雷達網抗干擾效能評估方法研究
2008-04-12 00:00:00張培峰趙擁軍時銀水
現代電子技術 2008年7期
摘 要：雷達組網是現代戰爭中雷達作戰運用的一個必然趨勢，評估雷達網在現代戰爭中的抗干擾效能問題，對雷達裝備的作戰運用有著重要意義。為了評估雷達網的抗干擾效能，在研究分析雷達網抗干擾效能評估準則和現有的評估方法的基礎上，提出了一種基于仿真的評估方法，對研究評估雷達網抗干擾能力具有一定的參考價值和指導意義。
關鍵詞：雷達網；抗干擾；評估準則；電磁環境
中圖分類號：TN95文獻標識碼：A
文章編號：1004-373X(2008)07-029-04
Research of the Radar Net Anti-jamming Efficiency Evaluation Method
ZHANG Peifeng1，ZHAO Yongjun1，SHI Yinshui2
(1.Institute of Information Engineering，Information Engineering University，Zhengzhou，450002，China；
2.Air Defence Force Command Academy，Zhengzhou，450052，China)
Abstract：The radar netting has become a certain trend in modern war.It is of great significance to employ radar in war evaluating the radar net ECCM efficiency.In order to evaluate the radar net ECCM efficiency，according to analyse evaluate rules and using evaluate methods，the evaluate method based on simulation is presented.The paper is of some values of reference and guidance to the evaluation of the radar net ECCM efficiency.
Keywords：radar net;anti-jamming;evaluation;electromagnetic environment
在現代高科技戰爭條件下，電子戰繼海陸空三維戰爭之后發展成為第四維戰爭，其地位越來越重要。雷達是電子戰中非常重要的武器裝備，是現代戰爭的“千里眼”，然而，隨著電子偵察和干擾技術的發展，其生存能力正受到惡劣的電磁環境、先進的反輻射導彈以及隱身技術在內的復雜目標特性的挑戰和威脅。為了提高單部雷達抗干擾能力需要對各分散的雷達進行有效的組網，通過合理配置和優化充分挖掘雷達網的抗干擾潛力。對干擾方而言，需要科學合理有效地評估對雷達網的干擾效果;對被干擾方而言，需要評估雷達網的抗干擾效果，因此，對雷達網抗干擾效能的研究成了人們研究的熱點。
本文通過對雷達網抗干擾效能評估準則、評估方法和戰場環境對雷達網抗干擾性能影響的分析，提出了一種基于建模仿真的評估方法，并給出了系統結構及仿真過程，這種方法對雷達網抗干擾效能的評估具有重要意義。
1 雷達網抗干擾效能評估準則
1.1 雷達抗干擾效能評估準則
對于單部雷達的抗干擾效能評估，主要有以下四種評估準則［1］。
1.1.1 功率準則
功率準則基于雷達電子戰的干擾方程，表示電磁干擾環境中雷達接收機干信比的變化。該準則體現了雷達對抗即功率對抗的傳統思想，在使用時，概念清楚，計算、測量方便。他通常用解析法來研究，評估結果可用于雷達電子戰功能仿真。但此準則不能概括雷達所有的抗干擾技術。
1.1.2 信息準則
信息準則的主要出發點是雷達工作的目的是獲取戰場環境中的有用信息，用雷達在受干擾后獲取信息量的損失程度來衡量抗干擾效能。該準則概念清晰，理論嚴密，能夠正確體現雷達的抗干擾能力，但計算復雜，目前未能得到廣泛使用。
1.1.3 戰術應用準則
戰術應用準則以雷達作用距離和測量精度等戰術參數作為雷達系統抗干擾能力的衡量指標參數，因而具有直接性、全面性以及可測性等優點，是在試驗及解析分析中都被廣為采用的準則。
1.1.4 概率準則
概率準則從雷達在電磁環境中完成給定任務的概率出發評價雷達的抗干擾性能。該準則的提出是在不考慮具體干擾措施的前提下，比較雷達在有無干擾條件下，完成同一性能指標的概率，其基準是在有干擾和無干擾條件下完成同一任務的概率。通常由殺傷概率、引導概率、虛警概率、發現概率、雷達受欺騙概率等具體概率形式來表現。
1.2 雷達網抗干擾效能評估準則
對于雷達網的抗干擾效能評估，可以借鑒單部雷達的評估準則。雷達網作為綜合一體化的電子戰大系統，影響其抗干擾能力的因素更多，因此評估比單部雷達更為復雜。功率準則和信息準則對雷達網來說不適合。雷達組網不是單部雷達抗干擾能力的簡單疊加，他還有若干可觀的抗干擾潛力，這已被大家所公認。在評估雷達網的抗干擾效能時，應從雷達網的整體抗干擾能力來考慮，因此，戰術應用準則和概率準則應是雷達網抗干擾效能的評估準則。
2 雷達網抗干擾效能評估指標的選取
電子裝備的作戰效能評估，是利用一切可能的手段定量計算和評估電子戰裝備對敵方執行規定的作戰任務時所能達到預期可能目標的程度［2］。電子對抗在現代條件下是系統對系統的整體對抗，雷達網作為綜合一體化的電子戰大系統，選取的指標必須能反映雷達網的主要功能，對其性能參數要有相當敏感的反映，且能明顯地影響作戰過程，能真正反映不同雷達網的關系和差異。而且所選取的指標的軍事意義和物理意義明顯，可建立數學模型定量求解或通過仿真、試驗等方法測量。
雷達網抗干擾效能評估指標的選取工作是一項十分艱巨的任務，是評估過程中的一個難點和重點。雷達網抗干擾效能評估指標的選取正確與否，直接影響評估結果的可信度和實用性。但是，影響雷達網抗干擾性能的因素很多，并且包含有許多不確定因素，這些不確定因素難以甚至根本不能用解析的方法進行描述。此外由于戰場信號環境的復雜性和偵察干擾任務的多重性，所以對雷達網抗干擾效能的評估不能只選取單個效能指標，必須選取多層次、多方面的一組效能指標來進行，從而構成一個效能指標體系，系統地反映雷達網的抗干擾效能。
3 雷達網抗干擾性能評估的主要方法
對于武器系統作戰能力分析和評估的基本方法，歸納起來根據工作原理區分，主要有解析分析法、統計分析法和仿真模擬分析法、層次分析/模糊綜合評判法等；根據工作對象區分，又可以分為靜態分析法、動態分析法，這些方法往往是混合應用。雷達網作為綜合一體化的電子戰大系統，這些方法也是適用的。
3.1 解析分析法
所謂解析分析法，就是以數學分析、線性代數、概率論、軍事運籌學等數學原理為工具，通過嚴格的推理分析獲得確切的效能評價數據的處理過程。該方法的主要任務是建立雷達網在復雜電磁環境中評估其抗干擾性能的數學模型，確保模型的科學性、代表性和實用性。解析分析法是眾多多年從事雷達干擾抗干擾性能研究工作的國內外學者所采用的主要方法。但由于雷達網抗干擾性能評估涉及太多的不確定因素，找到一個統一的、公認的數學解析式來全面而準確地描述雷達網抗干擾性能是一項非常艱巨而又復雜的工作。
3.2 統計分析法
統計分析法是以武器系統實物為基礎，通過實驗室或外場試驗獲取大量試驗數據，然后對數據進行分析獲得評價結論的處理過程。該方法以大量實測數據為依據，進行統計分析，具有較高的可信度。這些數據不但是進行統計分析的基礎，也是驗證解析法中所得解析式的有效性與可靠性的重要依據。但是由于這種方法需要耗費大量的人力、物力和財力，特別是對于雷達網而言，我們實驗的數量和規模都極其有限，所以往往難以得到大量的可靠的實測數據，這也成為了研究雷達網抗干擾性能的主要瓶頸之一。
3.3 仿真模擬分析法
仿真模擬分析法是隨著現代計算機技術水平的不斷蓬勃發展而正在興起的一種研究方法。他是以實際系統的模型為基礎，以計算機為工具，對系統進行分析的一種試驗研究方法。從武器效能分析研究出發對武器系統進行模擬試驗研究，又被稱為“作戰模擬”。根據模型的種類不同，系統仿真可分為三種：物理仿真、數學仿真和半實物仿真［3］。該方法具有方便、靈活、省時、經濟等諸多難以用其他方法和手段代替的優點，是當今研究系統性能的主要手段之一。他運用到雷達網抗干擾性能的分析中，同樣也有不少優點。特別是通過計算機動態的過程仿真，可以有效利用現有雷達網抗干擾性能評估的有限資源，克服解析法所暴露出來的局限。
3.4 層次分析/模糊綜合評判法［4-6］
以上幾種方法適合于確定性效能分析。然而，雷達網作為綜合一體化的電子戰大系統，影響其抗干擾能力的不確定因素很多，這些因素很難用精確數學方法描述，只能用模糊數學方法描述。所以近年來軍事系統分析人員又提出了層次分析/模糊綜合評判相結合的武器效能評價方法。這是一種將專家的經驗和創造性與計算機、模糊數學工具相結合的效能分析方法。對組網雷達系統，同時存在多種要素，都對抗干擾效能產生影響，其中的某些要素又受到多個與效能有關的系統變量的制約。此時可以作為一種多目標決策問題來求解，其中每個子目標的效能因子均受若干個變量的約束。這時就可以應用層次分析/模糊綜合評判法評價雷達網的抗干擾效能。
4 戰場環境分析
戰場環境包括很多方面，特別是雷達網的抗干擾性能受多種因素的制約，在此只簡單分析對雷達網影響最大的兩個方面：地形環境和電磁環境。
4.1 地形環境
對于雷達裝備而言，不同的地形將會嚴重影響雷達的探測性能。雷達陣地的選擇作為雷達使用時的一項重要內容，對雷達網的作戰效能將會產生重大影響，當然，對抗干擾效能的影響也是巨大的。不同的陣地選擇，不同的雷達部署方案，雷達網所表現出來的抗干擾效能也將不盡相同。因此，在進行雷達網的抗干擾效能評估時，應當將雷達網置身于一定的地形環境中。
4.2 電磁環境
電磁環境密切地影響著雷達網內雷達的抗干擾措施，不同的電磁環境雷達網所表現出來的抗干擾效能也不同。因此，典型電磁干擾環境的確定是進行雷達網抗干擾效能評估的前提。對雷達網的抗干擾效能進行評估，必須將雷達網置于一個特定的干擾環境中，只有這樣才能充分反映雷達網的抗干擾性能，才能反映雷達在復雜戰場環境中是否能正常工作。因此，所確立的典型電磁干擾環境接近于未來雷達電子戰環境的逼真程度在很大程度上反映了評估結果的置信度。然而，在現代戰爭中，雷達往往要在復雜的電磁環境中工作，不但要面臨傳統意義上的電子干擾，比如各種有源或無源干擾，壓制或欺騙干擾，還可能會遇到定向能武器、反輻射導彈的襲擊。另外，不同體制的雷達由于其工作頻段、信號處理手段等諸多濾波特性的不同，并不是所有的干擾信號都對雷達構成了威脅。因此，確立一個完美的、絕對逼真的干擾環境是不現實的，但必須建立相對細致的典型的電磁干擾環境。
目前，實現電磁環境主要有3種方法:外場試驗、模擬器實驗和計算機仿真試驗。對于不同的抗干擾效能評估研究方法，應采取不同干擾環境的實現方法。比如進行實戰演習或實裝外場試驗，就應該選用外場試驗方法。外場試驗不但耗費巨大，而且所得的電磁環境由于受動用的干擾設備數量、種類和戰術運用方式的限制，其電磁干擾環境與未來雷達所面臨的復雜干擾環境相比，差異是比較大的。模擬器的使用類似于外場試驗，只不過他的耗費比外場試驗要低，這種方法產生的電磁干擾環境具有一定的優勢，已得到了較廣泛的應用。計算機仿真試驗是隨著計算機仿真技術的應用而蓬勃發展的一種新的研究方法。他具有省時、經濟、靈活、方便等諸多外場試驗和模擬器實驗所不具備的優點，近年來得到了長足的發展。
5 基于仿真的雷達網抗干擾效能評估
根據對雷達網抗干擾效能評估準則和評估方法的研究，考慮到影響雷達網抗干擾性能的各種復雜因素，本文提出了以計算機仿真為基礎，采用動態和靜態相結合的抗干擾效能評估方法。
5.1 系統結構
雷達網仿真系統是本評估方法的基礎。仿真系統以計算機局域網為依托，采用數學、半實物和人在回路仿真相結合的仿真體制，建立由網絡通信、信息資源、控制管理、仿真導演和仿真應用構成的分布式體系結構，如圖1所示。
信息資源庫 為雷達網系統仿真提供信息資源支持，包括雷達型號庫、干擾設備庫、目標模型庫、典型地面反射特性數據庫、地理信息庫等。
控制服務系統 通過發送仿真開始、暫停、繼續、加速、減速、終止和復演等指令，實現對雷達網的仿真控制，并在仿真過程中實時進行全系統時鐘的同步控制和監視各仿真雷達當前仿真狀態及網絡運行情況。
仿真導演系統 仿真開始前進行作戰地域設置、空情設置、雷達部署、干擾設備設置等；仿真開始后實時進行空情態勢推演。
仿真雷達 動態復現雷達的探測過程，產生目標點跡、航跡等數據，仿真不同的抗干擾措施，并采用與實裝相同的設備進行目標錄取，以保證其操作方式、操作誤差等與實裝的一致性。
指揮控制中心 雷達網的指揮控制和信息融合中心，主要控制網內仿真雷達的工作狀態和對各仿真雷達的信息進行融合處理。
評估系統 具有靜態評估和動態評估兩種方式，根據評估指標，評估雷達組網采用不同方案所具有的抗干擾效能。
5.2 仿真過程
(1) 仿真導演系統根據戰術想定，完成作戰地域設置、雷達部署、干擾設備設置、空情想定編輯等操作。
(2) 控制服務系統提取想定信息，對各仿真雷達發出靜態仿真指令。
(3) 各仿真雷達結合數字地圖進行雜波計算、威力計算等。
(4) 評估系統根據雷達網靜態抗干擾效能評估指標進行效能評估。
(5) 靜態仿真結束后，控制服務系統對全系統發出動態仿真指令。動態仿真開始后，仿真導演系統根據設定的戰術想定，實時進行戰術推演，干擾設置，顯示空情態勢等；各仿真雷達模擬雷達工作方式，進行信號處理，抗干擾操作，數據輸出等；指揮控制中心接收各仿真雷達的信息進行融合顯示，并適時發出控制指令，控制各仿真雷達的工作狀態；評估系統接收指揮控制中心信息，實時進行動態評估。在動態仿真過程中，控制服務系統不斷完成對各子系統同步控制，監視工作狀態，并且可實時進行仿真暫停、繼續、終止等控制。
(6) 仿真結束后，評估系統根據靜態和動態評估結果，給出雷達網的抗干擾效能評估結果。
基于仿真的雷達網抗干擾效能評估，不但考慮了雷達裝備的抗干擾性能，而且能夠將指揮人員的指揮因素和操縱手的操作因素涵蓋進去，故能全面地評估雷達網的抗干擾效能。實驗證明是一種比較有效的評估方法。
6 結 語
雷達組網是現代戰爭中雷達作戰運用的一個必然趨勢，對于如何定量分析、評價雷達組網系統在現代戰爭中的效能問題，一直沒有得到很好的解決。特別是未來戰爭中雷達將處于非常復雜的電磁環境中，電子對抗將日益激烈，因此評價雷達網的抗干擾效能對雷達裝備的作戰運用有著重要意義。本文通過對評估準則、評估方法和雷達組網因素的分析，提出了一種建模仿真的評估方法，給出了系統結構及仿真過程，對研究評估雷達網抗干擾能力具有一定的參考價值和指導意義。
參 考 文 獻
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作者簡介 張培峰 男，1979年出生，河南鄭州人，碩士研究生。研究方向為雷達組網。
趙擁軍 男，1964年出生，河南鄭州人，教授，碩士生導師。
時銀水 男，1965年出生，河南鄭州人，副教授，碩士生導師。
