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。與其它波長較長的無線電通信相比,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;而國內(nèi)目前對通信干擾的研究大多集中于短波、超短波波段,對微波通信干擾的研究較少,因此,研究對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,分別為:1700～2300MHz,平均波長15cm,話路容量600路;3400～4200MHz,平均波長7.89cm,話路容量960路;5900～6400MHz,平均波長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)信號的發(fā)送或接收,中繼站的功能是對微波信號進(jìn)行接力轉(zhuǎn)發(fā)或分路。根據(jù)對中繼站的不同要求,中繼站被分為中間站、分路站和樞紐站。中間站只對信號能量進(jìn)行放大,分路站可對微波信號進(jìn)行分路或合路,樞紐站可以同時處理多個方向的信號。每個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)男盘栂騼蓚€不同的方向轉(zhuǎn)發(fā)。3壓制無線電通信,進(jìn)行全要素壓制,以維持正常工作的無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線電通信干擾設(shè)備發(fā)射出干擾電磁波,對正在工作的無線電通信進(jìn)行壓制,用以破壞或擾亂敵方無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)的中斷率作為評價指標(biāo)。3.1pr—信號功率計(jì)算微波通信接收機(jī)接收的通信信號功率可通過下式計(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,在靠近地球表面時取值為4。21屋頂損失計(jì)算大氣對微波通信系統(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,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微波的損耗可通過下式計(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,水平極化時為0°,垂直極化時為90°,圓極化時值為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的取值。經(jīng)過分析,文獻(xiàn)的擬合公式是在ITR-RP.618的基礎(chǔ)上得來的,而ITR-RP.618給出的是關(guān)于電波在地面與空間傳播時的模型,因此,本文采用表2所列的數(shù)據(jù),通過插值進(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,在使用時應(yīng)做相應(yīng)轉(zhuǎn)化。3.2干擾機(jī)干擾系統(tǒng)為簡單起見,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Lj。接收機(jī)接收的干擾信號功率為式中:γp為干擾的極化損失,圓極化時取為0.5;Brj為干擾信號進(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功率級的劃分通信接收機(jī)接收信號受很多因素的影響,包括信號功率、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)取值上的說明微波通信線路的中斷概率可通過以下經(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。我國目前還沒給出上述參數(shù)取值,故在參數(shù)取值時需借鑒其它國家或地區(qū)的數(shù)據(jù)。因我國與美國的緯度、氣候條件等較為相近,所以在取值時參考美國的數(shù)據(jù),即A=1×10-6,B=1,C=3,Q=1。4干擾信號傳播損耗設(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。干擾信號傳播損耗指數(shù)取為2,其它參數(shù)不變。通過改變干擾機(jī)飛行航向使得干擾信號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微波通信干擾的效能并對兩種較簡單的情況進(jìn)行了計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果來看,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,由于微波通信一般處于作戰(zhàn)對象境內(nèi),在目前條件下陸基干擾機(jī)的部