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电子系统中的抗干扰方法和原理

归档日期:06-10       文本归类:反电子干扰      文章编辑:爱尚语录

  在研究了现有几种电子干扰效果评估准则的基础上, 深入分析各准则的自身属性, 阐明功率准则与信息准则分别适用于压制性干扰和欺骗干扰效果评估, 而概率准则适用于某个系统的抗干扰能力评估, 以及在评估某系统自身性能时, 用效率准则进行评估比较优越。

  在复杂电磁环境中, 高技术电子对抗战将成为未来战争的主体。干扰效果( Jamm ing Effectiveness)评估是电子对抗作战的核心问题, 也是电子对抗技术研究、电子对抗设备开发的关键技术, 对装备作战效能的客观、准确地估计, 以及改善其干扰性能或抗干扰性能具有重要意义。

  电子对抗领域中的干扰效果是指: 在对其他电子系统进行电子干扰后, 其电子装置、电子侦查系统以及操作人员等受到间接或者直接损伤的程度综合效应。所以, 当对某一电子系统进行电子干扰时, 干扰效果能对被干扰电子系统所遭受到的损坏程度、干扰程度以及操作人员伤害程度进行表征。在某一给定环境下, 将对方探测设备的锁定概率降低到预期值之下, 或使预期给定的跟踪误差门限值小于实际设备的跟踪误差, 或将实际设备差错率提高到给定门限值之上, 这种电子干扰被称为有效干扰( EffectiveJamming)。有效干扰能反映对某一电子系统进行的干扰是否有效。

  在对电子干扰效果进行评估时, 已经提出过多种干扰效果评估准则, 如功率准则、信息准则、概率准则和效率准则 等, 这些准则的提出都是根据不同干扰信号的类型以及被干扰电子系统的特点。

  一些准则根据不同干扰措施, 一部分则是根据抗干扰措施类型, 有些则是为了工程实用性强, 而一些则是理论性强, 也有准则是针对全系统而提出的。然而, 目前还不存在统一认可的准则, 也没有被广泛接受的、并且在工程实际中能有效达到预期目标的评估准则。这是因为现有的各种评估准则都是根据电子对抗系统自身的属性、工程目的, 以及实际工作的先验知识提出的。故各准则都具有各自的观点。

  因此, 文中针对各个准则进行详细分析和论述,阐明其各自属性, 以及适用环境, 为实际电子对抗中, 选择比较合适的评估准则提供有效参考。

  电子对抗研究者根据电子对抗系统中某些抗干扰措施的效率, 分别提出了功率准则和信息准。具体表现为对某电子对抗系统进行有效压制干扰, 或者使被压制干扰的电子对抗系统获得的信息中含有大量错误信息, 或者使其信息大量损失, 而造成获取的有效信息不足。此两种准则通常用压制系数来反映, 而压制系数是指: 在电子对抗系统接收信息时, 其最小干扰信号功率门限与电子对抗信号的功率之比。

  干扰信号对被干扰电子系统进行干扰时, 造成其有效信息大量丢失, 体现方式主要有: 如信号产生偏差、信号被主动模拟、扰段信号传输、信号被覆盖等。当被干扰系统特性与干扰信号特性相符时, 被干扰系统的信息丢失量很大, 而当被干扰系统特性与干扰信号特性不相符时, 被干扰系统的信息丢失量较少, 甚至干扰毫无效果。所以, 有效干扰是否具有意义要根据具体电子对抗类型判定。

  功率准则也称为干信比准则, 用压制系数K s 表示, 其表征电子对抗系统被干扰时, 接收机输入端所需要的最小干扰功率P j 与电子对抗系统输入端目标回波信号功率P s 之间的比值,即:

  分析式( 1)可知, 当来自同一种干扰时, 由于压制系数K s 越大, 表示有效干扰电子对抗系统的干扰信号功率P j 越大; 相反, 压制系数K s 越小, 表示有效干扰电子对抗系统的干扰信号功率P j越小。因此,压制系数K s 可以有效地反映出电子对抗系统的抗干扰能力, 其适用于压制型干扰效果评定。

  ( 1)功率准则反映对被干扰对象的干扰效果达到一定程度时, 所需要的最小干扰与信号之比, 如果将其用于评估对被干扰对象的干扰效果, 则显得比较抽象, 不直观。因此, 其更适用于评估被干扰对象的抗干扰能力。

  ( 2)压制系数K s 在实际工程应用中的准确测量具有相当难度, 因此, 在实际工程应用当中, 利用功率准则评估不太适宜( 3)通常功率准则适用于电子对抗系统的压制性干扰效果评估。

  从信息损失的角度来度量干扰效果则为信息准则, 其基本思想是用干扰前后电子对抗信号中所含目标信息量的变化来评估干扰效果。例如, 利用干扰前后电子对抗系统观测空间的体积变化来评估干扰效果, 在一些电子干扰设备的战技术指标中, 干扰效果的指标就是利用效率准则提出的。

  对压制干扰来说, 信息准则是用干扰信号的熵来评估其性能。干扰信号J 的熵H ( J )定义为:

  分析以上两式可知, 根据干扰信号在时域上的波形特性评估其性能的信息准则, 也可应用于欺骗性干扰的性能评估, 这也是信息准则的最大特点。

  在电子对抗系统中, 概率准则是由电子干扰环境中完成给定任务的概率决定, 以评估电子对抗系统的抗干扰性能。该准则反映了在没有考虑具体抗干扰措施的条件下, 有干扰或者无干扰的方法下, 电子对抗系统实现同一性能指标的概率。在理想情况, 电子对抗系统的任何指标都可以用概率准则来评估, 然而共基准值是指在无干扰的方法下, 实现同一性能指标的概率。因此, 概率准则就会存在以下两个缺陷:

  (1)在电子对抗系统中, 大多数性能指标不但受到电子干扰环境影响, 而且它们都不是用概率形式直接表示,但也有例外, 如: 虚警概率、引导概率、识别概率等。

  因此, 对于那些本来就不是用概率形式表示的指标, 却用受干扰之前实现的预定目的的概率来表示,就不恰当了。所以也没有直接观测以上特性的性能指标方便, 假如再用之前的性能指标来表示这些性能指标的概率大小时, 将会存在大量的数据处理工作, 造成难度加大。

  ( 2)由大量统计数据获得的概率指标, 属于统计指标。需要进行大量可重复试验。然而, 但并不是所有试验都可以进行重复操作。为满足可重复试验这个条件, 需要花费更多的时间和费用, 给效果评估带来相当的难度。

  概率准则也具有自身优点, 与由电子干扰设备和被干扰设备本身属性决定优劣的功率准则相比, 或者与只适用于评估干扰信号本身的信息准则相比, 概率准则将整个电子对抗系统与干扰效果结合起来, 并考虑了整个电子对抗系统的各个过程, 其效果的评估较详细且全面, 适用于压制干扰和欺骗干扰。故概率准则是电子干扰系统中评估干扰效果较好的方法。

  在采用有干扰和无干扰方式下, 比较被干扰电子系统实现同一指标的不同, 以评估其干扰效果的准则被称为效率准则。该准则的干扰效果是用在有干扰和无干扰方式下, 完成同一指标的比值来表示的, 被干扰电子系统在无干扰方式下实现同一指标的值将作为其比较基准。

  与概率准则类似, 效率准则是注重比较电子对抗系统在无干扰方式下实现同一指标的比值, 而不会考虑干扰电子系统的具体干扰方式:

  其中, Wi0为无干扰情况下, 第i项指标值; Wij为有干扰情况下, 第i项指标值; n 为无该系统具有的抗干扰指标项目数。

  分析上式可知, 效率准则相对于概率准则, 其更容易, 也更直观, 因为W 的取值方式不需要变化,只需和原电子对抗系统指标取值方式一样, 而Wi0是电子对抗系统采用无干扰方式下的第i项指标值, 只需测得电子对抗系统给定等级典型干扰方法相应的第i项指标值, 这样就大大减少了评估的工作量和难度,在具体测量中, 均可采用现有各种工程测量手段, 如数据采集、工程检测以及其他处理方法等。

  电子对抗系统中, 采用有干扰方式时, 某一特征指标与采用无干扰方式时同一指标的比值用表示。

  电子对抗系统的抗干扰性能越好时, 值就表现的越大; 反之, 电子对抗系统的抗干扰性能越差,值就表现的越小, 而电子对抗系统中的所有抗干扰指标,都可以通过以上方式意义获取。故值表就与电子对抗系统中, 各个受到电子干扰程度的指标一一对应,这就形成一个相对一系列值的评估方法。

  但仔细分析效率准则的原理, 发现其也存在一些不足之处, 首先是比较基准的不一致性, 即在无干扰方式下, 电子对抗系统测试出的指标值就为其比较基准, 且相对于原系统指标值, 各Wi0指标值存在一定变化。实际上该种相对值的变化对应着采用有干扰和无干扰方式下, 电子对抗系统实现同一指标的变化范围, 而对特定等级典型电子干扰方式中, 没有直接表现出其抗干扰效果。

  相对于上文几个准则, 效率准则虽然具有并非对电子干扰系统的抗干扰效果进行绝对值表示, 而是表现相对值的缺点, 然而其也具有很多优点, 如工程实现容易、测定简单、表现形式直观等优点。

  研究了传统电子干扰效果评估方法的基本思想和原理。阐明功率准则适用于压制性干扰效果评估, 信息准则适用于欺骗干扰效果评估, 而当要对某个电子对抗系统的抗干扰能力评估时, 应采用概率准则, 以及在评估某系统自身抗干扰性能时, 用效率准则进行评估比较优越。

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