火控雷達抗欺騙干擾性能評估指標與仿真*1

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火控雷達抗欺騙干擾性能評估指標與仿真*1

李亞南，韓壯志

(軍械工程學院 電子與光學工程系，河北 石家莊050003)

摘要：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，火控雷達在火力控制系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用, 其抗欺騙干擾性能的優(yōu)劣對于雷達整體性能乃至整個武器系統(tǒng)效能有著重要影響。當前，對于雷達抗欺騙性干擾效果評估的研究相對較少。在這樣的背景下，探討了適用于火控雷達距離欺騙干擾性能評估的指標測試方法。結(jié)合對火控雷達的特點和欺騙干擾過程的分析，確定了抗欺騙干擾成功率評估指標和欺騙干擾信號模型，然后通過仿真對不同拖引速度下的雷達抗干擾能力進行了評估。結(jié)果表明，抗欺騙干擾成功率適合用來衡量火控雷達抗欺騙性干擾的性能，仿真中的指標測試方法對于研究現(xiàn)役火控雷達的抗欺騙干擾能力有一定的參考價值。

關鍵詞：欺騙性干擾；評估指標；雷達抗干擾；抗欺騙干擾成功率

0引言

火控雷達是現(xiàn)代防空系統(tǒng)中的重要組成部分。在復雜電磁環(huán)境中，火控雷達的抗干擾能力成為了決定武器裝備效能的關鍵因素之一，并在一定程度上影響了戰(zhàn)爭的進程和結(jié)局。

目前，有源欺騙性干擾是火控雷達面臨的主要干擾方式之一。由于火控雷達自身系統(tǒng)的復雜性以及面臨作戰(zhàn)環(huán)境的多樣性，雷達界尚未對火控雷達抗欺騙干擾性能的評估以及相關指標的選取形成統(tǒng)一的認識[1]。文獻[2-4]對火控雷達的抗干擾方法進行了研究，定性分析評估了抗欺騙干擾效果；文獻[5]建立了火控雷達抗干擾性能評估體系,給出了評估體系中各個指標因子的計算方法，但是在實際應用中可能難以對雷達的抗干擾性能作出準確的評價。本文結(jié)合火控雷達的工作特點和典型干擾信號環(huán)境，選取了合適的抗有源欺騙干擾性能評估指標，并研究了距離拖引干擾下指標的測試方法，最后以仿真手段對不同拖引速度下的抗干擾指標進行評估分析，并就如何提高火控雷達的抗欺騙干擾性能給出了一些建議。

1抗欺騙干擾性能評估指標

對火控雷達抗有源欺騙干擾性能進行評估的重要一環(huán)就是確定滿足評估需要的評估指標。

1.1現(xiàn)有指標分析

(1) 雷達抗欺騙干擾有效概率

雷達抗欺騙干擾有效概率的表達式為[5]

P=1-PJ1PJ2PJ3PJ4(1-Pr1)(1-Pr2)(1-Pr3)，

(1)

式中：PJ1,PJ2,PJ3，PJ4分別為干擾方截獲、分選、識別和模擬雷達信號的成功概率；Pr1，Pr2，Pr3分別為雷達在空域、時域?qū)Ω蓴_識別成功的概率以及采用抗欺騙措施時對干擾的抗干擾成功概率。

此概率指標是統(tǒng)計指標，涉及到多種概率參數(shù)，它需要進行多次可重復實驗才能獲得，從而給評估帶來了難度、費用和時間，從可操作性來看并不是一種理想的方法。

(2) 跟蹤誤差

欺騙性干擾的主要對象是跟蹤雷達，用跟蹤雷達的主要評估指標(如跟蹤誤差的變化等)來衡量抗干擾效果是最直接的。跟蹤誤差越小，表明抗干擾效果越好。因此，可用跟蹤誤差來度量抗欺騙干擾效果。

(3) 抗欺騙干擾成功率

設在某種特定欺騙性干擾條件下進行N次仿真或試驗，若欺騙干擾成功的次數(shù)為M，則得到在此特定干擾下的抗欺騙干擾成功率[6]：

(2)

運用該指標的關鍵點在于如何判定欺騙干擾是否成功。該指標通常是通過統(tǒng)計試驗得到的。

(4) 壓制系數(shù)

壓制系數(shù)的定義為：在規(guī)定跟蹤誤差ΔR下，雷達接收機輸入端所需要的干擾-信號功率比為

(3)

式中：Ps為信號功率；Pj為干擾功率。

使雷達產(chǎn)生同等的跟蹤誤差時，所需的干信比越小，說明欺騙性干擾所產(chǎn)生的干擾效果越好，也說明雷達的抗欺騙干擾性能越差。該指標通常用來評估干擾機所產(chǎn)生的各種欺騙性干擾信號的優(yōu)劣。

(5) 相對跟蹤精度

雷達相對跟蹤精度是指在欺騙性干擾下，雷達采取抗干擾措施后的測量精度與未采取抗干擾措施時雷達測量精度的比值，即

(4)

式中：MJo為欺騙性干擾環(huán)境下，雷達采取抗干擾措施后測量精度的系統(tǒng)誤差分量；Mmo為欺騙性干擾環(huán)境下，雷達未采取抗干擾措施時測量誤差的系統(tǒng)誤差分量。

(6) 平均目標失鎖時間(MTLL)

平均目標失鎖時間(mean time of lost lock，MTLL)是指干擾方施放欺騙性干擾到雷達跟蹤系統(tǒng)丟失目標所需要的時間。MTLL越小，即目標施放欺騙性干擾后使雷達跟蹤系統(tǒng)越快丟失目標，說明干擾效果越好或雷達抗干擾效果越差。反之，雷達抗干擾效果越好。

1.2抗欺騙干擾性能評估指標

針對火控雷達抗欺騙干擾評估指標的選取，既要考慮評估的基本要求，更要考慮到實戰(zhàn)情況下的具體可行性和適應性，所選取的評估指標應具有直接性、全面性、可比性和可測性，但不能對指標有過于理想化的想象；且抗欺騙干擾性能作為火控雷達一項重要戰(zhàn)術指標，也應重點考查其戰(zhàn)術參數(shù)[7]。

在前面介紹過的評估雷達抗欺騙干擾性能的指標中：抗干擾有效概率涉及到多個概率參數(shù)，需要有大量的統(tǒng)計試驗且計算復雜；跟蹤誤差比較直接，但沒有可比性，且難于測量；壓制系數(shù)并非戰(zhàn)術指標，通常用來評估欺騙性干擾信號的優(yōu)劣；相對跟蹤精度與跟蹤誤差相比更有可比性，但只適合衡量抗干擾措施的效能，而不是雷達整機的抗干擾效果；對于平均目標失鎖時間，對時間的準確測量有很大的難度。

抗欺騙干擾成功率是基于效率準則的一個指標，概念性強，對各種欺騙干擾均適用，且可通過一定數(shù)量的仿真及試驗來得到指標值，具有全面性和可操作性，適合用來衡量火控雷達抗欺騙性干擾的性能。因此，抗欺騙性干擾成功率作為評估火控雷達抗欺騙性干擾性能的指標是可行的。

2測試信號的選擇和產(chǎn)生

火控雷達引導殺傷性武器對目標進行瞄準式攻擊時，必須對目標的距離信息和角度信息進行精度跟蹤。對于火控雷達的欺騙干擾可以分為以下2步驟：在雷達處于跟蹤狀態(tài)時，使用拖引干擾，破壞雷達對目標的跟蹤；當雷達跟蹤遭到破壞轉(zhuǎn)入搜索狀態(tài)時，干擾立即轉(zhuǎn)入相干多電子假目標干擾，使雷達花更多的時間才能轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)或者根本就不能對目標進行跟蹤。一旦監(jiān)測到雷達進入跟蹤狀態(tài)，干擾系統(tǒng)就立即轉(zhuǎn)入拖引干擾。

目前火控雷達面臨的欺騙性干擾主要是距離欺騙干擾，故這里僅討論距離欺騙干擾信號，包括距離假目標干擾和距離波門拖引干擾。

2.1距離假目標干擾

距離假目標干擾也稱為同步脈沖干擾[8]。設R，Rf分別為真實目標與假目標所在距離，則回波脈沖包絡時延tr與干擾脈沖包絡相對于雷達定時脈沖的時延tf分別為

tr=2R/c，tf=2Rf/c.

(5)

當假目標距離與真實目標距離差大于雷達最小距離分辨單元時，即

(6)

便形成距離假目標干擾。

在一般情況下，干擾機無法確定Rj，所以tf是未知的，這就要求干擾機與被保護目標之間具有良好的空間配合關系，將假目標的距離設置在合適的位置，避免發(fā)生假目標與真目標的距離重合。因此，假目標干擾多于目標的自衛(wèi)干擾，以便于同自身目標配合[9]。

距離假目標干擾仿真如圖1所示。

圖1　距離假目標干擾仿真Fig.1　Simulation of range false target jamming

圖1說明了距離假目標干擾的過程，實際上，當火控雷達被假目標干擾，即距離跟蹤波門捕獲假目標信號后，雷達將丟失真目標。

2.2距離波門拖引干擾

距離波門拖引(range gate pull off，RGPO)是指干擾機先以盡量小的時延轉(zhuǎn)發(fā)接收到的雷達信號，再逐漸增加時延將雷達距離跟蹤波門從目標位置拖開，并最終使雷達丟失目標，達到干擾雷達正常工作和掩護目標的目的[10]。一般距離拖引周期包括停拖期、拖引期和關閉期3個階段：

距離波門拖引干擾的干擾過程如圖2所示。其中雷達發(fā)射信號為單載頻脈沖信號，脈沖寬度為1 μs， 拖引開始時目標與雷達徑向距離為20 km，

圖2　距離波門拖引干擾拖引過程Fig.2　Pull process of RGPO jamming

目標運動速度為-50 m/s，干擾為勻速距離拖引，假目標拖引速度為300 m/s。

圖2只說明了距離波門拖引的過程，實際上當火控雷達距離跟蹤波門被干擾信號拖引上后，雷達將逐漸丟失目標信號。

3評估仿真

3.1評估仿真模型

運用抗欺騙干擾成功率作為評估火控雷達抗欺騙干擾性能的關鍵點在于如何判定欺騙干擾是否成功。

對火控雷達常用的距離欺騙干擾方式主要有距離假目標干擾和距離波門拖引干擾。前者對雷達的作用是對雷達形成距離假目標，掩護真目標，故判斷該干擾方式對雷達是否欺騙成功的方法是看火控雷達距離跟蹤波門是否被欺騙到了假的距離波門上[11]。后者對雷達的作用是周期性地拖住雷達距離跟蹤波門后移或前移，使雷達丟失目標而重新回到搜索狀態(tài)，導致火控雷達距離跟蹤系統(tǒng)紊亂，故判斷該干擾方式對雷達是否欺騙成功的方法是看該干擾能否成功拖引雷達產(chǎn)生超過規(guī)定的誤差。只要雷達距離跟蹤誤差超過了一定值，即可判斷欺騙干擾成功[12]。

下面以火控雷達最常見的距離波門拖引干擾為例，討論火控雷達抗欺騙性干擾成功概率，即抗拖引干擾成功率的測試。

3.2仿真結(jié)果分析

用Matlab仿真對普通單脈沖火控雷達的距離波門拖引干擾效果，從而統(tǒng)計得出火控雷達的抗有源欺騙干擾性能評估指標——抗距離波門干擾成功率，并給出結(jié)果分析。仿真參數(shù)如表1所示。

表1　火控雷達距離波門拖引干擾仿真主要參數(shù)

干擾機發(fā)射距離波門拖引干擾信號的相對雷達信號轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間曲線如圖3所示，圖中給出了5個距離波門拖引周期的延遲曲線。從圖3中可以看出，在一個拖引周期的拖引期內(nèi)，在勻速拖引情況下，干擾信號的轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間成線性增加，表示了拖引距離逐漸增加。

圖3　距離波門拖引信號轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間曲線Fig.3　Curve of RGPO retransmitted delay time

根據(jù)表1給定的參數(shù)，并假定欺騙干擾機能成功偵察并準確模擬了雷達發(fā)射信號，仿真得到有距離波門拖引干擾和無距離波門拖引干擾時的雷達對目標跟蹤距離曲線，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4　有無距離波門拖引干擾時雷達對目標跟蹤距離曲線Fig.4　Curve of radar tracking range with and　　　without RGPO

由圖4中給出的5個距離波門拖引周期的仿真結(jié)果中，通過比較有距離波門拖引干擾和無距離波門拖引干擾時的雷達對目標跟蹤距離曲線可以看出，每個距離波門拖引周期內(nèi)對火控雷達距離跟蹤波門的最大拖引距離達到了2 100 m。一般規(guī)定拖引干擾導致的距離誤差超過距離波門寬度的一半時為拖引干擾成功。仿真結(jié)果表明，距離跟蹤誤差已經(jīng)超過了半波門寬度(1 500 m)，則本輪仿真的拖引干擾成功率達到了100%，亦即火控雷達的抗拖引干擾成功率為0。出現(xiàn)這樣看似比較絕對結(jié)果的原因是，該仿真試驗中對雷達對抗環(huán)境模擬作了簡化，如假定了欺騙干擾機偵察并完全模擬成功了被干擾雷達的各種信號參數(shù)等。該仿真結(jié)果表明，在成功偵察和模擬到雷達發(fā)射信號后，距離欺騙干擾機基本能夠成功地對火控雷達實施距離波門拖引干擾。

干擾機接收到雷達發(fā)射信號后，以一定的延遲時間轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號，根據(jù)表2給出的3種拖引速度下轉(zhuǎn)發(fā)延遲時間曲線如圖5所示。

表2　不同距離拖引速度干擾仿真參數(shù)

圖5　距離波門拖引干擾信號轉(zhuǎn)發(fā)延遲曲線Fig.5　Curve of RGPO retransmitted delay time

在這3種拖引速度的距離波門拖引干擾下，雷達的跟蹤曲線與無干擾時的跟蹤曲線仿真結(jié)果如圖6所示。

通過比較不同拖引速度的距離波門拖引干擾下雷達的跟蹤曲線可以看出，不同的拖引速度下最大拖引距離不同。對于vd=50 m/s，最大拖引距離為500 m/s，而距離波門寬度的一半為750 m，這時目標信號還留在波門內(nèi)，干擾失??；對于vd=300 m/s，最大拖引距離達到2 917 m/s，完全將波門拖離目標，待關閉干擾后，跟蹤系統(tǒng)重新對目標進行搜索，干擾成功；對于vd=700 m/s，當拖引期開始Δt=1.362 s時，干擾到達波門后沿。此時，波門的移動速度為vG=408 m/s，仍然小于干擾速度。因此，干擾先于目標移出波門，最大拖引距離只有278 m，干擾失敗。

圖6　不同拖引速度干擾下雷達對目標的距離跟蹤曲線Fig.6　Curve of radar tracking range with　　　different pull velocities of RGPO

在各5個周期干擾的仿真中，對于vd=50 m/s，雷達的抗欺騙干擾成功率為100%；對于vd=300 m/s，雷達的抗欺騙干擾成功率為0；對于vd=700 m/s，雷達的抗欺騙干擾成功率為100%。這個結(jié)果比較絕對，這是由于取值較為典型并且對對抗環(huán)境作了簡化的結(jié)果。這個結(jié)果表明，如果干擾成功地模擬雷達發(fā)射波形并且拖引速度vd在成功拖引的范圍內(nèi)取值，那么，火控雷達抗欺騙干擾成功概率是非常低的。

4結(jié)束語

本文從火控雷達抗欺騙性能評估的需求出發(fā)，將雷達工作特點和干擾環(huán)境相結(jié)合，提出了以抗欺騙干擾成功率這一指標來表征火控雷達抗欺騙干擾性能的優(yōu)劣。通過建模仿真，對火控雷達距離波門拖引干擾效果進行了分析，驗證了火控雷達距離拖引干擾中的參數(shù)設計對仿真結(jié)果的影響。由于仿真中的模型參數(shù)選取簡單，對應參數(shù)有所變動，仿真結(jié)果也會隨之變化。在今后的研究工作中還會加入更真實的環(huán)境因素，從而獲得更加準確真實的研究結(jié)果。

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Simulation on Fire-Control Radar Index of Anti-Jamming Ability against Deceptive Interference

LI Ya-nan，HAN Zhuang-zhi

(Ordnance Engineering College,Department of Electronics and Optics Engineering，Hebei Shijiazhuang 050003 , China)

Abstract:In modern warfare, fire control radars play a crucial role in the fire control system, and the anti-interference performance merits of deception for the overall performance of the radar and the whole weapon system performance has a significant impact. Currently, there are relatively few studies about radar for anti-deceptive jamming effect evaluation. In this context, the index test method applicable to fire control radar range deception jamming effect evaluation is discussed. First, the radar anti-interference ability deceptive evaluation indicators are introduced based on fire control radar characteristics and deception jamming process analysis to determine the evaluation index and the test signal model; then the radar anti-interference ability is evaluated by using the test model under different towing speeds. The result indicates that the index of deception jamming success rate has a significant performance of radar evaluation. The way to test the active radar jamming capability has some reference value.

Key words:deception jamming;evaluation index;radar anti-jamming;deception jamming success rate

中圖分類號：TN974；TP391.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-05-0236-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.05.038

通信地址：050003河北石家莊軍械工程學院電子與光學工程系E-mail：gilbert_g@126.com

作者簡介：李亞南(1988-)，男，河北鹿泉人。碩士生，主要研究方向為雷達抗干擾。

基金項目：國家自然科學基金青年基金(51107147)

*收稿日期：2014-06-22；修回日期：2014-09-24