機載自衛雷達干擾源干擾效果的等效模擬方法

儲潔強，黃 晨

（電子工程學院，合肥 230037）

0 引 言

機載自衛雷達干擾系統是機載電子戰裝備的重要發展方向，幾乎所有的先進作戰飛機均裝有這種系統設備。該類干擾系統對各種地基雷達構成了嚴重威脅，是陸戰場電磁環境的主要研究對象之一。運用雷達干擾模擬器對敵方機載自衛雷達干擾系統進行模擬，是構建陸軍合同戰術訓練電磁環境的重要環節。

已有的雷達干擾模擬器的干擾樣式包括壓制性干擾和欺騙性干擾，且工作頻段覆蓋范圍廣，能夠模擬多種類型的雷達干擾信號。但是，為了保證模擬器的高性價比和便攜性，模擬器的干擾功率通常比較小。因此，如何運用較小功率的模擬器模擬敵方機載自衛雷達干擾系統的干擾效果成為亟需解決的關鍵問題。本文以機載自衛雷達有源壓制干擾系統為研究對象，探討不同平臺雷達干擾模擬器的干擾效果等效模擬方法。

1 車載模擬器的等效模擬方法

目前，車載模擬器因其調度靈活、效費比高、便于更新維護等優點被廣泛應用，是雷達干擾模擬器的主要類型。車載模擬器搭載車輛在訓練場地進行機動，其干擾功率無法實時微調，通常只能在準備實施干擾階段進行粗略的調節。對于這類模擬器，應在整個干擾時域上調整其與雷達之間的配置距離，以模擬機載自衛雷達干擾系統的干擾效果。

根據功率準則，在壓制性干擾條件下，干擾效果等效的充要條件是雷達接收機輸入端的“干信比”相等。假設雷達的探測目標不變，且干擾信號帶寬覆蓋雷達接收機的帶寬，根據干擾方程推算可知，敵機載自衛雷達干擾系統實施干擾時的雷達接收端干信比為：

式中：Pt、Pj、Pm分別為雷達、敵干擾系統、模擬器的功率，單位為 W；Δf r、Δf j、Δf m分別為雷達接收機、敵干擾系統、模擬器的帶寬，單位為Hz；σ為敵機的有效反射面積，單位為m2；Rj、Rm分別為雷達和敵機之間、模擬器和雷達之間的距離，單位為km；Gt、Gj、Gm分別為雷達、敵干擾系統、模擬器的主瓣增益；Gt（β）為雷達天線在模擬器方向上的接收增益，其中β是雷達對敵機和模擬器的張角；γj、γm分別為敵干擾系統和模擬器的干擾信號對雷達天線的極化損失；L t、L j、Lm分別為雷達、敵干擾系統、模擬器發射信號的大氣損耗。

那么，要使得模擬器與敵機載自衛雷達干擾系統的干擾效果等效，必須滿足：

因此，在整個干擾過程中，模擬器與雷達之間的配置距離Rm（t）應為：

式中：Rj（t）為敵機至雷達的時間 －距離函數，單位為km；β（t）為雷達對目標和模擬器的時間 －張角函數，單位為°。

在進行模擬時，可以人為地設置模擬器的天線極化方式、帶寬，使得γm＝γj，Δf m＝Δf j，所以：

顯然，雷達天線主瓣方向會隨著時間的推移，因雷達探測目標（敵機）空間位置的改變而變化，難以精確計算雷達天線在模擬器方向上的接收增益，只能用簡化計算模型進行估算［1］。另外，敵干擾系統對地基雷達的干擾屬于空對地干擾，而車載模擬器的干擾屬于地對地干擾，干擾信號傳播路徑的不同導致了傳播損耗的巨大差異，需要在實際應用時利用實測數據對大氣損耗因子進行修正。這些因素對車載模擬器等效模擬敵干擾系統的逼真程度起到了負面的影響。

2 靜止升降平臺模擬器的等效模擬方法

靜止升降平臺模擬器是指在訓練場地某固定位置建造升降塔，將雷達干擾模擬器置于升降平臺上。運用該類模擬器進行模擬時，通過模擬器的勻速垂直機動模擬來襲敵機的運動特性；與此同時實時調整模擬器的干擾功率，來等效模擬機載自衛雷達干擾系統的干擾效果。

圖1 靜止升降平臺模擬器等效模擬示意圖

建立平面直角坐標系如圖1所示，來襲敵機以速度v j向雷達所在位置O點方向做勻速運動，飛行高度為h，初始時刻處于F（x j，h）點，t時刻后到達F′（x′j，h）點，雷達波束的仰角由θ變為θ′。靜止升降平臺與雷達間距離為r。為等效模擬敵機的運動特性，使雷達波束仰角的變化速率相等，模擬器應向上作垂直運動，T0時刻應處于F點的替代點M，T1時刻后應到達F′點的替代點M′。因此，可得在T0到T1時刻之間，模擬器垂直運動速度的計算公式為：

由公式（6）可知，模擬器的垂直運動速度是由干擾時域、飛機起始位置、飛行高度、飛行速度及升降平臺的位置共同決定的。根據第1節中對干擾效果等效充要條件的論述，可知在模擬器垂直運動的同時，應使其干擾功率Pm滿足：

式中：干擾功率Pm（t）是以時間t為自變量的函數，T0≤t≤T1。

靜止升降平臺模擬器規避了雷達天線增益方向性及電波傳播路徑差異造成的負面效應，相比車載模擬器而言，能夠更好地模擬敵方機載雷達干擾系統的干擾效果。但是靜止升降平臺必須搭建在固定的位置，無法根據訓練實際需要而挪動，在效費比和使用的便捷性、靈活性方面不如車載平臺模擬器。

3 低空直軌平臺模擬器的等效模擬方法

靜止升降平臺模擬器僅適用于模擬朝雷達方向飛行的來襲敵機，對于橫掠飛行的敵機，需要采用低空直軌平臺模擬器進行模擬。低空直軌平臺模擬器是指在訓練場地某固定兩點搭建高塔，在高塔之間拉起直線軌道，將模擬器吊掛在軌道上進行機動。運用該類模擬器進行模擬時，模擬器通過水平機動來模擬橫掠飛行敵機的運動特性，與此同時，實時調整模擬器的干擾功率來等效模擬敵機載自衛雷達干擾系統的干擾效果。

圖2 低空直軌平臺模擬器等效模擬示意圖

假設敵機飛行軌跡與直軌平行，建立三維直角坐標系如圖2（a）所示：雷達位于O點，敵機以速度vj做水平勻速運動，飛行高度為hj，T0時刻處于F（x j，y j，h）點，T1時刻后到達F′（x′j，y′j，h）點；直軌的2個落腳點位置分別為（a，0，0）和（0，b，0），軌道高度為hm。要等效模擬敵機的運動特性，使雷達波束方位角的變化速率相等，模擬器應與敵機同向做水平運動，T0時刻應處于F點的替代點M，T1時刻應到達F′點的替代點M′。圖2（b）為敵機及模擬器運動軌跡在oxy面上的投影，θ為T0時刻的雷達方位角，θ′為T1時刻的雷達方位角。根據三角形相似的幾何原理，T0到T1時刻之間模擬器水平運動速度的計算公式為：

由公式（6）可知，模擬器的水平運動速度由飛機飛行高度、飛行速度及直軌的高度共同決定。根據第1節中對干擾效果等效充要條件的論述，可知T0到T1時刻之間模擬器干擾功率Pm應為：

4 客觀條件受限時的等效模擬問題

在實際應用中，由于模擬器自身性能、模擬器平臺機動能力、訓練場地地理環境等客觀因素的限制，以及敵方作戰運用方式的多樣性，上文給出的3種典型情況下的等效模擬方法未必適用。為了解決客觀條件受限時的干擾效果等效模擬問題，這里提出一種折衷的等效模擬方法：定義“干信比偏離度”為干信比差值在整個干擾時域上的積分與敵方干擾系統實施干擾時干信比積分的比值，以字母X表示。首先針對具體情況列出可能的模擬方案，然后計算各個方案的干信比偏離度，對比選取偏離度最小的方案為此客觀條件下的等效模擬方法。X的計算公式為：

下面以車載模擬器為例，形象化地說明這種方法：如圖3所示，某型車載模擬器，無法任意調整其配置距離和干擾功率，只能在訓練場地公路上勻速行進。建立三維直角坐標系，雷達位于O點，飛機初始時刻位于點F（x j，0，h），飛行軌跡為y＝0，z＝h（h為飛行高度），飛行速度為vj；車輛行進路線為y＝a＋bx，z＝0（a、b為常數）。

圖3 某型車載模擬器等效模擬示意圖

只有車輛初始位置、車輛行進速度是可調控的，因此，不妨假設初始位置為 （x0，a＋bx0，0），行進速度為vm。由幾何知識可得t時刻后位置為根據式（10）計算可供選擇模擬方案的干信比偏離度為：

顯然，公式（11）為X關于車輛初始位置和行進速度的函數。在掌握各項參數、估算各項因子后，運用數學解析法或者計算機工具，可以求出使X取得最小值時的車輛初始位置和行進速度，以此作為模擬器的等效模擬方法。

［1］林象平.雷達對抗原理［M］.西安：西北電訊工程學院出版社，1985.

［2］邵國培.電子對抗作戰效能分析［M］.北京：解放軍出版社，1998.