1、电 子 战 原 理 与 应 用进 修 考 核 大 纲田 露 编兵器工程师进修大学2012 年 8 月课程代号D-631电子战原理与应用进修考核大纲一、课程性质1、课程性质：电子战是指使用电磁能和定向能控制电磁频谱或攻击敌军的任何军事行动，它包含电子战支援、电子攻击和电子防护三大部分。电子战的作战对象包括雷达、通信、光电、引信、导航、敌我识别、计算机、指挥与控制以及武器制导等所有利用电磁频谱的电子设备，其作战目的是从整体上瘫痪敌信息系统和武器系统控制与制导系统，进而降低或削弱敌方战斗力并确保已方电子装备正常工作，增强已方战斗力。随着军事信息技术广泛应用于现代战争的各个领域，电子战作为现代信息化战
2、争的主要作战样式之一，其作用范围更广、规模更大、强度更高、进程更加激烈。电子战必将成为未来信息战场的核心和支柱， 成为掌握信息控制权、赢得战场主动权和战争胜利的关健。二、课程具体内容：上篇 电子战基础第一章 概论1、掌握电子战的定义。2、了解传统与最新电子战的组成。3、了解 ESM/ES，COMINT，ELINT 之间的区别。电子战的定义：为确保己方使用电磁频谱，同时阻止敌方使用电磁频谱所采取的战术与技术。电磁频谱包含的频率范围：从直流（DC）到光波以远，即全部射频频谱、红外频谱、光学频谱及紫外频谱等频率范围。传统电子战组成：ESM（电子支援措施） 、ECM（电子对抗）和 ECCM（电子反对抗
3、）三部分，其中反辐射武器（ARW）没有作为电子战的一部分。ESM（电子支援措施）：电子战的接收部分。ECM（电子对抗）：利用干扰、箔条和曳光弹来扰乱雷达、军事通信和热寻的武器的正常工作。2ECCM（电子反对抗） ：在雷达或通信系统的设计或工作过程中为阻遏 ECM 的影响所采取的各种措施。 电子支援（ES）：即传统的 ESM，电子战的接收部分。电子攻击（EA）：不仅包括传统的 ECM（干扰、箔条和曳光弹） ，而且还包括反辐射武器和定向能武器。电子防护（EP）：即传统的 ECCM，在雷达或通信系统的设计或工作过程中为阻遏ECM 的影响所采取的各种措施。ESM/ES，COMINT（通信情报） ，EL
4、INT（电子情报）之间的区别：（1）COMINT 侦收敌通信信号 ，目的是从那些信号所携载的信息中提取情报。（2）ELINT 侦收敌非通信信号，目的是获得敌电磁系统的详细情况以便制定对抗措施。因此，ELINT 系统通常要在较长时间内搜集大量数据，才能支持详尽的分析。（3）ESM/ES 搜集敌信号（通信信号或非通信信号） ，目的是立刻对这些信号或与这些信号有关的武器采取某种行动。可以干扰接收的信号或将其信息传送给致命打击能力。接收的信号还可用于态势感知，即识别敌方部队、武器或电子能力的类型与位置。通常，ESM/ES 采集大量的信号数据来支持吞吐率很高的处理。 ESM/ES 一般只能确定出现的是哪
5、一类已知辐射源及它们的位置。第二章 基本数学概念1、掌握 dB 计算。2、掌握接收通信链路组成、接收机灵敏度、有效距离和干扰信号的概念。3、重点掌握扩展损耗的计算。4、掌握有效辐射频率的概念与计算。5、了解近地低频信号的扩展损耗的计算。6、了解球面三角形中的三角关系、奈培法则以及在电子战中的应用。2.1 dB 值与方程用 dB 表示的值必须是一个比值，即无量纲。非 dB 形式的数字被称为线性数字 ，dB 形式的数字被称为 对数数字。欲将线性数字相乘，则将其对数形式的数字相加即可。欲将线性数字相除，则将其对数形式的数字相减即可。欲将线性数字增大 n 次方，则将其对数形式的数字乘以 n 即可。欲求
6、线性数字的 n 次方根，则可将其对数形式的数字除以 n 而得。线性数字与对数数字的转换：N(dB)=10log 10(N)， N=10N(dB)/10。3dBm 表示信号强度，等于 1 毫瓦功率的 dB 值。A(dBm)B(dB)=C(dBm)。A(dBm)-B(dBm)=C(dB)。A(dB)=B(dB) Nlog(非 dB 数字)，其中 N 是 10 的倍数。2.2 电子战功能中的链路方程基本通信链路（单向链路）组成：发射机（XMTR） 、接收机（RCVR） 、发射和接收天线，以及两个天线间的传播路径。接收的信号电平(dBm)=发射机功率 (dBm)+发射天线增益(dB)-链路损耗(dB)
7、+接收天线增益(dB)扩展损耗公式：L S(dB)=32.4+20log10(距离(km)+20log 10(频率 (MHz)接收机灵敏度的定义：在可继续提供特定适当输出的情况下所能接收到的最小信号强度。PR=PT+GT-32.4-20log(f)-20log(d)+GR，其中，P R=接收功率(dBm)；P T=发射机输出功率(dBm)； GT=发射天线增益(dB)；f=发射频率(MHz)；d=传播距离 (km)；G R=接收天线增益(dB)。由此可通过接收机灵敏度 (PR=Sens)计算有效距离(d)。2.3 电子战应用中的链路问题有效辐射功率(ERP)：ERP=P T+G。将 V/m转换
8、为 dBm：P=-77+20log(E)-20log(F)，其中，P= 信号强度(dBm)；E=电场强度(V/m)；F=频率(MHz)。PR=PT+2G-10340log(D)-20log(F)+10log()，D=目标的距离 (km)，F=频率(MHz)，=目标的雷达截面积(m 2)。干扰信号：两个频率相同的信号到达一个天线，通常认为一个是有用信号，另一个则是干扰信号。P S-PI=ERPS-ERPI-20log(DS)+20log(DI)。对于近地低频信号，在菲涅耳区（路径中有凸出障碍物则进入菲涅耳区）的扩展损耗满足：L S=32+20log(f)+20log(d)；超过该距离的扩展损耗为
9、：L S=120+40log(d)-20log(hT)-20log(hR)，其中，L S=菲涅耳区以外的扩展损耗(dB) ，d=菲涅耳区以外的链路距离(km)，h T=发射无线高度，h R=接收天线高度(m)；发射机到菲涅耳区的距离为：F Z=(hT*hR*f)/75000，F Z=到菲涅耳区的距离(km)，f=发射频率(MHz)。2.4 球面三角形的关系球面三角形中的三角关系：sin a / sin A = sin b / sin B = sin c / sin C；cos a = cos b cos c + sin b sin c cos A；cos A = - cos B cos C +
10、 sin B cos C cos a 。4奈培法则：中间部分的正弦等于相邻部分的正切之积；中间部分的正弦等于相对部分的余弦之积。由此生成的公式：sin a = tan b cotan B ; cos A = cotan c tan b ; cos c = cos a cos b ; sin a = sin A sin c。2.5 球面三角形的电子战应用真实方位：cos(Az)=cos(M)/cos(El)。方位测向系统中的仰角误差：误差=M-a coscos(M)/cos(El)。多普勒频移计算公式：f=fV REL/c，其中距离变化率等于发射机速度乘以其夹角（发射机处）的余弦加上接收机速度乘
11、以其夹角（接收机处）的余弦。3D 交战中的观测角：求滚转轴到目标的角距离以及威胁偏离飞机本地垂线的角度。第三章 天线1、掌握天线的定义和其常见性能参数（增益、频率覆盖、带宽、极化、波束宽度、效率）的概念，以及识别波束天线方向图。2、掌握根据总的性能参数选择天线的原则。3、重点掌握全向（360 。 方位）天线与定向天线的区别。4、了解抛物面天线增益和波束宽度间的关系。5、掌握抛物面天线有效面积、对称与非对称增益的计算。6、重点掌握相控阵天线的优缺点。7、掌握相控阵天线工作原理。8、掌握相控阵天线阵元间隔、波束宽度、增益的计算。9、了解相控阵天线的波束控制限制3.1 天线参数与定义天线的定义：天线
12、是将电信号转换为电磁波或将电磁波转换为电信号的装置。天线波束：视轴、主瓣、波束宽度、3dB 波束宽度、ndB 波束宽度、副瓣、至第一副瓣的角度、至第一零点的角度、副瓣增益。极化：线极化与圆极化。以电子战的观点来看，极化最重要的影响是若它与接收信号的极化不匹配其接收的功率将降低。3.2 天线类型全向（360 。 方位）天线与定向天线的区别：全向天线提供一致的球形覆盖，但只能提供有限的仰角覆盖；定向天线提供有限的方位覆盖和仰角覆盖，需指向发射机或接收机的位置，但增益大于全向天线，并大大降低了接收的无用信号电平。5在多数电子战应用中，宽频带意味着大于一个倍频程（有时更多） 。天线类型：偶极子、鞭状、
13、环形、法向模螺旋、轴向模螺旋、双锥、菩提树型天线、万十字章型天线、八木、对数周期、背腔螺旋、锥螺旋、四臂螺旋、喇叭、带极化器的喇叭、抛物面、相控阵。3.3 抛物面天线的参数折中工作频率、天线视轴增益和天线有效面积之间的关系：A=38.6+G-20log(F)，其中，A为面积( 单位：dBsm，即相对 1m2 的 dB 值) ，G 是视轴增益(dB)，F 为工作频率(MHz)。对于效率为 55%的天线，其增益与直径和频率的关系 ：G=-42.2+20log(D)+20log(F) ，其中，G 为天线增益(dB)，D 为反射器直径(m)；F 为工作频率(MHz)，而其他效率下的增益可以由此修正。效
14、率为 55%的非对称抛物面天线的增益 的经验式：增益=29000/( 1*2)，其中 1 和 2为两个正交方向的 3dB 波束宽度。3.4 相控阵天线相控阵天线的优缺点：优点：（1）相控阵能够从一个目标立即转换到另一个目标，增强了捕获或跟踪多个目标的效率；（2）将相控阵用于电子战接收天线或干扰天线时，电子战系统可获得与威胁雷达同样的灵活性。在某些应用中，利用一个阵列同时进行接收和干扰时可行的；（3） “灵巧蒙皮” 技术，即在飞机的大部分或者全部蒙皮中都嵌入可以构成大量相控阵的天线阵元；（4）相控阵可以做得与其携载平台的形状完全相同。缺点：从电子战角度看，通常会使通过分析接收信号强度随时间的变化
15、规律来确定威胁雷达的天线参数变得不可能。相控阵是与移相器相连的一组天线。移相器产生的距离延迟等于信号波长（相移/360 。 ）天线阵元间隔通常为最高频率的半个波长，可避免产生会降低天线性能的“栅状波瓣”。具有偶极子阵元的相控阵天线的波束宽度：波束宽度=102/N，其中，N 为阵列的阵元数，波束宽度的单位为度。随着波束偏离阵列视轴一个角度，相控阵的增益下降的倍数等于视轴偏离角的余弦，而波束宽度增加了相同的倍数。6阵元间隔为半个波长的相控阵天线的增益：G=10log 10(N)+Ge-10log10(视轴偏离角的余弦)。波束控制限制：阵元间隔为半个波长的相控阵只能被调控到距视轴约 45。 的位置，
16、如果阵元间隔更小（将降低视轴增益） ，则它可以被调控到 60。 度的位置。第四章 接收机1、重点掌握最常见的接收机类型，对应特性和适用环境。2、重点掌握各接收机的原理图。3、掌握晶体视频接收机前置放大的晶体视频接收机的灵敏度的计算。4、重点掌握 IFM 接收机通常能够度量的最小信号频率的计算。5、掌握各接收机的工作原理。6、掌握典型接收机系统的结构。7、了解用于难处理信号的接收机的结构。8、重点掌握接收机灵敏度的组成。9、了解接收机噪声系数的计算。10、重点掌握调频改善因子及输出信噪比的计算。11、重点掌握数字信号输出信噪比的计算。12、掌握误码率的概念。通常，晶体视频接收机和瞬时测频(IFM
17、) 接收机用于在高密度脉冲信号环境中工作的中、低成本系统。这两种接收机均可提供 100%的宽频覆盖范围，但不能处理多个同时信号。这样，在其频率范围内任何频率点的高功率连续波（CW）信号都会大大降低接收机接收脉冲的能力。而且，因它们的灵敏度较低，所以在强信号背景中工作最好。在现代系统中，这两种接收机常常与窄带接收机组合来解决问题。由于固定调谐接收机和超外差接收机是窄带的，因此它们常与其他类型的接收机组合以隔离同时信号并改善灵敏度。调谐式射频（TRF）接收机也隔离同时信号。当然，这些类型的接收机存在的问题是它们在任何时刻只覆盖频谱的有限部分，致使其接收非预定信号的概率较低。布拉格小盒接收机和压缩接
18、收机提供瞬时宽频覆盖范围，可以处理多个同时信号，但是不能解调信号。信道化接收机和数字接收机是未来的趋势。它们能提供电子战系统需要的大部分接收机性能参数，但是它们的体积、重量和功率规格反映了元件和子系统小型化的技术发展水平。在目前的技术水平下，这两种接收机的体积大、重量大、功耗大、价格昂贵，因此只7能在相当复杂的系统中执行最艰巨的任务。4.1 晶体视频接收机常规特性：频带瞬时覆盖；低灵敏度、无选择性；主要用于脉冲信号。晶体视频接收机是目前使用的最简单的一类接收机，它是由晶体二极管检波器和视频放大器组成。前置放大的晶体视频接收机的灵敏度：Smax=-114dBm+NPA+10log10(Be)+S
19、NRRQD，Smax= 具有最佳前置放大器增益的灵敏度 (dBm)；NPA=前置放大器的噪声系数(dB)；Be= 有效带宽(MHz)=(2BB-B2)1/2 ；SNRRQD= 所需信噪比 (dB)。原理图：带通滤波器-前置放大器-晶体检波器-对数视频放大器。4.2 IFM（瞬时测频）接收机常规特性：覆盖范围、灵敏度和选择性同晶体视频；测量接收信号的频率。由于 IFM 电路对信号电平比较敏感，所以 IFM 接收机的输入首先通过一个硬限幅放大器以产生恒定的信号电平。IFM 接收机通常能够度量的最小信号频率约为其输入频率范围的 1/1000。4.3 调谐式射频（TRF）接收机常规特性：同晶体视频，但
20、提供频率隔离和稍好点的灵敏度。TRF 接收机基本上是一个其输入频率范围受限于调谐式 YIG 带通滤波器的晶体视频接收机。这样晶体视频接收机就能够控制多个同时信号，并且射频带宽较窄还可提供更高的灵敏度。在系统应用中，TRF 接收机之前还可以增加前置放大器和可变衰减器来扩展其动态范围。4.4 超外差接收机常规特性：最常用的接收机，有良好的选择性和灵敏度。超外差滤波器非常灵活。由于它采用线性检波器或鉴频器，因此可提供与其预检波带宽和检波后处理增益有关的最佳灵敏度。隔离干扰信号是通过增加一个调谐式预选滤波器来实现的。调节预选器和 IF 带宽，可以获得最佳的灵敏度、选择性和瞬时频谱覆盖。4.5 固定调谐
21、式接收机常规特性：良好的选择性和灵敏度；针对一个信号。在需要监视单个信号（或始终位于一个频率处的多个信号）的场合，采用固定调谐式接收机比较合适，通常是纯正的 TRF 接收机或带有预调本振的超外差接收机，这两种简单8接收机都能提供对单个频率的 100%的截获频率。4.6 信道化接收机常规特性：具有良好的选择性、灵敏度和带宽覆盖。信道化接收机的定义：一组可连续设置通带的固定频率接收机。它在每个通道提供解调的信号输出，具有较窄的带宽，能够提供极好的灵敏度和选择性。在其频率范围内，能提供 100%的信号截获概率，也能全特性接收位于不同频率通道的多个同时信号。信道化接收机实现起来比较困难。4.7 布拉格
22、小盒接收机常规特性：带宽瞬时覆盖；低动态范围；多个同时信号；不解调。布拉格小盒接收机是一个能处理多个同时信号的瞬时频谱分析仪。布拉格小盒接收机的动态范围有限。其灵敏度与具有相同频率分辨率的超外差接收机的灵敏度量级相当。4.8 压缩（微扫）接收机常规特性：提供频率隔离；测频；不解调。压缩接收机相当于一个快速调谐的超外差接收机。其最终输出是接收机调谐的全频带频谱显示。同布拉格小盒一样，压缩接收机对多个同时信号提供 100%的截获概率，其灵敏度与具有相同频率分辨率的常规超外差接收机的灵敏度相等，但动态范围更大。与布拉格小盒类似，它也不能解调信号，因此常常在检测新信号以便交予窄带接收机时更有用。4.9
23、 数字接收机常规特性：高度灵活；可处理参数未知的信号。实现数字接收机的最关键部件是模数（A/D ）变换器，因为在待量化信号的每个最高频率周期中，必须采样两次才能为计算机提供合适的信号。4.10 接收机系统由于电子支援系统特别是雷达告警接收机（RWR ）必须非常迅速地确定它所接收的每个脉冲的所有参数，因此常常将晶体视频和瞬时测频（IFM）接收机配合使用。晶体视频接收机测量脉冲幅度、脉冲起始时间和终止时间，IFM 接收机测量每个脉冲的频率。高端变换：本振在输入频段之上；低端变换：本振在输入频段之下。94.11 接收机灵敏度实际上，在接收天线的输出端定义接收系统的灵敏度比较好。这样，可以将接收天线的
24、增益（dB）与到达接收天线的信号功率（ dBm）相加来计算进入接收系统的功率，这样必须考虑作为天线（或天线阵）组成部分的电缆、连接器等的损耗。接收机灵敏度的组成：热噪声电平（KTB） 、接收系统噪声系数，以及从接收信号中准确提取有效信息所需要的信噪比。kTB 中的 k 是玻尔兹曼常数（ 1.3810-23J/K） ，T 是工作温度（ K） ，B 是接收机带宽。在工作温度为 290K，接收机带宽为 1MHz 时，kTB=-114dBm ,所以 kTB=-114dBm/MHz，可由此推算其他条件下的 kTB。噪声系数的计算：NF=L1+Np+D，其中 D 是通过做图找 NR 和 NP+GP-L2
25、的交点确定，其中，L1(dB)为天线与前置放大器间的损耗，L1(dB)为前置放大器和接收机间的损耗，GP(dB)为前置放大器的增益， NP(dB)为前置放大器的噪声系数，NR(dB) 为接收机的噪声系数，D 为由于增加了前置放大器而恶化的系统噪声系数。接收机灵敏度所需的信噪比是检波前信噪比，称为射频信噪比（RF SNR）或载波信噪比（CNR） 。系统的灵敏度=kTB+噪声系数 +所需 SNR。4.12 调频灵敏度只要射频信噪比（RF SNR）大于所需门限（即调频灵敏度） ，输出信号的质量将比射频信噪比提高一个系数（即射频改善因子） 。调频改善因子：IFFM(dB)=5+20log10，其中， 为调制指数，是最大发射频率偏移（自非调制载波信号的频率）与调制信号的最大频率之比。输出信噪比：SNR=RF SNR+IFFM4.13 数字灵敏度数字信号在不损失信号质量的情况下多次转发信号。其输出信噪比实际上是信号量化噪声比（SQR） ，SQR(dB)=5+3(2m-1)，其中，m 为每个样本的位数。误码率是平均差错位数与发射位数之比。第五章 电子战处理1、掌握电子战的处理任务（威胁识别、信号相关、辐射源识别、辐射源定位、传感器控制、对抗措施控制、传感器引导、人机界面和数据融合）及其在电子战任务中的作用。2、了解射频威胁识别信号参数及接收信号参数。
