復雜電磁環境下艦空導彈雷達抗干擾試驗方案設計

朱鵬磊，張志偉，成順利

(92941 部隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

在現代戰場環境中，艦空導彈面臨的電磁環境異常復雜。這些電磁信號不但數量密集，而且種類繁雜，嚴重地影響著導彈的作戰使用。通過研究發現，復雜電磁環境對導彈武器系統的影響主要體現在對跟蹤制導雷達系統的干擾上。因此，通過試驗的方法對雷達的抗干擾性能進行全面客觀地檢驗評估是十分必要的。那么，如何在實踐中設計試驗檢驗復雜電磁環境下艦空導彈雷達的抗干擾能力就成了面臨的重大課題。由于戰場干擾環境極其復雜，難以對所有因素都一一進行定量分析和描述。本文對典型的干擾環境下艦空導彈雷達的抗干擾試驗方案設計進行了探討。

1 干擾樣式分析

現代電子戰兵力的典型作戰樣式為:在預警機的引導下，電子戰攻擊飛機將主要實施遠距離支援干擾、編隊伴隨干擾，對海攻擊飛機利用自身攜帶的干擾吊艙在對海攻擊的同時也可實施自衛干擾［1-2］。具體的干擾形式包括噪聲干擾、欺騙干擾、無源干擾等，而且這些干擾主要都是針對艦空導彈的跟蹤制導雷達的。如圖1所示。

2 抗干擾試驗方法

本文討論的雷達抗干擾試驗是在模擬實戰環境下采用真實目標和實體裝備相結合的方式進行的。實體干擾設備采取特定的干擾樣式對處于模擬實戰狀態下的雷達實施干擾，同時數據錄取設備錄下雷達在干擾過程的數據，最后統計、計算出雷達抗干擾性能。根據上述干擾樣式的分析，本文主要討論雷達抗自衛噪聲干擾、抗遠距離支援噪聲干擾試驗。

2.1 地面靜態抗干擾試驗

圖1 電子戰兵力典型作戰形式

2.1.1 抗自衛噪聲干擾試驗

設備布局圖如圖2所示，雷達目標模擬器和干擾模擬器置于雷達的法線方向、方位角為0°的位置上，俯仰角相同。

圖2 抗自衛噪聲干擾試驗設備布局圖

(1）首先對雷達目標模擬器的模擬目標回波進行功率定標，然后使相控陣雷達跟蹤給定的模擬雷達目標;

(2）干擾模擬器開機，首先將輸出功率調至最弱(強），程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強(由強變弱），記錄相控陣雷達丟失目標時刻和對應的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標模擬器輸出脈沖功率定標值、相控陣雷達輻射參數、相控陣雷達丟失目標時刻前后對目標的距離和角度測量值和精度測量值;

通過上述方法，可以得到相控陣雷達正常工作信干比門限值和被動跟蹤噪聲源(靜態）測角精度。

2.1.2 抗遠距離支援噪聲干擾試驗

設備布局圖如圖3所示。將雷達目標模擬器置于雷達的法線方向，方位角度為0°的位置上。

(1）無旁瓣對消條件下相控陣雷達抗干擾性能測試

圖3 抗遠距離支援噪聲干擾試驗設備布局圖

將一臺干擾模擬器與雷達目標模擬器分別設置在相對相控陣雷達法線方位(或俯仰）角度值為θ1、θ2、θ3的3個不同的固定張角位置，進行如下測試:

①雷達跟蹤給定的模擬雷達目標，穩定跟蹤后，干擾模擬器開機，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強，記錄相控陣雷達丟失目標時刻和對應的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標模擬器輸出功率定標值、相控陣雷達輻射參數、相控陣雷達丟失目標時刻前后的對目標的距離和角度測量值和精度測量值。

②干擾模擬器首先開機至最強，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由強變弱，記錄雷達穩定跟蹤目標時刻干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標模擬器輸出功率定標值、相控陣雷達輻射參數、相控陣雷達穩定跟蹤目標時刻前后的對目標的距離和角度測量值和精度測量值。

(2）旁瓣對消條件下相控陣雷達抗干擾性能測試

將干擾模擬器與雷達目標模擬器相對相控陣雷達設置在相控陣雷達天線法線方位(或俯仰）角度值為θ1、θ2、θ3位置上，進行如下測試:

①首先使相控陣雷達搜索給定的模擬雷達目標，穩定跟蹤后，干擾模擬器開機，程控干擾模擬器輸出功率譜密度由弱變強，記錄雷達丟失目標時刻和對應的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標模擬器輸出功率定標值、相控陣雷達輻射參數、相控陣雷達對目標的距離和角度測量值和精度測量值。

②啟動旁瓣對消措施，相控陣雷達重新跟蹤上目標后，繼續增大干擾模擬器功率，記錄相控陣雷達再次丟失目標的時刻所對應的干擾模擬器輸出功率譜密度值、目標模擬器輸出功率定標值、相控陣雷達輻射參數、相控陣雷達對目標的距離和角度測量值和精度測量值。兩次干擾模擬器輸出功率譜密度值的差值即為旁瓣對消的改善因子。

(3）兩個干擾源條件下的雷達旁瓣對消能力測試

分別將兩臺干擾模擬器置于同步相對相控陣雷達天線法線方位(或俯仰）角度值為θ1和θ2位置上，同時調整兩臺干擾機的輸出功率譜密度。分別記錄有無旁瓣對消情況下兩次丟失目標時刻的干擾機的輸出功率譜密度值，目標模擬器輸出功率定標值、相控陣雷達輻射參數、試驗過程相控陣雷達對目標的距離和角度測量值和精度測量值;兩次丟失目標時刻的干擾機的輸出功率譜密度的差值即為兩個干擾源條件下的雷達旁瓣對消能力。有條件情況下應測試兩源相對張角變化對旁瓣對消能力的影響。

圖4 采用干擾飛機的試驗方法

2.2 地面動態抗干擾試驗

雷達抗干擾的外場試驗和一般雷達外場試驗一樣，要求在接近實戰條件下進行，即將雷達置于規定的干擾環境中，按規定戰術使用條件進行布局和操作需達。通過實地檢測，評定需達抗干擾的指標是否滿足要求。

(1）采用干擾飛機的試驗方法

當采用干擾飛機進行試驗時，試驗模式一般如圖4所示。圖中的干擾飛機是干擾源，根據需求可以形成編隊自衛干擾或遠距離支援干擾等干擾樣式。

(2）采用地面干擾設備的試驗方法

試驗模式一般如圖5所示，干擾源架設于高地上。根據需求，可以形成寬帶、窄帶噪聲等干擾方式。

圖5 采用地面干擾設備的試驗方法

3 抗干擾結果評定

3.1 評價準則

目前，國內外雷達抗干擾能力評估準則主要有功率準則、信息準則、概率準則和戰術應用準則(效率準則）等。

3.1.1 功率準則

功率準則基于雷達電子戰的干擾方程，從信干比的角度出發，體現了雷達對抗即功率對抗的傳統思想，其具體表示形式為雷達抗干擾改善因子(EIF）、雷達抗干擾有效因子(EEIF）、燒穿距離、自衛距離、干擾壓制系數、抗干擾品質因素(QECCM）和抗干擾綜合度量能力(AJC）等。該準則在使用時概念清楚，計算、測量方便。它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。

3.1.2 信息準則

雷達信號中含有的目標信息量的大小決定了雷達對目標探測能力的大小。信息準則正是從這個觀點出發，用干擾前、后雷達信號中所包含的目標信息量的變化來衡量干擾效果。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。

3.1.3 戰術應用準則

戰術應用準則通過比較武器系統在有無干擾條件下同一個性能指標的比值來衡量系統抗干擾性能。該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、全面性及可測性等優點，是在試驗及解析分析中被廣泛采用的準則。

3.1.4 概率準則

概率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指標模型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。該準則用于評估雷達抗欺騙式干擾是有效的，但較難分析和計算。

3.2 評價指標

根據上述雷達抗干擾評價準則，在內場對雷達抗干擾結果進行評定時一般考慮抗干擾改善因子、有效抗干擾改善因子、壓制系數等指標。下面具體介紹其數學模型。

3.2.1 抗干擾改善因子(EIF）

抗干擾改善因子(EIF）的定義為:在使用和不使用抗干擾措施的兩種情況下，雷達接收機保持輸出信噪比相同所需的輸入干擾功率的比值。它反映了抗干擾措施改善輸出信噪比的程度。

式中，(S/J）0和(S/J）k分別表示采取抗干擾措施前后雷達輸出的信號干擾功率之比。此公式反映了抗干擾措施改善信干比的程度，只能表征抗干擾措施的性能，可以用來對不同類型的抗干擾的效果進行比較。但是，它不適用于度量整個雷達系統的抗干擾能力，因為整個雷達系統的抗干擾能力不僅與抗干擾措施有關，而且還與雷達的固有特性密切相關，例如發射功率、天線增益等。

3.2.2 有效抗干擾改善因子(EEIF）

考慮到引入抗干擾措施使系統性能指標有可能產生損失，提出了有效抗干擾改善因子:

其中L為引入抗干擾措施后系統性能指標的損失系數，通常L≤1。損失系數的物理意義是表明系統引入抗干擾措施后在最終性能指標上所蒙受的附加損失。在大多數近似計算的情況下，可以預料L 是一個常數，這可以通過雷達諸多技戰性能的變化進行修正。

3.2.3 壓制系數

當某種壓制性干擾作用于雷達接收機時，便會使雷達的發現概率下降。取發現概率Pd=0.1 作為對雷達有效干擾標準，此時進入雷達接收機輸入端通帶內的最小干擾——信號功率比成為壓制系數KA。

壓制系數KA是功率準則下衡量干擾抗干擾效果的參數。用同一種干擾樣式對不同雷達進行干擾時，雷達抗干擾性能越強壓制系數就越大，所以壓制系數可以用作衡量雷達抗干擾性能的指標。

3.2.4 雷達抗干擾評估綜合指標

(1）雷達抗干擾有效度

雷達抗干擾有效度是指個人根據雷達戰術要求，雷達在有干擾時和雷達有抗干擾措施時相對雷達無抗干擾措施時的戰術指標變化程度之比。雷達抗干擾有效度的定義為

式中，ρ1為雷達干擾抑制有效度，一般是指雷達在干擾機同時域、同空域、同頻域的條件下減少干擾影響的技術措施;ρ2為雷達干擾回避有效度，一般是指利用雷達與干擾機在時域、頻域或空域方面的不同來避開干擾的技術措施;ρ3為雷達抗欺騙干擾有效度，一般是指雷達抗拖引干擾的能力。

(2）雷達抗干擾品質因素

抗干擾品質因素的定義是:雷達在干擾環境中對典型目標在雷達所要求的作用距離處，接收機實際輸出的回波信號功率與干擾功率之比。即

根據雷達方程和干擾方程［3］可得:

式中，FJ為抗干擾改善因子，PS為雷達系統接收到的信號功率，PJ為雷達受到的干擾功率，DS為雷達發射信號的有效功率密度，DJ為干擾機發射信號的有效功率密度，Rj為干擾機相對雷達距離，Rm為雷達探測距離，G1為雷達天線增益，G1(θ）為雷達天線在干擾機方向的增益，KL為損耗系數。

(3）雷達抗干擾能力度量公式

雷達抗干擾能力度量公式由中國學者酈能敬在1984年提出，其目的在于全面評價雷達系統的抗干擾能力。

式中，PT0BSG 表示雷達抗干擾的固有能力，由雷達的發射功率和綜合分辨力決定，4個基本參數分別表示:發射功率P、信號持續時間T0、信號帶寬BS和天線增益G，而其他參數為抗干擾措施的附加因子，分別表示:頻率跳變因子SA、天線副瓣因子SS、MTI 質量因子SM、天線計劃可變因子SP、恒虛警處理因子SC、“寬-限-窄”電路質量因子SN、重復頻率抖動因子SJ。

4 結束語

復雜電磁環境條件下艦空導彈雷達抗干擾試驗是一項復雜的系統工程，是導彈抗干擾試驗的關鍵組成部分。本文對復雜電磁環境下雷達的抗干擾試驗設計得到了實際應用，其工程技術方法和思路可以推廣應用。

［1］王汝群.戰場電磁環境［M］.北京:解放軍出版社，2006:27-29.

［2］魏保華，孟晨，楊鎖昌，等.防空導彈系統面臨的復雜電磁環境分析［J］.飛航導彈，2001，29(10）:48-53.

［3］趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安:西安電子科技大學出版社，1999:198-199.