復(fù)雜電磁環(huán)境下艦空導(dǎo)彈雷達(dá)抗干擾試驗方案設(shè)計

朱鵬磊，張志偉，成順利

(92941 部隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中，艦空導(dǎo)彈面臨的電磁環(huán)境異常復(fù)雜。這些電磁信號不但數(shù)量密集，而且種類繁雜，嚴(yán)重地影響著導(dǎo)彈的作戰(zhàn)使用。通過研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜電磁環(huán)境對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在對跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)的干擾上。因此，通過試驗的方法對雷達(dá)的抗干擾性能進(jìn)行全面客觀地檢驗評估是十分必要的。那么，如何在實踐中設(shè)計試驗檢驗復(fù)雜電磁環(huán)境下艦空導(dǎo)彈雷達(dá)的抗干擾能力就成了面臨的重大課題。由于戰(zhàn)場干擾環(huán)境極其復(fù)雜，難以對所有因素都一一進(jìn)行定量分析和描述。本文對典型的干擾環(huán)境下艦空導(dǎo)彈雷達(dá)的抗干擾試驗方案設(shè)計進(jìn)行了探討。

1 干擾樣式分析

現(xiàn)代電子戰(zhàn)兵力的典型作戰(zhàn)樣式為:在預(yù)警機(jī)的引導(dǎo)下，電子戰(zhàn)攻擊飛機(jī)將主要實施遠(yuǎn)距離支援干擾、編隊伴隨干擾，對海攻擊飛機(jī)利用自身攜帶的干擾吊艙在對海攻擊的同時也可實施自衛(wèi)干擾［1-2］。具體的干擾形式包括噪聲干擾、欺騙干擾、無源干擾等，而且這些干擾主要都是針對艦空導(dǎo)彈的跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的。如圖1所示。

2 抗干擾試驗方法

本文討論的雷達(dá)抗干擾試驗是在模擬實戰(zhàn)環(huán)境下采用真實目標(biāo)和實體裝備相結(jié)合的方式進(jìn)行的。實體干擾設(shè)備采取特定的干擾樣式對處于模擬實戰(zhàn)狀態(tài)下的雷達(dá)實施干擾，同時數(shù)據(jù)錄取設(shè)備錄下雷達(dá)在干擾過程的數(shù)據(jù)，最后統(tǒng)計、計算出雷達(dá)抗干擾性能。根據(jù)上述干擾樣式的分析，本文主要討論雷達(dá)抗自衛(wèi)噪聲干擾、抗遠(yuǎn)距離支援噪聲干擾試驗。

2.1 地面靜態(tài)抗干擾試驗

圖1 電子戰(zhàn)兵力典型作戰(zhàn)形式

2.1.1 抗自衛(wèi)噪聲干擾試驗

設(shè)備布局圖如圖2所示，雷達(dá)目標(biāo)模擬器和干擾模擬器置于雷達(dá)的法線方向、方位角為0°的位置上，俯仰角相同。

圖2 抗自衛(wèi)噪聲干擾試驗設(shè)備布局圖

(1）首先對雷達(dá)目標(biāo)模擬器的模擬目標(biāo)回波進(jìn)行功率定標(biāo)，然后使相控陣?yán)走_(dá)跟蹤給定的模擬雷達(dá)目標(biāo);

(2）干擾模擬器開機(jī)，首先將輸出功率調(diào)至最弱(強(qiáng)），程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強(qiáng)(由強(qiáng)變?nèi)酰涗浵嗫仃嚴(yán)走_(dá)丟失目標(biāo)時刻和對應(yīng)的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標(biāo)模擬器輸出脈沖功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、相控陣?yán)走_(dá)丟失目標(biāo)時刻前后對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值;

通過上述方法，可以得到相控陣?yán)走_(dá)正常工作信干比門限值和被動跟蹤噪聲源(靜態(tài)）測角精度。

2.1.2 抗遠(yuǎn)距離支援噪聲干擾試驗

設(shè)備布局圖如圖3所示。將雷達(dá)目標(biāo)模擬器置于雷達(dá)的法線方向，方位角度為0°的位置上。

(1）無旁瓣對消條件下相控陣?yán)走_(dá)抗干擾性能測試

圖3 抗遠(yuǎn)距離支援噪聲干擾試驗設(shè)備布局圖

將一臺干擾模擬器與雷達(dá)目標(biāo)模擬器分別設(shè)置在相對相控陣?yán)走_(dá)法線方位(或俯仰）角度值為θ1、θ2、θ3的3個不同的固定張角位置，進(jìn)行如下測試:

①雷達(dá)跟蹤給定的模擬雷達(dá)目標(biāo)，穩(wěn)定跟蹤后，干擾模擬器開機(jī)，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強(qiáng)，記錄相控陣?yán)走_(dá)丟失目標(biāo)時刻和對應(yīng)的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標(biāo)模擬器輸出功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、相控陣?yán)走_(dá)丟失目標(biāo)時刻前后的對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值。

②干擾模擬器首先開機(jī)至最強(qiáng)，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由強(qiáng)變?nèi)酰涗浝走_(dá)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時刻干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標(biāo)模擬器輸出功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、相控陣?yán)走_(dá)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時刻前后的對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值。

(2）旁瓣對消條件下相控陣?yán)走_(dá)抗干擾性能測試

將干擾模擬器與雷達(dá)目標(biāo)模擬器相對相控陣?yán)走_(dá)設(shè)置在相控陣?yán)走_(dá)天線法線方位(或俯仰）角度值為θ1、θ2、θ3位置上，進(jìn)行如下測試:

①首先使相控陣?yán)走_(dá)搜索給定的模擬雷達(dá)目標(biāo)，穩(wěn)定跟蹤后，干擾模擬器開機(jī)，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強(qiáng)，記錄雷達(dá)丟失目標(biāo)時刻和對應(yīng)的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標(biāo)模擬器輸出功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、相控陣?yán)走_(dá)對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值。

②啟動旁瓣對消措施，相控陣?yán)走_(dá)重新跟蹤上目標(biāo)后，繼續(xù)增大干擾模擬器功率，記錄相控陣?yán)走_(dá)再次丟失目標(biāo)的時刻所對應(yīng)的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標(biāo)模擬器輸出功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、相控陣?yán)走_(dá)對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值。兩次干擾模擬器輸出功率譜密度值的差值即為旁瓣對消的改善因子。

(3）兩個干擾源條件下的雷達(dá)旁瓣對消能力測試

分別將兩臺干擾模擬器置于同步相對相控陣?yán)走_(dá)天線法線方位(或俯仰）角度值為θ1和θ2位置上，同時調(diào)整兩臺干擾機(jī)的輸出功率譜密度。分別記錄有無旁瓣對消情況下兩次丟失目標(biāo)時刻的干擾機(jī)的輸出功率譜密度值，目標(biāo)模擬器輸出功率定標(biāo)值、相控陣?yán)走_(dá)輻射參數(shù)、試驗過程相控陣?yán)走_(dá)對目標(biāo)的距離和角度測量值和精度測量值;兩次丟失目標(biāo)時刻的干擾機(jī)的輸出功率譜密度的差值即為兩個干擾源條件下的雷達(dá)旁瓣對消能力。有條件情況下應(yīng)測試兩源相對張角變化對旁瓣對消能力的影響。

圖4 采用干擾飛機(jī)的試驗方法

2.2 地面動態(tài)抗干擾試驗

雷達(dá)抗干擾的外場試驗和一般雷達(dá)外場試驗一樣，要求在接近實戰(zhàn)條件下進(jìn)行，即將雷達(dá)置于規(guī)定的干擾環(huán)境中，按規(guī)定戰(zhàn)術(shù)使用條件進(jìn)行布局和操作需達(dá)。通過實地檢測，評定需達(dá)抗干擾的指標(biāo)是否滿足要求。

(1）采用干擾飛機(jī)的試驗方法

當(dāng)采用干擾飛機(jī)進(jìn)行試驗時，試驗?zāi)Ｊ揭话闳鐖D4所示。圖中的干擾飛機(jī)是干擾源，根據(jù)需求可以形成編隊自衛(wèi)干擾或遠(yuǎn)距離支援干擾等干擾樣式。

(2）采用地面干擾設(shè)備的試驗方法

試驗?zāi)Ｊ揭话闳鐖D5所示，干擾源架設(shè)于高地上。根據(jù)需求，可以形成寬帶、窄帶噪聲等干擾方式。

圖5 采用地面干擾設(shè)備的試驗方法

3 抗干擾結(jié)果評定

3.1 評價準(zhǔn)則

目前，國內(nèi)外雷達(dá)抗干擾能力評估準(zhǔn)則主要有功率準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則、概率準(zhǔn)則和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則(效率準(zhǔn)則）等。

3.1.1 功率準(zhǔn)則

功率準(zhǔn)則基于雷達(dá)電子戰(zhàn)的干擾方程，從信干比的角度出發(fā)，體現(xiàn)了雷達(dá)對抗即功率對抗的傳統(tǒng)思想，其具體表示形式為雷達(dá)抗干擾改善因子(EIF）、雷達(dá)抗干擾有效因子(EEIF）、燒穿距離、自衛(wèi)距離、干擾壓制系數(shù)、抗干擾品質(zhì)因素(QECCM）和抗干擾綜合度量能力(AJC）等。該準(zhǔn)則在使用時概念清楚，計算、測量方便。它通常用解析法來研究，評估結(jié)果可用于雷達(dá)電子戰(zhàn)功能仿真。

3.1.2 信息準(zhǔn)則

雷達(dá)信號中含有的目標(biāo)信息量的大小決定了雷達(dá)對目標(biāo)探測能力的大小。信息準(zhǔn)則正是從這個觀點(diǎn)出發(fā)，用干擾前、后雷達(dá)信號中所包含的目標(biāo)信息量的變化來衡量干擾效果。該準(zhǔn)則概念清晰，理論嚴(yán)密，能夠正確體現(xiàn)雷達(dá)的抗干擾能力，但計算復(fù)雜，目前未能得到廣泛使用。

3.1.3 戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則

戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則通過比較武器系統(tǒng)在有無干擾條件下同一個性能指標(biāo)的比值來衡量系統(tǒng)抗干擾性能。該準(zhǔn)則以雷達(dá)作用距離和測量精度等戰(zhàn)術(shù)參數(shù)作為雷達(dá)系統(tǒng)抗干擾能力的衡量指標(biāo)參數(shù)，因而具有直接性、全面性及可測性等優(yōu)點(diǎn)，是在試驗及解析分析中被廣泛采用的準(zhǔn)則。

3.1.4 概率準(zhǔn)則

概率準(zhǔn)則的提出是在不考慮具體干擾措施的前提下，比較雷達(dá)在有無干擾條件下完成同一性能指標(biāo)的概率，其基準(zhǔn)是在有干擾和無干擾條件下指標(biāo)模型完成同一任務(wù)的概率，通常由殺傷概率、引導(dǎo)概率、虛警概率、發(fā)現(xiàn)概率、雷達(dá)受欺騙概率等具體概率形式來表現(xiàn)。該準(zhǔn)則用于評估雷達(dá)抗欺騙式干擾是有效的，但較難分析和計算。

3.2 評價指標(biāo)

根據(jù)上述雷達(dá)抗干擾評價準(zhǔn)則，在內(nèi)場對雷達(dá)抗干擾結(jié)果進(jìn)行評定時一般考慮抗干擾改善因子、有效抗干擾改善因子、壓制系數(shù)等指標(biāo)。下面具體介紹其數(shù)學(xué)模型。

3.2.1 抗干擾改善因子(EIF）

抗干擾改善因子(EIF）的定義為:在使用和不使用抗干擾措施的兩種情況下，雷達(dá)接收機(jī)保持輸出信噪比相同所需的輸入干擾功率的比值。它反映了抗干擾措施改善輸出信噪比的程度。

式中，(S/J）0和(S/J）k分別表示采取抗干擾措施前后雷達(dá)輸出的信號干擾功率之比。此公式反映了抗干擾措施改善信干比的程度，只能表征抗干擾措施的性能，可以用來對不同類型的抗干擾的效果進(jìn)行比較。但是，它不適用于度量整個雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力，因為整個雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力不僅與抗干擾措施有關(guān)，而且還與雷達(dá)的固有特性密切相關(guān)，例如發(fā)射功率、天線增益等。

3.2.2 有效抗干擾改善因子(EEIF）

考慮到引入抗干擾措施使系統(tǒng)性能指標(biāo)有可能產(chǎn)生損失，提出了有效抗干擾改善因子:

其中L為引入抗干擾措施后系統(tǒng)性能指標(biāo)的損失系數(shù)，通常L≤1。損失系數(shù)的物理意義是表明系統(tǒng)引入抗干擾措施后在最終性能指標(biāo)上所蒙受的附加損失。在大多數(shù)近似計算的情況下，可以預(yù)料L 是一個常數(shù)，這可以通過雷達(dá)諸多技戰(zhàn)性能的變化進(jìn)行修正。

3.2.3 壓制系數(shù)

當(dāng)某種壓制性干擾作用于雷達(dá)接收機(jī)時，便會使雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)概率下降。取發(fā)現(xiàn)概率Pd=0.1 作為對雷達(dá)有效干擾標(biāo)準(zhǔn)，此時進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)輸入端通帶內(nèi)的最小干擾——信號功率比成為壓制系數(shù)KA。

壓制系數(shù)KA是功率準(zhǔn)則下衡量干擾抗干擾效果的參數(shù)。用同一種干擾樣式對不同雷達(dá)進(jìn)行干擾時，雷達(dá)抗干擾性能越強(qiáng)壓制系數(shù)就越大，所以壓制系數(shù)可以用作衡量雷達(dá)抗干擾性能的指標(biāo)。

3.2.4 雷達(dá)抗干擾評估綜合指標(biāo)

(1）雷達(dá)抗干擾有效度

雷達(dá)抗干擾有效度是指個人根據(jù)雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)要求，雷達(dá)在有干擾時和雷達(dá)有抗干擾措施時相對雷達(dá)無抗干擾措施時的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)變化程度之比。雷達(dá)抗干擾有效度的定義為

式中，ρ1為雷達(dá)干擾抑制有效度，一般是指雷達(dá)在干擾機(jī)同時域、同空域、同頻域的條件下減少干擾影響的技術(shù)措施;ρ2為雷達(dá)干擾回避有效度，一般是指利用雷達(dá)與干擾機(jī)在時域、頻域或空域方面的不同來避開干擾的技術(shù)措施;ρ3為雷達(dá)抗欺騙干擾有效度，一般是指雷達(dá)抗拖引干擾的能力。

(2）雷達(dá)抗干擾品質(zhì)因素

抗干擾品質(zhì)因素的定義是:雷達(dá)在干擾環(huán)境中對典型目標(biāo)在雷達(dá)所要求的作用距離處，接收機(jī)實際輸出的回波信號功率與干擾功率之比。即

根據(jù)雷達(dá)方程和干擾方程［3］可得:

式中，F(xiàn)J為抗干擾改善因子，PS為雷達(dá)系統(tǒng)接收到的信號功率，PJ為雷達(dá)受到的干擾功率，DS為雷達(dá)發(fā)射信號的有效功率密度，DJ為干擾機(jī)發(fā)射信號的有效功率密度，Rj為干擾機(jī)相對雷達(dá)距離，Rm為雷達(dá)探測距離，G1為雷達(dá)天線增益，G1(θ）為雷達(dá)天線在干擾機(jī)方向的增益，KL為損耗系數(shù)。

(3）雷達(dá)抗干擾能力度量公式

雷達(dá)抗干擾能力度量公式由中國學(xué)者酈能敬在1984年提出，其目的在于全面評價雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力。

式中，PT0BSG 表示雷達(dá)抗干擾的固有能力，由雷達(dá)的發(fā)射功率和綜合分辨力決定，4個基本參數(shù)分別表示:發(fā)射功率P、信號持續(xù)時間T0、信號帶寬BS和天線增益G，而其他參數(shù)為抗干擾措施的附加因子，分別表示:頻率跳變因子SA、天線副瓣因子SS、MTI 質(zhì)量因子SM、天線計劃可變因子SP、恒虛警處理因子SC、“寬-限-窄”電路質(zhì)量因子SN、重復(fù)頻率抖動因子SJ。

4 結(jié)束語

復(fù)雜電磁環(huán)境條件下艦空導(dǎo)彈雷達(dá)抗干擾試驗是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是導(dǎo)彈抗干擾試驗的關(guān)鍵組成部分。本文對復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)的抗干擾試驗設(shè)計得到了實際應(yīng)用，其工程技術(shù)方法和思路可以推廣應(yīng)用。

［1］王汝群.戰(zhàn)場電磁環(huán)境［M］.北京:解放軍出版社，2006:27-29.

［2］魏保華，孟晨，楊鎖昌，等.防空導(dǎo)彈系統(tǒng)面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境分析［J］.飛航導(dǎo)彈，2001，29(10）:48-53.

［3］趙國慶.雷達(dá)對抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1999:198-199.