收稿日期：2015-06-05修回日期：2015-07-17作者简介：周明（1975-），男，江苏海门人，讲师。研究方向：军事运筹学。

摘要：超短波通信是军事通信中广泛应用的通信方式，如何根据应用需要建立适合的网络与通信模型是作战建模与仿真中经常遇到和需要解决的问题。分析了当前超短波通信建模研究的现状，在详细探讨建模需求的基础上，提出了超短波电台网网络模型，给出了有效通信距离简化模型，以及考虑战场电磁环境和地理环境的通信链路质量模型，最后进行了仿真实验验证。该模型能够有效解决作战模拟中超短波通信效果对于作战效能影响分析的问题，简化了模型设计，提高了模型应用性，也为短波、微波、卫星等其他类型网络模型设计提供了参考建模方法。关键词：超短波通信，网络模型，作战模拟中图分类号：TP391文献标识码：A

超短波电台网模型研究周明，曾广军，鲁云军，王龙（国防信息学院，武汉430010）

ResearchonUltrashortWaveRadioNetworkModelZHOUMing，ZENGGuang-jun，LUYun-jun，WANGLong（DefenseInformationAcademy，Wuhan430010，China）

Abstract：Ultrashortwavecommunicationiswidelyusedinmilitarycommunication，howtoestablishasuitablenetworkandcommunicationmodelaccordingtotherequirementsofthepractical

applicationisoftenencounteredandneedtobesolvedinthemodelingandsimulationofoperation.Thecurrentresearchsituationofultrashortwavecommunicationmodelingisanalyzed，onthebasisofdiscussingmodelingrequirementsindetail，ultrashortwaveradionetworkmodelisputforward，effectivecommunicationdistancesimplifiedmodelispresent，andconsideringthebattlefieldelectromagneticenvironmentandgeographicalenvironmentofcommunicationlinkqualitymodelisgiven，thesimulationexperimentiscarriedonfinally.Thismodelcaneffectivelysolvetheultrashortwavecommunicationeffectanalysisforoperationaleffectivenessinthewarfaresimulation，andthemodeldesignissimplifiedtobeapplied，areferencemodelingmethodissuppliedforothertypesofcommunicationmodeldesign，suchaswave，microwave，satellite，etc.

Keywords：ultrashortwavecommunication，networkmodel，warfaresimulation

0引言超短波通信由于具有频带宽、稳定性好、建立迅速、机动灵活等优点，在战术指挥控制系统中得到了广泛的应用，是信息化条件下联合作战的基础通信手段。作战模拟作为一种研究军事问题的重要方式，关键在于能否近似真实地描述作战过程，通信是其中重要的组成部分。建立符合应用需求的超短波电台网模型，合理描述其对作战的影响效果，对于达成作战模拟目标具有重要意义。当前，超短波通信模型的研究内容主要集中在电台设备、通信信道和电磁信号等方面，而根据作战模拟的需求，从网络层次来分析超短波电台网运行状态和通信效果则较少。例如，文献［1-3］从超短波传播特性的角度建立和分析了超短波通信链路模型，文献［4-6］探讨了使用OPNET、SIMULINK、ADS等仿真工具研究超短波跳频信道的变化状态特征，文献［8-9］研究了各种干扰方式条件下超短波通信效果和对抗

文章编号：1002-0640（2016）08-0097-05Vol.41，No.8Aug，2016火力与指挥控制FireControl&CommandControl第41卷第8期2016年8月

97··（总第41-）火力与指挥控制2016年第8期

策略。这些分析方法或研究内容虽然较为深入细致，但主要致力于超短波电台设备和信号级别的建模与仿真，存在着模型建立复杂、输入数据要求高、运算量大等不足。本文针对上述超短波通信建模与仿真过程中存在的问题，提出了构建超短波电台网模型的方法，可以有效描述超短波通信网络特征，反映网络运行状态对作战的影响，同时简化了模型设计，减小了模型的运算量，提高了模型运行效率。1建模需求超短波电台网模型由于建模目的和应用条件各异，其描述重点、建模精度、作用体现等要求不尽一致，但总体来讲，存在着以下方面的需求。1.1模型应以达成应用目的为建模标准超短波电台网模型可用于作战指挥对抗模拟、网系组织运用训练、装备作战效能验证等许多方面，核心在于能够体现超短波电台网对作战指挥过程中掌握情况、分析判断、定下决心和作战组织等指挥活动的影响与作用，而不是描述电台本身或部件的工作运行状态。同时，一般模拟想定会设定一些特定场景，建模的重点在于能够支持这些场景，而不需要面面俱到。1.2模型应体现通信网络特征许多作战模拟往往通过部队拥有的电台种类和数量来描述通信保障能力，但这样做无法体现信息化作战特点，根本原因在于通信保障能力的大小不直接取决于通信设备，而是体现在应用这些通信设备所构成通信网络上，因为通信对作战影响的根本在于作战信息能否实现快速、准确和正确地传递，而信息的传递必须通过通信网络，因此，超短波电台网模型必须着重描述网络特征。1.3模型应体现战场环境影响战场环境是战场及其周围对作战活动有影响的各种情况和条件的统称，模拟过程中，是部队作战行动的重要约束条件，对电台设备的组织运用和效能发挥也是一样。指挥信息的传递状况与超短波电台网络运行状态密切相关，而网络运行状态除了取决于电台的工作状态，还受到战场环境的影响。建模时，需要根据电台的工作特性和想定中的设定条件作适当考虑，尤其是战场电磁和地理环境对超短波通信的影响。1.4模型应满足模拟系统运行效率要求模拟系统运行效率与模型准确性是一对矛盾体。从建模的角度，为了能够精确地描述各种条件下的通信状态和作用过程，最大程度地贴近真实情况，当然需要模型非常细致，但这往往会导致模型非常复杂、计算量大，从而影响到模拟系统整体运行效率。尤其是当前采用分布交互式仿真体制的联合作战模拟，具有战场实体多、交互信息量大、协同动作复杂、对通信时效性要求高等特点，要求超短波电台网模型在尽量减少计算量的同时，能够提供满足模拟要求的通信保障效果结果数据，这意味着必须对模型进行合理简化。为了满足上述建模需求，首先需要建立超短波电台网网络模型，然后针对其中关键性问题，在考虑一定战场环境的基础上，建立简化模型。

2超短波电台网网络模型

网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型，被称为某类型的网络，主要由点和线构成，表示诸多对象及其相互关系。超短波电台网是由两部以上有相互关系的超短波电台组成。在军事上，为了便于组织和分析，即使战场上存在着许多超短波电台，也会人为地按照一定的标准区分为多个超短波电台网，例如按电台的使用频率、工作模式和使用单位等。建模时，根据军事习惯和网络的组成要素，将网络的点称为节点，对应的是某部超短波电台设备，网络的线称链路，对应的是两部无线电台之间的关系，这样，任何超短波电台网均可通过以下模型描述：NET：：=，其中，N表示网络节点数组集合，L表示网络链路数组集合，A表示网络属性；N：：=，其

中，NID表示节点标识，NEquip表示节点关联的超短波电台设备，NLinks表示节点连接的链数组集合，NNet表示节点所属的网络，NState表示节点状态，如未开通、开通中、已开通、失效、静默等；L：：=

LQuality>，其中，LID表示链路标识，LNode1表示链路连接的一个节点，LNode2表示链路连接的另一个节点，LNet表示链路所属的网络，LConnected表示链路的连接状态，LQuality表示链路的通信质量；A：：=，其中，AID

表示网络标识，ANodes表示网络拥有的节点数组集合，ALinks表示网络拥有的链路数组集合，AState表示网络状态，如未开通、开通中、已开通、静默等。模型中链路的连接状态（或通断状态），即LConnected的值，由两端节点关联的超短波电台设备工作状态决定，连通条件为：①均处于开机工作状态；②传输速率相同；③距离在有效通信距离以

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1402（总第41-）内；④链路通信质量满足最低质量要求；⑤工作模式（定频、跳频或扩频等）相同；⑥定频模式下，工作频率、业务种类相同；⑦跳频模式下，跳频表号、跳频网号、跳频密钥号、跳频业务种类相同。如果有一个条件不满足，则该条链路为断。从模型中可以看出，除了有效通信距离和通信质量外，其他数据都可以通过超短波电台设备参数和运行参数直接获取，因此，需要重点解决。3有效通信距离模型超短波通信为视距通信，传播电波为自由空间波，两电台间的最大通信距离为：Rmax=C4仔f（PtGtqrPr1）12（1）式中，C为光速（m/s），f为电台工作频率（Hz），Pt为电台发射机功率（W），Gt为发射天线增益，qr为接收天线增益，Pr1为接收机灵敏度。由于该式计算量较大，需要的电台参数数据多，而且多是出厂数据，通信距离与实际应用可能有较大出入，因此，计算结果不一定准确。但由于电台的通信距离与工作频率成反比，与发射功率的平方成正比，因此，可以利用电台测试数据，通过简单的比例关系，得出在某一工作状态下的有效通信距离为：12R=fsft（PtPs）Rs（2）式中，fs为测试时的工作频率（Hz），ft为当前工作频率（Hz），Ps为测试时的发射功率（W），Pt为当前发射功率（W），Rs为测试得到的通信距离（m）。4通信质量模型4.1传播损耗的计算通信传播损耗模型有很多，但根据作战模拟的特点，为了减小运算量，可以使用近似模型来确定实际应用中的传播损耗。两部超短波电台的天线高度和某一电台的发射频率决定了传播损耗中的相位抵消与扩散损耗哪一个更明显，采用的传播损耗模型也不一样。如果接收机与发射机之间的距离低于菲涅耳区距离，则为视距传播，否则，则为双线传播。菲涅耳区距离由下式计算得到：FZ=4仔hthr/姿（3）式中，FZ为菲涅耳区距离（m），ht为发射天线高度（m），hr为接收天线高度（m），姿为波长（m）。视距传播损耗为：Lp=32.44+20log（f）+20log（d）（4）式中，Lp为传输损耗（dB），f为发射机频率（MHz），d为电台间距离（km）。双线传播损耗为：Lp=120+40log（d）-20log（ht）-20log（hr）（5）式中，Lp为传输损耗（dB），ht为发射天线高度（m），hr为接收天线高度（m）。考虑战场地理环境因素，电台信号传播路径上经常遇到山峰或若干孤立障碍物，此时的传播损耗与刃峰绕射（KED，Knife-EdgeDiffraction）估计所得的损耗近似：Lp=32.44+20log（f）+20log（d）+1.5（6）4.2信噪比的计算信噪比（SNR，Signal-NoiseRatio）是接收机端接收到的有用信号与干扰噪声的比例。有用信号是发射机发送的传播损耗后的信号强度，而干扰噪声有自然辐射、军用设备和民用设施电磁辐射等诸多来源。接收机接收到的有用信号功率为：Pr＝Pt+Gt-Lp（7）式中，Pr为接收功率（dBm），Pt为发射机发射功率（dBm），Gt为发射天线增益（dB）。作战模拟重点关注干扰机对通信的影响，同时考虑其他因素，因此，可以将干扰源分为背景干扰和干扰机干扰两类，然后分别建模。对背景干扰，可以采用网格法处理，具体方法为：将作战地域按横轴和纵轴均匀切割形成网格；依据平时测试得到的因自然辐射和民用设施电磁辐射而形成的电磁环境数据，计算得出网格中每一格的电磁信号功率；采用前面有用信号功率的计算方法，计算战场上军用设备电磁辐射在每一格上的信号功率；最后，将前两类信号功率叠加，计算得出每一格上的背景干扰功率。对于干扰机的干扰，需要根据干扰机的干扰方式和超短波电台的工作模式来确定，本文仅探讨阻塞式干扰和瞄准式干扰对采用定频和跳频工作模式的电台的干扰影响。首先计算超短波电台是否受到干扰，主要是根据干扰机的干扰范围，看定频工作模式下电台的工作频率点是否落在干扰频段范围内，或跳频工作模式下电台的跳频频段范围与干扰频段范围是否有交叉，如有，则需要采用前面有用信号功率的计算方法，计算每一台干扰机的干扰功率。如果电台不受干扰机干扰，则信噪比为：SNR=Pr-KePe（8）式中，SNR为接收机端信噪比（dB），Ke为背景干扰周明，等：超短波电台网模型研究99··1403