī)50km。接收天線主瓣增益30dB,3dB寬度為2°;平均旁瓣增益為15dB。接收機(jī)噪聲系數(shù)為7dB,信號(hào)處理增益為20dB。降雨量為0,微波傳輸路徑剖面為B型。傳播損耗指數(shù)為4。情況2:干擾機(jī)為空基干擾機(jī),有效干擾功率分別為0.01瓦、0.05瓦、0.1瓦和0.5瓦,部署關(guān)系如圖4所示。干擾信號(hào)傳播損耗指數(shù)取為2,其它參數(shù)不變。通過(guò)改變干擾機(jī)飛行航向使得干擾信號(hào)分別從天線的主瓣和旁瓣進(jìn)入,計(jì)算得不同干擾距離時(shí)微波通信的中斷率如圖5所示。5干擾波傳播損耗本文研究了對(duì)微波通信干擾的效能并對(duì)兩種較簡(jiǎn)單的情況進(jìn)行了計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,空基干擾機(jī)以較小的干擾功率獲得了很好的干擾效果,即使從旁瓣進(jìn)行干擾也可使微波通信中斷。同時(shí),由于微波通信一般處于作戰(zhàn)對(duì)象境內(nèi),在目前條件下陸基干擾機(jī)的部