鮑志超，莫翠瓊，王 正

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估

鮑志超，莫翠瓊，王 正

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

干擾效果評估是干擾技術(shù)研究的重要組成部分，目前對雷達(dá)的干擾效果評估研究很多，然而由于脈沖多普勒(PD)雷達(dá)導(dǎo)引頭的重要性，各國均將與之相關(guān)的研究當(dāng)做軍事機(jī)密，故針對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果評估研究并不常見。在分析雷達(dá)干擾效果評估理論的基礎(chǔ)上，探索了適用于PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估的準(zhǔn)則、方法和指標(biāo)體系，為后續(xù)的研究打下了理論基礎(chǔ)。

脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭；評估準(zhǔn)則；評估指標(biāo)；干擾效果

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，精確制導(dǎo)導(dǎo)彈已經(jīng)成為水面艦艇的主要威脅[1]，而精確制導(dǎo)導(dǎo)彈大多采用脈沖多普勒(PD)雷達(dá)導(dǎo)引頭，對其進(jìn)行有效干擾已經(jīng)成為雷達(dá)對抗中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前常見的干擾方式有很多，如噪聲壓制干擾、速度波門欺騙干擾、假目標(biāo)干擾等。文獻(xiàn)[2]研究了拖曳式誘餌對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾，對比不同誘餌戰(zhàn)術(shù)參數(shù)下的干擾性能，為在實(shí)踐中選擇合適的誘餌戰(zhàn)術(shù)參數(shù)提供了依據(jù)；文獻(xiàn)[3]分析了升空平臺和艦艇上對PD雷達(dá)進(jìn)行干擾存在的困難，并研究了極化干擾的可行性，具有很大的參考價(jià)值。但仍需指出的是，上述文獻(xiàn)主要研究對PD雷達(dá)的干擾技術(shù)，對干擾效果評估方面未做深入研究。

本文以雷達(dá)干擾效果評估理論為基礎(chǔ)，明確了干擾效果評估的思路，探討了適用于PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果評估準(zhǔn)則，對評估方法的選用進(jìn)行了分析，建立了PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估指標(biāo)體系，對后續(xù)的研究具有重要的參考價(jià)值。

1 干擾效果評估步驟

雷達(dá)干擾效果評估是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，雷達(dá)干擾種類不同,干擾作戰(zhàn)對象不同,則具體的干擾效果評估方法、準(zhǔn)則和指標(biāo)也不同[4]。因此，首先要做的工作是確定干擾對象，本文選擇的干擾對象是PD雷達(dá)導(dǎo)引頭。其次，針對干擾對象挑選干擾樣式；在干擾對象和干擾樣式確定之后，要確定干擾效果衡量的標(biāo)準(zhǔn)，也就是評估準(zhǔn)則。常見的評估準(zhǔn)則有功率準(zhǔn)則、效率準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則等。選擇準(zhǔn)則時(shí)，要按照具體情況進(jìn)行分析，有的評估過程單一準(zhǔn)則就可以滿足要求，而更多的評估過程需要考慮多個(gè)準(zhǔn)則。最核心、最關(guān)鍵的步驟是確定評估指標(biāo)，評估指標(biāo)選取的好壞直接影響到評估結(jié)果的可信度。最后選擇合適的評估方法來獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)以及對指標(biāo)進(jìn)行聚合。其步驟的主要流程如圖1所示。

2 干擾效果評估準(zhǔn)則及方法

干擾效果的好壞需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評定，干擾評估準(zhǔn)則就是用來評估干擾效果好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此它必須具有客觀、科學(xué)、定量可測和非模糊的性質(zhì)[5]。干擾評估準(zhǔn)則受多種因素的影響，一直沒有形成一個(gè)統(tǒng)一、系統(tǒng)的觀點(diǎn)，目前被大家普遍接受的準(zhǔn)則有功率準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則、效率準(zhǔn)則等。下面依次討論這些準(zhǔn)則是否適用于對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果評估。

(1) 功率準(zhǔn)則

功率準(zhǔn)則是從能量關(guān)系來定義的，通常適用于對壓制性干擾效果的評判，一般用壓制系數(shù)表征，但是對欺騙性干擾則不再適用[4]。噪聲壓制干擾是對抗反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的一種重要的干擾方式，在評估噪聲壓制干擾對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果時(shí)，功率準(zhǔn)則是首先應(yīng)被考慮的準(zhǔn)則。

(2) 信息準(zhǔn)則

信息準(zhǔn)則通過比較干擾前后雷達(dá)信號中所含有的目標(biāo)信息量來衡量干擾效果[6]。信息準(zhǔn)則是從信息的角度出發(fā)，認(rèn)為雷達(dá)的工作過程實(shí)際上是一個(gè)信息的傳輸過程。在雷達(dá)的回波信號中包含有目標(biāo)信息，雷達(dá)接收機(jī)通過對回波信號中目標(biāo)信息的提取來獲得目標(biāo)的各種參數(shù)值[7]。PD雷達(dá)導(dǎo)引頭在搜索和跟蹤目標(biāo)時(shí)，主要依靠的是目標(biāo)回波中所包含的信息，在評估干擾對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭造成的影響時(shí)，可以使用在信息準(zhǔn)則下確立的指標(biāo)，如角度跟蹤誤差。因此，信息準(zhǔn)則在評估對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果時(shí)同樣必不可少。

(3) 效率準(zhǔn)則

效率準(zhǔn)則，又被稱為戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用準(zhǔn)則[4]。它通過比較干擾前后雷達(dá)工作性能的變化來度量干擾效果[8]。其分為2種情況:一種是干擾前后雷達(dá)本身的工作性能變化，如預(yù)警雷達(dá)的探測范圍；另一種是干擾前后雷達(dá)所服務(wù)的武器系統(tǒng)性能的變化，如主動尋的式制導(dǎo)導(dǎo)彈的脫靶率在干擾前后的變化，這樣就將干擾效果同最終作戰(zhàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)起來，評估結(jié)果的可信性更強(qiáng)。

PD雷達(dá)導(dǎo)引頭在搜索和跟蹤目標(biāo)時(shí)，導(dǎo)引頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離、穩(wěn)定跟蹤距離等性能會在干擾前后發(fā)生變化，這些都是在效率準(zhǔn)則下確立的指標(biāo)；在評估PD雷達(dá)導(dǎo)引頭制導(dǎo)的導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能方面，同樣要依據(jù)效率準(zhǔn)則。因此效率準(zhǔn)則同樣適用于對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果評估。

雷達(dá)干擾評估方法的研究越來越得到重視，更多新的算法被引入雷達(dá)干擾效果評估中，例如層次分析法[9]、模糊綜合分析法[10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法[11]等，這些方法的主要作用是解決指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)與最終評估結(jié)果的關(guān)系問題。

在對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行干擾效果評估時(shí)，所構(gòu)建的指標(biāo)體系包含多個(gè)指標(biāo)，這就涉及到分析各個(gè)指標(biāo)與最終結(jié)果的關(guān)系問題。因此上述提到的這些分析方法在PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估指標(biāo)的研究中，同樣是必要的。

3 PD雷達(dá)導(dǎo)引頭評估指標(biāo)體系

干擾效果評估的最終結(jié)果是通過評估指標(biāo)來顯現(xiàn)的，評估指標(biāo)的確立和計(jì)算是干擾效果評估的中心環(huán)節(jié)。然而，由于評估指標(biāo)的選取需要考慮多方面因素，因此在實(shí)踐中對評估指標(biāo)的選取有著嚴(yán)格的要求。在建立干擾效果評估指標(biāo)體系的同時(shí)，需要兼顧完備性、獨(dú)立性、可量化性、客觀性、層次性等原則[12]。層次性原則體現(xiàn)為評估指標(biāo)可以按照導(dǎo)引頭工作過程進(jìn)行劃分。雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈工作過程可以大致分為3個(gè)階段：目標(biāo)搜索階段，目標(biāo)確認(rèn)、目標(biāo)跟蹤階段和最終打擊階段。其中，跟蹤階段可以細(xì)分為初始跟蹤、穩(wěn)定跟蹤和制導(dǎo)跟蹤。導(dǎo)引頭工作過程及干擾效果評估指標(biāo)體系層次劃分如圖2所示。

3.1 搜索階段

導(dǎo)引頭處于搜索階段時(shí)，它的任務(wù)是檢測目標(biāo)。在導(dǎo)引頭受到干擾前后，首次發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離會受到很大影響，本文用首次發(fā)現(xiàn)距離損失度來衡量。首次發(fā)現(xiàn)距離損失度表示的是干擾前后首次檢測到目標(biāo)的彈目斜距的相對變化量，表達(dá)式如下：

(1)

式中:s0為受到干擾之前導(dǎo)引頭首次檢測目標(biāo)距離；s1為受到干擾之后導(dǎo)引頭首次檢測目標(biāo)距離。

3.2 跟蹤階段

(1) 在跟蹤階段，首先需要考慮的是首次實(shí)現(xiàn)跟蹤時(shí)的距離。類似地，可以用首次跟蹤距離損失度表示：

(2)

式中:d0為受到干擾之前導(dǎo)引頭首次實(shí)現(xiàn)跟蹤的距離；d1為受到干擾之后導(dǎo)引頭首次實(shí)現(xiàn)跟蹤距離。

(2) 穩(wěn)定跟蹤之后，就要考慮角度跟蹤誤差，由于導(dǎo)引頭在三維空間內(nèi)飛行，所以不僅要考慮方位角，還要考慮俯仰角。某一時(shí)刻的角度跟蹤誤差存在偶然性，因此本文取多個(gè)不同時(shí)刻的角度跟蹤誤差均值作為評估指標(biāo)，表達(dá)式如下：

(3)

(3) 導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)，不僅需要測量目標(biāo)方位角和俯仰角，對它們角速率的測量也非常關(guān)鍵，與方位測量誤差和俯仰測量誤差類似，可以表述如下：

(4)

(4) 在實(shí)現(xiàn)跟蹤之后，要不斷地測量相對距離，可以用相對距離測量損失度表述，表述方式和首次跟蹤距離損失度相類似，在此不再贅述。

3.3 最終打擊階段

導(dǎo)彈的作戰(zhàn)任務(wù)就是準(zhǔn)確地打擊摧毀目標(biāo)。因此，有效衡量導(dǎo)彈命中精度是有效評估干擾效果的關(guān)鍵。本文用導(dǎo)彈脫靶量來綜合衡量導(dǎo)彈命中精度，它是指導(dǎo)彈和目標(biāo)交匯過程中彈目距離最小值，用L表示。

上述這些指標(biāo)分別針對導(dǎo)彈搜索、跟蹤和最終打擊3個(gè)不同階段提出，構(gòu)成了一個(gè)完整的評估指標(biāo)體系，能夠評估導(dǎo)彈運(yùn)行的整個(gè)過程，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。

4 仿真實(shí)例

借助PD雷達(dá)導(dǎo)引頭仿真平臺，設(shè)置干擾樣式及相關(guān)參數(shù)，平臺運(yùn)行仿真得到上述指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果。關(guān)于平臺的功能結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[13]給出了詳盡的介紹。本文以理想工作場景設(shè)置為基礎(chǔ)，設(shè)置閃爍干擾的相關(guān)參數(shù)，從而構(gòu)建典型的閃爍干擾對抗試驗(yàn)場景。閃爍干擾實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。各指標(biāo)的仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3給出了閃爍干擾下導(dǎo)引頭各指標(biāo)仿真圖。從圖3(a)中看出，導(dǎo)彈嚴(yán)重偏離預(yù)定軌道，無法維持對目標(biāo)的持續(xù)跟蹤，最后彈著點(diǎn)在誘餌和目標(biāo)之間。導(dǎo)彈脫靶量L為103m，干擾效果明顯。

圖3(b)給出了噪聲壓制式干擾下的彈體框架角變化示意圖，從中能夠看出彈體偏航角變化劇烈。接下來圖3(c)、(d)分別給出了閃爍干擾下的導(dǎo)引頭方位、俯仰角測量誤差提取值。隨著時(shí)間的推移，測量值逐漸偏離真實(shí)值，但偏離程度不大。

表1 閃爍干擾場景下參數(shù)設(shè)置

通過上述仿真結(jié)果看出，當(dāng)處于閃爍干擾時(shí)，受閃爍頻率的影響，導(dǎo)引頭指向角將在誘餌和目標(biāo)間來回?cái)[動，從而無法穩(wěn)定截獲目標(biāo)，造成了較大的測角誤差，制導(dǎo)精度也相應(yīng)地變差，表明閃爍干擾對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果明顯。

5 結(jié)束語

隨著精確制導(dǎo)武器在軍事上和政治上的威懾作用日益顯現(xiàn)，各國對其實(shí)施干擾的需求越來越迫切。精確制導(dǎo)武器經(jīng)常采用PD雷達(dá)導(dǎo)引頭，因此，對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果評估研究具有重要的意義。本文是在雷達(dá)干擾效果評估的一般準(zhǔn)則和方法的基礎(chǔ)上，探討了對PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估的相關(guān)問題，分析了適用于PD雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果評估的準(zhǔn)則、方法，構(gòu)建了評估指標(biāo)體系，并以閃爍干擾為例驗(yàn)證了所提指標(biāo)能夠有效地評估干擾效果，為后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。

[1] 袁華,嚴(yán)必虎.外軍反艦導(dǎo)彈裝備使用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J].國防科技,2014,35(6):46-50.

[2] 張娟,張林讓,張嬌云.拖曳式誘餌對多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(1):114- 117.

[3] 戴幻堯,周波,莫翠瓊,等.對雷達(dá)導(dǎo)引頭的極化域電磁干擾機(jī)理與仿真[J].強(qiáng)激光與粒子束,2015,27(10):204-209.

[4] 高衛(wèi).電子干擾效果一般評估準(zhǔn)則探討[J].電子信息對抗技術(shù),2006,21(6)：39-42.

[5] 張偉.火控雷達(dá)距離跟蹤系統(tǒng)的干擾技術(shù)研究[D].太原：中北大學(xué),2008.

[6] 李滔.雷達(dá)干擾抗干擾效果評估準(zhǔn)則與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué),2001.

[7] 劉曉東.雷達(dá)抗干擾效能評估指標(biāo)體系及方法研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2005.

[8] 林連雷.支持向量機(jī)算法及其在雷達(dá)干擾效果評估中的應(yīng)用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.

[9] 焦鵬,查亞兵.層次分析法在制導(dǎo)仿真系統(tǒng)可信度評估中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2005,22(9):68-72.

[10]李彥鵬,黎湘,王宏強(qiáng),等.應(yīng)用變權(quán)模糊綜合評判的目標(biāo)識別效果評估[J].現(xiàn)代雷達(dá),2004，26(12):8-11.

[11]高彬,郭慶豐.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電子戰(zhàn)效能評估中的應(yīng)用[J].電光與控制,2007,14(1):69-76.

[12]周穎,王雪松,徐振海,等.雷達(dá)電子戰(zhàn)效果及效能評估的一般性思考[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),26(5):617- 620.

[13]莫翠瓊,李加海,戴幻堯,等.速度欺騙干擾對反艦PD導(dǎo)引頭的相干視頻仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2015,27(5):1024-1029.

Jamming Effect Evaluation of PD Radar Seeker

BAO Zhi-chao,MO Cui-qiong,WANG Zheng

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)

Jamming effect evaluation is an important component of jamming technology research.At present,lot of jamming effect evaluation research to radars exists,but each country takes the correlative research as military secret for the importance of pulse Doppler (PD) radar seeker,so the research into jamming effectiveness evaluation of PD radar seeker is not much.This paper explores the rule,method and index system fit for jamming effect evaluation of PD radar seeker based on analyzing the jamming effect evaluation theory,which gives the theory foundation for future research.

pulse Doppler radar seeker;evaluation rule;evaluation index;jamming effect

2016-06-20

TN972

A

CN32-1413(2017)01-0035-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.007