雷達(dá)抗干擾能力評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

閆 海，李國(guó)輝，曹 原，李建勛，賈 立，王曉莉

(1.國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)與管理學(xué)院， 長(zhǎng)沙410073)

(2.空軍裝備研究院雷達(dá)與電子對(duì)抗研究所， 北京100085)

0 引言

近年來(lái)，電子戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)代電子戰(zhàn)裝備呈現(xiàn)出高度綜合化、靈巧化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，可以在全空域、全頻域和全時(shí)域產(chǎn)生高強(qiáng)度、多樣式和有針對(duì)性的電子干擾，嚴(yán)重影響防空情報(bào)雷達(dá)的探測(cè)能力。為了在復(fù)雜干擾環(huán)境下更好的發(fā)揮雷達(dá)的作戰(zhàn)效能，需要對(duì)雷達(dá)的抗干擾能力進(jìn)行系統(tǒng)和深入的評(píng)估［1-9］。

抗干擾能力評(píng)估首先要涉及評(píng)估準(zhǔn)則問(wèn)題［10-11］，文獻(xiàn)［12-13］提出過(guò)兩套評(píng)估準(zhǔn)則，分別是基于抗干擾前后干噪比變化的評(píng)估準(zhǔn)則和基于抗干擾前后信干噪比變化的評(píng)估準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則具有簡(jiǎn)易、明晰等特點(diǎn)，可以較好的反映抗干擾手段的效果，同時(shí)基于信干噪比的準(zhǔn)則相較于干噪比準(zhǔn)則又多考慮了抗干擾手段對(duì)信號(hào)損失的影響，考慮到抗干擾的目標(biāo)不僅僅是壓低干擾能量，同時(shí)還要保證目標(biāo)回波不受損失，所以基于信干噪比的抗干擾指標(biāo)具有更進(jìn)一步的實(shí)用意義。本文旨在探討基于相關(guān)抗干擾評(píng)估準(zhǔn)則，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件輔助評(píng)估雷達(dá)抗干擾手段效能的方式和方法。

1 抗干擾指標(biāo)

1.1 基于干噪比的抗干擾指標(biāo)計(jì)算方法［12］

基于干噪比的抗干擾指標(biāo)的計(jì)算公式如下

式中:J'表示采取抗干擾措施后的干擾功率;J表示無(wú)抗干擾措施的干擾功率;N表示噪聲功率。該式表示采取抗干擾措施后雷達(dá)干噪比的改善程度。

1.2 基于信干噪比的抗干擾指標(biāo)計(jì)算方法［13］

基于信干噪比的抗干擾指標(biāo)的計(jì)算公式如下

2 抗干擾能力計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估處理流程

首先，根據(jù)不同雷達(dá)型號(hào)的回波文件進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，錄入航跡文件數(shù)據(jù)和原始視頻數(shù)據(jù);其次，將錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行排錯(cuò)處理，根據(jù)處理要求對(duì)基于干噪比的抗干擾分析或基于信干噪比的抗干擾分析進(jìn)行選擇，而后再進(jìn)行功能設(shè)置和選擇以完成抗干擾評(píng)估;最后將結(jié)果輸出。抗干擾能力計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估處理流程如圖1所示。

圖1 抗干擾能力計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估處理流程

3 抗干擾評(píng)估雷達(dá)采集數(shù)據(jù)處理

抗干擾計(jì)算機(jī)輔助評(píng)估要基于雷達(dá)上采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行，主要是針對(duì)采集到的航跡文件和原始回波兩個(gè)文件進(jìn)行處理。涉及到從這兩個(gè)文件進(jìn)行噪聲幅度、干擾幅度和信號(hào)幅度等三個(gè)數(shù)據(jù)的提取和計(jì)算，相應(yīng)的計(jì)算方法如下所示。

3.1 噪聲幅度

雷達(dá)基底噪聲幅度的提取基于原始回波文件進(jìn)行，主要是根據(jù)無(wú)干擾情況下的時(shí)間和方位引導(dǎo)信息對(duì)相應(yīng)區(qū)域的噪聲求取平均，可以對(duì)區(qū)域的方位覆蓋范圍進(jìn)行選擇，通常選取30°左右，具體過(guò)程如圖2所示。

圖2 噪聲幅度計(jì)算

3.2 干擾幅度計(jì)算

干擾能量幅度的提取基于原始回波文件進(jìn)行，主要是根據(jù)干擾情況下的時(shí)間、方位和距離引導(dǎo)信息對(duì)相應(yīng)區(qū)域的干擾能量求取平均，之所以加上距離引導(dǎo)信息是為了避開無(wú)源氣象和地物雜波區(qū)，具體過(guò)程如圖3所示。

圖3 干擾幅度計(jì)算

3.3 信號(hào)幅度

錄取的目標(biāo)幅度信息基于原始回波文件和航跡文件兩個(gè)文件進(jìn)行，通常航跡文件已經(jīng)給出了目標(biāo)幅度的信息，為了精確得到信號(hào)幅度，還需要根據(jù)航跡文件的引導(dǎo)信息在原始回波文件中尋找目標(biāo)信號(hào)幅度，這時(shí)主要是結(jié)合航跡文件的目標(biāo)方位、時(shí)間、距離信息在原始回波文件中進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的波門內(nèi)幅度選大尋找。具體過(guò)程如圖4所示。

圖4 信號(hào)幅度計(jì)算

4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 原始回波數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到回波信息表格中，過(guò)門限檢測(cè)目標(biāo)數(shù)目的隨機(jī)性，為最大化節(jié)省存儲(chǔ)空間和便于檢索，建立基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用以存儲(chǔ)原始回波數(shù)據(jù)，如圖5所示。其中目標(biāo)鏈表示每一個(gè)文件表中的過(guò)門限監(jiān)測(cè)目標(biāo)點(diǎn)，回波的基本信息存儲(chǔ)在目標(biāo)鏈尾鏈中。用文件表首個(gè)目標(biāo)鏈尾鏈作為鏈尾鏈檢索起始工具。

圖5 原始回波文件信息提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.2 航跡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

航跡文件相對(duì)數(shù)據(jù)量不大，且內(nèi)容穩(wěn)定，不存在動(dòng)態(tài)變更的問(wèn)題，使用結(jié)構(gòu)體對(duì)讀取的航跡文件進(jìn)行存儲(chǔ)。

去年9月17日，杭州濱江一小區(qū)，一名15歲的初三女孩從19樓墜下，落在三樓陽(yáng)臺(tái)上，當(dāng)場(chǎng)死亡。警方認(rèn)定為自殺。事發(fā)前，家人發(fā)現(xiàn)女孩又在玩手機(jī)，提出反對(duì)意見(jiàn)，雙方因此發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)，隨后女孩跳樓身亡。今年5月，北京理工大學(xué)附屬中學(xué)，一名初二的男生因成績(jī)不理想，被父親沒(méi)收了手機(jī)。索要無(wú)果后，孩子跳樓自殺。

5 抗干擾能力的評(píng)估分析

5.1 回波及航跡可視化顯示分析

如圖6所示，該模塊具有如下3點(diǎn)功能:

(1)回波數(shù)據(jù)顯示。打開回波數(shù)據(jù)后，該顯示區(qū)的時(shí)間標(biāo)簽便會(huì)顯示為回波數(shù)據(jù)的起止時(shí)間。用戶直接點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”按鈕，即可顯示該時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)過(guò)門限點(diǎn)分布。過(guò)門限點(diǎn)的顏色依據(jù)回波能量的不同分五檔顯示。也可以手動(dòng)設(shè)置起始時(shí)間，顯示某一段時(shí)間內(nèi)的過(guò)門限點(diǎn)分布;

(2)航跡顯示。打開航跡文件后，在下拉列表選擇某條航跡，軟件即會(huì)在雷達(dá)圖中描出其運(yùn)動(dòng)軌跡;

(3)圖層設(shè)置。根據(jù)需求，可單獨(dú)顯示航跡或回波點(diǎn)跡。通過(guò)“圖層選擇”復(fù)選框，可控制航跡和點(diǎn)跡的顯示。

圖6 原始回波及航跡信息可視化

5.2 信噪比/信干比分析

5.2.1 信噪比分析

首先，在航跡數(shù)據(jù)分析區(qū)輸入關(guān)注的航跡批號(hào)和時(shí)間信息，選擇相應(yīng)航跡文件。然后，實(shí)現(xiàn)原始回波數(shù)據(jù)和航跡文件的關(guān)聯(lián)處理(注意原始回波文件時(shí)間和航跡文件時(shí)間對(duì)應(yīng))。

完成上述兩個(gè)步驟后，通過(guò)在信噪比/信干比分析區(qū)設(shè)置距離、方位、時(shí)間波門實(shí)現(xiàn)航跡文件和原始回波數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，如圖7a)所示，其中波門中心位置是每一個(gè)航跡點(diǎn)的濾波前距離、方位、時(shí)間值，通過(guò)對(duì)滿足波門大小內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行選大處理，計(jì)算得到信噪比值，點(diǎn)擊生成航跡文件對(duì)應(yīng)原始回波數(shù)據(jù)按鈕，完成數(shù)據(jù)的生成，該數(shù)據(jù)可以在記事本文件中查閱，也可以在數(shù)據(jù)作圖區(qū)域中查看，如圖8所示。

圖7 信干比/信噪比分析

圖8 信噪比數(shù)據(jù)查閱

5.2.2 信干比分析

設(shè)置干擾數(shù)據(jù)段的起始和終止范圍，完成信干比數(shù)據(jù)的生成，如圖7b)所示，該數(shù)據(jù)可以在記事本文件中查閱，也可以在數(shù)據(jù)作圖區(qū)域中查看。

5.3 干噪比分析

設(shè)置取干擾的波門中心位置和波門大小，其中干擾距離段支持兩種設(shè)置模式，可根據(jù)需要自行選擇。噪聲幅度在干擾情況下已不能直接使用通道噪聲值，此時(shí)噪聲值可在沒(méi)有干擾情況下的回波中取值，在抗干擾改善因子計(jì)算功能模塊中，有該取噪功能。

如圖9所示，干噪比顯示數(shù)據(jù)有所不同，考慮到干擾的特點(diǎn)，顯示干擾數(shù)據(jù)方位信息，在數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)移動(dòng)鼠標(biāo)，可以查看各數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間、干噪比、數(shù)據(jù)方位信息。

圖9 干噪比分析

5.4 平均計(jì)算分析

平臺(tái)支持基于數(shù)據(jù)區(qū)間的平均計(jì)算分析能力，以干噪比分析為例，如圖10所示。

圖10 平均計(jì)算分析

5.5 評(píng)估軟件平臺(tái)整體界面

雷達(dá)抗干擾能力評(píng)估軟件平臺(tái)整體界面，如圖11所示。

圖11 評(píng)估軟件平臺(tái)界面設(shè)計(jì)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了一個(gè)基于計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)的雷達(dá)抗有源壓制干擾能力評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。基于該平臺(tái)能快速、準(zhǔn)確地評(píng)估雷達(dá)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)抗干擾能力評(píng)估的可視化、高效化，同時(shí)為其他相關(guān)抗干擾評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有益幫助。

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