艦載雷達有源干擾效能評估研究

鄒　峰

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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艦載雷達有源干擾效能評估研究

鄒峰

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

摘要：分析了艦載雷達有源干擾效能的現狀,研究了影響反艦導彈效能的因素，論述了艦載雷達有源干擾對抗反艦導彈的基本流程，提出了一種基于雷達干擾系統作戰任務和作戰過程的干擾效能評估方法，建立了干擾效能評估數學模型和計算方法。

關鍵詞：雷達有源干擾；反艦導彈；效能評估；數學模型

0引言

當今各國海軍水面艦艇均列裝了電子對抗系統，具備了自衛式雷達有源干擾能力，艦載雷達有源干擾手段仍然是對抗反艦導彈末制導雷達的有效手段之一，雷達有源干擾效果對戰術決策和作戰使用至關重要。

現今干擾效能評估技術和方法主要用于教學研究和靶場試驗分析評估，對抗反艦導彈的干擾效能評估也大多基于事后評估、仿真分析和一些基本指標度量，如毀傷率、命中率、跟蹤誤差等。由于受戰場環境、作戰對象以及使用時機、方式等多種復雜因素影響，對抗效能指標的分析、確定是一個復雜的過程，存在諸多不確定的因素和約束條件，目前還沒有一個權威的評估方法或指標來進行定量表征，對雷達有源干擾效能指標的研究仍然處于探索階段。

目前，美國、俄羅斯、英國等軍事強國均建立了相應干擾效能的學科，投入了大量的人力和資金，因有關該領域的技術研究及相關應用涉及各國軍事機密，國內外學者在該領域公開發表的論文和報道較少[1]。文獻[2]～[4]采用的評估方法是建立在末制導雷達受干擾前后工作狀況知曉的情況下，在較理想條件下，通過計算機仿真得出評估結果。文獻[5]從系統對抗流程出發，構建基于作戰對手的評估參照系，提出基于作戰過程的干擾能力評估標準建立方法。文獻[6]通過分析壓制性干擾和欺騙性干擾信號的統計特性，提出一種適合靶場測試的干擾效果評估指標——干擾效果因素QECCM，并討論了QECCM與雷達其它工作性能指標的關系，對作戰中有源干擾效能評估具有一定的參考價值。

1雷達有源干擾效能評估分析

1.1　雷達有源干擾效能的度量層次結構

雷達有源干擾效能的度量一般采用評估方法?！霸u估”問題本身具有人的主觀價值標準，有很高的抽象性和非線性泛函映射等特點，相對于檢測方法，要做到客觀、準確的評估非常困難。

效能評估包括能力評估和能力與使用目標的比較。評估雷達對抗系統效能，實際上是評估系統在規定的條件下，執行偵察、干擾任務等的能力滿足規定使用目標的程度。

效能評估準則用來衡量被評價系統的活動成果，是選擇效能參數的理論依據。效能參數就是描述作戰能力的名稱，在效能的仿真評估中，一般用作效果表述作戰能力，偵察、干擾效果屬于作戰效果。因此，評價偵察、干擾效果的準則可作為評價雷達對抗效能的評估準則。

根據雷達有源干擾系統所承擔的任務，其效能評估需具有體系性和層次性。無論是攻擊方還是防御方，其干擾和抗干擾效能都包含有層次性的問題。艦艇反導作戰時的雷達有源干擾效能評估可分為3個層次：

(1) 干擾信號層次，從評價干擾信號的品質出發，評估干擾信號的潛在干擾能力，評估該干擾信號對特定雷達實施干擾時可能的干擾效果。

(2) 干擾機層次，通過分析干擾機工作方式，估量干擾機的干擾能力，從而評價該干擾機對特定雷達可能的干擾效果。

(3) 系統層次，電子對抗系統一般由雷達偵察機、系統控制設備和雷達干擾機等有機結合組成?；趯Ω蓴_系統各設備的效能估計，評估干擾對反艦武器完成最終作戰任務的影響程度。

3個層次之間的特點分析對比如表1所示。

表1　3個評估層次特點分析比較

1.2　雷達有源干擾效能評估指標構建

根據電子對抗工作原理和作戰指揮控制流程，雷達有源干擾效能評估指標需從干擾系統層來考慮和構建，主要包括3個方面(如圖1所示，圖中虛框內容表示雷達干擾系統隱性效能因子)：

(1) 系統指揮控制

在電子戰系統指揮控制方面，主要根據偵察信息形成電磁威脅態勢，進行對抗決策，形成干擾方案，執行干擾方案。因此，系統指揮控制效能主要包括對抗決策效能和系統過程控制有效性。

其中對抗決策效能由戰術決策正確性、干擾樣式選擇有效性、干擾時機選擇正確性等共同確定。

系統控制效能由系統控制時間響應性、過程控制準確性聯合確定。此外，威脅目標數據庫中裝訂的參數信息可信性對系統指揮控制有效的影響不容忽視，在功能上應加以考慮。

(2) 電子支援(ESM)效能

電子支援任務主要由雷達偵察功能完成。其效能由雷達偵察功能對威脅信號的截獲概率、正確分選識別告警概率、在規定的環境條件下對需干擾的雷達引導并穩定跟蹤的概率聯合確定。

此外，電子支援效能的發揮還與先驗情報信息獲取的準確性有關，與執行并完成作戰任務密不可分，在功能上應加以考慮。

(3) 電子干擾(ECM)實施效能

電子干擾效能實際上是對干擾機的效能評估，主要是干擾執行層面，主要包括壓制性干擾有效性、欺騙性干擾有效性、組合干擾有效性、干擾機時間響應性和干擾距離等。

有源干擾對特定的反艦末制導雷達干擾，同一時刻只能采用壓制性干擾、欺騙性干擾、組合干擾3種方式之一，因此電子干擾效能由壓制性干擾、欺騙性干擾和組合干擾有效性3種之一與干擾機時間響應性和干擾距離效能共同確定。

圖1　雷達有源干擾效能影響因素

2雷達有源干擾效能評估計算模型

根據雷達有源干擾基本條件，影響雷達有源干擾效能的主要因素有：雷達先驗信息可信度、雷達偵察機對雷達信號的截獲概率、雷達有源干擾機的可用度、雷達干擾機能夠產生有效的干擾信號概率、本艦電磁頻譜管控影響概率等。

雷達有源干擾機對抗機載火控雷達或反艦末制導干擾有效，需滿足下列基本條件：

(1) 戰前應根據作戰對象獲取雷達威脅信號特征參數信息、作戰模式信息，分析推薦擬采用的干擾方式，并裝訂進系統威脅對抗數據庫。滿足該條件的概率可信度用Pa表示。

(2) 應在適當距離上獲得來襲威脅平臺雷達方位、頻率特征參數、抗干擾性能等信息，滿足該條件的概率可用Pb表示。

(3) 能夠采用的雷達干擾機的可用度，即干擾資源可用度，滿足該條件的概率可用Pc表示。

(4) 雷達干擾機能夠產生被干擾雷達接收機所接收的信號，即在雷達接收機輸入端能夠產生有效的干擾信號，滿足該條件的概率可用Pd表示。

(5) 艦上電子對抗系統與其它武器系統頻率資源使用沖突，電磁頻譜管控限制干擾發射的概率，用概率Pe表示。

由于概率Pa、Pb、Pc、Pd、Pe是相互獨立事件概率，因此雷達有源干擾效能指標Pe為：

Pe=PaPbPcPdPe

(1)

2.1　先驗信息可信度

雷達信號先驗信息可信度決定了電子戰系統對雷達信號截獲、分選、告警和識別的準確率和虛警率，對雷達干擾系統的干擾決策正確率、引導干擾效率和信號跟蹤穩定性有很大影響，從而最終影響干擾效果。

獲取的雷達威脅信號參數主要包括技術體制、頻率、調制特征、工作模式、發射功率、波瓣寬度、天線增益等。先驗信息的獲取途徑是多方面的，主要通過直接的和間接的方式獲取。

直接獲取雷達信號參數信息一般是通過雷達偵察機日常偵察搜集獲取的。直接法獲取的雷達信號特征參數準確，但欠缺完整性。因為雷達工作模式與其執行的任務密切相關，執行不同的任務，雷達將采用不同的工作模式。常規雷達一般會有多種工作模式，一部典型的多功能雷達一般都有幾十種工作模式。直接偵測法通過大量的偵測數據積累，分析提取出雷達的工作模式，以及在每種工作模式下的信號特征參數。

間接方式是通過第三方提供或技術資料獲取，這種方式獲取的雷達信號特征參數有好的完整性，但頻率等技術特征參數準確度不如直接法。

通過直接法或間接法獲取的雷達信號參數可信度一般不會太高，為提高獲取先驗信息的可性度，常常將直接法和間接法結合起來使用。

2.2　對雷達信號偵察概率[7]

雷達信號參數偵察概率由雷達偵察機的性能和艦上作戰使用環境條件共同決定。雷達偵察機性能界定了適應信號的類型、信號環境密度和能量等。

雷達偵察機前端是一個在空域、時域、頻域等多維信號空間中具有一定選擇性的動態子空間。該動態子空間也稱為其在多維信號空間中的搜索窗。被偵收的雷達輻射源信號則是多維信號空間中的動態點，只有當某一時刻，此動態點落入搜索窗內，才可能發生前端的截獲事件。因此一般情況下，除了達到截獲信號的能量條件之外，截獲事件還需包括以下具體條件：

(1) 空域截獲，一般指偵察天線的半功率波束指向雷達，雷達發射天線的半功率波束指向偵察接收機。全向偵察天線則只需雷達發射天線的半功率波束指向偵察全向天線；旁瓣偵察時，只需偵察天線的半功率波束指向雷達，雷達天線的主瓣或旁瓣指向偵察接收機。

(2) 頻域截獲，指雷達的發射脈沖載頻落入偵察機瞬時測頻寬帶內，且其脈沖寬度滿足偵察機測頻條件。

(3) 其它條件，指雷達發射信號的其他參數能夠被偵察機正常檢測和測量。

由于各次截獲事件滿足獨立性和無后性，可采用泊松流描述。根據該流的性質，在T時間內發生k次重合的事件包括：

(1) 在起始時刻發生1次重合，在后序時間內又發生k-1次重合；

(2) 在起始時刻未發生重合，在后序時間內發生k次重合。

該事件的概率為：

(2)

(3)

代入式(1)，得：

(4)

(5)

(6)

當k=1時，截獲概率：

(7)

2.3　雷達有源干擾機的可用度[8]

對雷達產生有效干擾，最終需由雷達有源干擾機通過向雷達輻射有針對性的干擾射頻信號來實現。因此，雷達有源干擾機的可用度是干擾效果的決定性因素之一，與以下條件有關：

(1) 干擾機的干擾頻段能夠瞬時覆蓋雷達工作頻率的概率Pc1；

(2) 干擾機必須有足夠的有效輻射功率，功率有效度概率Pc2；

(3) 干擾機發射波束指向在方位上對準雷達天線的概率Pc3。

因此，在不考慮干擾機故障率和艦上電磁頻譜管控限制條件下，雷達干擾機的可用度為：

Pc=Pc1Pc2Pc3

(8)

由于受艦上條件限制，通常電子偵察天線與雷達干擾天線收發隔離度不夠。為確保對雷達信號參數的實時跟蹤，電子對抗系統需工作在時分模式下。在一個干擾周期內，一部分時間內雷達干擾機不發射干擾信號，留給雷達偵察機對雷達信號及時觀測，另一部分時間內雷達干擾機發射干擾信號。雷達干擾機可用度(可用概率)可定義為：

Pc=Pc1Pc2Pc3λ

(9)

式中：λ為時分工作比系數，0≤λ≤1。

由此看來，在開環干擾引導系統中，艦載雷達有源干擾機可用度Pc由偵察和干擾天線間的隔離度和雷達偵察機測向誤差決定。

2.4　雷達干擾機能夠產生有效干擾信號的概率

雷達干擾機產生有效干擾信號的概率與同時干擾目標數、被干擾雷達技術體制以及所采用的干擾方式等有關。被干擾雷達的技術體制決定了所采用的干擾方式。雷達偵察機偵測時存在著分選識別正確概率，所采取的干擾方式是在雷達偵察機正確測量、分選、識別雷達信號技術特征參數的基礎上，由干擾決策根據先驗知識確定干擾方式。干擾方式選擇的有效性與先驗知識、對作戰對象的研究及日常訓練有關，這些因素目前還難以給出定量描述。

可假定在上述因素確定的條件下，同時多目標干擾時在時域上分析雷達干擾機產生有效干擾信號的概率。

在高密集復雜電磁環境中，電子戰系統接收到的脈沖流是多部雷達輻射信號的總和，是隨機的，滿足負指數分布。隨著環境中輻射源數量和重頻類型的增加，脈沖流具有平穩性(即到達脈沖的概率只與時間間隔有關，而與到達時刻無關)、普遍性(即在較小的時間間隔內同時到達2個或2個以上脈沖的概率很小)、無后效性(即脈沖在給定的瞬間，到達的概率與該瞬間前后有無信號無關)。雷達有源干擾的實質是在目標信號出現的時刻(即時間干擾窗內)將干擾激勵信號發射出去，因此，假定雷達干擾機中時間干擾窗總能精確地預測目標的出現時刻，則時間干擾窗的總和是雷達偵察機接收到的脈沖流的子流。根據隨機過程論可知，它同樣具有平穩隨機性。

根據概率論，對一部雷達信號n進行干擾，如果信號重頻為Tn, 脈寬為τn，干擾選通時間為jn，jn是一個覆蓋τn的干擾時間窗口，則該雷達信號n出現干擾的概率(干擾占空比)為：

Pnj1=jn/Tn

(10)

干擾不出現的概率為Pnj0=1-Pnj1。

如果雷達干擾系統同時干擾N部雷達輻射源，則對一部雷達信號能夠產生干擾信號的概率為：

(11)

為了便于分析，在此引入干擾信號產生效率的概念，即在多信號干擾時，單部雷達干擾信號產生效率定義為多信號干擾時對單部雷達干擾信號產生的概率與單信號干擾時干擾信號產生概率的比率：ηnj=Pnj/N/Pnj1×100%

(12)

同理，多信號干擾時，總的可干擾概率為：

(13)

總的能夠產生有效干擾信號的概率為：

(14)

總的不能產生干擾信號概率(干擾選通時間重疊)為：

(15)

則總的干擾信號產生效率為：

ηj=PNj1/PNj×100%

(16)

事實上，在多個信號的干擾時間窗重疊時，雷達干擾系統總是在重疊時間上選擇一個信號進行干擾。假定重疊時信號的選擇是按時間到達的先后進行選擇，則每個信號被選中的概率是相同的，即是等概率的。公式(11)修改為：

(17)

假定重疊時信號的選擇是按優先級進行選擇，則每個信號被選中的概率是不相同的，與信號的優先級有關，公式(17)的第2項對于不同優先級的信號是不同的。

若N部信號的優先級各不相同，即有N個優先級，不妨規定信號序號與優先級號相同，則第n部信號的優先級為n，同時規定優先級n越小，優先等級越高，這樣，對第n部信號的有效干擾信號產生概率為：

(18)

規定：

對于第1部信號，威脅等級最高，由公式(18)可得到信號的有效干擾概率為：

(19)

則根據公式(10)，若僅在時域上考慮，第1部信號的干擾效率為100%，顯然與實際情況基本相符。

若N部信號中有M部信號的優先級相同，對于不同優先級信號，有效干擾概率同樣由公式(18)算得；對于優先級相同的M部信號，它們在信號干擾時間重疊時的選取概率應該是相同的，假定比該信號優先級高的信號有K部，則能夠產生有效干擾信號概率為：

(20)

2.5　本艦電磁頻譜管控影響概率

艦艇在執行防空反導作戰任務時，通常會調度全艦軟硬武器系統和各種傳感器資源，軟硬武器同時使用，存在艦上用頻設備間頻率資源使用競爭問題，必須對艦上各用頻設備在時域、頻率上進行有效的管理。由于電子對抗系統頻率寬的特點，一般需要給艦上其它武器系統避讓必要的時間或頻率資源，對雷達有源干擾機干擾效果造成不可忽略的影響。不同的艦艇配置的武器系統不同，所占用的頻譜資源不同，影響的程度也就不同。

通常艦載雷達占用的頻帶在雷達有源干擾機的工作頻帶內時，電磁頻譜管控的基本方式是：對雷達與雷達有源干擾機間電磁兼容性管控采用在時域或頻域上匿影的方式。

在頻域管控上，雷達干擾機在發射干擾信號時需避讓某部雷達的工作頻率，利用本艦電磁頻譜管控提供的相關波門。簡單起見，這里不考慮反艦導彈末制導雷達工作頻帶一部分在避讓頻帶內、一部分不在的情況。如果來襲反艦導彈末制導雷達工作頻率不在干擾機避讓的頻帶內，則雷達干擾機發射干擾信號的概率為1;反之，需在相關波門內進行頻率避讓。

本艦電磁頻譜管控對雷達干擾機發射干擾信號的影響概率為：

(21)

3結束語

從本質上說，電子戰是一種互相對抗的科學。電子戰包括對敵人所采取的電子措施進行偵察和干擾，而這些偵察、干擾措施就成為反偵察、反干擾的對象，反偵察、反干擾措施反過來又可能被對方所擾亂[9]。雷達技術在不斷發展，電子戰系統也在不斷發展、更新。雷達有源干擾系統干擾效能指標研究是一個永恒的研究課題，本文根據筆者針對艦載雷達有源干擾系統干擾效能指標體系，從電子對抗系統作戰角度出發，基于作戰使用過程分析方法，分析了影響艦載雷達有源干擾系統干擾效能的主要因素，提出了干擾效能指標度量及計算方法。提出滿足作戰使用要求的雷達有源干擾系統干擾效能指標體系是一項艱巨而復雜的任務，還有很長的路要走。

有關有源干擾效能問題，從目前公開的資料報道來看，仍然是仁者見仁，智者見智，至少在作戰層面，還沒有形成一整套的理論體系，還有待于繼續研究取得突破。

參考文獻

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[9]阿爾弗雷·德普萊斯.美國電子戰史(第3卷)[M].中國解放軍總參謀部四部譯.北京：解放軍出版社，2002.

Research into Effectiveness Evaluation of Active Jamming to Shipboard Radar

ZOU Feng

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Abstract:This paper analyzes the current situation of active jamming effectiveness to shipboard radar,studies the factors to affect anti-ship missiles efficiency,discusses the basic flow that shipboard radar active jamming against anti-ship missile,puts forward a kind of jamming efficiency evaluation method based on combat mission and process of radar jamming system,establishes the mathematical model and calculation method of jamming effectiveness evaluation.

Key words:radar active jamming;anti-ship missiles;effectiveness evaluation;mathematical model

收稿日期:2015-07-06

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.05.012

中圖分類號：TN972.1

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2015)05-0052-06