密集復雜電磁環(huán)境下電子對抗裝備外場試驗設備能力需求

周宏偉

（解放軍91404 部隊，秦皇島066001）

1 濱海電子對抗靶場電磁環(huán)境的特點分析

濱海戰(zhàn)場背景電磁環(huán)境中包括以下信號：

（1）大量民船導航雷達信號

這些民船導航雷達信號頻率在9 400MHz 附近100MHz 范圍內，信號特點是載頻固定但是緩慢漂移，重頻參差或抖動。這些信號的載頻、脈寬、掃描特征非常接近，電子偵察設備對這些信號難以進行準確的分選、識別和跟蹤，而目前的靶場測試設備也難以進行準確的環(huán)境監(jiān)測。當這些輻射源信號出現(xiàn)位置移動、此開彼關等變化時，問題就更加嚴重，所以靶場往往放棄對該情形進行考核。但是威脅輻射源往往就隱蔽在此種復雜信號背景下，例如美國海軍大量裝備的艦載“蘭普斯”直升機SH－60 上的探測雷達LN－66 為了防止被對方電子偵察設備偵測，采用了民用導航雷達的頻率，并規(guī)定最多進行5次方位的掃掠。飛魚導彈的工作頻率也在此頻段內，并采用了脈間頻率捷變的體制。

（2）被測設備安裝平臺上的雷達和電臺信號

被測設備安裝平臺上通常需要裝備導航雷達、超短波通信、數據鏈通信、視頻傳輸等無線電設備，這些本平臺輻射源往往功率強、諧波大，距離被試電子戰(zhàn)設備天線的距離很近，信號強度往往超過被試設備的動態(tài)范圍，通常會引起比較嚴重的輻射源參數測量錯誤。例如很容易將外部環(huán)境中輻射源的方位嵌位在某個錯誤方位，從而引起偵察機信號錯誤測向和增批，甚至使被試偵察設備無法正常工作，也會導致被試干擾設備難以進行信號的重頻跟蹤和頻率存儲，以及正常試驗，目前的外場試驗中不得不將本平臺這些設備關閉。

（3）民用空港或海港大功率交通引導雷達

空港或海港大功率交通引導雷達的作用距離遠，信號輻射功率大，對同頻段的信號偵收影響較大。例如，當這些民用信號的功率與外部被試輻射源的功率之比大于40 ～50dB 時，由于濾波器的干擾頻率抑制特性限制，將導致偵察設備參數測量錯誤。

（4）手機基站發(fā)射信號（調頻或調相信號）

手機基站輻射的信號是較強的連續(xù)波信號，對電子戰(zhàn)偵察設備的性能影響較大。

（5）廣播和電視信號

廣播和電視信號的頻率主要干擾通信偵察設備的性能。

（6）其他民用無線通信發(fā)射信號

（7）偶爾出現(xiàn)的軍用水面或空中平臺信號

1.1 靶場測試設備信號特點分析

（1）通過模擬器產生信號密度可控的電磁環(huán)境

大功率模擬器可能產生諧波，應該進行分析剔除。當信號時域重疊時，現(xiàn)有模擬器難以產生此類信號。而同時到達信號是復雜電磁環(huán)境的最重要標志之一，電子戰(zhàn)系統(tǒng)的瞬時測頻接收機和多波束、多方位基于比幅和比相技術對于同時到達信號也都非常敏感，容易產生測量錯誤，造成信號的大量增批，所以測試電子戰(zhàn)設備對同時到達信號的測量能力非常重要。

（2）測試雷達和通信裝備產生的各種體制信號

每部性能正常的實體雷達或通信信號都有可能會發(fā)射寄生信號，在時域上的表現(xiàn)為：脈沖上升沿或下降沿上存在鋸齒、過沖、臺階或拖尾，在脈沖的頂部也有可能存在有意或無意的調制。在頻域上表現(xiàn)為在主頻譜之外存在寄生頻帶。偵察設備對于這些“非典型”信號往往難以適應，常常產生頻率、到達角、幅度、脈寬等參數測量錯誤，引起信號的增批或誤判。例如對于脈沖前沿存在寄生鋸齒型干擾的信號，因為該鋸齒對應的頻率往往是錯誤的頻率，而偵察設備通常采用脈沖前沿一次取樣的方式進行信號參數的測量，引起該脈沖的載頻測量錯誤，進而導致信號漏警，導致對干擾設備的錯誤頻率引導。

（3）海面、編隊內平臺、周圍大型民用艦艇、島嶼等大型反射物產生的反射信號

這些反射信號分為近距離反射和遠距離反射2 種。近距離反射信號在電子偵察設備上與原始信號進行干涉，造成信號的幅度和相位失真，影響偵察設備對輻射源脈沖參數測量的精度。遠距離反射與真實原始信號除了方位之外的參數特征均相同，電子對抗裝備容易將反射信號當成真實信號，產生增批。

（4）干擾模擬器產生的各種干擾信號

干擾模擬器能產生各種常見的干擾信號，并且具有方便的可升級和擴展能力。

1.2 現(xiàn)代雷達信號主要特點分析

（1）采用低截獲概率技術

采用脈沖壓縮、脈沖多普勒、調頻連續(xù)波等相參處理技術降低雷達的峰值功率和截獲概率，偵察接收機必須大幅度提高靈敏度。而提高靈敏度后，各種干擾信號的影響變得更嚴重。

（2）采用復雜的信號調制波形

載頻、重頻、脈寬、功率、脈內調制等參數的快速捷變，要求ESM接收機能實時準確地測量每個脈沖的參數。

（3）雷達的工作模式快速捷變

雷達可以根據需要在毫秒量級的時間幀之間自動改變工作模式。

（4）采用隱蔽發(fā)射技術

雷達控制發(fā)射時間，降低被偵察機截獲的概率（5）利用電子對抗設備的固有弱點

雷達采用干擾尋的技術，發(fā)射虛假脈沖，支援干擾機發(fā)射大功率的干擾信號，掩護雷達信號等。

1.3 濱海靶場試驗設備的環(huán)境適應性

在濱海靶場試驗中，由于存在山體、島嶼和大量民用船只，容易出現(xiàn)跟錯目標的現(xiàn)象，往往對試驗結果造成干擾，產生不確定性。

與被試設備同平臺安裝的指揮、控制和監(jiān)視設備的輻射信號也會對被試設備的性能試驗造成不利影響。

2 艦載電子對抗裝備適應復雜電磁環(huán)境方面存在的不足和解決途徑

電子偵察設備為了保持對電磁環(huán)境的實時監(jiān)視，需要達到100%的截獲概率，通常采用頻域和方位瞬時寬開的體制。目前，國內外大多數艦載雷達電子支援措施（ESM）接收機采用多波束或多方位進行方位測量，采用瞬時測頻接收機進行頻率測量，在密集復雜電磁環(huán)境下遇到了較多的問題。

2.1 連續(xù)波信號抑制能力

傳統(tǒng)測向接收機存在的主要不足是：采用多通道同時比幅法進行方位測量，當環(huán)境中存在連續(xù)波信號時，低于該連續(xù)波信號功率的脈沖信號的方位被錯誤地測量為連續(xù)波信號的方位。該問題導致編隊或濱海環(huán)境中存在衛(wèi)通設備和干擾機信號時，ESM設備無法正常使用。隨著威脅雷達信號的脈沖寬度增加、峰值功率減小，民用通信輻射源不斷增加、敵方支援干擾機的功率增大，該問題將更加突出。電子偵察裝備可以采取的改進措施如下：

（1）采用相控陣天線在連續(xù)波信號的角度進行自適應陷零處理。

（2）采用砷化鎵、微機電系統(tǒng)（MEMS）或釔鐵石榴石（YIG）等快速可調高抑制度帶阻濾波器在射頻前端過濾連續(xù)波干擾信號，阻止其對后續(xù)測頻測向電路的干擾。

（3）采用大動態(tài)范圍數字信道化接收機，可以同時測量連續(xù)波信號和其他脈沖信號。

（4）采用超外差、瞬時測頻和信道化等綜合體制自適應接收機，可以在保持對環(huán)境中多部連續(xù)波或高重頻信號進行測量監(jiān)視的同時正常對脈沖信號進行偵收。

連續(xù)波信號抑制能力體現(xiàn)的指標是同時抑制信號的數量和抑制度。

2.2 時域重疊信號適應性

在密集的電磁環(huán)境中，脈沖存在著大量的重疊。傳統(tǒng)測向接收機瞬時比較多個通道的信號幅度，在脈沖重疊的情況下，將測出大信號的方位，對小信號的方位不進行測量。

測頻接收機基于比相原理，存在著無法測量同時到達信號的不足，將造成大量時間重疊的小幅度脈沖信號的頻率測量參數漏失。另外，如果不采取特殊措施處理，瞬時測頻（IFM）對于幅度相近的重疊信號將出現(xiàn)不能預測的大的測頻誤差。大的頻率誤差將影響信號分選的準確度，也將影響應答式干擾機的干擾頻率瞄準精度，影響干擾效果。

寬帶數字信道化接收機和壓縮接收機具有對同時到達信號的測量能力，可以做到同時測量4 個信號。采用數字波束形成技術和其他低副瓣天線技術可以實現(xiàn)對同時到達信號的到達角測量，這是非常關鍵的，因為所偵察的輻射源參數中只有到達角是輻射源本身無法改變的，其正確性對于信號分選和識別非常重要。同時到達信號的關鍵指標之一是雙音信號動態(tài)范圍，目前可以做到30dB 左右，另外一個指標是頻率和角度的最小分辨率。

近距離多路徑信號也是一種時域重疊信號，表現(xiàn)為脈沖內部分重疊，由于重疊部分的頻率相同或者非常接近，所以難以在頻域上分離和抑制。可以采取在時域上連續(xù)對信號的幅度、頻率和信噪比數字化后進行信噪比估計，產生相關門限。接收到第1 個射頻信噪比過門限的頻率數據后，就作為輸出。然后，每個采樣周期都連續(xù)地檢查頻率數據，如果相同就抑制其輸出；如果不同，就輸出該數據，可以有效抑制近距離多路徑反射信號。

2.3 接收機靈敏度

對于低截獲概率（LPI ）雷達來說，由于其相參處理增益通常可達到20 ～40dB，在保持作用距離不變的條件下，其峰值功率可以降低相參處理增益值，現(xiàn)有ESM接收機必須將靈敏度提高到20dB 以上才可能達到超越雷達作用距離的目的，滿足戰(zhàn)術使用要求。

提高接收機的靈敏度可以偵收雷達的副瓣照射，有利于信號處理機對信號的跟蹤；不利的方面是信號密度大大提高，導致信號重疊概率高。提高接收機靈敏度的主要途徑有：

（1）采用數字信道化接收機、新型聲光接收機等新型接收機

通過采用減小檢測帶寬相關檢測等措施，提高檢測信噪比，提高靈敏度（可以提高20 ～30dB，達到－70 ～90dBm）。

（2）采用高增益天線

采用相控陣天線、二維多波束天線等高增益天線，可以比現(xiàn)在普遍采用的全向天線提高天線增益20 ～30dB，從而將靈敏度提高20 ～30dB，具有瞬時寬角度覆蓋能力，截獲概率高，但是設備造價較高。采用旋轉拋物面等窄波束高增益天線，但是截獲概率較低。

2.4 信號分選和識別能力

隨著戰(zhàn)場輻射源數量的增多，特別是接收機靈敏度的提高，電子戰(zhàn)設備的信號環(huán)境密度將大幅提高，接收機輸出的數據量會增加1 個數量級以上。同時，威脅輻射源的工作模式和頻率等特征參數大范圍快速變化，造成脈沖鏈去交錯非常困難。信號分選存在的錯誤將導致信號的大量增批、漏批，造成識別率大幅降低。另外，電子偵察設備也急需增加輻射源個體識別能力。

為了改進信號分選和識別能力，首先應該改進和提高偵察接收機的能力。除了以上提到的對連續(xù)波和重疊信號的改進措施之外，還包括提高載頻、到達角、到達時間等雷達脈沖參數的測量精度。在重要目標平臺上，還應增加信號仰角的高精度測量能力。

通過采用寬帶信道化數字接收機和大規(guī)模現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、高速數字信號處理器（DSP）為基礎的新型信號處理機，以及改進信號分選、跟蹤和識別方法，電子對抗裝備可以實現(xiàn)每秒接收和處理500 萬脈沖的能力。通過采用高速大動態(tài)脈沖接收機，對輻射源的脈間和脈內參數進行精確測量，現(xiàn)代偵察接收機將具有輻射源個體識別能力。

2.5 電磁兼容性

現(xiàn)有電子偵察設備與同平臺的Ku 衛(wèi)通、數據鏈、敵我識別、高重頻雷達等高工作比輻射源之間、與本平臺有源干擾設備之間存在電磁兼容問題，難以同時工作。特別是本平臺的高重頻雷達需要與平臺自衛(wèi)電子對抗設備共同擔負末端反導任務，兩者需要同時工作，采用傳統(tǒng)匿影措施對于偵察設備的偵察時間影響很大，對干擾機的干擾效果影響也比較大。偵察設備采用信號處理機進行數字濾波等措施難以對與高重頻脈沖重疊的威脅信號進行正確的參數測量。本平臺干擾機與偵察設備之間存在的收發(fā)隔離問題，將會伴隨偵察接收機靈敏度的大幅提高更趨嚴重，影響電子對抗裝備的效能。

采用基于正交調制器的射頻對消技術、自適應YIG 濾波和基于DSP 的軟件抵消算法可以有效抑制通信信號和雷達干擾機對偵察設備的參數測量性能的影響，體現(xiàn)指標是對連續(xù)波的抑制度，目前可以做到40dB 左右。采用增加隔離板以及自適應控制靈敏度和發(fā)射功率的方式可以較好地解決收發(fā)隔離問題。

2.6 雷達抗干擾技術

干擾尋的是一種非常有效的雷達抗干擾技術，主被動復合末制導雷達和反輻射導彈制導雷達對自衛(wèi)有源干擾可以實施角度反跟蹤，通過純方位方式攻擊艦艇。

末制導雷達采用窄距離波門、頻譜展寬特性、時域分析等鑒別措施，具有較好的抗箔條干擾能力，自衛(wèi)系統(tǒng)可采取的措施是組合使用雷達有源干擾和無源干擾。未來的發(fā)展趨勢是自衛(wèi)干擾機與舷外有源誘餌、無人機、水面艦艇等其他平臺干擾機進行協(xié)同干擾。

3 復雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)靶場測試設備需求分析

隨著電子對抗裝備適應復雜電磁環(huán)境能力的提高，電子對抗靶場必須建設相應的試驗手段，才能完成有關的試驗任務。靶場外場主要的裝備建設包括電磁信號環(huán)境模擬系統(tǒng)、電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、被試雷達模擬系統(tǒng)、干擾效能評估系統(tǒng)等。

3.1 電磁信號環(huán)境模擬系統(tǒng)

通常電子對抗試驗靶場都裝備了大功率外場信號模擬器，但是難以適應復雜電磁環(huán)境適應性試驗要求，需要進行改進和提高。

（1）信號密度

雖然可以通過多部模擬器達到足夠的信號密度要求，但是由于模擬器信號產生單元的射頻通道數限制和大功率真空管的占空比限制，難以模擬高重頻信號、大脈寬信號、連續(xù)波和準連續(xù)波信號。在模擬信號部數較多時，往往存在較多的脈沖丟失現(xiàn)象。需要增加信號產生單元的射頻通道數量，采用大功率線性功放替代現(xiàn)有的脈沖波飽和行波管放大器，使信號密度能達到未來海戰(zhàn)場典型密度500 萬脈沖／s 。

（2）信號精度

信號的頻率、脈寬、重復周期和脈內調制等特征性能的模擬需要滿足輻射源個體識別能力的試驗要求（頻率精度達到Hz 量級，時間精度達到納秒以下）。

（3）重疊信號

能夠模擬同時到達信號、多路徑信號、諧波等。

（4）適應網絡化對抗

具有準實時的交互式對抗能力（直接程序控制FPGA硬件）。

3.2 電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

電磁環(huán)境監(jiān)測設備需要對試驗裝備安裝平臺周圍的電磁環(huán)境保持實時、準確、全面的接收和監(jiān)視，在密集復雜電磁環(huán)境下，需要補充以下能力：

（1）提高靈敏度

靈敏度應該大于被試設備的靈敏度（典型值－90dBm

（2）高截獲概率（脈沖基，100%）

（3）提高瞬時動態(tài)范圍

適應LPI 雷達和大功率雷達，適應遠近目標。

（4）對復雜電磁環(huán)境的適應

電磁環(huán)境監(jiān)測設備本身必須具有良好的復雜電磁環(huán)境適應能力（如對連續(xù)波、高重頻、干擾等信號的實時接收和監(jiān)視能力，可適應多路徑等反射信號的接收，具有與平臺其他設備良好的電磁兼容性等）。

（5）對外部環(huán)境中的大量民用導航背景信號進行準確的偵察、監(jiān)視和識別

（6）具有電子情報信息的接收、分析、顯示和記錄能力

（7）試驗過程電磁信號環(huán)境重構

具有試驗過程電磁信號環(huán)境詳細記錄和重構能力。

（8）改進對猝發(fā)信號的截獲

3.3 干擾效果評估設備

需要增加以下能力：

（1）干擾信噪比測量；

（2）噪聲質量測量；

（3）干擾信號頻域、時域特性測量；

（4）干擾信號的極化特性測量；

（5）假目標逼真度測量；

（6）干擾效果實時監(jiān)視。

3.4 雷達與雷達模擬系統(tǒng)

3.4.1 需要增加雷達模擬系統(tǒng)的技術體制

（1）低截獲概率雷達；

（2）機械掃描與相控陣復合體制；

（3）相控陣體制；

（4）機載多功能雷達；

（5）反艦導彈末制導雷達；

（6）具有電子偵察功能的一體化雷達。

3.4.2 需要增加的雷達抗干擾技術

（1）空時自適應處理；

（2）跟蹤干擾源；

（3）大范圍脈間頻率、重復周期捷變；

（4）掩護脈沖等欺騙技術；

（5）有源誘餌干擾信號識別技術。

3.5 需要增加的試驗測試能力

（1）仰角精度測量

通過無人機、熱氣球和相關的雷達模擬器載荷等方式實現(xiàn)。

（2）高速目標動態(tài)試驗

通過無人機、遙控靶標等攜載高速運動威脅輻射源，試驗對抗能力。

（3）試驗設備的抗干擾

在保持測試雷達對外輻射特征和角度距離搜索跟蹤規(guī)律不變的前提下，進行針對被指示的特定目標的角度和距離搜索及跟蹤功能改進，例如，設定特殊的搜索范圍，提高對環(huán)境中其他目標的干擾能力。

改進現(xiàn)有指揮控制設備的性能，增加毫米波、激光其他傳感器等手段，排除對被試設備的干擾。

（4）協(xié)同偵察和干擾

通過大功率干擾模擬器模擬其他作戰(zhàn)平臺的干擾設備，協(xié)同指揮控制設備實現(xiàn)。

（5）無源光電干擾設備模擬系統(tǒng)

配備相應的無源光電干擾設備，檢驗被試設備的復合干擾能力。

（6）舷外有源誘餌模擬

配備相應的有源誘餌模擬設備

（7）電磁兼容性測量

通過敵我識別模擬器、數據鏈模擬器、衛(wèi)通設備模擬器、電磁兼容管理控制設備模擬器、大功率干擾模擬器等提供信號產生、干擾產生、匿影等模擬能力，檢驗被試設備的電磁兼容性。

（8）超視距試驗

通過中繼等方式實現(xiàn)試驗所需的指揮、通信、精確定時、測量、效果監(jiān)視和評估等能力。

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