一种基于栅格的针对有向通信干扰的压制区计算方法与流程

1.本发明属于通信对抗的技术领域，具体涉及一种基于栅格的针对有向通信干扰的压制区计算方法。


背景技术：

2.对无线通信系统而言，无线通信干扰技术越来越先进，其干扰天线正向着有向方向发展，以达到集中干扰功率、减少内部互扰等目的。为提高通信技术抗干扰能力，需深化研究有向通信干扰情况下的通信干扰压制区形状。现有教科书和公开资料均只针对全向通信干扰天线计算通信干扰压制区形状，还缺少针对有向通信干扰的压制区形状研究。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种基于栅格的针对有向通信干扰的压制区计算方法，能够得到有向通信干扰条件下的通信干扰压制区形状。
4.实现本发明的技术方案如下：
5.一种基于栅格的针对有向通信干扰的压制区计算方法，包括以下步骤：
6.步骤一、初始化计算参数，所述计算参数包括通信频率、通信发射机输出功率、通信发射天线增益、随方位变化的通信干扰天线增益、通信干扰发射机输出功率、通信干扰压制系数、通信干扰机位置、通信发射机位置、通信接收机位置、干扰地域中心坐标；围绕通信干扰机，沿方位和距离划分计算栅格，初始化方位角和距离步长；
7.步骤二、以方位角步长遍历有向通信干扰天线波束整个方位面，计算干扰压制情况，按距离步长步进，计算从0到通视距离d范围内的通信干扰压制情况，从而得到通信干扰压制区形状。
8.进一步地，步骤二中，遍历方位角计算干扰压制情况具体为：
9.对某一方位角，计算通信干扰机在该方位角方向的有效辐射功率。
10.进一步地，步骤二中，遍历距离步长计算0到通视距离d范围内的通信干扰压制情况具体为：
11.步骤a：计算通信接收机接收到的通信发射机功率；
12.步骤b：计算通信接收机接收到的通信干扰机功率；
13.步骤c：计算通信接收机接收到的干扰信号与通信信号功率之比，即干信比；
14.步骤d：标记干扰压制区或干扰暴露区：若干信比大于通信干扰压制系数，则为干扰压制区，否则为干扰暴露区。
15.进一步地，调整计算参数，观察通信干扰压制区形状随不同计算参数的变化情况。
附图说明
16.图1为基于栅格的有向通信干扰的压制区计算流程图。
17.图2为通信收发信机、通信干扰机部署关系图(水平面)。
18.图3为通信干扰天线波束方向图示例。
19.图4为某基本图形。
20.图5为在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形。
21.图6为在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
22.图7为某基本图形。
23.图8为在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形。
24.图9为在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
具体实施方式
25.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
26.本发明提供了一种基于栅格的针对有向通信干扰的压制区计算方法，该方法以通信干扰有效辐射功率、有向通信干扰天线方向图、通信收发信机参数、干扰距离、通信距离、通信干扰压制系数和通信干扰波束指向为输入，输出为干扰压制区形状图形。
27.当通信干扰机和通信收发信机高度与通信距离和干扰距离相比不是很大时，可认为通信发射、通信接收及通信干扰三者处于同一个水平面内，水平面干扰压制区形状计算过程如下(见图1)：
28.步骤一、初始化计算参数，所述计算参数包括通信频率、通信发射机输出功率、通信发射天线增益、随方位变化的通信干扰天线增益、通信干扰发射机输出功率、通信干扰压制系数、通信干扰机位置(含高度)、通信发射机位置(含高度)、通信接收机位置(含高度)、干扰地域中心坐标(通信干扰机到该点连线代表干扰波束指向)；围绕通信干扰机，沿方位和距离划分计算栅格，初始化方位角和距离步长；
29.按公式(1)计算通信干扰机与通信接收机之间的无线电视距范围。
[0030][0031]
式中，
[0032]
d——通视距离，km；
[0033]
h1——通信干扰天线的高度(即通信干扰机高度)，m；
[0034]hr
——通信接收天线的高度(即通信接收机高度)，m。
[0035]
步骤二、按栅格计算干扰压制区。
[0036]
以方位角步长遍历有向通信干扰天线波束整个方位面，计算干扰压制情况，对给定的方位角，按公式(2)计算通信干扰机在该角度方向的有效辐射功率：
[0037]
p(α)＝p
tgt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0038]
式中，
[0039]
p(α)——通信干扰机在α方位的有效辐射功率，w；
[0040]
p
t
——通信干扰发射机输出功率，对阵列天线，其值为单元功放与单元数的乘积，w；
[0041]gt
——通信干扰天线增益。
[0042]
按距离步长步进，计算从0到通视距离d范围内的通信干扰压制情况，从而得到通信干扰压制区形状。具体为：
[0043]
步骤a：计算通信接收机接收到的通信发射机功率；
[0044]
首先计算通信发射机至通信接收机的视距以及通信发射机至通信接收机的菲聂耳区距离，若该视距不小于菲聂耳区距离，则使用双线损耗和egli经验公式计算通信接收机接收到的通信发射机功率，否则使用自由空间传播损耗公式计算。
[0045]
菲涅尔区距离计算方法见公式(3)：
[0046]
fz＝[h
t
×hr
×
f]/24000
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
式中，
[0048]
fz——菲涅尔区距离，km；
[0049]ht
——通信发射天线高度(即通信发射机高度)，m；
[0050]hr
——通信接收天线高度，m；
[0051]
f——通信频率，mhz。
[0052]
egli经验公式如下：
[0053][0054]
式中，
[0055]
pr——通信接收机接收到的通信发射机功率，w；
[0056]
f——通信频率，mhz；
[0057]ht
——通信发射天线的高度，m；
[0058]hr
——通信接收天线的高度，m；
[0059]
p
t
——通信发射机输出功率，w；
[0060]gtr
——通信发射天线在通信接收机方向的增益；
[0061]grt
——通信接收天线在通信发射机方向的增益；
[0062]dtr
——通信发射机与通信接收机之间的距离，m；
[0063]
l——其它损耗，为正的分贝数。
[0064]
适用范围：1km《dtr《50km；30mhz《f《1ghz。
[0065]
通信接收信号功率的标准差将随频率变化，有如下经验公式：
[0066]
σ＝5lg f 2db，f的单位为mhz。标准偏差的范围大约在9db～12db之间，随频率增加而增加。
[0067]
自由空间传播损耗计算方法见公式(5)：
[0068]
l＝(4
×
π)2d2/λ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0069]
式中，
[0070]
l——自由空间传播损耗；
[0071]
d——通视距离；
[0072]
λ——发射信号波长。
[0073]
链路距离与发射信号波长的单位相同。
[0074]
双线损耗计算方法见公式(6)：
[0075][0076]
式中，
[0077]
d——通视距离；
[0078]ht
——通信发射天线高度；
[0079]hr
——通信接收天线高度。
[0080]
通视距离与天线高度的单位相同。
[0081]
若通信接收功率不低于通信接收机灵敏度，则在通信接收机的位置用相应颜色(如蓝色)标记该点，表示无干扰情况下通信畅通区。
[0082]
步骤b：计算通信接收机接收到的通信干扰机功率；与前述类似方法考虑菲聂耳区问题。
[0083]
步骤c：计算通信接收机接收到的干扰信号与通信信号功率之比，即干信比；
[0084]
步骤d：标记干扰压制区或干扰暴露区：若干信比大于通信干扰压制系数，则为干扰压制区，使用相应颜色加以标注(如红色)，否则为干扰暴露区。
[0085]
调整相关参数，观察通信干扰压制区形状。可调整通信频率、通信发射机输出功率、通信发射天线增益、随方位变化的通信干扰天线波束增益、通信干扰机输出功率、通信干扰压制系数、通信干扰机位置(含高度)、通信发射机位置(含高度)、干扰地域中心坐标、同时干扰频点数等，重复第一、第二步计算并观察通信干扰压制区形状及其随不同计算参数的变化情况。
[0086]
(1)当通信干扰机和通信都使用水平全向天线时，通信干扰压制区为规则形状。
[0087]
在通信干扰天线和通信天线均为全向的情况下，通信干扰机总是处于干扰压制区内，通信发射机周围总是通信畅通区。若干扰占优，则干扰压制区扩大至通信发射机周围，通信畅通区为围绕通信发射机的圆形；若通信、干扰相当，则在通信干扰机一侧为干扰压制区，在通信发射机一侧为通信畅通区；若通信占优，则干扰压制区压缩至通信干扰机周围，通信干扰压制区是围绕通信干扰机的圆形。
[0088]
(2)当通信干扰为有向、通信为全向时，通信干扰压制区变得不规则。
[0089]
当通信干扰方向指向通信发射机方向时，若干扰占优，则在干扰波束指向方向，在略大于干扰波束宽度的方位角范围内，在通信发射机周围有一定的通信畅通区，其余区域为干扰压制区；若通信、干扰相当或通信占优，则在干扰波束指向方向，在略大于干扰波束宽度的方位角范围内，通信畅通区隔断了干扰压制区。当通信干扰方向偏离通信发射机方向时，在通信发射机靠近干扰波束指向一侧，形成一定的通信畅通区，在另一侧则均为通信畅通区。
[0090]
这些特点，能够有力指导通信干扰与反干扰装备设计及其运用。
[0091]
按照上述方法进行举例计算如下。
[0092]
(1)先给出图的说明
[0093]
距离计算涉及图2～9，其中：
[0094]
图2为通信收发信机、通信干扰机部署关系图(水平面)。其中，j为通信干扰机的位置；t为通信发射机的位置；r为通信接收机的位置；d为通信发射机与通信干扰机之间的距离；dc(xd,yd)为干扰地域中心坐标。
[0095]
图3为通信干扰天线波束方向图示例。可取水平面、垂直面或任意一个截面，可以是想定的、仿真计算的或实测的天线方向图。
[0096]
图4为一种基本图形。
[0097]
图5是在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形。
[0098]
图6是在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
[0099]
图7为一种基本图形。
[0100]
图8是在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形。
[0101]
图9是在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
[0102]
(2)举例计算。
[0103]
假设通信(干扰)工作频率为1000mhz，通信发射机输出功率为1000w，通信干扰机输出功率为15kw，通信收发天线增益均为1，通信发射机馈线等损耗、通信干扰机自身损耗均为1，通信干扰压制系数为1；通信接收机灵敏度为-90dbm；通信干扰机位于j(0km,0km)即图2所示坐标原点，通信发射机位于t(250km，0km)即图2所示x坐标轴上；通信收发信机及通信干扰机安装于飞机上，飞机飞行高度均为10000m；通信干扰天线波束增益见图3所示；方位角步长取为0.1
°
，距离步长取5km。通信干扰地域中心为dc(200km,0km)，即指向通信发射机方向。干扰压制区形状如图4～6红色区域所示。其中，图4为由上述给定参数计算的干扰压制区基本形状；图5是在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形；图6是在图4基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
[0104]
将干扰地域中心坐标设为dc(200km,50km)，即向上偏离50km，其余参数不变。干扰压制区形状变为图7～9红色区域所示。其中，图7为由上述给定参数计算的干扰压制区基本图形；图8是在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的2倍获得的图形；图9是在图7基础上，将通信干扰有效辐射功率增加到原来的3倍获得的图形。
[0105]
有益效果：
[0106]
本发明提出的通信干扰压制区计算方法，同时考虑了通信干扰有效辐射功率、通信干扰波束形状、通信终端参数、干扰距离、通信距离、通信干扰压制系数和通信干扰波束指向等要素，通视距离、菲涅尔区的影响，以及无干扰情况下通信畅通区范围。
[0107]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。