陸軍基地化訓練雷達干擾威脅環(huán)境構設方法研究

趙順愷，李修和，沈陽，代強偉

（電子工程學院，合肥 230037）

陸軍基地化訓練雷達干擾威脅環(huán)境構設方法研究

趙順愷，李修和，沈陽，代強偉

（電子工程學院，合肥 230037）

目的研究陸軍基地化訓練中雷達干擾威脅環(huán)境構設方法，重點研究對地面機動目標的威脅環(huán)境構設方法。方法從功率等效和空間等效兩方面著手，運用干擾信號模擬器抵近目標目標構設雷達干擾環(huán)境。結果針對機動目標，給出了兩種思路的構設方法，并對其優(yōu)劣進行了比較。結論通過對構設方法及構設逼真度的研究，明確了實現(xiàn)構設方法的關鍵在于保證訓練場上的裝備數(shù)據(jù)采集和訓練場電磁環(huán)境監(jiān)測的實時性和準確性。

電磁環(huán)境構設；雷達干擾；方法研究

信號模擬器是陸軍基地化訓練中構建戰(zhàn)場電磁 威脅環(huán)境普遍采用的工具。戰(zhàn)場電磁威脅環(huán)境主要有監(jiān)控性威脅環(huán)境、降效性威脅環(huán)境和毀傷性威脅環(huán)境，雷達干擾環(huán)境是降效性威脅環(huán)境中的一種重要環(huán)境，也是基地化訓練中構設戰(zhàn)場電磁環(huán)境工作的重要組成部分。外軍在基地化訓練構設戰(zhàn)場電磁環(huán)境過程中，研究了一整套成體系的構設方法，充分利用實裝和模擬器，構建高度逼真、動態(tài)的戰(zhàn)場電磁環(huán)境。當前，逼真的復雜電磁環(huán)境構設已成為部隊基地化訓練走向實戰(zhàn)化的迫切需求，文中主要針對陸軍基地化訓練中的雷達干擾威脅環(huán)境，從功率等效和空間等效兩方面，研究具體構設方法。

1 構設基本思路

雷達干擾環(huán)境主要分有源干擾和無源干擾，而電磁環(huán)境構設主要是針對有源環(huán)境的構設，而雷達有源干擾主要有壓制性干擾與欺騙式干擾兩類。對這兩類干擾環(huán)境的等效構設，主要是針對其對于被干擾目標的干擾效果等效上著手，比如被干擾目標的發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤測量精度的下降程度。根據(jù)雷達工作效能分析，雷達的發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤測量精度均與雷達接收的干信比有關。因此，在構設雷達干擾威脅環(huán)境的過程中，做到干信比等效是適合于壓制性干擾和欺騙性干擾兩類干擾方式的。根據(jù)功率等效準則，采用與實際想定干擾源同等或近似干擾樣式的干擾模擬器，使得被干擾目標在接收端針對模擬器和想定干擾源的“干信比”等效，是雷達干擾環(huán)境構設過程中的一個普遍的思路。

在構設過程中，為了能夠使得被干擾源能夠感受到與真實作戰(zhàn)環(huán)境盡可能相似的環(huán)境，除了功率等效準則外，實戰(zhàn)化構設中還需要盡可能做到被干擾目標與干擾源在空間位置關系上的等效。因此，空間等效準則，也是雷達干擾環(huán)境構設過程中的一個重要思路。

根據(jù)功率等效和空間等效兩方面構設實戰(zhàn)化雷達干擾環(huán)境是構設雷達威脅環(huán)境中的基本思路。

2 雷達干擾環(huán)境等效基本原理

模擬器的發(fā)射功率一般要比真實干擾源要小，因此要滿足雷達接收機受到的干信比等效，就必須根據(jù)模擬器和真實干擾源的發(fā)射功率比，合理規(guī)劃模擬器相對于被干擾目標的抵近程度。具體計算方法可以根據(jù)雷達干擾方程來計算。

假設干擾信號帶寬覆蓋雷達接收機的帶寬，根據(jù)干擾方程[4]推算可知，雷達干擾源實施干擾時的雷達接收機接收端干信比（JSR）j見式（1）：

干擾模擬器對雷達接收端的干信比（JSR）m見式（2）：

式中：Pt，Pj，Pm分別為雷達、實際干擾源、干擾模擬器的發(fā)射功率，W；Δfr，Δfj，Δfm分別為雷達接收機、干擾源、模擬器的帶寬，Hz；σ為目標的有效反射面積，m2；Rt，Rj，Rm分別為雷達和目標之間、雷達和實際干擾源之間、干擾模擬器和雷達之間的距離，m；Gt，Gj，Gm分別為雷達、實際干擾源、干擾模擬器的主瓣增益，倍；Gt（θj）為雷達天線在干擾源方向上的接收增益；Gt（θm）為雷達天線在模擬器方向上的接收增益；γj，γm分別為實際干擾源和干擾模擬器的干擾信號對雷達天線的極化損失，倍；Lt，Lj，Lm分別為雷達、實際干擾源、干擾模擬器的損耗因子。

雷達干擾環(huán)境功率等效構設的示意如圖1所示。θm為雷達天線主瓣方向與模擬器干擾信號方向所成夾角，θj為雷達天線主瓣方向與干擾源干擾信號方向所成夾角。

圖1 模擬試件結構Fig.1 Schematic diagram of the specimen structure

要實現(xiàn)功率等效，就是干信比等效，必須使得必須滿足（JSR）j=（JSR）m，可根據(jù)式（1）和式（2）得出等效關系[5]。傳播損耗因子Lj，Lm指的是雷達電波在傳播途中受到路徑損耗，相對于不同的頻段、不同的傳播路徑、不同的雷達類型以及不同的大氣狀況，其損耗因子是不同的。自由空間損耗已經(jīng)考慮到雷達方程中，所以不計入損耗因子中去。在想定中，可對影響實際干擾源損耗因子的參數(shù)進行限定，可以認定其為一常數(shù)。同時，在構設規(guī)劃中，通常將模擬器極化方式和帶寬直接等效于實際干擾機。

雷達干擾環(huán)境功率等效計算方法見式（3），是構設雷達干擾環(huán)境的基礎。

3 雷達干擾環(huán)境構設實現(xiàn)方法

在構設實現(xiàn)過程中，除了滿足功率等效這一基本原則，還有一個重要的方面就是滿足空間等效。由于功率等效采用的主要是距離壓縮法，因此空間等效主要考慮模擬器和目標的角度關系要盡可能與想定干擾源和目標的角度關系一致。

3.1 干擾源對地面固定目標的構設

這種情況主要是針對固定干擾站針對固定目標實施干擾或是偵察的等效構設，也是最簡單的一種情況。根據(jù)上節(jié)等效原理，能夠確定雷達干擾模擬器相對目標的抵近程度。為了能達到空間等效，模擬器相對于目標點的空間關系也應盡可能與想定條件一致，所以θj與θm盡可能做到一致，因此，構設示意應該如圖2所示。式（3）可以簡化為：

圖2 模擬器對固定目標點構設雷達干擾威脅環(huán)境示意Fig.2 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using simulator for fixed target

3.2 干擾源對地面機動目標的構設

地面固定干擾源對地面機動目標的環(huán)境構設是針對地面固定干擾站針對機動目標的電磁環(huán)境構設。與3.1所述不同的是，目標點處于運動狀態(tài)，雷達干擾源與目標的距離和角度關系處在實時的變化之中，如何對模擬器進行控制是保證逼真構設的關鍵。針對此類情況的構設相對復雜，就這種情況提出兩種構設思路。由于目標與想定干擾源的距離是實時變化的，因此干擾源針對目標的干信比也是實時變化的。要保證等效構設，其中的關鍵就是保證模擬器相對于目標的干信比變化程度和干擾源等效。可以通過控制模擬器發(fā)射功率來保證功率等效問題。固定模擬器對直線運動目標構設雷達干擾威脅環(huán)境示意如圖3所示。可以看出，θj與θm在構設初始階段，保持一致，但是隨著目標點的機動，θj與θm逐漸產(chǎn)生變化。因此構設不能保證干擾機相對接收機的增益相等于模擬器相對于接收機的增益。因此模擬器功率變化控制應符合式（5）規(guī)律：

式中：Rm（t）和Rj（t）分別表示模擬器和想定干擾源距目標點距離。

圖3 固定模擬器對直線運動目標構設雷達干擾威脅環(huán)境示意Fig.3 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using fixed simulator for linear motion target

要求得Pm隨時間變化調整的具體值，取決于Rm和Rj的變化情況，以及Gt（θj）和Gt（θm）的變化情況，需要考慮考慮雷達天線隨著雷達移動和雷達天線方向的問題。文獻[4]給出了雷達接收機相對于干擾源的增益簡化模型，同樣適用于雷達接收機相對于干擾模擬器：

實際構設中，不同時刻的Rm，Rj，θj，θm可以實時測得。Gt（θj）和Gt（θm）的變化情況可由公式（6）推算。

這種構設實現(xiàn)方法，保證了功率等效，但信號模擬器與目標之間的空間關系相比真實干擾源與目標之間的空間關系產(chǎn)生了偏差。接收機對想定干擾源和信號模擬器接收增益不能簡化，并且可能由于空間位置關系的變化，干擾模擬器不能起到預想干擾效果。比如，很可能出現(xiàn)由于目標的位移，模擬器和想定干擾源無法同時對目標形成干擾的情況。

為了保證目標點與構設模擬器和真實干擾源穩(wěn)定的空間位置關系，信號模擬器需要沿一定的軌跡運行，以保證構設在空間關系上的等效。為簡化分析，還是以目標沿直線運動來分析。空間位置關系如圖4所示。目標點自點t0時刻起，由C點出發(fā)至E。根據(jù)功率等效關系，推算出信號模擬器初始位置在點B。由等效公式（4）可知，Rm與Rj成線性比例關系，因此信號模擬器沿目標點平行線同時往方向D點處運行，可以同時保證目標點與信號模擬器角度關系與想定輻射源的角度關系保持一致和功率等效。假設目標點運行速度為Vj（t），相對于想定輻射源角度度為θ（t），則信號模擬器運行速度Vm應滿足如式（7）：

式中：LAB是A與B之間的距離；LAC是A與C之間的距離。

圖4 機動模擬器對直線運動目標構設雷達干擾威脅環(huán)境示意Fig.4 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using maneuver simulator for linear motion target

通常情況，目標點是做不規(guī)則曲線運動，如圖5所示。這時，在滿足功率等效原理的前提下，可以確定信號模擬器的初始位置B。欲保證模擬器相對于運動目標點和想定干擾源相對于運動目標點的幾何關系一致，就需要使模擬器與目標點相對于想定干擾源地面機動的角速度相等。同時保證式模擬器與目標點之間的距離滿足式（8）。這樣既可以滿足空間關系等效要求，又滿足了基本的功率等效原理。

比較兩種構設思路可以看出，前者只是通過調整信號模擬器的發(fā)射功率進行功率等效。由于信號模擬器和目標點的空間位置關系與干擾源與目標點的空間位置關系的差異性，模擬器發(fā)射功率的調整應考慮到發(fā)射接收增益的實時變化。實際上，前者并沒有做到空間位置關系等效這一點。后者同時兼顧了空間位置關系等效和功率等效，做到了比較好的等效構設。由于模擬器路徑規(guī)劃和實時控制需要根據(jù)目標點的移動而實時控制，不確定性很大，因此不僅要精確了解目標的運動狀態(tài)，還需要對模擬器的運動軌跡進行精確控制，實現(xiàn)難度相對前者更大，實現(xiàn)成本也更高。因此在實際構設過程中，還需要針對具體的需求、具體的想定，確定具體構設方案。

圖5 機動模擬器模擬干擾源對運動目標點的構設空間示意Fig.5 Schematic diagram of radar jamming threatened environment construction using maneuver simulator for maneuver target

4 逼真度評估

為保證構設活動能做到最大限度的等效，就必須要對構設活動進行評估，而評估的重點應該放在構設環(huán)境的逼真度上。逼真度評估應貫穿構設全過程，從構設方案階段開始，一直到構設完成。

根據(jù)構設逼真度評估特點，建立三級逼真度評估體系：裝備性能逼真度評估、構設過程逼真度評估，以及綜合逼真度評估。

裝備性能逼真度評估，是在一些固有性能指標上，對模擬器和模擬對象進行相似性分析，篩選出最優(yōu)模擬器。構設過程逼真度評估，是在構設過程中，比對構設環(huán)境和想定環(huán)境之間的過程逼真度，用以實時控制模擬器運行狀態(tài)。綜合逼真度評估有兩個目的，一是在構設規(guī)劃過程中，通過對構設方案和想定方案的仿真推演，評估方案的逼真程度；二是在構設結束時，評估本次構設活動的逼真程度。通過三級逼真度評估，保證構設活動能夠達到最大程度等效。三級逼真度評估體系結構如圖6所示。

圖6 逼真度評估體系結構Fig.6 Architecture of the fidelity evaluation system

5 結語

文中針對陸軍基地化訓練中雷達干擾威脅環(huán)境構設方法做了一定的研究，重點針對地面移動目標的干擾環(huán)境構設提出了兩種思路的構設方法，并針對兩種思路進行了分析比較，探究其各自優(yōu)劣，并初步建立構設環(huán)境逼真度評估體系。該方法為今后基地化訓練中構設雷達干擾威脅環(huán)境提供一定的方法指導。針對機動目標提出的兩種構設方法，均需要實時、精確地掌控被干擾目標的路徑數(shù)據(jù)、運動狀態(tài)。針對逼真度評估問題，今后應該重點在信號模擬器和參訓裝備的數(shù)據(jù)采集和訓練電磁環(huán)境監(jiān)測上作進一步的研究，運用多種手段獲取實時、準確的電磁環(huán)境構設要素信息，為調控模擬器工作狀態(tài)和構設逼真度評估提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

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Research on the Methods of Constructing Radar Jamming Threatened Environment for Army in the Training Base

ZHAO Shun-kai，LI Xiu-he，SHEN Yang，DAI Qiang-wei
（Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China）

ObjectiveTo study the methods of constructing radar jamming threatened environment for army in the training base,with the emphasis in studying the methods of constructing the threatened environment to ground maneuver targets.MethodsFrom the aspects of power equivalent and the space equivalent,the radar jamming environment was constructed by approaching the signal simulators to the target.ResultsFor the maneuver target，two construction methods were proposed，and their advantages and disadvantages were comparatively discussed.ConclusionThrough the research on the methods and fidelity of construction，we concluded that the key to realizing the methods was to ensure the real-time performance and accuracy of both the equipment data acquisition and the monitoring of electromagnetic environment in the training ground.

electromagnetic environment construction；radar jamming；method study

2015-01-30；

2015-03-20

國防預研重點基金項目（9140A33020112JB39085）

Fund：Supported by the National Defense Pre-research Key Fund Program(9140A33020112JB39085)

趙順愷（1987—），男，浙江金華人，碩士研究生，主要研究方向為武器裝備電磁環(huán)境適應性檢驗。

Biography：ZHAO Shun-kai（1987—），Male，from Jinhua，Zhejiang，Master graduate student，Research focus：electromagnetic environment adaptability of weapon equipment test.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.016

TJ01；TN974

A

1672－9242（2015）02－0075-06

2015-01-30；

2015-03-20