地质雷达在水利工程质量检测中的应用
1 前言
地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段,通过广大物探技术人员的共同努力,达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征,在不断总结探测经验的基础上,提高异常的判断能力和精度,较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置,以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范,提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例,说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况,以此与同行进行切磋,推动堤防工程探测技术的发展,不妥之处,敬请批评指正。
2 基本原理
地质雷达与探空雷达相似,利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线(T)向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线(R)接收,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。
雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时,由于发射天线与接收天线的距离很近,所以其电磁场方向通常垂直于入射平面,并近似看作法向入射,反射脉冲信号的强度,与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关,主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数,对于以位移电流为主的介质,既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质,常常满足σ/ωε<<1,于是衰减系数(β)的近似值为:
既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比,与介电常数(ε)的平方根成反比。
而界面的反射系数为:
式中Z为波阻抗,其表达式为:
显然,电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见,电磁波的频率(ω=2πf)越高,波阻抗越大。
对于雷达波常用频率范围(25~1000MHz),一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:
上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。
应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H:
式中:t为目的层雷达波的反射时间;c为雷达波在真空中的传播速度(0.3m/ns);εr为目的层以上介质相对介电常数均值。
3 工程概况
北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑,后经数次维修和加固形成现有规模,主体为梯形,顶宽约10m,可见堤高约5~6m,堤内坡坡度为1:1.5~1:2.0,外坡相对较缓为1: 2.0~1: 2.5。
堤身为人工堆积,主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变,分布不均,且处于包气带中,极为干燥。
堤基为第四系全新统地层,岩性以粉细砂为主,下游段出现黑色淤泥质粘土夹层,层厚约0.7~2.0m。
地下水位埋深(自地表计):卢沟桥附近约20.0m,至下游逐渐变浅,达省/市界附近(石佛寺)一带约2.0m。
永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段,分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内,其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌,并于1964~1989年间营建,浆砌石护坡除可见堤身部分露出外,其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下,一般为3.0~5.0m,外铺8.0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要,保证该堤防渡汛万无一失,故进行地球物理勘探工作,以检测堤防工程的护砌质量,便于99年6月份之前进行加固处理。
4 测试技术及资料处理
为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣,沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面,并按其走向连续测试。
外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统,天线的中心频率为250MHz,收发天线的间距为0.6m。实测采用剖面法,且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为0.2m,采样频率为3893MHz,单一记录迹线的采样点数为512,迭加次数为16,记录时窗为180ns,若取堤身土体的雷达波速为0.08~0.10m/ns,表层浆砌石的雷达波速为0.10~0.12m/ns,综合考虑该地层剖面特征,选取雷达波速中值为0.10m/ns,则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8~10cm。
雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同,主要有:①滤波及时频变换处理;②自动时变增益或控制增益处理;③多次重复测量平均处理;④速度分析及雷达合成处理等,旨在优化数据资料,突出目的体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似,可依据该图进行地质解释。
5 成果分析
地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像,全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等),尤其是反射波的波形及强度特征,通过同相轴的追踪,确定波组的地质意义,构制地质——地球物理解释模型,依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。
地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况,要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布,必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来,建立测区的地质——地球物理模型,才能获得正确的地下地质结构模式。
雷达资料的地质解释步骤一般为:
⑴ 反射层拾取
根据勘探孔与雷达图像的对比分析,建立各种地层的反射波组特征,而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。
⑵ 时间剖面的解释
在充分掌握区域地质资料,了解测区所处的地质结构背景的基础上,研究重要波组的特征及其相互关系,掌握重要波组的地质结构特征,其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等),解释同相轴不连续带的原因等。
下部架空时的图像,该剖面第三反射同相轴自剖面点9.4m处断开,形成“背斜”状的强反射层,此现象延续到剖面点12.8m处,此段浆砌石与下部土体分离导致架空,其范围与已知情况吻合。
通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差,这些隐患的类型一般为:①浆砌石厚度较薄;②浆砌石与下部土体分离形成架空;③浆砌石胶结不良或松散;④浆砌石出现裂缝等不良现象。
护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重,浆砌石与下部堤身土体接触差,多形成架(悬)空状态,造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍,且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因,笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙,且砂浆质量差、少浆,下部又无防渗护层,堤身土体多由粉细砂组成,经降水入渗,粉细砂局部被冲刷淘失,在砌石与堤身土体之间形成空洞,并有继续扩大发展之趋势。
该物探成果经开挖验证(见图4——开挖照片),完全符合客观实际,受到了甲方的赞誉。
6 结语
地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用,取得了良好的应用效果,且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景,然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系,天线的频率越低探测深度越大,则精度越低;而天线的频率越高,探测深度越浅,则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进
仅供参考,请自借鉴。
希望对您有帮助。
面向21世纪的俄罗斯武器装备发展
一、认真研究未来高技术武器装备发展的革命性变化
前苏联拥有强大的核力量、常规力量以及先进的军事技术和国防科研基础,对军事技术在武器装备发展的重要作用以及对未来战争的影响都有透彻的了解。前苏联元帅奥加尔科夫早在70年代就曾预言,即将出现的种种新技术必将引发一场军事革命。80年代初,他指出,高新技术可以大大增强作战能力,核武器的政治、军事效用正日益下降。到80年代中期,他再次提出,以探测器和计算机领域的技术成果为基础的军事技术革命,可以做到使常规武器与核武器在效果上相当。俄罗斯作为前苏联科学技术和武器装备的主要继承者,对以信息技术为核心的高技术群的出现给予了极大的关注,并认真研究了高技术给武器装备发展带来的革命性变化。
常规兵器的杀伤力进一步得到提高。以侦察--突击和侦察--射击综合体形式出现的毁伤手段和自动化侦察武器控制系统的一体化,再加上巡航导弹和无人驾驶飞行器的使用,使外科手术式的精确打击成为可能。常规武器高技术化使其可在有限的极短时间内,在任何距离上,有选择地准确摧毁任何重要设施。电子战兵器具备了极高的突防效能,并从过去的保障手段跃升为当前主动毁伤武器。
太空武器即将登上军事斗争的舞台。太空资源可提供关于敌情及敌方所采取措施的详细情报,拥有利用太空资源的优势,首先使侦察效能全面提高,从而使战略兵器的能力得到最大限度的发挥。在未来空中--太空作战中,从太空可以用精确制导武器和新物理原理武器对任何目标实施猛烈的突击。他们认为,太空战将成为未来战争的主要样式,无能力抗击太空武器的国家是注定要失败的,俄必须发挥其在太空武器发展方面拥有的优势。
非传统武器将相继问世。俄军事专家认为,武器装备毁伤效能主要来自物理能、化学能和生物能三种能量形式。传统武器装备毁伤效能的能量形式主要是物理能的动能和热能的效应,而非传统武器正在开发另一种物理能表现形式在军事上的运用,即声能、电磁能、辐射能等。目前正在研制开发的此类武器系统有:激光武器、射频武器、不相干光源、粒子束和次声武器等。另外一种非传统武器是用于破坏通信系统、电力系统和计算机网络的电子和电磁武器,还有可设置各种阻碍运动的全能障碍手段(包括各种泡沫物质、难以忍受的氯味和声响等)。
武器装备发展趋向信息化。俄国家安全委员会现任科学顾问、海军上将彼罗诺夫认为,现代武装斗争涉及到一场夺取信息优势的斗争,这是一个确保战胜敌人必不可少的因素。俄军事科学界通过对军事革命、信息技术、信息武器和信息战的深入研究,提出了“军事革命的优势源于信息武器”、“信息武器的优势是克敌制胜的决定性因素”、“提高作战能力最合理的方式是提高武器和军事装备的信息支援能力”等观点,强调要在未来军事斗争中获得优势,必须大力发展信息化武器装备。
二、确定俄罗斯武器装备发展的新思路
为了在新的一轮军事技术竞争中立于不败之地,为了全面维护俄罗斯安全战略环境的需要,俄非常重视国防科学技术和武器装备的发展。他们认为,以信息技术为核心的高技术群,正在迅速地改变着军事领域的方方面面。武器装备正在向信息化、远程化、精确化与一体化方向迈进,其毁伤效能已大幅度提高。武器系统与系统的对抗趋势更加明显,为了适应未来军事斗争的需要,俄军武器装备发展必须走系统、集成化道路。
预测21世纪初武器装备发展趋向。俄军认为,随着信息技术等高技术群的发展,到21世纪初,能够对军事斗争产生重大影响的军事技术突破至少有以下10项:一是提高了洲际弹道导弹、潜射弹道导弹和巡航导弹制导系统精度;二是制造出新一代精确制导机动弹头,其效能不受大气层和天候因素影响;三是发展了“隐身”技术,不仅应用于飞机,而且也用于导弹,尤其是巡航导弹;四是采用了新型雷达(超视距雷达、相位自动调频雷达、可见光和红外线波段雷达);五是研制了“电磁脉冲”武器;六是发展了全球形势监控、获取和处理信息的综合系统;七是在军队指挥、通信中采用了新的信息技术;八是研制了军用机器人和智能武器(采用智能信息学成就);九是研制了定向能武器;十是进行了用于军事目的的宇宙开发。
确定俄应重点发展的技术领域。世界军事正面临着一个核武器后的全新发展阶段。现代武器系统的毁伤效能越来越不取决于火力,而是更多地取决于信息参数:精确性、可控性和快速性。信息化在世界各发达国家的军事技术政策中已成为最优先的任务。在军事行动中,信息技术对抗的比重和意义越来越大。以毁伤计算机系统为主要目标的信息武器,已取得令人瞩目的发展。通过比较研究,他们认为,俄罗斯武装力量已经在先进常规弹药、电子战系统、信息系统(C3I系统)、计算机技术、隐身技术、某些类型的激光技术等关键技术领域落后于西方国家。通过对海湾战争的研究,俄军认为,国防关键技术是未来武器装备发展的基础,必须超前发展。要重点加强对潜在的军事威胁和军事技术突破有重大影响的基础研究、应用研究以及试验与设计工作。俄军确定重点发展的关键技术领域为:微电子和计算机装备技术、雷达技术、电子战对抗技术、航空和航海动力技术、新型弹药、燃料和核能技术、近实时导航技术与人工智能技术等。
探讨武器装备发展的新思路。俄军事科学院院长马·加列夫大将1997年初在其《俄罗斯的军事学说》一文中指出:在发展军备和国防科研工作中,不要陷入别国的军备竞赛轨道,应努力选择符合国家经济能力和战略目标的途径,力争把军事技术发展放在首位;应当重视研究装备体系,而不是某一种武器。他认为,不能分散力量和资金追求发展其他国家已经有的或可能有的各种武器和装备;在必要时应当敢于冒险和超越几代武器,集中科学技术和生产力研制具有决定性意义的武器,它们可以削弱或打乱别国谋求军事技术优势的长期计划。从目前来看,即使最完善的武器,装备最精良的海、陆、空集团,也只有在具有高度发达的组织性、可预测性、保密性、准确性的情况下才能发挥其优势。未来战争中,最主要的作战重心不是消灭某个武器,而是摧毁统一的信息系统、智力资源、导航通道和整个指挥控制系统。由此可见,俄军将重点发展其在《俄罗斯联邦军事学说基本原则》中确定的武器系统:即军队指挥系统、武器控制系统、通信系统、侦察系统、战略预警系统、无线电电子对抗系统、高精度武器系统、机动的非核毁伤武器系统及其信息保障系统等。
三、加快技术成果向新型武器装备转化的步伐
俄罗斯为保障其军队整体作战能力不因大幅度裁减员额而受到削弱,及时调整了武器装备发展的基本方针,加强了高技术科研成果向武器装备转化的步伐,并重点突出了信息武器的研制。
确定武器装备发展的基本方针。俄军提出,武器装备的发展以高科技为先导,积极研制和发展新型高精度武器装备,巩固军事领域关键技术的科技优势。在保证现役武器装备不低于世界水平的前提下,努力减少繁杂型号武器装备的采购,重点改进现役武器装备,不大规模生产全新武器系统,但保持必要装备发展时进行大规模生产的能力。在战略武器方面,按照保障国家安全的总体构想,俄仍将主要靠战略核攻击力量的规模及战略导弹和核弹头的数量,提高机动发射能力和命中精度,增强生存能力。在常规武器发展方面,陆军主要保留80年代服役的先进武器装备,并不断改进某些分系统,使地面压制兵器实现装甲化和智能化,以适应现代高技术常规战争的需要。空军将逐步淘汰老式的第二、三代飞机,减少装备机型,保留具有国际先进水平的第四代飞机,以提高空军的整体作战能力;防空军将改进现役防空导弹的跟踪制导系统、提高攻击多目标和电子战性能,全面提高防空作战能力。海军将发展全球和区域指挥系统,完善单舰和编队的自动化指挥系统,注重综合武器系统的研制,装备可抵御全方位导弹攻击的武器系统,提高其隐蔽、机动和远洋作战能力。
加快科研成果向新型武器装备转化的步伐。根据新的武器装备发展方针,俄军强调要以高技术为先导,加快科技成果向军事能力转化的步伐。1994年1月俄政府安全会议正式批准了国防部制定的,为期10年的“俄军武器装备发展长期规划”。该规划要求以新的国防科研成果为基础,优先发展空军装备、精确制导武器系统和机动部队运输工具;进一步提高战略武器的可靠性;完善师以下部队指挥通信设备和全球卫星定位系统。目前,俄正加紧进行SS-X-27、SS-X-27和“胖孩”等新型战略导弹的研制;陆军开始少量装备90年代研制的采用计算机火控系统和第二代爆炸反应装甲并可攻击直升机的T-90E型坦克;空军重点发展并装备米格-33、35,苏-30、35、37等新一代具有隐形或反隐形功能的作战飞机;防空军重点研制具有全天候、全方位、全高度拦截战略弹道导弹和隐形飞机能力的防空兵器;海军正在加紧研制可垂直起降作战飞机的水面舰只和新一代战略核潜艇。1997年初,俄军制定了《2005年前国家武器装备发展计划》,该计划以发展武器系统为突破口,将未来一个时期武器装备发展的重点放在侦察、指挥、通信和电子对抗等领域,并强调国防企业要保持现代武器装备的生产能力,以便在财政状况好转后尽快投入生产、并装备部队。
1、《重要的问题在于贯彻好民主集中制》,《中国高等教育》2004年第13—14期 ISSN1002-44172、《以科学发展观指导高校的改革与发展》,《 国家教育行政学院院报》 2008年第8期3、《以科学发展观指导高校的改革与发展》《学校党建与思想教育》 2008年第9期4、《加强高校党组织的执政能力建设》 《当代陕西》 2008年第10期5、《按照科学发展的要求加强高校党的执政能力建设》 陕西省纪念改革开放30周年理论研讨会正文征文二等奖6、《坚持社会主义办学方向—谈高校落实“三讲”与“三个代表”的重要意义》,《理论与实践》 2002年5月, ISBN-224-06207-3/C.2057、《以十六大精神为指导,与时俱进,努力实现跨越式发展》,《长安大学学报》(社科版)2003年第1期 ISSN1671-62488、《西部大开发与公路建设》,省委政研室《调研与决策》2001年第12期
:随着电子技术、通信技术的快速普及和发展,军事领域已经引入了现代化、自动化的战斗设备,因此电子对抗成为了信息化背景下的一个新型战场。下面是我整理的电子对抗技术论文,希望你能从中得到感悟!
电子对抗中通信技术研究
摘 要:随着电子技术、通信技术的快速普及和发展,军事领域已经引入了现代化、自动化的战斗设备,因此电子对抗成为了信息化背景下的一个新型战场。电子对抗中,各个计算机设备之间的通信传输最薄弱,最容易受到攻击,经过多年的实践和研究,电子对抗中的通信技术已经诞生了自适应技术、跳频技术、差错控制技术、分集技术,同时为了能够更好地进行数据传输,未来电子对抗通信技术将逐渐向窄带、融合等方向发展,提高电子对抗的有效性。
关键词:电子对抗;通信;跳频;差错控制
中图分类号:TN97 文献标识码:A
电子对抗又被称为电子战斗或电子斗争,敌对双方可以使用电子技术设备、器材进行电磁斗争。电子对抗可以破坏、削弱敌方的电子设备应用成效,保证己方电子设备的综合利用。电子对抗起源于20世纪初,在两次世界大战中均得到应用,比如干扰对方通信网络。电子对抗的具体项目包括电子侦查、电子进攻和电子防御,电子侦查可以实现情报侦察和支援侦察;电子进攻可以实现电子干扰和电子摧毁;电子防御包括反干扰、反侦察等功能。电子对抗技术性强、时效性强、针对性强,贯穿了信息化作战的整个过程。
信息化战争中,所有的电子设备之间的信息共享、命令传输均采用通信技术,利用短波、微波、中波等传输信息和指挥命令,并且由于通信技术自身特点,其也是电子对抗中最容易受到破坏的地方。通信技术覆盖范围广、设备接入种类多、组网结构较为复杂,通信传输非常容易受到干扰因素影响,比如电磁辐射、多径时延、幅度衰落等,因此为了提高电子通信抗干扰能力,确保数据传输安全,不被敌方窃取、破坏和篡改,许多的通信学家对其进行了研究,提出了自适应技术、分集技术、跳频技术和差错控制技术等抗干扰措施,可以有效地提升战场通信的可靠性,确保战场数据的传输质量。
1.电子对抗中通信技术应用现状
通信对抗是电子对抗在通信领域中的一个分支,通信对抗主要内容包括通信干扰、通信侦查、通信抗干扰等方面,通信对抗的主要目的是接收和破译敌方密码,获取敌方的军事部署信息;获取通信传输相关的战术参数,掌握敌方的军力部署、作战指令等情报信息。通信对抗可以造成敌方的设备通信暂时失效,从而导致军事指挥系统部分或完全瘫痪,抑制对方的军事行动,保证我方军事通信系统的有效性。
军事设施通信收发地相距较远,因此信息传递中保密性、安全性、干扰性方案较为复杂,因此通信对抗过程中,需要提高电子通信的抗干扰能力,保证我方电子通信的可靠运行,目前常用的电子通信对抗技术包括自适应技术、跳频技术、差错控制技术和分集技术。
1.1 自适应技术
军队电子通信传输过程中,自适应技术可以提高通信传输的抗干扰能力,通过自动化地优化通信系统的传输频道、结构和参数,可以根据战场通信环境的变化动态地改变通信传输信号,以便能够提高战场通信的抗干扰能力。自适应技术可以动态分析战场通信的链路质量,根据实际通信传输质量扫描多个信道,参考天气状况、太阳离子、经纬度变化、敌方干扰情况进行优化,发布LQA信号探测命令之后,可以为战场通信自动选择合适的通信频率,构建一个最优化的通信链路,自动地将通信内容切换到最佳频道上,改善军事通信过程存在的信号衰落情况,提高军事通信抗干扰能力,保持一个较好的通信传输质量。
1.2 跳频技术
跳频是军队通信传输最常用的扩频方式之一,通信双方可以利用一定的规律实现载波频率的随机跳变。从时域方面来看,跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域方面看,跳频信号的频谱是在一个很宽的频带上利用不等间隔随机跳变的。其中,跳频控制器是核心的部件,其可以采用伪随机码、多频频移键控等模式改变载波信道,在一定范围内实现通信信号的跳变、同步和自适应控制,控制数据发送和接收。军事通信采用跳频技术,可以保证通信信道的隐蔽性,敌方很难发现跳频规律,就无法截获通信传输内容。跳频通信具有较强的抗干扰能力,即使通信频带的部分频点被干扰,用户依然可以在其他频点上进行正常地通信传输,由于跳频通信系统是一种瞬时窄带系统,易与其他的战场通信系统兼容,因此非常有利于军事部署使用。
1.3 差错控制技术
军事通信涉及部门、设备较多,因此承载的业务数量也是海量的,受到敌方攻击、自然条件的影响非常大,电子对抗非常容易造成通信传输存在乱码和错码现象,数据传输过程中自身也会发生丢包现象,因此为了保证通信传输的准确度,需要采用差错控制技术。差错控制技术经过多年的使用和改进,已经诞生了自动重发请求、前向纠错技术和混合纠错技术,这些技术可以大大地提升数据信息、控制命令的传输精确度。电子对抗通信传输采用自动重发请求是指当某一个军事部门接收到数据包之后,其可以对其进行验证是否存在错误,如果存在错误,则可以自动地请求发送方重新发送数据包。同时,为了能够提高数据通信和差错控制效率,如果接收方收到的错误码元较少,可以自行采用前向纠错技术改正错误的码元,将其调整为准确的信息包。混合纠错就是集成了前向纠错和自动重发请求的优点,可以快速化地、有效地对错误码元进行改正,保障通信传输的时效性、准确性和完整性,进一步提升军事通信应用成效。
1.4 分集技术
军事通信应用环境非常复杂,通信信道也会根据不同的传输距离存在衰落情况,有的信道具有较强的传输信号、有的信道传输信号则非常弱,因此为了保证信道传输信号的质量,可以利用分集技术,有条件地选择、组合信息传输通道,补偿衰落信道传输时造成的损耗,并且可以使两个或更多的接收天线均衡传输信号。军事通信环境中,各个通信设备均可以采用分集技术,可以从空间、时间、频率和角度等方面进行分集,分集技术可以选择不同的信道,将其组合在一起,并且不需要增加无线发射机、接收机的传输功率和带宽,可有效地改善军事环境无线通信的传输质量。
2.电子对抗中通信技术未来发展趋势 近年来,随着通信技术在电子对抗中的应用和改进,战场通信采用的对抗措施也越来越多,由于战场通信环境日趋复杂,传统的抗干扰技术已经逐渐不能适应现代战争需求,因此电子对抗中通信技术发展呈现出以下趋势:
(1)融合多种自适应技术,改进通信传输质量。军事电子对抗涉及的硬件、软件和传输资源非常多,因此采用的自适应技术具体措施也非常多,单一的自适应技术无法最大程度地提升军事通信质量,可以采用融合传输技术,整合多种自适应技术,形成一个集成的军事通信系统。军队通信时可以将智能天线、多输入多输出、空分编码、软件天线、软件无线电和数字波束成型技术进行整合,形成一个全自动化的军队通信传输系统,进一步改进和提高通信抗干扰能力。
(2)通信抗干扰技术从低速窄带向高速宽带发展。军队通信传输系统承载的业务增多,传输数据也亟需较高的速率和带宽,因此通信抗干扰技术也需要从窄带向高速宽带发展迈进,以便能够延长前向纠错长度、加入较多密码保护码元,可以大幅度提高通信传输的抗干扰性能,满足军队多业务高速率传输带宽需求。
(3)军事通信传输跳频码序列优化。跳频抗干扰技术可以采用伪随机码,比如Gold序列码、Walsh序列码、M序列码等技术。为了更好地防止军事通信由于跳频技术自身缺陷等而被黑客、病毒、木马攻击,可以引入非线性动力学混沌理论、模拟退火思想、机器学习算法等优化序列编码,寻找一个更好的跳频序列码,以进一步提升军事通信抗干扰能力。
(4)军事通信抗干扰技术可视化、智能化。军事通信已经随着软件设计、电子器件开发技术的提升向前迈进,军事通信抗干扰监控过程中引入了先进的数字化、可视化技术,这样就可以把干扰信号发生的时间、频段等进行定位,以利于干扰抑制军事通信信号精准识别,选择干扰较低或无干扰的频段进行军事通信传输。
结语
通信对抗可以使用专业的侦察设备、干扰设备等搜寻、定位、识别、截获敌方战场的相关传输数据,也可以干扰对方的通信传输,造成敌方通信系统瘫痪,直接打击敌方的军事部署。因此,为了提高通信传输的抗干扰能力,人们针对通信对抗提出了抗干扰措施,利用自适应、跳频、差错控制和分集技术等实现阻拦式干扰、瞄准式干扰,显著提高通信传输质量和能力,保证战场通信设备正常、可靠和安全地运行。
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雷达电子对抗新技术探讨
0 前言
所谓雷达电子对抗,具体指的是以雷达充当探测传感头的探测以及武器作战系统的相关电子技术。随着现代化科学技术的迅猛发展,雷达电子对抗在诸如压制式干扰、欺骗式干扰以及组合式干扰等现有电子对抗技术基础之上又有新的进展。纵观当今雷电电子对抗发展现状,结合国外雷达电子战一体化趋势,对雷达电子对抗新技术进行深入分析和探讨具有重要意义。针对雷达电子战一体化进行合理性分析,同时对超宽带雷达今后发展趋势进行展望,提炼出新的雷达电子对抗技术和作战方式,并且极有可能在今后与雷达对抗中获得验证和普遍应用。
1 雷达电子对抗新技术分析
由于普通的雷达数据链和雷达传感器不能满足信息侦查传递的要求,九十年代,美国研发出雷达通用数据链,通用数据链除了在控制组织之间传递交换更多的数据之外还能将侦察机所获取的大容量信息传递到控制中心,雷达通用数据链是用于监视侦查抗干扰的通信传感器,是用于平台和地面终端的通信设备,当国防部队或是政府等高端机构需要秘密情报时,就可以采用侦察机的雷达通用数据链来传递信息情报,很多国家的国防部都需要通用数据链作为网络中心传感器和地面终端的传输纽带,通用数据链主要有五大类数据链路组成,一类是地面平台八万英尺高的通信平台,第二类是高于第一类七万英尺的空中平台,第三类的空中平台高度有五十万英尺,第四类和第五类恶毒数据链路属于卫星的运作链路,一类用于七百五十海里的轨道的卫星运行,另一个运用在更高高度的卫星运行。
1.1 相干噪声干扰
以往的噪声干扰主要有两种方式,分别是非相关宽带阻塞式干扰以及测频瞄准式窄带阻塞式干扰,最为显著的特点体现在其与雷达信号之间并不具备任何联系。正是因为非相干噪声信号和雷达目标回波信号之间不具备联系,因此,在雷达信号的处理过程中,极有可能造成这样一种后果,即:相比较于噪声而言,回波处理有所增加。通过适当的增加噪声干扰功率可以确保干扰效果,此外,为了实现对能量的充分利用,需要选择瞄准式干扰。假如选择相干噪声干扰,就不能使雷达信号处理增益有所增加,此时所需要的噪声干扰功率也相对不高,并且因为所选择的是相干噪声,具备精确瞄频信号,因此,可以确保对噪声干扰能量进行充分有效的利用。相干噪声干扰属于转发式噪声范畴,在完成雷达信号的接收之后,对其进行相应的噪声调制处理,再将经过处理的雷达信号进行转发,这样包括连续波在内的诸多种波形形式均可以得到实现。与之前的噪声干扰相比较而言,相干噪声干扰所需要的干扰能量十分有限,由此可以推断出,在干扰能量一样的情况下,相干噪声干扰所作用的距离可以达到更远。
传统的噪声干扰是采用非相干宽带阻塞式干扰或测频瞄准式窄带阻塞式干扰,其一大特点是与雷达信号不相关。正由于非相干噪声信号与雷达目标回波信号是非相干的在雷达如机载火控雷达和导弹末制导雷达的信号处理中,对回波的处理增益相对噪声来说就可 能会变大,大约可增加十几dB。为了达到较好的干扰效果,就必须加大噪声干扰的功率, 同时为了有效的利用能量,需要采用瞄准式干扰。
1.2 对单脉冲雷达的角度欺骗干扰
根据单脉冲雷达工作机理,可以确定其抗角度欺骗干扰的性能十分优越,这也在一定程度上促使其近些年来保持迅猛的发展态势,并且影响范围越来越广,特别是在导弹控制以及雷达引导等方面,其应用日益普遍。有关干扰单脉冲雷达技术的研究最初始于上世纪五十年代,六十年代开始部署战术自卫干扰系统,随后得到美国及前苏联的关注,展开了一系列的试验,并取得了相应的成果。我国在此领域经过十几年的研究,也已经取得初步成果,积累了一定的经验,但在干扰效果有效方式方面较为欠缺。结合单脉冲雷达特点,在干扰技术的设计方面要注意以下几点:1)针对雷达设计以及制造方面存在的不足,选择闪烁干扰或者是间断干扰等;2)结合雷达工作基本原理,选择交叉极化干扰或者是交叉眼干扰等;3)选择有源诱饵假目标。
首先,交叉极化干扰。所谓交叉极化干扰,主要指的是干扰信号与雷达回波,在极化方向上是互相垂直的。针对幅度单脉冲雷达而言,交叉极化干扰会导致相反的误差信号,这样就可以达到单脉冲雷达角跟踪能力彻底消失的效果;对于相位单脉冲雷达而言,交叉极化干扰会导致误差信号出现畸变的后果。在交叉极化干扰不存在的情况下,雷达主波束相位波前不会发生变化,在存在交叉极化干扰的情况下,天线瞄准轴位置的相位波前会出现一百八十度的相移。交叉极化干扰有两大要求,其一就是可以实现对雷达所发射的信号的极化进行准确的测量;其二就是具备对正交极化信号的转发功能,交叉极化欺骗干扰框架示意图详见下图所示。
交叉极化正交性还可以根据输入的信号极化对天线极化进行调整,新阿红极化参数和天线极化信号的生成并不是必备条件。
其次,交叉眼干扰。在本体上进行设备设置,所设置的两组设备需要具备一致的收发信号通路,同时还要确保在走向上是互相交叉的。在设备接收机捕获到单脉冲雷达信号后,会通过发射天线将其辐射出去,如果在作用雷达处的信号保持一百八十度的相位差,并且幅度比与一接近的情况下,所导致的后果将是单脉冲雷达探测本体等效位置中心出现明显偏置,这样会造成单脉冲雷达跟踪与本体相偏离。而只有可以确保单脉冲雷达在本体两套设备连接天线的法向中心线的交叉眼干扰才可以称之为有效。
之前的交叉眼干扰对相对位置关系以及相位差条件的要求较为严格,从而在一定程度上对其广泛应用造成限制。随着现代化科学技术的迅猛发展,雷达电子战技术也取得长足发展,使得我们有条件对交叉眼干扰进行改进和完善。当前,发达国家正在积极致力于定位准确、识别性格优越的雷达告警及侦察设备的相关研究,可以预见不久,借助本体向交叉眼干扰设备提供辐射源也就是雷达精确位置信息将成为现实。一旦交叉眼干扰设备具备了此种性能,角度欺骗可信度将会极大的提升,与此同时,借助对实时反馈信息的研制,设备状况也会有所改善,从而向辐射源偏离本体提供引导。这边是依托于辐射源定位实时校准的自适应引导交叉眼干扰。
1.3 对宽带及超宽带雷达的干扰
脉冲压缩波形雷达是宽带及超宽带信号的主要适用范围,其中主要涉及脉压雷达、SAR以及ISAR等。其中,脉压雷达由于具备超宽带线性调频信号,因此其距离分辨率相对较高;SAR以及ISAR雷达成像主要依赖于提升距离维以及角度维的分辨率,而雷达的距离维与角度维在数据方面存在一定关系,简单的说,只需要干扰距离维,将会导致成像功能失效的后果,SAR以及ISAR采取脉冲压缩体制实现距离维探测,所以,对SAR以及ISAR成像干扰便可以视为脉冲压缩雷达干扰。按照脉压雷达体制的相关规定,线性调频、脉间频率步进以及相位编码信号是比较具有代表性的几种信号形式。从本质上讲,脉间频率步进雷达波形就是线性调频信号的脉间离散化形式,所以,其同样具备线性调频信号距离特性。
线性调频脉压雷达抗噪声干扰能力及抗欺骗干扰性能均十分优越,一旦遇到噪声干扰信号,雷达信号处理机制与信号相匹配,这样,滤波器将会输出更大的信干比。为确保有效的噪声干扰,需要保持雷达接收机输入端干扰信号功率强于回波信号功率,但依据目前技术水平,实现起来还存在一定难度。通过增加多抽头延时网络的可变加权系数,可以导致幅度调制效应,这样所得到的干扰信号具备欺骗性压制干扰效果。
2 结语
综上所述,随着现代化科学技术的迅猛发展,雷达电子对抗在诸如压制式干扰、欺骗式干扰以及组合式干扰等现有电子对抗技术基础之上又有新的进展。在研究电子对抗以及雷达电子战一体化技术的过程中,发现通过相干噪声得到性能较高的干扰技术手段只需要付出极小的代价;在单脉冲雷达角度欺骗干扰方面,大功率交叉极化干扰以及对来袭目标进行实时校准判定的交叉眼干扰极具发展空间;宽带及超宽带雷达干扰具有一定难度和挑战性,比较有效的方式就是利用复合式干扰。
参考文献:
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[3]贾蒙、李辉、沈莹、张安,机载雷达电子对抗系统的仿真,火力与指挥控制,2010,04.