多波束分時壓制干擾建模與仿真*

戎 華 陳 求

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

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多波束分時壓制干擾建模與仿真*

戎 華 陳 求

(海軍大連艦艇學院 大連 116018)

多波束分時壓制干擾能夠利用有限的干擾資源對多批威脅目標實施干擾,但由于采用了波束切換體制設計,會出現脈沖丟失的現象,影響多目標壓制干擾效果。文章分析了脈沖丟失原因,建立了多波束分時壓制干擾模型,并仿真分析了復雜電磁環境條件下,干擾脈沖持續時間和輻射源重頻對壓制干擾概率的影響,給出了壓制干擾概率下降程度,對多目標分時壓制干擾決策具有參考價值。

多波束分時壓制干擾; 脈沖持續時間; 脈沖丟失; 壓制概率

Class Number TP391

1 引言

多波束分時壓制干擾通過電子偵察,依據目標威脅等級進行干擾排序,通過對輻射源信號的脈沖到達時間預測和干擾波束的瞬時切換實現對多目標的動態干擾。這種設計體制一定程度上將有限的干擾資源進行了最優化利用,同時也在波束切換過程中出現了脈沖丟失現象,影響了干擾效果。但目前的研究還停留在對脈沖丟失概率的建模分析[1,10],本文在分析脈沖丟失概率的基礎上,進一步對多波束分時壓制干擾概率進行了建模仿真。

2 分時壓制干擾建模

干擾機對多目標輻射源進行壓制干擾是通過分時波束切換實現的,某一特定時刻干擾機波束只能干擾一個輻射源,因此,在計算出“一對一”[2～3]壓制干擾概率后,再將脈沖丟失概率折算到其中,就可以得到某一時間段內的“一對多”壓制干擾概率。2.1 單目標壓制干擾建模[4～5]

單部干擾機在某一時間間隔內對目標雷達“一對一”的壓制干擾概率可以表示為

(1)

(2)

式中,fr為雷達脈沖重復頻率；y0為檢測門限；Pt為雷達發射功率；Gt為雷達發射天線增益；σ為目標的有效反射面積；Δfj為干擾機的通頻帶；φ為雷達掃描扇角；L為雷達功率損耗因子；K為波爾茲曼常數；Δfr為雷達接收機的通頻帶；Pj為干擾機發射功率；Gj為干擾機天線主瓣方向上的增益；θ0.5為雷達天線半功率波束寬度；θ(t)為雷達與目標連線和雷達與干擾機連線之間夾角；Rj(t)為干擾機至雷達的距離；R(t)為被掩護目標至雷達的距離,干擾機、 被掩護目標、 雷達的位置關系如圖1所示[6～7]。

設敵機抵達攻擊位置的距離為R0,即干擾任務的終止分配時刻為t2,敵機速度為v,干擾機坐標為(xj,yj,0),則有：

(3)

(4)

(5)

設φ為敵機航向與x軸夾角,則有：

(6)

(7)

圖1 干擾機、雷達、被掩護目標之間的位置關系圖

2.2 多目標壓制干擾建模

2.2.1 影響分時壓制效果因素分析

對圖2進行分析可知,單部干擾機在對多個雷達目標實施干擾時,主要分為三個時間段： 1) 對f1的干擾持續時間τ1,當多個輻射源的脈沖信號同時出現時,必然會出現脈沖重疊,在τ1時間段內,干擾機無法對其他不同頻率的脈沖信號實施干擾,產生脈沖丟失； 2) 波束切換時間τ2,在此時間段內,如有輻射源脈沖信號出現,干擾機無法對其進行干擾,也會產生脈沖丟失； 3) 干擾偵察時間(包括實施干擾和偵察的相互轉換時間)τ3,在此時間段內如有輻射源脈沖信號出現,干擾機無法對其進行干擾,也會產生脈沖丟失。以上產生的脈沖丟失現象,由于丟失的脈沖沒有被有效干擾,從而影響了整體的干擾概率,是造成多目標分時壓制干擾效果下降的重要原因[8]。

2.2.2 脈沖丟失概率計算

1) 干擾持續時間τ1內脈沖丟失概率[9～10]

當單部干擾機對多個輻射源目標實施分時壓制干擾時,可以認為各輻射源的脈沖到達時間在統計概率上是相互獨立不相關的,在τ1內到達的n個脈沖的概率服從泊松(Poisson)分布,即：

(8)

式中,ρ為平均脈沖密度。則在τ1時間內出現多于一個脈沖達到的概率Pn>1(τ1),即τ1時間內脈沖丟失的概率可表示為

Pn>1(τ1) =P2(τ1)+P3(τ1)+…

=1-(1+ρτ1)exp(-ρτ1)

(9)

2) 波束切換時間τ2內脈沖丟失概率

在脈沖波束切換時間內由于出現新脈沖,干擾機不能對新出現脈沖實施干擾,因此,在τ2和時間內脈沖的丟失概率Pn≥1(τ2)可表示為

Pn≥1(τ2)=1-exp(-ρτ2)

(10)

3) 干擾偵察時間τ3內脈沖丟失概率

在電子偵察和電子干擾的相互轉換時間內,干擾機同樣無法對新出現的脈沖實施干擾,因此,在τ3和時間內的脈沖丟失概率Pn≥1(τ3)可表示為

Pn≥1(τ3)=1-exp(-ρτ3)

(11)

4) 干擾機實施多目標干擾時總脈沖丟失概率

PL=Pn>1(τ1)+Pn≥1(τ2)+Pn≥1(τ3)

(12)

干擾機實施多目標干擾時,總脈沖的丟失概率反映了相較于干擾機實施單目標干擾的干擾效果下降程度。

2.2.3 多目標分時壓制干擾概率

在實際海戰場環境下,被干擾雷達輻射源的重頻、脈寬以及干擾時所采用的帶寬都不相同,通過計算機仿真可以得到單部干擾機對多目標實施分時壓制干擾時的脈沖丟失概率,如果將脈沖丟失概率折算到干擾機的功率損耗,則當干擾機對N部雷達輻射源實施分時壓制干擾時,對某一部雷達輻射源的壓制概率可表示為

(13)

γ=1-ηPL

(14)

式中,γ為多目標分時壓制干擾下的功率損耗因子,η為修正系數,由裝備試驗確定。

3 建模仿真流程

對多波束分時壓制干擾的數學模型,可以通過計算干擾機對多個輻射源目標進行分時壓制干擾的壓制概率得出,計算機建模仿真可按圖2所示流程進行。

圖2 建模仿真流程

4 仿真分析

1) 定量參數賦值

令檢測門限y0=27；雷達發射功率*雷達發射天線增益PtGt=20KW；目標的有效反射面積σ=20000m2；干擾機的通頻帶Δfj=2*雷達接收機的通頻帶Δfr；雷達掃描扇角φ=90°；雷達功率損耗因子L=6； 干擾機發射功率*干擾機天線主瓣方向上的增益PjGj=120KW； 雷達天線半功率波束寬度θ0.5=1.5°；η=0.8；波束切換時間τ2=4μs；偵察時間τ3=6μs; 干擾時間間隔t2-t1=2000s； 雷達與目標連線和雷達與干擾機連線之間夾角θ(t)=0；干擾機至雷達的距離Rj(t)=被掩護目標至雷達的距離R(t)=300000m,目標速度v=400,干擾機坐標為(xj=30000,yj=30000,0)。

2) 變量參數賦值

令雷達脈沖重復頻率fr分別為2000/3000/ 4000/5000；干擾脈沖持續時間τ1分別為20μs、30μs、40μs、50μs。

3) Matlab程序仿真

對多批重頻分別為2000/3000/4000/5000、脈沖寬度為5μs,但頻率不同、方位不同的雷達進行干擾,當干擾脈沖持續時間τ1分別為20μs、30μs、40μs、50μs時,雷達壓制概率和干擾目標批數關系如圖3所示。

圖3 雷達壓制概率和干擾目標批數關系

由上圖可知,當目標為重頻較低的常規輻射源時,即使干擾持續時間延長,干擾機仍可保持對8批目標實現80%以上的干擾成功概率；當目標為重頻較高的輻射源時,隨著脈沖丟失概率的上升,干擾成功概率下降。當目標重頻達到5000時,只能對1批目標實現80%以上的干擾成功概率,干擾效果嚴重下降。

5 結語

多波束分時壓制干擾效果主要受干擾目標重頻和干擾脈沖持續時間影響。當干擾機所處電磁環境中平均脈沖密度一定的情況下,受干擾持續時間延長影響,多波束分時壓制干擾的多目標干擾批數銳減,壓制干擾效果降低；干擾機所處電磁環境中平均脈沖密度越高,干擾成功概率越低。

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Multi-beam Time-shift Noise Jamming Modeling and Simulation

RONG Hua CHEN Qiu

(Dalian Navy Academy, Dalian 116018)

The multi-beam time-shift noise jamming can utilize the limited jamming resources on many threaten targets, but it usually causes pulse loss for using time-shift beam switching system which can affect the effect of noise jamming. This paper analyzes causes of pulse loss, builds the multi-beam time-shift noise jamming model. Then the paper simulates the impact of duration of jamming pulse and repetition frequency of radiation source within the complex electromagnetic environment, gives the degree of decline of multi-beam time-shift noise jamming that has reference value to the operational decisions.

multi-beam time-shift noise jamming, duration of pulse, pulse loss, jamming probability

2016年5月17日,

2016年6月20日

戎華，女，博士，教授，博士生導師，研究方向：電子對抗及信息戰。陳求，男，碩士研究生，研究方向：電子對抗及信息戰。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.11.005