雷達對空探測威力表征計算方法研究

余華+吳文全+劉嵐

摘要：針對雷達研制廠所給出的雷達探測垂直威力圖的局限性，提出了雷達對空探測威力的一種新的表征形式，為雷達對不同RCS目標在各高度突防時的最遠發現點在地球曲面上的投影距離，該投影距離能體現防空作戰中雷達對戰斗機攻擊行動的快速反應能力。隨后給出該威力表征形式的計算方法，最后計算了某典型中低空搜索雷達的探測威力，結果表明，該雷達對高空和300m以下高度突防戰斗機的探測能力較弱，尤其是針對高空突防的隱身戰斗機。

關鍵詞：雷達探測威力；中低；表征方法

中圖分類號：TN959文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.029

1引言

雷達研制廠所在交付裝備時會給出雷達探測垂直威力圖，從該圖中能直接讀取雷達對不同高度（仰角）空中目標的最大探測距離值，這些指標值根據雷達技術參數和目標RCS大小經雷達方程計算得出，并通過檢飛試驗驗證[1]。然而該雷達威力圖并不能全面反映對空警戒雷達在目前典型防空戰術背景條件下的探測能力，主要局限性體現在兩個方面：一是垂直威力圖給出的指標值僅是針對指定RCS目標的計算結果，不同目標的RCS不同，垂直威力圖不能直接給出雷達對其他RCS目標的探測能力；二是垂直威力圖不能詳細描述雷達對低空突防目標的探測能力。圖1是某典型中低空搜索雷達對RCS為2m2目標探測的垂直威力圖[2]，該圖給出了雷達對2000m以上高度飛行目標的探測能力，而未能給出雷達對2000 m以下高度目標的探測能力。現代戰爭表明，戰斗機在攻擊行動中，通常會選擇在較低的高度進行突防，雷達對低空目標的探測是雷達探測能力評估的一個重要關注點。論文針對雷達探測垂直威力圖的上述局限性，提出了雷達探測威力的新的表現形式及其計算方法，利用該方法計算雷達對典型空中目標的探測威力，并對計算結果進行進一步分析。

2雷達探測威力表現形式及計算方法

戰斗機在進行反艦和對地攻擊行動時，通常會選擇在某個高度層進行突防，當逼近至導彈的射程之內時開始發射導彈。如果在戰斗機突防階段能及時發現目標，并在導彈發射之前進行有效攔截，能大大提高防空作戰的效能[3]。基于以上原因，提出雷達對空探測威力的表現形式，為雷達對不同RCS目標在不同高度條件下最遠發現點在地球曲面上的投影距離（簡稱為水平距離）。與反艦導彈或對地攻擊導彈的射程相比較，水平距離能直觀反映防空作戰中雷達對戰斗機攻擊行動的快速反應能力，

首先根據目標RCS、雷達威力圖和雷達方程計算雷達對各仰角目標的最大探測距離，然后根據雷達與目標之間的幾何關系計算雷達對各高度層目標探測的水平距離。

可以看出，當目標飛在300 m以下高度飛行時，雷達探測水平小于100 km，而當前服役的機載反艦導彈或者對地導彈的射程大都超過100 km[6]，因此，當中小型戰斗機選擇在300 m以下高度進行突防和攻擊時，雷達無法在導彈發射之前發現目標。因此該區域是中小型戰斗機突防的最佳區域，也是防空預警探測的薄弱區域。

同理，計算雷達對隱身戰斗機在各飛行高度層的水平探測距離如圖5所示。

可以看出，無論隱身飛機從哪個高度突防，雷達探測的水平距離都不超過90 km，小于機載反艦導彈或對地導彈的射程，其中，當隱身飛機在4 500 m以上高度突防時，雷達探測水平距離不超過40 km，并且小于在100 m高度突防時的探測水平距離，所以隱身飛機選擇從高空突防被探測到的概率更低，這是由于對空警戒雷達為有效利用探測能量對天線方向圖進行了低空賦形所致。可以看出，目前常規對空警戒雷達難以對抗高空突防的隱身目標，必須采取有效手段[7-17]。

3結束語

文章提出了在一定戰術背景條件下雷達對空探測威力的表征計算方法，即先根據雷達指標威力圖、目標RCS和雷達方程計算雷達對各仰角目標的最大探測距離，然后利用雷達與目標之間的幾何關系求解出雷達對目標在各高度上最遠發現點在地球曲面上的投影距離。該投影距離能體現防空作戰中信息系統對目標攻擊行動的快速反應能力。可以得到該方法可為艦載和岸基雷達對空探測能力的評估提供定量分析手段。

參考文獻

[1]仇放文.雷達威力試飛技術[J].現代雷達，2011，33（8）：17-20.

[2]賈玉貴編著. 現代對空情報雷達[M]. 北京： 國防工業出版社，2004年4月.

[3]王小謨.雷達與探測-信息化戰爭的火眼金睛[M]， 北京：國防工業出版社， 2008年5月.

[4][美]米切爾 R L著，陳訓達 譯. 雷達系統模擬[M]， 北京： 科學出版社， 1985年.

[5]LEE Moonsik，KATKOVNIK V， KIM Yonghoon. System modeling and signal processing for a switch antenna array radar[J]. IEEE Transactions on Signal Processing， 2004， 52（6）： 1513-1523.

[6]SKOLNIK M I著，南京電子技術研究所譯. 雷達手冊（第三版）[M]. 北京： 電子工業出版社， 2010年.

[7]CLARK J M C，VINTER R B，YAQOOB M M.The shifted Rayleigh filter for bearings only tracking [C].Proc. 8th International Conf. on Information Fusion， Philadelphia，PA，USA，July 2005：93-100.

[8]CLARK J M C，ROBBIATI S A，Vinter R B.The shifted Rayleigh mixture filter for bearings-only tracking of maneuvering targets[J].IEEE Trans. On Signal Processing，2007，55（7）：3218-3226.

[9]MALCOLM W P，DOUCET A，ZOLLO S.Sequential Monte Carlo tracking schemes for maneuvering targets with passive ranging[C]. Proc. 5th Int. Conf. Inform. Fusion， 2002，1：482-488.

[10]BARSHALOM Y， LI X R.Estimation and Tracking： Principles，Techniques， and Software[M]. Norwood， MA： Artech House， 1993.

[11]AKASHI， KUMAMOTO H.Random sampling approach to state estimation in switching environments[J].Automatica，1977，13：429-434.

[12]CHEN R，LIU J S.Mixture Kalman filters[J].J. Roy. Statist. Soc. B， 2000，62（3）：493-508.

[13]DOUCET A，GORDON N J， KRISHNAMURTHY V.Particle filter for state estimation of jump Markov linear systems[J].IEEE Trans on Signal Process， 2001（3）， 49（3）：613-624.

[14]FEAMHEAD P，CLIFFORD P.Online inference for hidden Markov models via particle filters[J]. J. Roy. Statist. Soc. B， 2003， 65（4）：887-899.

[15]WILLIAMS J L，MAYBECK P S.Costfunctionbased Gaussian mixture reduction for target tracking[C]Proc. 6th Int. Conf. Inform. Fusion，2003， 2：1047-1054.

[16]余華，周勤，劉嵐.漂移瑞利混合濾波算法及其在機動目標純方位跟蹤中的應用[J].江西師范大學學報：自然科學版，2015，39（4）：399-403.

[17]余華.漂移瑞利濾波算法及其在純方位跟蹤中的應用[J].計算技術與自動化，2014，33（4）：74-77.

第36卷第1期2017年3月計算技術與自動化Computing Technology and AutomationVol36，No1Mar. 2 0 1 7第36卷第1期2017年3月計算技術與自動化Computing Technology and AutomationVol36，No1Mar. 2 0 1 7