2_4GHz单兵电台作战性能

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　Ξ 　收稿日期 :2008 - 11 - 18 作者简介 :黄小刚 (1980 —) ,男 ,四川遂宁人 ,硕士 ,主要从事通信系统抗干扰方面研究. 2. 4 GHz 单兵电台作战性能 Ξ 黄小刚 (解放军镇江船艇学院 ,江苏 镇江 　212003) 摘要 :针对工作频段为 2. 4 GHz 单兵电台的通信保障能力问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,对 2. 4 HGz 频段电波传播特性进行了 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,在传 统理论的基础上提出了在不同作战地理环境中对传播路径损耗的修正方式 ;然后主要对单兵电台在不同地理环 境中通信距离进行了理论推导和量化仿真 ;最后得出了结论. 关键词 :单兵电台 ;损耗 ;通信距离 ;2. 4 GHz 中图分类号 :TN924 文献标识码 :A 文章编号 :1006 - 0707 (2009) 03 - 0027 - 03 　　随着各国“未来士兵系统 ( FIST)”的不断发展与应用 , 单兵电台扮演着越来越重要的角色. 目前比较典型的单兵 电台主要有以色列军队装备的马可尼 - 塞莱尼公司的 H - 4855 单兵电台 ,瑞典空军使用的 Saab 公司的 SRR - 330 电 台 ,以及美军装备的 IC - 4008 UHF 单兵电台等[1 ] . 单兵电 台将传统的下车士兵无线通信从小队级延伸到单兵 ,并将 小队里的单兵横向连接起来 ,易于小队结集、隐蔽 ,减轻误 伤 ,提高协同作战能力. 由于单兵电台的使用特性 ,一般很 少受到敌方的人为干扰 ,电台的作战性能主要受到作战环 境的影响 ,大部分的单兵电台主要工作在 2. 4 GHz ISM 频 段 ,故本文中从研究 2. 4 GHz 频段电波传播特性出发 ,对单 兵电台在不同的地理环境中的路径损耗和通信距离进行 了理论推导和仿真分析. 目前 ,专门针对 2. 4 GHz ISM 频段 的无线通信传播特性研究相当少 ,专门针对军事通信的单 兵电台的无线传播特性研究目前还未见相应报道. 希望本 文中的研究能为单兵电台的研制提供一定的理论依据. 1 　路径损耗 1. 1 　自由空间传播损耗 电磁波在自由空间中传播时 ,其能量没有介质损耗 , 自由空间的传播路径损耗是指自由空间一点波源发射的 球面波在传播过程中 ,随着距离的增加 ,由于球面波的扩 散使接收点处的功率密度减小而引起 ,它反映了球面波的 扩散损耗 ,也称为传播扩散损耗. 在远离点波源处的远场 , 范围不大的部分球面波非常接近平面波 ,可以近似看成为 平面波. 设电磁波的频率为 f ( GHz) ,距离为 d (km) ,自由 空间传播损耗为 Lbf (dB) ,自由空间传播损耗为 Lbf = 92. 447 8 + 20lg f + 20lg d (1) 1. 2 　2. 4 GHz 路径损耗 根据文献[2 ]城市中 10 个不同环境下的路径损耗的实 测结果进行分析可以得出如下结论 : 1) 室外 (不考虑障碍物影响且地面光滑) L (2. 4G) out = 40 + 20lg d + X1 d ≤5 m L (2. 4G) out = 40 + 10 ×3. 9 ×lg d5 + X1′ d > 5 m (2) 其中 : X1 为修正因子 ; d 是收发之间的距离 ,当 d ≤5 m 时 , X1 = 2 ,当 d > 5 m , X1′= 16. 5. 2) 室内 L (2. 4G) in = 40 + 20lg d + X2 d ≤5 m L (2. 4G) in = 40 + 10 ×3. 9 ×lg d5 + X2′ d > 5 m (3) 其中 : X2 为修正因子 ,当 d ≤5 m 时 , X2 = 10. 5 ;当 d > 5 m , X2′= 26. 5. 根据文献[3 ]中对于室内路径损耗 ,有 : L (2. 4G) in = L0 + 10 nlg d (4) 式中 :L0 是第一米路程损耗 (dB) ; d 是接收点和发送点之 间的距离 (m) ; n 是路径损耗指数 ,它的值取决于周围环境 和建筑物类型. 一般考虑同一房间内有各种物品的非视距 传播 ,此时 L0 = 37. 7 ; n = 3. 3 ,仿真结果如图 1 所示. 图 1 中“室内路径损耗 2”基于文献 [3 ]中所得结果 ,可 见与文献[2 ]中所得结果非常近似. 由图 1 知 ,在光滑无阻 挡室外视距传播中 ,传输距离为 200 m 时 ,路径损耗为 120 dB ;在 1 km时路径损耗为 145 dB 左右. 室内路径损耗相对 室外增加损耗约 10 dB 左右. 由于式 (2) 、(3) 、(4)均是针对无线局域网中 2. 4 GHz 频 第 30 卷 　第 3 期 四 川 兵 工 学 报 2009 年 3 月 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 段测试所得结果 ,室外通信距离是在无障碍物阻拦时所测的 结果 ,相当于光滑地面视距传播 ;而室内相当于在同一房间 内的非视距传播损耗.对于单兵电台可能会面临更加多样化 的地理环境 ,所以根据单兵电台通信的特点 ,在不同的地理 环境中路径损耗要加上适当的修正 ,修正如下 : 室外时 ,根据经验理论 [4 ] ,对于城市非视距传播时 ,考 虑到街道的通道效应以及建筑物的阻挡 ,一般修正因子为 30 dB 左右 ;在平原地区考虑到植被以及少量树木的影响 , 一般修正因子为 10 dB 左右 ;对于丘陵地区当有山峰阻挡 时 ,通信基本上无法建立 ,考虑无山峰阻挡时在不规则起 伏地形上的修正因子为 20 dB 左右. 同样 ,对于室内的路径损耗 ,不同的楼层和同楼层不 同的房间布局都会引起不同的附加损耗. 对一栋四层办公 楼 ,通过测量[5 ]对结果进行统计分析后得到的穿过楼层数 为一、二、三的楼层修正因子分别为25. 73、33. 85、45. 54 dB. 在同楼层内考虑各种介质的阻隔穿透损耗 [6 ]时 ,以一楼层 内分别有数量均为 1 的混凝土墙、玻璃、厚板、薄板、门阻隔 为例 ,修正因子一般在29. 62 dB左右. 图 1 　2. 4 GHz 频段路径损耗 2 　通信距离 2. 1 　理论推导 为使研究结果更具一般性 ,本文中主要从接收机的接 收灵敏度的角度出发来推导单兵电台在不同的发射功率 下的通信距离. 灵敏度是指接收机在保证额定输出功率及 额定输出信噪比的条件下 ,加在接收机天线的最小信号电 压有效值 ,通常用μV 来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 ,也可换算为 dB. 所需的信号 电压越小 ,表明接收机的越灵敏 ,亦即灵敏度越高 ,反之 , 灵敏度越低. 发射端电台经过传播损耗后到达接收端电台的功率 可以用如下公式表示 : Pr = Pt - Lb + Gt + Gr - Lft - Lf r (5) 其中 : Gt , Gf 表示发射天线与接收天线的功率增益 ; Lf t为发 射馈线的损耗 ; Lf r为接收波道分隔滤波器损耗 ; Lb 为传播 损耗. 经过变换可得 Lb = Pt - Pr + Gt + Gr - Lft - Lf r (6) 　　得到损耗与距离的关系 Lb = f ( d) (7) 　　经过反变换后可以知道通信距离是发射功率和接收 功率以及天线增益和损耗的函数 ,以发射功率和接收功率 为自变量 ,将接收功率考虑为接收机的灵敏度 ,一般考虑 12 dB 下最小接收机灵敏度 ,转换为最小接收功率 Pr min ,由 此可得到通信距离与发射功率 ,接收机灵敏度 ,以及频率 的关系 d = f ( Pt , Pr min , f ) (8) 　　接收机最小功率与接收灵敏度的关系可用如下公式 进行转换 : Pr min = E2A 4 R (9) 其中 : EA 为接收灵敏度电压 ; R 输入阻抗. 下面对工作于 2. 4 G频段的单兵电台在不同的环境中的通信距离进行仿 真分析. 2. 2 　仿真分析 为简化分析 ,仿真中不考虑单兵电台的发射馈线损耗 和接收波道分隔滤波器损耗 ,天线增益为 0 dB ,天线高度 为 1. 5 m ,接收灵敏度为 0. 5μV(12SINAD) ,输入阻抗 50Ω. 1) 室内非视距传播时的通信距离与电台的发射功率 的关系曲线 ,如图 2 所示. 图 2 　楼内单兵电台通信距离 　　如图 2 所示 ,随着单兵电台发射功率的增加 ,室内通信 距离也逐渐增加. 在0. 1～2 W的发射功率范围内 ,在同一 楼层内分别有数量均为 1 的混凝土墙、玻璃、厚板、薄板、门 分散阻隔时 ,通信距离在 90～200 m ,以电台功率为 1 W 为 例 ,通信距离在 170 m 左右 ;对于楼层上下穿透通信时 ,若 只穿透二层时通信距离在 70～160 m ,功率为 1 W 时 ,通信 距离在 130 m左右 ,若要穿透 3 层则通信距离在 40～80 m , 功率为 1 W时 ,通信距离在 70 m. 2) 在室外 ,考虑到各种实际地形以及阻挡物的情况 , 对于城市、平原和丘陵起伏不规则地形的通信距离 ,如图 3 所示. 82 四 川 兵 工 学 报 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 如图 3 所示 ,在 0. 1～2 W 的发射功率范围内 ,平原地 区的通信距离在 500～1 100 m ,丘陵地区在 250～600 m ,城 市地区为最差在 150～310 m. 以发射功率为 1 W为例 ,平原 地区通信距离为 870 m左右 ,丘陵地区为 490 m 左右 ,而城 市地区只有 250 m左右 ;当发射功率增加到 2 W时 ,平原地 区改善程度最大 ,通信距离达到1 050 m左右 ,丘陵地区增 加到 600 m左右 ,而城市地区为 320 m左右. 图 3 　不同地理环境中单兵电台通信距离 　　对于工作于 2. 4 G频段的单兵电台 ,通信距离一般比 较短 ,在楼内通信距离受楼层结构和同楼层布局的影响 , 通信距离一般不会超过 200 m. 在不同的室外环境中单兵 电台的通信距离有比较大的变化 ,平原地区一般在1 000 m 以下 ,丘陵在 600 m 以下 ,而城市在 300 m 以下. 增加单兵 电台的发射功率能给通信距离带来比较明显的距离增益 , 在平原地区最为有效 ,城市效果最弱. 3 　结束语 　　对于单兵电台的作战性能 ,由于不同的地理环境电波 传播特性不一样 ,对于某一特定环境的传播损耗及通信距 离比较准确的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是根据实测结果对经验公式进行修正 ; 同时对于背景噪声比较大或者人为干扰的情况下单兵电 台的通信距离会有比较明显的变化. 本文中主要是根据经 验公式来进行研究 ,具有一般性 ,希望对单兵电台的研制 起到积极的参考作用. 参考文献 : [1 ] 　NATO’S Nations and Partners for Peace [ M ]. [ S. l. ] : [ s. n. ] ,2004. [2 ] 　任友俊 ,杨丽华. 无线局域网中 2. 4GHz 电波传播损耗 研究[J ] . 曲靖师范学院学报 ,2005 ,24 (6) :81 - 84. [3 ] 　陈一天 ,余爱民. 2. 4GHz 无线局域网在室内外传播的 路径损耗分析[J ] . 电讯技术 ,2005 (1) :35 - 39. [4 ] 　王一平 ,肖景明. 微波传播 [M] . 北京 :人民邮电出版 社 ,1987 :366 - 369. [5 ] 　李剑 ,赵东风 ,孙云山. 宽带无线网络覆盖预测 [J ] . 计 算机工程与应用 ,2003 (25) :168 - 170. [6 ] 　Mohammed Y E ,Abdallah A S ,刘元安. 室内 2. 4GHz 频 率上穿透损耗的测量 [J ] . 北京邮电大学学报 ,2004 , 27 (2) :98 - 101 ,112. (上接第 12 页) 3 　结论 　　1) 当高速侵彻 ,破片速度达到一定值时 ,破片侵彻硬 铝靶板后的剩余速度与入射速度成线性正比关系. 2) 破片剩余质量与入射速度成反比 ,攻角越大 ,破片 质量损失越大 ;相反 ,充塞块质量与入射速度成正比 ,攻角 越大 ,充塞块质量越大. 3) 入射速度对破口塑性区域影响不大 ;但随着攻角增 大 ,塑性区域面积增加. 模拟计算数据可用于评估飞机被杆式空空导弹打击 后的毁伤情况 ,结合实弹打击试验指导我军战伤抢修的备 件筹措及修复技术研究. 参考文献 : [1 ] 　Damodar R Ambur ,Jaunky N ,Robin E Lawson ,et al. Nu2 merical simulations for high2energy impact of thin plates [J ] . International Journal of Impact Engineering ,2001 ,25 (7) :683 - 702. [2 ] 　展全伟 ,郭伟国 ,李玉龙. 飞机加强蒙皮在 12. 7mm 弹 丸撞击下的变形与破坏 [J ] . 爆炸与冲击 , 2006 , 26 (3) :228 - 233. [3 ] 　周平 ,张建华 ,侯日立. 射弹侵彻飞机 LY - 12 板材的 试验研究[J ] . 空军工程大学学报 ,2004 ,5 (1) :27 - 30. [4 ] 　陈晓 ,周宏. 防弹靶板的弹道侵彻数值模拟分析 [ C]/ / Ansys 中国用户年会 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集. 上海 :Ansys 中国办 事处 ,2002 :223 - 227. 92黄小刚 :2. 4 GHz 单兵电台作战性能