协同电子战场景，未来的发展方向

战略前沿技术

前沿君微信：tech9999 手机：18501361766

转自：雷达通信电子战（RadarCommEW）

作者：雷达通信电子战

协同电子战——多个系统协同工作以提高效率——是未来的发展方向。在我们开始探索协同电子战时，我们需要谨慎地约束我们对能够和不能够实现目标的期望。这一点的重要性不容低估，因为对电磁场以及它们如何结合存在一些重大的误解。我们讨论的主要目的是解决其中一些误解。本文，我们将讨论射频链路预算的基础知识，作为研究协同电子战的必要基础。

回顾

我们先确定了两条重点：

1. 能量绝对守恒；

2. 电磁场不简单。依据离散源构建的电磁场数学求解相当复杂，并且没有快捷方法可以求得准确解。我们不能仅仅将理想化平面波的简单属性应用于“简单场景”，就推理出电磁场是由多个源产生的。

模拟协同电子战的最佳场景

协同电子战的一个基本前提是多个系统可以协同工作以提高效率。提高效率有多种方式：

•对于从干扰机到目标的特定距离集，以及每个系统通常使用的干扰功率，目标系统在单独或独立工作时更容易被干扰；

•对于从干扰机到目标的特定距离集，系统可以使用较低的功率水平来实现给定概率的成功干扰；

•在每个系统通常使用的干扰功率下，系统可以在更远的距离上有效工作，并且仍然可以实现给定概率的成功干扰；

•以及其它介于两者之间的案例。

所有这些情况反映出干扰的基本特性，成功干扰的概率取决于干信比(J/S)，即干扰功率J与信号功率S之比，并且射频传播的基本特点在于任何信号都会由于扩散损耗与距离的平方成反比（1/R2）。

信号功率S是目标的特征。这可以是雷达系统的预期返回信号电平，通信系统的预期无线电信号电平或一些其他预期信号电平。这些信号电平对于普通雷达和无线电而言是共知的。

简而言之，对干扰机的要求是提供比信号功率S更大的干扰功率J，并且以足够的余量来支配目标接收机。由于信号功率S是目标的特征，因此协同电子战的分析主要集中在增加传递到目标的干扰功率J。

通过简单地假设由干扰机发送的所有功率都被目标系统接收并且相干地组合以获得最大效果，可以推导出绝对最佳情况的结果。这对应于假设情景的能量守恒限制。

这个简单的分析假设从干扰机发射的射频“波束”是完全定向的，没有扩散损耗（如激光），并且射频“波束”被目标没有损失地接收。在这里，我们假设我们正在使用已知对目标系统有效的干扰波形。

这种最佳情况提供了一个快速的是/否答案，关于功率和位置上的干扰机的特定布置在理论上是否能够在目标系统提供足够的干信比J/S。

如果这里的答案为“是”，我们可以更仔细地检查它是否符合实际。如果这里的答案为“否”，那么还需要做其他事情。对于给定的干扰波形，这可能涉及增加干扰机传输的功率电平，将干扰机移近目标，或者增加更多干扰机。

我们顺便指出，“最佳情况”方案对于在不受扩散损耗影响的射频频率下开发类似激光的波束来确定电子战的潜在价值也是有用的。

“最佳情况”场景提供了一种简单方法，以确定协同电子战是否有希望实现所需的干信比J/s。现实世界远远落后于“最佳情况”，在下一个细节层面，我们需要考虑降低性能或提高性能的主要影响。这就可能是扩散损耗会降低性能，天线/阵列“增益”可能会提高性能。请注意，我们故意在此引用“增益”这一术语，并将很快说明原因。

弗里斯传输公式

图1a显示了通用的单干扰方案，其中干扰机和目标系统都具有所谓的各向同性天线，其在所有方向上均等地发送和接收。发射干扰功率PT在球体表面上均匀分布，在目标系统产生各向同性的功率流密度Pi=PT/4πR2。

该功率流密度越过目标系统天线的有效区域Aeff，并且接收的干扰功率为J={功率流密度}X{有效区域}=（PT/4πR2）XAeff。

图1b显示了类似的单干扰情况，除了干扰机和目标系统具有“增益”的定向天线。在这种情况下，发射干扰功率在球体表面上不均匀分布。与各向同性天线相比，定向天线的功率流密度在优选方向上由发射天线“增益”GT增加，结果是干扰天线在特定方向上的功率流密度为P=(PT/4πR2)XGT。

当干扰天线的特定方向指向目标时，接收的干扰功率为J = {功率流密度}×{有效区域}={(PT/4πR2)XGT}XAeff。

假设目标天线被信号流完全覆盖。干扰功率在其他方向上减小，并且根据能量守恒，所有方向上的总功率等于发射功率。注意，为此，天线“增益”必须是实际功率流密度与各向同性天线的无量纲比。

我们知道根据天线理论，任何天线的有效面积都可以计算为：Aeff={(λ2/4π)XGR}。其中，GR是该天线的峰值“增益”。用此式替代Aeff，从干扰机到目标系统的功率传输为J={(PT/4πR2)XGT}X{(λ2/4π)XGR}。这就是著名的弗里斯传输公式。

这个公式描述的是任何射频链路上功率传输的等式，无论有意或无意。可以将波长转化为频率来得到另一个方程：J={(PT/4πR2)XGT}X{(c2/4πf2)XGR}。其中c是光速。请注意，这里我们使用花括号{}来分组{功率流密度}和{有效区域}的物理相关术语。

重新排列这些要素可以方便计算得到J=(c/4π)2X(PTXGT XGR )/(RXf)2。这个简单形式有助于分析功率传输的各个因素对于是否提升（GT和GR）或者降低（R和f）接收信号功率。降低接收功率的因素通常组合成一个损耗项：Ls=(4π/c)2X(RXf)2。因此功率J=(PTXGTXGR)/Ls。

对于工程计算，这通常以分贝形式写为J=PT+GT+GR-Ls。其中，Ls=K+20log(R)+20log(f)。常数K的值取决于距离R和频率f的单位的选择。R为千米，f为MHz，常数K通常舍入为32dB。弗里斯传输公式的各种形式总结在表1中。

一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看：
创新发展：习近平 \| 创新中国 \| 创新创业 \| 科技体制改革 \| 科技创新政策 \| 协同创新 \| 科研管理 \| 成果转化 \| 新科技革命 \| 基础研究 \| 产学研 \| 供给侧
热点专题：军民融合 \| 民参军 \| 工业4.0 \| 商业航天 \| 智库 \| 国家重点研发计划 \| 基金 \| 装备采办 \| 博士 \| 摩尔定律 \| 诺贝尔奖 \| 国家实验室 \| 国防工业 \| 十三五 \| 创新教育 \| 军工百强 \| 试验鉴定 \| 影响因子 \| 双一流 \| 净评估 \| 大学排名
预见未来：预见2016 \|预见2020 \| 预见2025 \| 预见2030 \| 预见2035 \| 预见2045 \| 预见2050
前沿科技：颠覆性技术 \| 生物 \| 仿生 \| 脑科学 \| 精准医学 \| 基因 \| 基因编辑 \| 虚拟现实 \| 增强现实 \| 纳米 \| 人工智能 \| 机器人 \| 3D打印 \| 4D打印 \| 太赫兹 \| 云计算 \| 物联网 \| 互联网+ \| 大数据 \| 石墨烯 \| 能源 \| 电池 \| 量子 \| 超材料 \| 超级计算机 \| 卫星 \| 北斗 \| 智能制造 \| 不依赖GPS导航 \| 通信 \| 5G \| MIT技术评论 \| 航空发动机 \| 可穿戴 \| 氮化镓 \| 隐身 \| 半导体 \| 脑机接口 \| 传感器
先进武器：中国武器 \| 无人机 \| 轰炸机 \| 预警机 \| 运输机 \| 直升机 \| 战斗机 \| 六代机 \| 网络武器 \| 激光武器 \| 电磁炮 \| 高超声速武器 \| 反无人机 \| 防空反导 \| 潜航器
未来战争：未来战争 \| 抵消战略 \| 水下战 \| 网络空间战 \| 分布式杀伤 \| 无人机蜂群 \| 太空战 \| 反卫星
领先国家：美国 \| 俄罗斯 \| 英国 \| 德国 \| 法国 \| 日本 \| 以色列 \| 印度
前沿机构：战略能力办公室 \| DARPA \| 快响小组 \| Gartner \| 硅谷 \| 谷歌 \| 华为 \| 阿里 \| 俄先期研究基金会 \| 军工百强
前沿人物：钱学森 \| 马斯克 \| 凯文凯利 \| 任正非 \| 马云 \| 奥巴马 \| 特朗普
专家专栏：黄志澄 \| 许得君 \| 施一公 \| 王喜文 \| 贺飞 \| 李萍 \| 刘锋 \| 王煜全 \| 易本胜 \| 李德毅 \| 游光荣 \| 刘亚威 \| 赵文银 \| 廖孟豪 \| 谭铁牛 \| 于川信 \| 邬贺铨
全文收录：2018文章全收录 \| 2017文章全收录 \| 2016文章全收录 \| 2015文章全收录 \| 2014文章全收录
其他主题系列陆续整理中，敬请期待……

一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看：
创新发展：习近平 \| 创新中国 \| 创新创业 \| 科技体制改革 \| 科技创新政策 \| 协同创新 \| 科研管理 \| 成果转化 \| 新科技革命 \| 基础研究 \| 产学研 \| 供给侧
热点专题：军民融合 \| 民参军 \| 工业4.0 \| 商业航天 \| 智库 \| 国家重点研发计划 \| 基金 \| 装备采办 \| 博士 \| 摩尔定律 \| 诺贝尔奖 \| 国家实验室 \| 国防工业 \| 十三五 \| 创新教育 \| 军工百强 \| 试验鉴定 \| 影响因子 \| 双一流 \| 净评估 \| 大学排名
预见未来：预见2016 \|预见2020 \| 预见2025 \| 预见2030 \| 预见2035 \| 预见2045 \| 预见2050
前沿科技：颠覆性技术 \| 生物 \| 仿生 \| 脑科学 \| 精准医学 \| 基因 \| 基因编辑 \| 虚拟现实 \| 增强现实 \| 纳米 \| 人工智能 \| 机器人 \| 3D打印 \| 4D打印 \| 太赫兹 \| 云计算 \| 物联网 \| 互联网+ \| 大数据 \| 石墨烯 \| 能源 \| 电池 \| 量子 \| 超材料 \| 超级计算机 \| 卫星 \| 北斗 \| 智能制造 \| 不依赖GPS导航 \| 通信 \| 5G \| MIT技术评论 \| 航空发动机 \| 可穿戴 \| 氮化镓 \| 隐身 \| 半导体 \| 脑机接口 \| 传感器
先进武器：中国武器 \| 无人机 \| 轰炸机 \| 预警机 \| 运输机 \| 直升机 \| 战斗机 \| 六代机 \| 网络武器 \| 激光武器 \| 电磁炮 \| 高超声速武器 \| 反无人机 \| 防空反导 \| 潜航器
未来战争：未来战争 \| 抵消战略 \| 水下战 \| 网络空间战 \| 分布式杀伤 \| 无人机蜂群 \| 太空战 \| 反卫星
领先国家：美国 \| 俄罗斯 \| 英国 \| 德国 \| 法国 \| 日本 \| 以色列 \| 印度
前沿机构：战略能力办公室 \| DARPA \| 快响小组 \| Gartner \| 硅谷 \| 谷歌 \| 华为 \| 阿里 \| 俄先期研究基金会 \| 军工百强
前沿人物：钱学森 \| 马斯克 \| 凯文凯利 \| 任正非 \| 马云 \| 奥巴马 \| 特朗普
专家专栏：黄志澄 \| 许得君 \| 施一公 \| 王喜文 \| 贺飞 \| 李萍 \| 刘锋 \| 王煜全 \| 易本胜 \| 李德毅 \| 游光荣 \| 刘亚威 \| 赵文银 \| 廖孟豪 \| 谭铁牛 \| 于川信 \| 邬贺铨
全文收录：2018文章全收录 \| 2017文章全收录 \| 2016文章全收录 \| 2015文章全收录 \| 2014文章全收录
其他主题系列陆续整理中，敬请期待……