復雜電磁環境下有源相控陣雷達導引頭抗干擾試驗與效能評估技術研究

韓曉東，譚智，舒汀， 郁文賢

（1.上海交通大學 電子信息與電氣工程學院；2.上海無線電設備研究所，上海 200090）

復雜電磁環境下有源相控陣雷達導引頭抗干擾試驗與效能評估技術研究

韓曉東1，譚智2，舒汀1， 郁文賢1

（1.上海交通大學 電子信息與電氣工程學院；2.上海無線電設備研究所，上海 200090）

通過有源相控陣雷達導引頭與電子戰設備對抗過程建模仿真和半物理對抗射頻仿真試驗，建立導引頭抗干擾效能評估方法。系統級的全面評估導引頭抗干擾效能，以滿足實際軍事應用的需要。試驗可以對有源相控陣雷達導引頭系統技術、抗干擾算法等關鍵技術進行工程化驗證。對導引頭抗干擾性能進行內場系統試驗，支持產品設計定型前的復雜電磁環境適應性摸底試驗，為部隊提供高水平的裝備，也能為有源相控陣雷達導引頭抗干擾性能提供有力的試驗驗證與評估。

電磁環境；相控陣；雷達導引頭；抗干擾試驗

0 引言

現代戰爭中，空域防御是重要內容，而空域防御中的重要武器是導彈[1]，其電磁裝置是雷達導引頭，是導彈武器系統的組成部分。它在完成任務的過程中遇到的電磁干擾環境是復雜的，不僅有人為干擾（包括功率型干擾和欺騙式干擾），還有自然干擾（如地雜波、海雜波和氣象雜波等），同時還存在無線電設備間的電磁兼容問題。復雜的電磁干擾環境對導引頭的工作造成嚴重影響。

為適應現代戰爭的作戰需要，提高武器系統在復雜電磁環境下的作戰使用性能，采用先進的有源相控陣雷達（Active Phased Array Radar，簡稱APAR）技術的導引頭將成為未來的一個重要發展趨勢，美國、德國、英國、日本都相繼研制出了APAR導引頭。該體制雷達具備多項抗干擾措施，可以有效對抗多種電磁干擾模式，在復雜的電磁干擾環境中完成對來襲目標的探測和跟蹤，有效提高了武器裝備在戰場上的生存能力。為了檢驗雷達在復雜電磁環境下的作戰使用性能，充分反映雷達的實際作戰效能，開展復雜電磁環境下APAR導引頭抗干擾試驗與效能評估技術研究。以戰場復雜電磁環境為研究背景，通過構建類似靶場試驗環境的復雜電磁環境，確定復雜電磁環境下APAR導引頭試驗與評估方法，對復雜電磁環境下APAR導引頭的作戰性能進行檢驗評定[2，3]。

1 抗干擾試驗技術研究

對APAR導引頭抗干擾試驗與效能評估技術的研究，主要通過利用屏蔽暗室、轉臺、輻射陣列等環境設備，同時配備各類復雜電磁環境（目標、干擾、雜波、雷達輻射源等）模擬設備，構建了APAR導引頭對抗試驗系統，仿真APAR導引頭與電子戰設備在各種電磁環境下的對抗過程，豐富的干擾樣式與抗干擾策略，能夠輔助快速建立各類對抗試驗，逼真的模擬外場靶試環境，同時能夠實時或事后對APAR導引頭抗干擾效能進行系統級評估，全面考核導引頭抗干擾技術在各電磁環境條件下的對抗性能。

1.1 工作原理

APAR導引頭與電子戰設備對抗試驗系統由屏蔽暗室、轉臺、輻射陣列、復雜電磁環境信號模擬系統、射頻仿真實驗室控制系統、數據記錄儀、演示驗證仿真計算機評估系統、顯示控制系統和實物APAR導引頭等設備組成，其構成框圖如圖1所示。

圖1 APAR導引頭抗干擾試驗系統框圖

復雜電磁環境信號模擬系統中目標模擬與雜波模擬設備接收導引頭同步信號，模擬出與雷達相參的目標信號與雜波信號；復雜電磁環境信號模擬系統中ESM設備由喇叭陣列偵收雷達信號，送與干擾模擬設備做樣本，模擬出各種所需的欺騙干擾與壓制干擾；復雜電磁環境信號模擬系統中雷達輻射源模擬設備能夠自主模擬各種雷達信號，輔助模擬出逼真的電磁環境，同時也能考核導引頭抗同步異步干擾的性能；以上模擬的信號經過空間輻射，由安裝于轉臺上的APAR導引頭接收，其中三軸轉臺用于模擬導彈的三軸運動，天線接收的信號經過雷達接收通道進入處理機進行信號處理，搜索跟蹤目標的信息在顯控畫面上顯示；同時通過記錄儀記錄下雷達接收的數字數據，進行事后分析與評估。

簡要試驗流程，如圖2所示。

圖2 簡要試驗流程圖

1.2 電子對抗過程參數與信號建模、仿真技術研究

開展APAR導引頭作戰環境和對抗的理論研究，針對電子對抗的特點，重點研究復雜電磁環境的仿真模擬、APAR導引頭對抗性能評估、電子對抗過程設定等關鍵問題，驗證對抗模型的合理性[4]，如圖3所示。

具體針對APAR導引頭所面臨的干擾環境進行干擾策略的研究，一般所面臨的干擾環境主要包括：干擾源的數量、空間分布、總功率；干擾信號的樣式、參數；干擾的形式及干擾方式的運用等[5，6]。

根據APAR導引頭的情報參數，可以將APAR導引頭抗干擾試驗所需電磁環境典型化為以下幾種：

a）自衛干擾（壓制性噪聲干擾、欺騙干擾等）；

b）隨隊干擾（壓制性噪聲干擾、假目標干擾、欺騙干擾等）；

圖3 仿真建模研究流程圖

c）遠距離支援干擾（壓制性噪聲干擾、假目標干擾等）；

d）隨隊干擾和自衛干擾；

e）遠距離支援干擾和隨隊干擾；

f）遠距離支援干擾、隨隊干擾和自衛干擾。

1.3 復雜電磁環境信號模擬技術研究

各種電磁信號充斥于導彈作戰空間，呈現出“頻域密集交疊、空域縱橫交錯、時域突發多變、能域強弱多樣”的特點，形成了復雜的電磁環境。只有在逼真的電磁環境信號（目標、干擾、雜波、ESM）下，才能準確分析復雜電磁環境的多樣性、密集性、動態性等對APAR導引頭性能的影響[7]。

目標信號模擬器能夠自主產生高質量的各種類型的目標回波信號，通過陣列系統輻射，形成目標環境，以考核APAR導引頭對目標的搜索跟蹤性能。

雜波信號模擬器用于產生地、海雜波等射頻雜波信號，由陣列饋電系統通過空間輻射被導引頭接收，以考核APAR導引頭在背景雜波下的搜索跟蹤能力。

干擾模擬器及信號偵察系統主要由信道化接收機、寬帶瞬時測頻接收機、干擾產生單元（包括欺騙干擾信號和壓制干擾信號）、信號分選和干擾決策單元組成，用于模擬對抗設備的ESM和ECM，以考核APAR導引頭抗干擾能力。

輻射源模擬器用于實時產生各種復雜的輻射源信號，模擬戰場環境下偵查設備所接收到的信號總和。可以經過陣列饋電系統進行空間輻射，以考核APAR導引頭的同頻異步干擾性能。

1.4 APAR導引頭與電子干擾設備對抗射頻仿真試驗技術研究

首先APAR導引頭進行抗干擾試驗時，需要提出一些明確的要求，依據這些要求去制定試驗計劃或仿真試驗工作以進行試驗實施[8]。抗干擾試驗系統的研制是復雜的，將耗費相當多的人力物力，因此抗干擾試驗系統必須進行嚴格詳細的論證與測試試驗，以避免不完善的試驗掩蓋的缺陷，導致APAR導引頭抗干擾能力評估的錯誤。

在描述APAR導引頭抗干擾試驗方案的試驗要求時，對試驗方案中所采用的APAR導引頭和干擾的戰術和技術都要做特別的規定。試驗方案的給出必須考慮特定的戰情條件，針對指定的干擾樣式來評估APAR導引頭，并通過APAR導引頭抗多種干擾樣式盡可能全面地評估導引頭抗干擾性能。

本技術的抗干擾射頻仿真試驗系統由屏蔽暗室、轉臺、輻射陣列、復雜電磁環境信號模擬系統、射頻仿真實驗室控制系統、數據記錄儀、演示驗證仿真計算機評估系統、顯示控制系統和實物APAR導引頭等設備組成，如圖1所示。

首先利用通用儀器對復雜電磁環境信號模擬系統輸出的信號準確度進行測試，對其輸出信號功率進行定標；其次利用校準系統對射頻輻射陣列進行角精度校準測試；最后利用現有抗干擾性能定型過的產品對抗干擾試驗系統進行試驗測試驗證，充分驗證試驗系統的有效性、準確性與可靠性。試驗時，雷達以小功率發射，只要ESM設備接收到的功率優于其工作靈敏度即可。同時，還要對射頻仿真實驗室控制系統的控制進行戰術研究與測試研究。

2 抗干擾效能評估技術研究

APAR導引頭與干擾設備進行對抗是一個動態的非平穩過程。因此，APAR導引頭抗干擾效果評估也是一個非平穩的過程，其評估效果具有很強的時效性。要想得到一個可信的量化結果，應從以下方面著手[9，10]：

a）分析評估對象，對所要評估的APAR導引頭進行深入的分析，熟悉所采用的各種抗干擾措施的抗干擾性能，明確評估所要達到的目的，獲得相應的評估數據；

b）建立符合實際戰術意義的干擾環境背景；

c）建立APAR導引頭干擾效果評估指標體系，確立的指標體系既要考慮評估的基本要求，也要考慮到實戰情況下的具體可行性和適應性，不能是對指標體系過于理想化的想象；

d）建立綜合評估模型，在對每一個指標評估的基礎上，最后將所有指標納入一個數學或邏輯體系，形成定量的、綜合的評估指標體系，即形成綜合評估模型；

e）建立APAR導引頭干擾措施選取體系，不同的抗干擾措施對干擾的響應是不一樣的，評估的結果也不一樣，因而選取評估特征指標不一樣，評估的結果也不一樣，應對每一指標的評估構建合理的模型并采用適當的算法。

根據以上幾點，在不同的層面上對APAR導引頭進行抗干擾效果評估，最終進行綜合，從而得出總體效果。分析評估結果的可行性.并對其進行修改和改進，給出APAR導引頭抗干擾能力的最終結論。

然而，如何評價APAR導引頭抗干擾性能優劣及其相關指標的選取，卻至今缺乏統一的標準。目前的研究主要從功率準則、戰術應用準則、信息準則、概率準則等角度出發，提出了抗干擾改善因子（EIF）、干擾壓制系數、雷達干擾條件下的信息熵、雷達測量精度、雷達抗干擾欺騙成功率、雷達發現概率等評估指標。盡管上述指標從不同角度實現了APAR導引頭抗干擾性能從定性評估到定量評估的轉化，但在實際應用中，某些指標，如雷達干擾條件下的信息熵、雷達信號的識別概率等難以實際測量；而另一些指標，如天線的低副瓣、脈沖壓縮、寬-限-窄等抗干擾技術，作為系統的固有組成部分，不需要也無法進行獨立操作。因此，對APAR導引頭抗干擾性能進行評估，需要選取具備代表性和可測性的評估指標。從干擾/抗干擾技術的角度出發，將與APAR導引頭抗干擾評估有關的性能指標分層處理，而后按照層次關系對各層指標自上而下進行系統分析，最終得到APAR導引頭抗干擾性能的綜合評價。綜合考慮評價體系的復雜性和指標的可測性。綜合考慮約簡后的評估指標體系結構，如圖4所示。基于以上理論與原則，建立合適的評估系統。評估系統軟件主要包括兩部分：一體化評估和分類評估，如圖5所示，可以系統級地評估APAR導引頭抗干擾效能。

圖4 評估指標體系結構圖

3 結束語

圖5 抗干擾效能評估軟件流程圖

隨著導彈接收到的電磁信號更加密集，面臨的電磁環境更加復雜，對APAR導引頭的性能和正常工作造成愈加嚴重的影響。因此，通過開展復雜電磁環境下APAR導引頭抗干擾試驗與性能評估技術的研究，可以對APAR導引頭總體技術、抗干擾算法等關鍵技術進行工程化驗證。對APAR導引頭抗干擾性能進行內場系統試驗，支持產品設計定型前的復雜電磁環境適應性摸底試驗，為部隊提供高水平的裝備，也能為APAR導引頭抗干擾性能提供有力的試驗驗證與評估。

[1] 陳曉霞.防空雷達導引頭抗干擾技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2012.

[2] 焦淑瑜，張建軍.復雜電磁環境下火控雷達試驗方法研究[J].火控雷達技術，2012，41（1）.

[3] 郭予并，李健.雷達抗有源干擾試驗閉環設計[J].雷達與對抗，2010，30（4）：21-24.

[4] 朱鵬磊，張志偉，成順利.復雜電磁環境下艦空導彈雷達抗干擾試驗方案設計[J].雷達與對抗，2012，32（4）：26-29.

[5] 王宇.雷達抗干擾試驗系統中的干擾信號環境設計[D].西安：西安電子科技大學，2010.

[6] 劉永堅，任章，侯慧群.基于雷達干擾的對抗系統模型分析[J].現代雷達，2006，28（11）：28-32.

[7] 姜忠龍，李健，崔永久.雷達抗干擾試驗電磁干擾環境探討[J].艦船電子對抗，2001，（6）：17-20.

[8] 王沖，張永順，鄭海.機載雷達抗干擾評估試驗方法研究[J].現代雷達，2007，29（6）：23-24.

[9] 白普易，任明秋，王學軍，等.雷達抗干擾性能評估指標分析與測試平臺設計[J].計算機與數字工程，2011，39（11）：25-29.

[10] S.L.Johnston.ECCM Improvement Factor（EIF）[J].Electronic Warfare Magazine，1984，6（3）.

Study on Anti-jamming Test and Performance Evaluation of Active Phased Array Radar Seeker in Complex Electromagnetic Environment

HAN Xiao-dong1， TAN Zhi2， SHU Ting1， YU Wen-xian1
（1.Key Laboratory of Intelligent Sensing and Recognition，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 200090，China）

Presented a model which describes the process of Active Phased Array Radar（APAR）seeker against electronic warfare equipment.Then by setting up a half physical confrontation radio frequency simulation test，established an anti-jamming performance evaluation method for APAR seeker.This method can meet the needs of the actual military applications.The test can verify the key technology of APAR seeker，such as system technology，anti-jamming algorithm and so on.Tested the anti-jamming performance of APAR seeker in laboratory to support the baseline test before finalizing the product design in complex electromagnetic environment，which providing the high level equipment for the array and providing powerful anti-jamming performance test and evaluation for APAR seeker.

electromagnetic environment；phased array；radar seeker；anti-jamming test

TJ765.331

A

1671-0576（2014）03-0001-05

2014-06-24

韓曉東（1981-），男，博士，主要從事相控陣雷達陣列信號處理和雷達射頻綜合仿真技術研究；譚 智（1962-），男，研究員，主要從事主動雷達導引頭系統技術研究；舒 汀（1981-），男，博士，主要從事雷達與電子戰射頻綜合仿真、雷達實時信號處理技術研究。