复杂电磁范文

2024-05-25

复杂电磁范文（精选10篇）

复杂电磁第1篇

现代高科技战争是高技术条件下立体的、多维的战争, 是现代化的武器装备、信息、技术、通信、侦察、网络、高级决策能力之间的较量。在此条件下, 人们使用了种类繁多, 参数多变的电子辐射武器, 导致了战场空间的电磁环境空前复杂、密集、交迭。面对如此复杂的战场电磁环境, 进行相关的数字建模和仿真, 对分析战场电磁环境和加快电子战系统的研制进程, 以及对电子战性能做出有效评估具有十分重要的意义[1]。

目前战场仿真研究的热点是利用虚拟现实技术, 适应多武器平台攻防对抗作战的仿真要求进行高逼真度的视景仿真, 把未来数字化战场环境贴近真实地模拟再现。战场电磁环境视景仿真是指运用计算机仿真、可视化计算、多媒体、图形图像等技术, 实现复杂电磁环境条件下战场的逼真呈现, 并为作战模拟、分布交互仿真等提供虚拟的战场环境。战场电磁环境视景仿真就是以电磁辐射仿真为核心, 为作战仿真系统提供环境支撑的应用系统。

1系统总体设计

战场电磁环境视景仿真系统的主要功能是, 通过战场电磁环境仿真系统, 生成虚拟战场电磁环境, 并在此基础上开展仿真实验, 使其作为武器系统效能评估、电子战演练等军事仿真的参考依据。根据战场中射频电子武器装备的布局态势, 综合分析和预测不同工作频率的各辐射源在战场空间某点的频率和场强, 用于生成电子侦察和电子干扰仿真计算所需的作战想定和虚拟战场电磁环境。系统采用视景仿真形式, 形象直观地显示辐射源的布局设置, 获得虚拟战场复杂电磁环境的综合电子沙盘。战场电磁环境视景仿真具备电子战驱动能力, 可以从电磁辐射角度对仿真结果进行分析和推演, 提供一定方案的电子战驱动能力。同时, 系统得出的相关数据, 可提供策略方案判断, 如:通信网络规划、雷达与干扰威力估算、测向估计、辐射源与测向台布置辅助、航路规划辅助等实际应用功能[2]。

战场电磁环境视景仿真是多系统、多学科、多层次的交叉应用体系[3,4]。仿真系统总体设计主要由4个模块组成, 分别是虚拟场景仿真、电磁模型建立、电子兵力生成和综合计算与分析。战场电磁环境视景仿真系统的组成框架如图1所示。

2系统主要模块

2.1 虚拟场景仿真

虚拟场景仿真是战场电磁环境视景仿真系统的场景构成驱动和显示展现引擎, 根据战场地理环境和辐射源的分布情况, 以二维/三维的形式、生动形象地描述虚拟战场电磁环境, 进行战场电磁环境的可视化。它是系统实现战场数字化虚拟的平台, 是仿真系统的框架基础。虚拟场景仿真提供数字地图的加载、场景的渲染与显示、多维度虚拟空间的体系建立、电子兵力布置与电磁模型应用的空间容器等功能[5]。

进行虚拟场景仿真, 可以采用现有的视景仿真平台、场景渲染驱动、三维建模软件等成熟技术, 并在此基础上进行系统开发。利用现有日趋完善的GIS (数字地理信息系统) 技术, 可以直接加载实际地图数据, 使仿真更贴近实战条件。三维图形引擎可以完整解决虚拟战场的场景渲染和驱动, 诸如PHIGS, OpenGl Performer, Java3D, OpenSG, Vege Prime和OSG等[6]。电子兵力三维建模时, 可以使用常用的软件, 如3D Studio Max和MultiGen Creator等[7,8]。上述技术应用广泛, 解决方案众多, 可以使开发的系统平台较轻松地接轨国际水平。

2.2 建立电磁模型

建立电磁模型是战场电磁环境视景仿真系统中计算与分析的解决方案。它提供给仿真软件与电磁传播相关的运算法则、计算方案和分析方法。建立电磁模型主要是建立电波传播模型和场景电磁属性模型。

在仿真中, 要以电波传播物理特征属性为基础, 建立电波传播模型, 这是战场电磁环境仿真的重点。同时, 如何使建立的电磁数字模型在虚拟的环境中合理高效的运行是仿真的难点。既要考虑电波传播的方式不同, 如直射、绕射、多径反射;又要对电磁波的传播途径、自由空间损耗、多径反射计算、降雨衰减和天线极化衰减等问题进行分析建模;还需结合仿真中其他因素的物理电磁属性, 如考虑数字地图中地形地貌的电波反射系数、气象影响因素等。

2.3 生成电子兵力

生成电子兵力是战场电磁环境视景仿真系统的虚拟成员生成驱动和数字描述方案, 主要是对电子兵力的三维模型建立和进行属性描述与数字装订, 其提供辐射源对象的电磁属性数字描述和三维显示模型。

如何在虚拟的数字地图中定义各种辐射源, 是建立逼近真实的电子战仿真的重要工作之一。电子兵力是战场电磁环境仿真中的参与成员, 如何在虚拟战场中定义这些角色, 是电子兵力生成的主要任务。电子兵力的生成要根据实际战场中的电子辐射武器来进行分析考虑, 除了对主要电磁属性, 如发射功率、天线增益、工作频率、信号体制、天线方向图、天线极化方式等进行说明外, 还需要对辐射源工作时间、天线俯仰角、电子设备的损耗等相关电波辐射参数进行考查。然后, 对这些属性描述进行电子兵力数字装订[2]。

2.4 综合计算分析

综合计算分析是战场电磁环境分析与综合视景仿真软件的人机交互管理和各个模块调用的融合与联接, 其提供给仿真软件整体运行的驱动力, 是仿真系统运行的“导演”。综合计算分析主要是进行项目的运行与管理、关联调用其他模块、电磁传播的计算与分析、结果报告的生成与显示。

3仿真关键技术

3.1 电磁模型建立

电磁波在空间传播, 由于不同的传播空间环境、不同的电波特性, 具有不同的传播模式。战场中最简单的电磁环境模型是一个辐射源发射电波, 在空间中某一场点接收辐射, 考查此场点的场强, 可以用来描述辐射源在此场点的辐射情况。所有纷乱复杂的战场电磁环境都是基于该简单模型叠加而成的。较为准确地计算辐射情况需要的参量很多, 比如需要辐射源和接收源的地理位置信息, 即要知道它们的空间关系, 还要求得在空间中是否有多径反射点、雨雾干扰等因素, 如果需要求得接收端的接收功率, 还需要接收设备的电参量等与电波辐射相关的信息。计算方案公式如下所述。计算辐射场强E:

$E = Ρ_{t} + G_{t} + 44.77 - 20 \lg d (1)$

式中:E为辐射场强 (单位为dBμV/m) ;P为发射功率 (单位为dBm) ;d为距离 (单位为km) 。电波的反射系数R为反射波场强与入射波场强的比值 (是一个复数) , 表示为:

$R = \frac{\vec{E_{反}}}{\vec{E_{入}}} = | R | e^{- j ψ} (2)$

对于水平极化和垂直极化的反射系数Rh和Rv分别由如下公式计算[9]:

$\begin{array}{l} R_{h} = | R_{h} | e^{- j ψ} = \frac{\sin θ - \sqrt{ε_{c} - \cos^{2} θ}}{\sin θ + \sqrt{ε_{c} - \cos^{2} θ}} (3) \\ R_{v} = | R_{v} | e^{- j ψ} = \frac{ε_{c} \sin θ - \sqrt{ε_{c} - \cos^{2} θ}}{ε_{c} \sin θ + \sqrt{ε_{c} - \cos^{2} θ}} (4) \end{array}$

式中:εc是反射媒介的等效复介电常数, 它与反射媒介的相对介电常数εr、电导率σ和工作波长λ有关:

$ε_{c} = ε_{r} - j 60 λ σ (5)$

在空间考查场点反射波与直射波干涉叠加, 场强为:

$\begin{array}{l} E = Ρ_{t} + G_{t} + 44.77 - 20 \lg d + 10 \lg (| 1 + | R_{1} | \cdot \\ e^{- j (ψ_{1} + Δ φ_{1})} + \dots + | R_{n} | e^{- j (ψ_{n} + Δ φ_{n})} |) (6) \end{array}$

综合考虑电波传播中的影响因素后, 接收端的接收功率为[8]:

$\begin{array}{l} Ρ_{r} = Ρ_{t} + G_{t} + G_{r} - L_{f s} + 10 \lg (| 1 + \\ \sum | R_{n} | e^{- j (ψ_{n} + Δ φ_{n})} |) - L_{R} - L_{Ρ} (7) \end{array}$

由已知辐射源的辐射参数, 计算空间中某一场点的电波辐射方法, 如表1所示。

3.2 电子兵力仿真

仿真的核心是建立战场中种类繁多的电子武器模型。电子武器的仿真, 就是要把这些电子装备以虚拟的、数字的形式描述出来。电子兵力的建模主要分为两部分:一是从电磁辐射角度对这些电子兵力建模, 即建立和辐射参量相关的数字描述模型;二是从虚拟视景角度对电子兵力建模, 即建立电子兵力的三维模型。

电子兵力属性数字描述, 就是从电磁辐射角度对这些电子兵力进行建模。即在仿真中, 可以建立某一辐射源并设置其属性。建模时需要从战场主要辐射源的信号形式、工作方式、时域、空域和参数域等方面综合考虑。为了进行仿真, 需要对虚拟战场中各类电子兵力进行属性的描述。以战场中的雷达设备为例, 进行数字描述的主要参数如表2所示[10,11,12]。其属性设置设计样图如图2所示[2]。

3.3 场景辐射计算

在战场电磁环境分析中, 计算某一空间位置的辐射情况是十分必要的。

要计算辐射的综合情况, 最重要的是计算波束与数字地形相交时的遮挡和多径反射等问题。那么在仿真软件中, 结合辐射源空间分布和虚拟场景的布置, 进行相关电波传播中的碰撞分析来计算多路径射路径, 是建立系统的关键。为了计算空间某一考查场点的辐射情况, 在仿真时要加载实际地形数据, 设计时使用的计算方案如图3所示。

4结语

以服务未来高科技战争为研究目的, 从电磁领域角度, 考虑未来战争的战场环境, 研究了利用现有成熟技术如何去开发战场复杂电磁环境视景仿真系统。对当前军事仿真中, 为提高模拟仿真逼真度而增加“复杂战场电磁环境”条件, 提出了一套可行的实施规划。仿真系统可以针对重点地区可能存在的各种辐射源目标, 根据典型作战想定, 模拟射频电子武器装备将会面临的战场电磁环境, 并提供综合分析支持。

复杂电磁第2篇

用射线法研究复杂目标的电磁散射特征

应用计算机图形学中的曲面造型方法给出目标精确的数学外形,将之离散为三角面元,并采用拓扑结构来描述几何元素之间的关系;利用射线追踪法模拟射线束的.多次反射,同时求出扩散因子、磁场方向和相位差;在最终反射点处采用物理光学积分求远场散射,叠加每一射线束的贡献,进而得出耦合雷达散射截面值.为减小射线追踪过程中的计算量,采用了加速算法.给出了作为特例的翼身组合体的计算结果.

作者：李军马东立武哲 LI Jun MA Dong-li WU Zhe 作者单位：北京航空航天大学,飞行器设计与应用力学系刊名：北京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2000 26(5) 分类号：V218 TN957.52 关键词：物理光学耦合散射射线追踪雷达散射截面

复杂电磁环境内涵及效应分析第3篇

关键词：复杂电磁环境；内涵；效应

最近几年，军用装备增添了现代性，获取显著进步。这种情形下，装备提升了固有的电磁敏锐特性，但却没能抵挡偏大范畴的电磁类干扰。日渐复杂的环境之下，发挥装备成效，是亟待化解的现有疑难。要识别危害源、明晰特性及成效。这样做，才可提升总体范畴的建造装备水准，提升军事的总水准。

一、解析根本的内涵

未来战争之中，遇有偏复杂的多样环境，都应着手予以化解。在复杂环境中，含有电磁环境。复杂电磁环境指代：特定战场之中，电磁环境干扰着平日作战，显示了明晰的干扰倾向。详细而言，它可被分成自然性的、人为性的环境。给定空间之中，布设着密集形态下的电磁类信号。它们交错布设，彼此显现了叠合的情形。这种叠合含有频域、时域以及能量[1]。信号动态交织，表征出来的样式也更为繁多。电磁干扰着装备、人员以及燃料，影响场地环境。

电磁环境特有的效应指代：多样构成要素、有着挥发性的原材、生物体及装备显现的总效应，它代表着作用成效。它密切关联着电磁类的机理，可分成兼容性、规避电磁骚扰、缩减易损耗性。此外，还涵盖了电子特有的防护、脉冲电磁防护。某些原材有着挥发的特性，含有沉积静电，它们也显现了多样的现象及关联效应，构成某一整体。

二、识别危害源头

电磁环境之中，复杂危害源含有如下：沉积性的静电、自然雷电威胁、脉冲及核电威胁、人为发出的电磁类辐射。此外，危害源还可分成军用类的、民用类的多样干扰。

（一）突发放电等干扰

作战之中常见多重的自然干扰，是不可规避的。例如累积着的静电放电、突发性的雷电、沉积情形下的放电干扰。静电放电时，常常带有瞬时态势下的突发电流，电位也十分高。电流附带着剧烈辐射，带来电磁脉冲。静电被看成近场类的干扰，构成电子干扰，很易引发油品爆炸、电源等的燃烧。此外，电容及电感类的耦合还会经由天线，将耦合能运送至装备[2]。

（二）多重的人为干扰

电磁危害涵盖了人為类的干扰，分成多样类别。人为危害显现了彼此的特性差异，构成机理不同。例如：核电磁关联的脉冲有着偏强的摧毁能力，也具备软杀伤，干扰常规作战。在人为干扰中，高空核爆显出了最大强度，覆盖范畴很大。核爆炸发生时，将释放更多的脉冲能，覆盖几千平米。从现状看，发达国家创设了偏小体积这样的武器，强化脉冲效应。定向能武器指代：超宽带特性的武器、微波性的高功率武器。电子战融汇了多重的干扰源，含有机载类的干扰机。识别它的性能，就要考量频率覆盖的范畴、干扰样式及显现出来的功率、响应耗费的时段。

三、探析多重效应

从根本上看，电磁环境表征出来的效应指代：传导电磁能量，经由辐射场来干扰燃油、场地内的人员及装备，显示多重影响。针对多重的效应，要预设如下的防控途径：

（一）规避剧烈的干扰

电磁能量可被传递至某一体系内，干扰电子元件。在电子配件上，显出了偏强的剧烈电场。雷电持续时段也较长，同时规模很大。对比常见放电，雷电脉冲显出偏低的总频率，然而能量很大。雷电脉冲还带有偏大的辐射能，瞬时带来偏强的电流。严重状态下，武器之中的电爆类配件将会着火，损伤不可估测。闪电及释放出来的静电附带着偏强的电流，电磁场也很强。针对于电磁场，屏蔽更为艰难[3]。剧烈电场击穿了电子类的配件，击穿氧化层及衔接的金属介质，电路因此短路。在剧烈电场下，器件表层附带的载流子常常会迁移，增添潜在损伤。为此，有必要规避缺陷性的迁移，保护敏感线路。

（二）有序调配频谱

复杂环境之下，装备将会自我扰动，或者彼此扰动。这种扰动密切关联着电磁类的多重干扰，含有干扰效应。辐射电磁能量，它被融汇于信息类的体系，这就添加了突发情形下的误动作，设备失掉性能。经由耦合的路径，电磁能量将被移转，干扰常规运转。为此，要慎重筛选最优的屏蔽类原材，提升信息水准。频谱资源是有限的，但聚集着的无线设备数目很多。这种情形下，就要有序去调配资源，确保设备都可获取足够的频谱。

（三）抗干扰及防识别

电磁作用于场地内的装备、人员以及燃油，它们彼此作用。电磁能被替换成热能，带来后续的热效应。复杂环境之下，微电子特有的配件将被损毁，敏感电路呈现出偏热的状态。这种效应之中，局部配件也将被伤害，恶化电路性能[4]。人为干扰来源很多，有序抵抗干扰，是首要解决的难题。增设防止识别类的技术，可以有效抵抗人为的干扰。

结语：

科技不断进展，武器体系添加了电爆类的、微电子特有的多重装置。这种情形之下，装备也更为敏锐。未来作战依托着信息管控，审慎查验场地、随时互通并传递信息。总指挥及操控、设定定位导航，都不可脱离更为致密的总部署。电磁辐射可查验的源头变得更多，双方常常会剧烈去对抗，场地现状偏复杂[5]。新时段的战争倾向于无形，凸显力量对比。辨别电磁环境，明晰它自身的潜藏规律，才能预设最适宜的作战路径，争夺最佳位置。要掌控主动权，接纳新颖的探测手段。

参考文献：

[1]刘尚合，孙国至. 复杂电磁环境内涵及效应分析[J]. 装备指挥技术学院学报，2012（01）：1-5.

[2]高斌，唐晓斌. 复杂电磁环境效应研究初探[J]. 中国电子科学研究院学报，2011（04）：345-350.

[3]邱世锋. 复杂电磁环境效应的初步探讨[J]. 产业与科技论坛，2013（10）：83-84.

[4]汪连栋，胡明明，高磊等. 电子信息系统复杂电磁环境效应研究初探[J]. 航天电子对抗，2013（05）：23-25+50.

[5]汪连栋，郝晓军，韩慧. 复杂电磁环境效应分析及环境控制实现[J]. 电子信息对抗技术，2014（06）：7-11.

信息化条件下复杂电磁环境研究第4篇

一、复杂电磁环境的定义

目前, 世界各国对电磁环境的定义较多, 基本是针对自己军队所面临的一些问题的一些认识。

为较多数认同的定义是指电子战双方在特定的感兴趣的区域内, 由使用各自电磁能的电子战系统构成的信号特性和信号密度的总和 (其中信号特性包括频率特性、脉冲串特性、大线扫描特性、极化特性和功率电平特性;信号密度主要指辐射源的数目或在接收动态范围之内电子对抗系统可以接收到的每秒脉冲数) 。另外也有其他的定义, 如1976年美国陆军部《美军野战条令———战斗通信》中对电磁环境定义为“电子发射体工作的地方。无线电、雷达、激光, 不管是敌方的还是我方的, 都处于同一电磁环境中”;后在1988年, 美军又将电磁环境重新定义为“军队、系统或平台在特定工作环境中执行任务时可能遇到的在各种频率范围内电磁辐射或传导辐射的功率和时间的分布状况”, 而且认为“它是电磁干扰、电磁脉冲、电磁辐射对人体、兵器和材料的危害, 以及闪电和天气干扰等自然现象效应的总和”;在前苏联军事百科全书中, 对电磁环境的定义是:“影响无线电装置或其部件工作的电磁辐射环境”, “规定区域内或目标以上的电磁环境, 主要决定于无线电装置 (及其部件) 的数量、工作状态、功率和辐射频率”。

综上所述, 我们不难理解, 电磁环境就是自然环境、电子设备或系统工作时形成的电磁场环境, 不仅仅是无线电收发设备工作的电磁场环境, 而且也是对电子设备工作效果产生积极与消极影响的环境。

复杂电磁环境, 是指在一定的战场空间内, 由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交叠的电磁信号构成的电磁环境。从它的定义可以看出, 复杂电磁环境是战场电磁环境复杂化在空域、时域、频域和能量上的表现形式。

二、复杂电磁环境的复杂性表现

类型众多, 影响各异。复杂电磁环境主要由电子对抗环境、雷达环境、通信环境、光电环境、敌我识别电磁环境、导航电磁环境、民用电磁环境、自然电磁环境等构成。每一类型的电磁环境又由不同类型的电磁辐射源生成, 并对不同的信息化武器装备产生影响, 进而影响整体作战。如在电子对抗环境构成上, 利用电子干扰装备进行有针对性地电子干扰, 影响和破坏敌方电子设备和系统的正常工作, 以达到有利于我方而不利于敌方完成作战任务的目的。

无形无影, 无处不在。战场空间中的电磁波, 看不见, 摸不着, 但它存在于战场空间的每一个位置, 作用于有形的电子设备上。战场上的电磁辐射源来自太空、空中、海上、地面、海中, 来自我方和敌方, 来自军用和民用, 来自不同平台和电子设备。由于大功率电子设备的大量使用, 电磁辐射更为强烈, 传播距离更远, 在战场空间的一点上, 电磁信号密集程度更高, 更复杂。据统计, 冷战时期, 东西德边境地区上空, 一架飞机同时受到几十部雷达和数百部通信电台的照射。由此可见, 电磁环境中不可能简单至易于分辨。

变幻莫测, 密集交叠。战场上大量的电磁信号是在人为控制下产生的, 或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此, 在不同的作战时间, 交战双方因作战目的不同, 所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化, 其变化的方式难以预测。从时间上看, 有时表现为相对静默, 有时表现为非常密集。时间密集的电磁信号环境是现代战场电磁环境的显著特征。

无限宽广, 拥挤重叠。频谱是电磁信号在频域的表现形态。一方面由于信息技术的迅猛发展和电子信息装备的大量使用, 战场上电磁信号所占频谱越来越宽, 几乎覆盖了全部电磁信号频段。另一方面, 由于大气衰减、电离层反射和吸收等传播因素影响, 在实际应用过程中, 能够使用的电磁频谱只有有限范围, 军用频段更少, 在某一局部频率区间, 电磁信号呈现密集重叠的现象。如雷达频段通常在3MHz~300GHz, 但实际装备只在有限的不连续的频率区间内工作, 并非覆盖整个雷达频段。

密度不均, 跌宕起伏。能量密度是电磁辐射强度的一种表现形态。因电磁波传播因素的影响, 战场空间的电磁信号能量不会均匀, 在有些地方能量集中, 可能很强, 有些地方能量分散, 可能很弱。电磁能量密度的高低直接决定着对电子设备的影响程度。如强烈电子干扰可以使雷达迷茫, 通信中断, 连续强激光照射可以使光电探测器烧毁。据悉, 目前美军正积极利用电磁能发展高功率微波武器、电磁脉冲弹、高能激光武器等, 据最新的报道, 部分武器已初步试验成功, 显示出较大的打击力, 所有相关装备已进入待装状态。

数量繁多, 波形复杂。战场上, 交战双方从反侦察、反干扰、抗摧毁角度出发, 越来越多地使用各种新体制雷达、通信、光电等设备, 并且在新体制电子设备上越来越多地采用更为复杂的信号样式。据不完全统计, 目前世界上的通信信号种类多达100种以上。雷达多采用新体制和特殊体制, 如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、合成孔径雷达、低截获概率雷达等, 使得雷达信号种类繁多且波形复杂。

参考文献

[1]黄伟庆, 孙德刚.信息核电磁辐射的原理、测试与消除[J].数据通信, 2001, (3)

[2]刘顺华, 刘军民, 董星龙.电磁波屏蔽及吸波材料[M].北京:化学工业出版社, 2007

复杂电磁第5篇

关键词：可控源音频大地电磁法；V8；大倾角地层；应用

可控源音频大地电磁法（Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics，简称CSAMT法）：CSAMT法是上世纪80年代末在大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）的基础上发展起来的可控源频率测深方法，它是针对大地电磁法在音频频段信号微弱和信号具有极大的随机性问题，经改进采用人工可以控制的场源来加强地层反射信号，又因使用的频率属音频段频率，所以把它称作可控源音频大地电磁法。它具有探测深度大、分辨能力较强、观测效率高，兼有测深和剖面研究双重特点，是研究深部地质构造、寻找地下水资源勘查的一种有效手段。

1、可控源音頻大地电磁法的基本原理

CSAMT探测是基于电场在大地中电磁场传播过程中存在正常电磁波的传导规律，即趋肤效应，亦即高频电流主要集中在近地表流动，并随着频率的降低，电流就越趋于往深处流。对于这一物理过程，通常使用下式计算它们不同频率下的卡尼亚（Cagniard）电阻率：ρExHy=15fExHy2，ρExHy单位为Ω·m。f为频率，单位为Hz。CSAMT法的探测深度D大致为：D≈356ρf。可见介质的电阻率越高，工作频率越低，探测的深越大。通过计算卡尼亚电阻率和阻抗相位可以达到探测不同埋深地质目标体的目的。

2、可控源音频大地电磁法的特点

勘探深度范围大：根据不同地质目的及实地地电条件，CSAMT方法的勘探深度可以灵活控制；工作中依据当地电性特征设定测量频点的上下限并调整收发距离；分辨力高：垂向分辨率可达10%，水平分辨率约为接收偶极子长度；低阻敏感性：使用交变电磁场可以穿透高阻盖层或浅部高低阻间杂地层；地形影响小：由于观测区场源在大部分频点下为平面波场，同时电磁分量的观测计算已进行了归一化，结果受地形影响较小且易于校正；场源影响小：在同一发射场源下可以进行大面积观测；抗干扰能力强：V8整套仪器具备精确分频、高灵敏度、高次叠加、高稳定性等性能。

3、可控源音频大地电磁法的实际应用

3.1工区概况以及电性特征。探测区位于新疆乌恰县托云盆地东缘，总体构造为复式褶曲构造。勘探区地层自下而上有石炭系、侏罗系、白垩系和第四系，侏罗系含B1煤层。新疆的煤层是高电阻率、高人工放射性。因为本区地层倾角较大，地表切割剧烈，没有很好的条件开展地震工作。如图1白垩系与侏罗系地层的视电阻率在主要30-120Ω之间变化。石炭系地层为明显的高视电阻率，变化在150-300Ω之间。我们可以把侏罗系与石炭系的接触面，视电阻率急剧变高这一特性作为标志层。也就是我们的工作从寻找侏罗系，转换为寻找石炭系的顶界面。

3.2使用的仪器。本次瞬变电磁勘探使用加拿大产V8电法工作站，配套TXU-30大功率发射机，高频磁探头AMTC-30。与其它仪器相比，V8性能稳定，抗干扰能力强，全波形采集，可针对不同的勘探深度，人为设置不同的频率点。采用赤道装置，该工作装置测量信号强度大、生产效率高。收发距采用12km，接收距50m。

3.3应用成果。采用V8配套软件CMT Pro对原始数据进行预处理，用SCS2D软件人机交互反演。首先在已知钻孔6-2上布设了试验线，如图2纵轴代表海拔，横轴为测点桩号。颜色由蓝色到红色的变化表示电阻率由低到高。通过地质检验认定，zk6-2孔1328m-67126m为白垩系下统克孜勒苏群地层；67126m-71296m为侏罗系中统杨叶组地层；71296m为石炭系顶界面。测井侧向电阻率曲线显示进入石炭系地层后电阻率急剧上升。在标高2310处揭露石炭系老地层，这与我们通过CSAMT得到的断面图相吻合。侏罗系地层与石炭系地层的接触面的电阻率为160-180之间。我就可以根据这个阀值，来追踪这个区域的石炭系顶界面。

在钻孔6-2北部布设了勘探线2线，具体如图3反演界面与实验界面相似。根据试验确定的电阻率阀值，发现测点号从小到大，石炭系界面呈现变深趋势最终建议地质人员在较浅位置布设钻孔，并给出了煤层的参考深度。最终根据钻孔反馈，CSAMT得出的成果可靠。

4、结束语

钻探验证和实地调查核实表明，CSAMT划分的地层产状与目标层深度是有效和可靠的，为下一步开展钻探工作提供了技术支持，为地质人员划分地层提供了有效参考。

参考文献：

[1]张青杉，穆建强.CSAMT与地热勘查[J].地质找矿丛论[J]，2003，18（z1）：184-186.

[2]何继善，鲍力知.可控源音频大地电磁法[J].物探化探译丛，1990（6）：20-25.

浅析复杂电磁环境下的装备保障问题第6篇

1 复杂电磁环境介绍

为了应对复杂电磁环境下装备保障问题, 必须深入开展复杂电磁环境的研究, 以便更好的了解它对以电子信息系统为核心的武器装备以及整个战场的影响, 从而更好地适应、管理、使用和控制整个战场的电磁频谱。

1.1 基本概念

复杂电磁环境主要是指在有限的时空里, 一定的频段上, 多种电磁信号密集、交叠, 妨碍信息系统和电子设备正常工作, 对武器装备运用和作战行动产生显著影响的战场电磁环境。

1.2 构成要素

电磁环境构成的基本要素是电磁信号, 依据复杂电磁环境的性质和形成机理, 构成要素主要有:

(1) 自然电磁辐射, 如静电、雷电、地磁场、太阳黑子活动、宇宙射线等。这些电磁辐射对电磁环境的影响一般是突发的, 难以预见的, 但对武器装备的影响往往是巨大的, 特别是对短波通信干扰更加严重。

(2) 人为电磁辐射, 可分为有意和无意2种。有意电磁辐射是为了满足某些目的所主动发射的电磁辐射;而无意电磁辐射则是人们运用某些电子电器设备时产生的且向不期望区域辐射的电磁辐射, 也就是通常所说的电磁污染。

(3) 辐射传播因素, 不主动辐射信号, 通过影响电波传播来改变电磁环境的状态。

2 复杂电磁环境对装备保障的影响

复杂的电磁环境渗透于战场的方方面面, 对装备保障产生了广泛而深刻的影响。

2.1 对装备保障指挥效能的影响

在装备保障过程中, 装备指挥机构与其他机构之间均是依靠电磁来传输数据的。战场范围一定的条件下, 各种武器系统相互影响, 再加上激烈的网络战、电子战, 必然使装备指挥系统数据差错率提高、协同失调, 甚至传输数据中断等问题, 从而造成指挥系统作战效能不能充分发挥、战场生存力下降。

2.2 对装备技术性能的影响

信息化程度越高, 武器装备的作战效能受复杂电磁环境的影响就越大。例如:高能微波武器、电磁脉冲炸弹的强电磁干扰很可能导致无线电通信中断、雷达不能发现跟踪目标等后果;大量的通信、侦察设备同时开机, 电磁信号特征非常复杂, 就会导致目标误判、通信中断、导弹偏向、指挥不畅, 甚至无法正常工作。可以看出, 在复杂电磁环境条件下, 作战双方信息对抗激烈, 装备性能受到很大的限制。

2.3 对装备支援保障的影响

复杂电磁环境条件下, 装备性能发挥受限的同时, 其失效机理也发生了变化。机械化战争中, 装备的损伤主要为物理毁伤, 而在信息化战争中, 装备保障指挥系统、武器平台等由于电磁干扰和电磁的剧烈打击, 将会出现指挥受阻、制导失灵和平台瘫痪等“软故障”、“软损伤”现象。另外, 由于维修器材、保障设备大量采用条形码、信息网络等信息技术, 很容易受到复杂电磁环境的影响, 从而影响了装备物资的精确配送和保障需求的精确预计, 这些都增加了维修保障的强度和难度。

3 复杂电磁环境下装备保障的应对策略

3.1 深化装备保障体制改革, 适应复杂电磁环境

信息化装备维修保障需要与之相适从的维修保障体制, 应在遵循信息化建设客观规律的前提下, 按照适应复杂电磁环境的要求, 打破原有的体制框架, 建立新的装备保障指挥体系和装备保障模式。

装备保障指挥体系是在信息化战争中敌方攻击的重点, 必须构建结构精简、功能灵活的指挥体系。

(1) 改变长树形指挥体系, 减少纵向指挥层次, 构建横向指挥渠道;

(2) 当某一机构受到威胁时, 为了不造成指挥间断, 需要灵活指挥授权机制;

(3) 利用光纤通信、数字微波、通信卫星等先进技术及计算机网络, 实现指挥网络兼容、互通, 完善指挥通信手段。

装备保障模式要立足信息化条件, 同时考虑复杂电磁环境, 实施精确有效的保障。

(1) 适当进行装备预置, 减少装备保障的程序和时间, 减少装备配送的环节;

(2) 充分利用军内外各种资源、技术和力量, 实施一体化保障, 高效合理地实施保障;

(3) 把供给、管理、维修等保障能力融合, 进行模块化保障, 增强综合保障能力。

3.2 构建复杂电磁环境, 加强贴近实战的装备保障训练

构建逼真的复杂电磁环境, 以便部队开展复杂电磁环境下的装备保障训练, 以及装备指挥员及指挥机关掌握装备保障时的战场电磁环境, 更有效地实施指挥决策。

(1) 依据现代武器装备技术水平, 模拟自身因素影响形成的电磁态势, 尤其要体现己方电子信息系统相互影响、相互制约的状况, 并考虑民用及自然电磁辐射等;

(2) 根据掌握的假想敌作战能力, 遵循从严、难训练的原则, 模拟敌方辐射因素形成的电磁环境, 并将敌方实施电子侦察、干扰、摧毁等产生的电磁辐射作为构建重点;

(3) 参照我军装备保障力量部署原则, 模拟自然环境的影响, 如气象条件、地理环境、电离层等各中传播介质对电磁波传播的影响。另外, 构建的复杂电磁环境要以作战为牵引, 具有针对性;适应战场变化, 具有灵活性;注重保密防护, 具有安全性;防止参训装备损毁, 具有保护性。

3.3 积极探索装备保障的新对策和训练新内容

一是加强电磁防护。在能域上采取技术手段, 建立内、对外“防火墙”, 防止己方信号外泄和敌方信号侵入;在时域上通过限制己方涉频保障活动的实施、利用敌强电磁信号作用时间间隙等措施, 隐蔽实施装备保障;在地域上采取空间控制法, 把可能受影响的保障行动安排在敌信号作用的地 (空) 域之外进行。二是加强精确技术保障。改进保障方式;改进故障诊断方法;改进故障维修方法;改进设备使用方法。

4 结语

本文在介绍复杂电磁环境的基础上, 阐述了它对装备指挥效能、装备技术性能和装备支援保障的影响, 为了积极应对这些新的挑战, 提出了积极的应对策略, 为实现复杂电磁环境下的装备保障提供借鉴。

摘要：复杂电磁环境作为信息化战争的突出特征, 对武器装备的作战效能有着重要的影响, 对战时装备保障提出了严峻挑战。本文论述了复杂电磁环境的基本概念, 分析了复杂电磁环境对装备保障指挥效能、装备技术性能和支援保障的影响, 提出了复杂电磁环境下实施装备保障的应对策略。

关键词：复杂电磁环境,装备保障,信息化

参考文献

[1]张炜, 梁巍.复杂电磁环境下装备保障对策研究[J].装备指挥技术学院学报, 2008, 19 (4) :1-4

[2]罗小明.复杂电磁环境下装备保障指挥效能评估指标体系及方法研究[J].装备指挥技术学院学报, 2008, 19 (3) :1-5

[3]周明军, 孙宏.装备保障训练复杂电磁环境构建探析[J].装备指挥技术学院学报, 2009, 20 (1) :12-15

[4]吴秀鹏, 王骏, 刘亚东等.复杂电磁环境下装备保障训练模块化研究[J].装备环境工程, 2009, 6 (3) :84-87

[5]李阳, 武昌, 雷志雄.装备维修保障信息化建设的若干问题[J].四川兵工学报, 2009 (4) :113-115

复杂电磁第7篇

1 复杂电磁环境概述

由于信息技术的不断发展和广泛应用,电磁环境逐渐被人们了解和重视。电磁环境反映了事物与周边的一种相互的电磁关系,具体表现是各种各样的电子设备、系统等电磁辐射在时域、空域中的分布情况。复杂电磁环境指的则是在电磁环境的基础上,一定时域、空域内的各种人为与自然电磁活动密集重叠、纵横交织、功率分布不齐,并且对有益电磁活动产生严重影响的电磁环境。复杂电磁环境具有以下几种主要特征,首先是辐射设备种类多、数量比较大,分布空间和信号密度都比较大,在一定范围内也具有较高的占用率;其次是复杂电磁环境时效强、发展和变化速度快、跟有益电磁活动对抗性强;最后是识别难度变大,这主要是由于在时域和空域等参数域上的信号使用的广度和深度不断取得突破的原因。通过这些特点也反映出复杂电磁环境的变化多样性。

2 电磁信号概述

对电磁信号的描述多用位置特性、电磁极化特性、信号调制特性和频谱能量特性等来进行。另外复杂电磁环境具有可量度性,可以通过对电磁信号相关量的控制来达到对电磁环境量化描述的目的。电磁信号的模型有雷达信号、通信信号和干扰信号。雷达信号主要指有源雷达辐射信号和在少数情况下的散射信号,其以高功率射频脉冲为主,它的带宽与载波频率相比很小。其信号调制分类一般主要有幅度调制和相位调制两种,这两种可以继续细分,幅度调制可分为脉冲调制和连续波,脉冲调制又分为脉内调制、脉间调制和脉组间调制;相位调制也可以分为脉内调制、脉间调制、频率调制和离散相位调制。通信信号指的是无线通信设备辐射的信号,其主要以中低功率连续波信号为主,并且信号调制和通信协议较为复杂,信息解密也比较困难。通信信号的占有频段比较窄,载频也比较低,信号调制上也比较复杂。对其进行分类从总体上也可以分为幅度调制和相位调制,幅度调制可以分为模拟调制和数字调制,模拟调制再细分可分为全边带调制、上边带调制和下边带调制,相位调制可分为频率调制、离散相位调制和组合调制,频率调制也再分为模拟调制和数字频移键控。干扰信号在形式上和通信信号、干扰信号相一致,干扰信号发生干扰作用的原理主要有3 种分别是欺骗干扰、压制干扰和复合干扰。这3 种方式以不同的发生原理对正常信号产生干扰作用。

3 基于复杂电磁环境的信号检测模型构建

3.1 信号检测研究现状

现在的信号检测研究也已经取得了一系列成果,像基于非线性检测方法的一些比较新颖的检测方法,这些检测方法在实际应用中就起到了非常好的效果。在复杂的电磁环境之下对信号进行检测存在一定的难度,对于信号检测模型的构建也形成很大干扰。信号检测的实质是利用信号和噪声的统计性之间的差别,来抑制噪声同时提取有用的信号。线性检测方法是常用的一种检测方法,其又可以分为相关检测、取样积分、窄带滤波、分数谱分析、锁定放大等检测方法。与之相对的是非线性检测方法,其检测有用信号的机制并不像传统的检测方法一样把背景噪声去掉,而是在充分利用噪声的情况下,在不平衡和不稳定的状态下来提取信号,充分显示了其所具有的优越性和灵活性。现在利用非线性系统的信号检测算法来进行信号检测的主要方法有高阶谱分析、支持向量机、神经网络、差分振子法、随机共振法等,这些方法在实际运用中也都取得了良好的应用效果。

3.2 信号检测模型构建

在基于复杂电磁环境下的信号检测模型构建中,可以先对复杂电磁背景进行模拟,这可以为信号检测提供信号源。在对复杂电磁环境进行建模时可以采用微波暗室半实物环境来模拟电磁空间环境,其基本的组成部分应该包括射频信号辐射器、计算机系统、射频信号产生器以及监视系统等。在模拟中可以设置多个干扰点,从不同角度、不同方位发出干扰信号,辐射源输出可以选择最为接近的辐射天线,通过这些建立起一个接近真实的模拟复杂电磁环境。在复杂电磁环境建模完成后可以进行信号检测模型构建。在脉冲探测目标中,对电磁环境下的信号进行特征提取,得出两个阵列输出数据的相位差,并且通过一定的调制形式表现出来。在复杂电磁环境下,还需要对信号进行动态平滑处理,运用一定的时频加权模型,进而得出频域信号的估计值。在对信号特征进行提取时在描述信号的深度和宽度时运用相应的公式来进行计算。复杂电磁环境下信号检测模型的构建采用的调制模式是峰脊陡变调制,通过这样可以实现复杂电磁环境下信号检测模型的建构。在基本模型建立起之后还可以再对信号检测模型进行改进,在复杂电磁环境下,背景噪声和信号有时容易发生时频耦合的现象,并且也很难在低信噪比的情况下检测到有用信号,针对这些情况就需要对信号检测模型进行改进。通过改进不仅可以对幅度调制分量进行残差信号滤波预处理,还可以引入4 阶累积量后置处理模型,这种模型可以有效抑制高斯白噪声和高斯色噪声的影响。通过这些改进措施的运用,可以使信号检测模型构建更加完善,在实际运用中也能取得更好的效果。

4 结语

在复杂电磁环境下的信号检测模型建构具有难度大的特点,具有很多不可控的因素,但在当今环境下,尤其是一些特殊领域中复杂的电磁环境十分常见,是不得不面临的一个客观条件。因此,在复杂电磁环境下进行信号检测模型建构,可以有效提高信号检测系统的适用性,能在现在信息时代大环境下发挥出更好的作用,在信号检测中也能更好地适应时代要求。

摘要：在信息科技不断发展的今天,电磁环境日趋复杂。复杂电磁环境,给信号检测工作带来了更多不便。为适应复杂电磁环境,可以在复杂电磁环境下积极构建信号检测模型。本文对复杂电磁环境和电磁信号做了简述,并对信号检测模型构建做简单分析。

浅议复杂电磁环境对通信安全的影响第8篇

1 电磁环境的构成

电磁环境包括自然电磁环境和人为电磁环境两类。自然电磁环境主要由大气噪声、宇宙噪声、地理因素等组成。大气噪声是自然界雷暴活动所产生的电磁辐射, 又称天电干扰, 主要对低频以下波段的无线电系统产生干扰, 对于30M以上电波, 大气噪声影响逐渐减弱;宇宙噪声主要是指来自地球大气层外的无线电辐射干扰;地理因素主要是指地震辐射的电磁波等。

人为电磁环境, 是指由人类使用的各种电子或电气设施的电磁辐射所构成的电磁环境, 既包括了如通信、雷达、导航、制导、广播等以辐射或接收电磁波来完成任务的无线电设备所辐射的电磁波, 也包括一些并不需要以发射和接收电磁波的形式来完成自己的功能, 但在运行过程中却又必然地产生电磁波, 主要有交通、能源、科学、医疗等领域内的射频设备, 以及日常家用电器设备等。这样的设施种类繁多, 对电磁环境的影响程度也各不相同。

2 我国电磁空间面临的主要问题

(1) 信道竞争造成我国用频资源拥挤。全球可用频谱资源是有限的, 竞争很激烈, 再加上我国通信行业起步较晚, 使频谱资源的利用受到了世界发达国家的制约, 使我空间频道愈加拥挤, 干扰更加严重。

(2) 自然变化加大我国电磁环境恶化。太阳电磁辐射、宇宙电磁辐射、自然界变化形成的电磁场等对全球产生巨大影响。特别是太阳黑子、耀斑的爆发所产生的电磁辐射和高能带电粒子会影响和破坏近地空间环境, 导致地球电离层受到突然干扰, 这种因太阳黑子爆发导致电离层出现不同程度变化而引发的电磁干扰具有很大的危害性。

(3) 电器设备电磁污染日益严重。随着人类电磁活动的增多, 有害电磁辐射急剧攀升, 电磁环境不断恶化, 对正常电磁活动造成不利影响, 改革开放以来, 我国信息产业迅速发展, 通信设备的种类、数量飞速增加, 大功率电机、变压器、输电线、广播、电视塔等数量也激增, 加之大量使用的各种电器的电磁辐射, 使电磁污染日益严重。

(4) 敌对势力的恶意干扰和攻击使我国通信安全面临挑战。一些敌对势力利用非法信号攻击和破坏我国通信设施, 非法占用频道以及干扰我卫星传输, 还有境外势力对我实施全领域、全有向、全时域的侦察监视和攻击, 也使我国电磁空间安全形势十分严峻, 面临着极大的威胁与挑战。

3 保护通信安全的对策措施

(1) 提高设备电磁兼容性能增强设备适应能力。电磁兼容是指电气及电子设备在共同的电磁环境中能够执行各自功能的共存状态, 即要求在同一电磁环境中的各种设备都能正常工作而不相互干扰达到“兼容”状态。要提高设备在复杂电磁环境中的适应能力和生存能力, 首先是严格电磁安全防护标准, 提高通信设备的适应能力;其次是提升设备的抗干扰能力, 对于电子设备在硬件上应做到电子元器件性能良好、线路布局合理、屏蔽措施到位等;在软件上要求具有一定的自我保护等功能;在设计方法上采用先进的系统设计法等。

(2) 加强电磁资源管控合理使用电磁资源。加强复杂电磁环境下通信安全的防护, 必须严格频谱资源管控。一是规范审批程序, 对各种发射机、接收机、电台、工科医设备及超声波设备的研制、生产都规定严格的频率申请、审查等程序, 由专家进行评估, 以对频率的使用进行严格规范, 对电磁频谱合理分配;二是合理进行干扰协调, 由于目前频谱资源紧张, 造成干扰的因素很多, 有的是违反电磁频谱管理规定, 随意占用频率造成的, 也有由于频率指配不合理, 致使同频干扰或者互调干扰、邻频干扰等, 需要合理进行频谱协调;三是实施电磁频谱检测, 电磁频谱检测是采用技术手段和一定的设备对电磁频谱发射进行测量和分析, 以便合理、有效地进行频率指配;四是加大对有害干扰的查处力度, 对于不合理的使用个人和单位, 要进行取缔, 相应组织要加强对重要通信设施周边频谱监控和非法设备清查力度, 以营造有利电磁环境。

(3) 完善电磁频谱管理法规制度建设。提高复杂电磁环境下通信安全的防护, 必须完善电磁管理法规制度建设, 不断提升电磁频谱管理能力, 本着统一规划、分级保护、预防为主、综合治理的原则, 要求法规的操作性和针对性强, 对未来电磁用频制定出依据和规范, 并加大违反用频行为的打击力度。

4 结语

在电磁环境日渐复杂的情况下, 我国通信安全受到很大的挑战, 如何在减低对通信安全的干扰, 对于我们有着重大的意义, 我们必须对其进行更深入的研究, 创建更稳定的环境。

摘要：科技的高速发展在给人们带来方便的同时, 也加剧了电磁环境的复杂度, 给各类通信安全造成了干扰和隐患。本文就复杂电磁环境下通信干扰和安全问题, 进行了一些简单探讨。

关键词：复杂电磁环境,电磁空间,通信安全

参考文献

[1朱庆厚.无线电检测与通信侦察[M].北京:人民邮电出版社, 2005

[2]周鸿顺.频谱检测手册[M].北京:人民邮电出版社, 2006

复杂电磁第9篇

随着各类电子产品和设备的日趋增多,电磁波在空间中的分布也越来越密集[1,2]。通常为了提高接收系统的灵敏度电平,射频前端的设计一般选用低噪声、高增益的放大器来降低系统的噪声系数。该方法在电磁环境比较纯净的情况下非常适用,但是在如今日益复杂的电磁环境中,多路信号同时输入的概率增大,对射频前端的动态范围提出挑战。理论上,在n路信号等功率输入的情况下,射频前端的输出1 dB功率压缩点与输入信号的路数n呈10lg(2n-1)(dB)的关系急剧降低。因此,在复杂的多信号输入环境容易导致射频前端出现饱和,出现大量的非线性产物,导致接收系统判断大量的虚假信号,使系统对有用信号的侦收能力大大降低。

本文针对复杂电磁环境的需求[3,4],射频前端的第一级即加入低损耗的滤波器,兼顾低噪声和大动态的双重设计要求;低噪声放大器后面,再加一级抑制能力高的滤波器,进一步加强射频组件的抗干扰信号的能力。射频前端在超短波频段的复杂电磁环境中,通过合理设计保证其长期、稳定和可靠工作。

1射频前端的设计

射频前端主要由带通滤波器、限幅器和放大器等组成。设计方案的选取不仅仅是选择几个模块的串联工作,还包括如何合理地分配每一个模块的指标,从而达到整体设计的最佳优化状态。其中,限幅器对接收到的大干扰信号进行限幅,防止后面放大器因信号过强而烧毁。为了减少限幅器在大信号状态下的饱和失真概率,将限幅器放入滤波器的后面,对带外的大信号进行滤除后,再进行限幅保护。

为了兼顾低噪声的要求和带外抑制的特性,将滤波器的设计分为2级:初级滤波器要求损耗小,带外抑制指标可以适当放宽要求,从而降低系统的噪声系数,提高系统的灵敏度;次级滤波器的设计重点在于其带外抑制指标的实现。两级滤波器对88～108 MHz调频广播信号和970 MHz移动通信信号等进行滤波抑制,防止低噪声放大器及其后接收设备因信号过大而饱和。

为了兼顾大动态、低噪声和高增益的设计指标,放大器的设计也分为2级:初级放大器满足低噪声的设计要求,对接收信号进行低噪声、高增益放大;次级放大器采用推挽放大的电路形式,提高射频前端的动态指标。射频前端的组成框图如图1所示。

1.1设计约束

射频前端应用在超短波频段的复杂电磁环境下,其主要的设计目标和设计指标如下:

① 输入频率范围:225～400 MHz;

② 噪声系数:≤2.0 dB;

③ 干扰信号频率为88～108 MHz时, 最大可工作电平为+30 dBm;

④ 干扰信号频率为108～200 MHz时,最大可工作电平为+22 dBm;

⑤ 干扰信号频率480～1 000 MHz时,最大可工作电平为+25 dBm。

1.2滤波器设计

带外的干扰信号不能影响射频前端的正常工作,尤其不能影响其输出1 dB功率压缩点、2阶截点值和3阶截点值等衡量射频前端非线性的指标。设计中通过合理规划2级滤波器的带外抑制能力来满足干扰信号极限电平的设计指标。

1.2.1 初级滤波器设计

初级滤波器采用高通滤波器和低通滤波器级联的方式组成带通滤波器。高通滤波器和低通滤波器均采用标准切比雪夫形式,适当拓展带宽设计,利用仿真软件进行仿真分析,确保边带频率的损耗较小。滤波器的电感均采用高品质因数的空心电感实现,电容也采用高品质因数的电容,用于满足低损耗的指标。

1.2.2 次级滤波器设计

次级滤波器也采用高通滤波器和低通滤波器级联的方式组成带通滤波器。为了提高带外抑制,高通滤波器采用椭圆函数形式,低通滤波器采用变形切比雪夫形式,参照椭圆函数低通滤波器的工作原理,增加2个谐振器结构提高阻带抑制,在仿真软件中优化元件参数,从而确保带外抑制指标的实现。

1.3放大器设计

放大器是射频前端的重要组成部分,通过它实现射频前端的增益和噪声系数等指标。

放大器由初级放大器和次级放大器组成。初级放大器为低噪声放大器,选用合适的低噪声管子进行最佳噪声匹配设计,满足低噪声要求[5,6,7,8]。次级放大器为推挽放大器,由反相分路器、对管放大器和反相合路器组成,用于提高射频前端的动态特性。

1.3.1 初级放大器设计

初级放大器的管子选取Avago公司的ATF54143,功耗小、噪声系数小,其静态工作电压选择为2 V,电流为40 mA。根据管子模型,采用ADS软件进行仿真设计,优化初级放大器的稳定性,针对最小噪声系数进行匹配设计[9,10],仿真分析增益和输入输出驻波比等参数,设计电路如图2所示。放大器采用负反馈的方式来达到良好的匹配,输出的小电阻R3用于改善输出的回波。初级放大器的S参数和噪声系数仿真曲线如图3和图4所示。

由图3和图4的仿真结果可以看出,初级放大器的噪声系数小于0.5 dB,增益大于20 dB,且输入输出回波均小于-15 dB。通过对放大器的稳定性系数进行仿真,仿真结果发现稳定性系数大于1,表明该放大器在工作频带内绝对稳定。

1.3.2 次级放大器设计

为了提高第2级放大器的动态,第2级采用平衡放大的形式,分路器和合路器均采用180°分路的形式,用于抵消放大器的二阶产物,提高射频前端的二阶截点值指标。

次级放大器选取Mini公司的对管MRF556,优点在于对管的一致性好,功耗小,单只的工作电压为5 V,电流为60 mA,且单管的输出IP3大于35 dBm,满足射频前端的3阶截点值的设计指标。

2优化设计

上述理论分析是理想器件参数设计,实际设计中要根据实际电路布局,计入电路参数的相互影响,以及综合考虑前后级联的因素,来进一步完善和优化设计。

2.1初级放大器的优化

在如图2所示的理论设计中,仿真分析放大器的带内均为稳定设计。仿真分析的前提是在输入输出端口均为50 Ω的良好匹配中。在实际应用中,该放大器的前端一般接天线的输出口,天线的带外驻波很差,带外的严重不匹配可能会导致放大器的自激,所以实际设计中,必须考虑各种极端的短路或开路情形,来消除可能的自激隐患,达到初级放大器优化设计的目的。

2.1.1 反馈电感引起的自激

放大器匹配设计中的反馈电感起到幅度均衡的作用,然而在输入短路的极端情况下,电感引起的自激频率约几百MHz。

解决方案是反馈支路采用纯阻性的结构,彻底消除反馈电感的不稳定影响。

2.1.2 管子栅漏级间耦合自激

在输入短路的情况下,同时进行电源的开关电,放大器的自激频率出现在几GHz。

解决方案是将栅极和漏极的供电部分距离拉开,减少影响。此外,射频前端的腔体设计中,将该放大器单独分腔,切断频率高端的空间耦合路径,尽量减少自激的可能性。

2.2带通滤波器的优化

上述初级或次级滤波器的设计已经考虑了实际元件的品质因数对滤波器损耗和抑制等指标的影响,但没有计入元件之间的相互影响,电感之间的互耦影响不可忽视,由于互耦的存在,导致实际的电感量与标称的数值有很大偏差。

解决方案是在印制板布局设计中,尽量拉大电感之间的距离,而且对于相邻的电感采用正交排列的结构形式,使得电感之间的互耦减到最小。

3测试结果

根据优化设计思路,对理论的电路设计进行完善,然后对射频前端进行摸底测试,试验各种开路和短路情况以及各种极限的工作环境,该射频前端均工作稳定,没有出现自激现象。滤波器的各项指标无需调试,回波损耗、阻带抑制和插入损耗指标均可满足指标要求。

经过优化设计后,最终得到带内外稳定的射频前端,其测试结果如表1所示,噪声系数和增益指标还有设计的余量,用以确保温度试验中的指标恶化情况。

干扰信号的极限电平测试,采用强干扰信号与正常工作信号同时加入的方法,然后不断增加干扰信号电平,直至其达到不影响射频前端的输出功率1 dB压缩点的最大值时,此时干扰信号的电平值即为干扰信号的极限电平。测试频率为88～108 MHz时,最大可工作电平为33.5 dBm;测试频率为108～200 MHz时,最大可工作电平为23.5 dBm;测试频率为480～1 000 MHz时,最大可工作电平为28.2 dBm,其他指标在不同测试频率的测试结果如表1所示。

由表1可看出,通过2级滤波器的合理设计,在满足噪声系数和增益等常规指标要求的前提下,射频前端达到了抗干扰设计的目的。

4结束语

为了提高射频前端的抗强信号、多信号的能力,射频前端由初级滤波器、限幅器、低噪声放大器、次级滤波器和次级放大器组成,因此具有低噪声和大动态的双重功能。在超短波频段的复杂电磁环境中,通过抗干扰设计的手段,确保该射频前端的长期可靠工作。

优化设计中采用多种极端不匹配的方式,解决了放大器的几种自激的隐患。通过试验测试,验证了解决方案的可行性,得到可靠稳定的设计状态;电感的布局影响着带通滤波器的设计状态,通过优化布局设计,得到满足指标要求的滤波器设计;最后,通过合理的组合方案得到指标性能优良的射频前端。 

参考文献

[1]黄慰,刘震.舰载通信信号侦察接收系统[J].电讯技术,2011,51(3):4-8.

[2]柴克军,时光,康健,等.超短波干扰效能等效替代方法研究[J].无线电工程,2010,40(11):46-48.

[3]李娟慧,沈鸣,季权,等.雷达侦察系统复杂电磁环境适应性分析[J].航天电子对抗,2012,28(2):55-58.

[4]李兵舰,王杰,盛骥松.提高复杂电磁环境下电子对抗装备干扰有效性的方法[J].舰船电子对抗,2012,35(1):28-30.

[5]LUCA Daniel,MANOLIS Terrovitis.A Broadband Low-Noise-Amplifier[J].Microwave Circuit Design,1999(5):1-7.

[6]刘丽静,张立哲.基于ADS仿真的宽带低噪声放大器设计[J].无线电工程,2011,41(6):58-61.

[7]卢珏.FET放大器设计存在的问题及其解决方案[J].高等函授学报,2004,17(2):36-38.

[8]蒋俊杰,欧阳缮,陈敏,等.超宽带信号低噪放大电路的设计与实现[J].微计算机信息,2009,25(1-2):296-298.

[9]SHAEFFER D K,LEE T H.A 1.5 V,1.5 GHz CMOSLow Noise Amplifier[J].Solid-State Circuits,1997,32(5):745-759.

复杂电磁第10篇

作为一种低截获概率技术,跳频数据传输具有较好的抗干扰性、安全保密性和组网能力,采用跳频技术的各类收发信机得到了广泛的应用,也向数据传输对抗提出严峻的挑战。开展对跳频信号侦察的研究,寻求截获跳频信号的方法,对于当前数据传输对抗具有重大的意义。

目前跳频信号检测技术的主要分析方法有自相关检测法、信道化接收法和时频分析法等。其中,时频分析法用于分析跳频信号有很大优势。但是在复杂电磁环境下,定频干扰信号的存在严重影响了对跳频信号的检测性能。因此,提出了一种针对跳频信号中的定频干扰信号进行频谱对消的方法,并将其作为跳频信号检测的预处理环节。该方法能较好地抑制定频干扰信号,提高跳频信号的检测概率。

跳频信号自动拼接是对已知参数的跳频信号在指定中频上完成拼接处理。这是介于网台分选和跳频信号解调之间的过程,其关键技术为时域校时,需要准确计算出每一跳信号的起始时刻和终止时刻进行信号提取,但是在低信噪比和时域信号包络不唯一的条件下,往往会有较大的校时误差。在大量仿真研究的基础上,提出了一种补零法则,能很好地克服这一难点,大大提高校时精度。

1 跳频信号检测

在复杂电磁环境下,跳频信号中常见的背景信号有定频信号、突发信号和随机噪声信号等。定频信号主要指连续定频信号与断续定频信号;突发信号主要指偶尔出现的信号;随机噪声信号主要指信道中各种噪声及接收机噪声信号。因此,如何有效地检测出该波段的跳频信号问题,就转化为如何有效地剔除其他信号的问题。

1.1 STFT跳频分析

采用短时傅里叶变换(STFT)来进行时频分析,给定一个时间宽度很短的窗函数η(t),让窗滑动,则信号的短时傅里叶变化定义为:

由定义式可见,信号z(t′)在时间t的短时傅里叶变换就是信号z(t′)乘上一个以t为中心的“分析窗”η*(t′-t) 所做的傅里叶变换。由于乘一个相当短的窗η*(t′-t)等价于取出信号在分析点t′=t附近的一个切片,所以短时傅里叶变换直接是信号z(t′)在“分析时间”t附近的“局部谱”。为了去除边缘效应,各段之间应有一些重叠,一般取FFT点数的一半,这样既有很好的效果也不至于运算量太大。

由于在时间t的STFT是被窗函数η*(t′-t)预加窗后信号z(t′)的谱,所以位于以时间t为中心的局部窗间隔内的所有信号特性都会在时间t的STFT内显示出来。因此,STFT的高时间分辨率要求一个较短的窗η*(t′-t);另一方面,STFT的高频率分辨率要求一个窄带分析窗,根据不确定性原理,时间分辨率和频率分辨率互相矛盾,所以只能牺牲时间分辨率以换取更高的频率分辨率,或反过来用频率分辨率的牺牲换取时间分辨率的提高。

1.2 跳频检测处理

跳频数据传输中载波频率变化的规律称为跳频图案。设R为跳频信号的跳速,p为占空比,则跳频周期Ts=1/R,跳频驻留时间TH=Ts×p。

应用STFT对某跳频信号进行时频图分析,图1(a)是时频图上某个时间点的原始频谱图,图1(a)中1、3为定频干扰,2为跳频信号,可见在复杂电磁环境下跳频信号中含有大量的定频干扰信号,并且定频信号可能存在于某一跳的频带内,这样就为跳频信号的时频检测带来困扰。此外,在频域上噪底呈现出不均匀分布,这样就使跳频信号的检测门限难以确定,为了达到较好的检测效果,必须对复杂的电磁信号环境进行处理,去除定频干扰和均匀化噪底。

跳频检测处理算法:首先将[STFT]z(t,f)二维频谱数据以非线性形式表示,并设时间分辨率为Δt;将[STFT]z(t,f)每个时间点上的频谱数据以ΔT的间隔时间前后进行对消处理,其中ΔT=T/Δt(TH<T<Ts),考虑到可能存在连续两跳信号在同一频点上,因此需要将每个时间点上前后对消的结果进行比较,保留较大的对消值;通过时频图功率谱的非线性对消处理,不仅可以很好地去除定频干扰,而且还能改善噪底,使噪底趋于均匀。但是,频谱非线性对消处理会使噪底的抖动变大,将真实信号淹没,为了弥补这一缺点,加入二维中值滤波处理,不仅可以平滑噪声,还大大改善了信噪比,使真实信号很好的凸显出来,提高了信号的检测概率。

跳频信号检测处理结果如图1(b)所示,与图1(a)相比,可见频域上存在的大量定频干扰和其他一些噪声干扰经过频谱非线性对消处理已经完全被去除,并且噪底在频域上均匀分布,便于检测门限的确定。该处理算法较传统的时频分析方法可以有效地解决跳频信号和定频信号发生频谱碰撞时,跳频信号的检测问题,并且处理过程简单易于硬件实现,对于工程中在现代战场复杂电磁环境下,进行电子侦察处理具有一定的实际意义。

2 跳频信号拼接

跳频信号自动拼接是介于网台分选和跳频信号解调之间的过程,目的是将已知跳频参数的跳频信号在指定中频上完成拼接,以便于后续的解调处理。跳频信号自动拼接的处理过程可以简述如下:

首先从原始采样数据中检测出已知参数的跳频信号,然后通过校时算法准确计算出每一跳信号的起跳时刻和终止时刻,并进行信号提取,此外还需要测量出每跳信号的中心频率,用于下变频处理。

2.1 校时算法

跳频信号自动拼接处理的关键是进行时域校时,通常采用计算斜率求拐点的方法来实现。简述如下:

首先将两跳时长的跳频信号在频域上进行滤波处理,由此在时域上可以得到跳频信号的包络,并将包络进行积分。将积分后的信号分别对起始点和终止点求斜率,在2次处理结果中最大斜率处称为包络的左右拐点,即为跳频信号准确的起跳时刻和终止时刻。

2.2 补零法则

在低信噪比条件下,信号包络很不平滑,并且由于滤波阶数较小或相邻跳在同一频点上等原因,使得时域上信号包络并不唯一,这样就使校时结果存在较大的误差,为后续的解调处理带来困难。为了解决这一难题,通过大量仿真研究发现在进行校时处理时,采用前后补零的方法来延长数据的长度,可以精确定位出拐点的位置。根据校时时可能存在的种种情况,推算出补零法则的范围公式:

计算左拐点时:

$(1 - x) (1 - p) * Ν \sim \frac{2 - 2 x}{x} (1 - p) * Ν$ 。