雷達對抗裝備最小干擾距離試驗仿真

(解放軍91404部隊,河北 秦皇島 066001)

現代高科技戰爭中,高性能雷達與雷達對抗裝備的對抗與反對抗對戰場局勢影響越來越大[1],因此世界各國非常重視雷達對抗裝備的試驗鑒定,力求在逼真作戰環境下充分檢驗雷達對抗裝備的性能[2]。本文對典型場景下雷達對抗裝備最小干擾距離試驗中的能量與干信比進行計算,獲得雷達跨界距離。最后,比較了高斯噪聲干擾樣式和非高斯噪聲干擾樣式的干擾效能。

1 遮蓋性干擾原理

雷達干擾的目的是擾亂或破壞雷達對真實目標信息的檢測。遮蓋性干擾又稱壓制性干擾,作戰意圖是通過發射類似噪聲或者噪聲干擾信號來壓制或遮蓋敵方雷達檢測目標回波信號,阻礙或破壞敵方雷達對目標平臺的發現和參數測量[3]。

雷達獲取目標信息的過程如圖1所示。雷達發射電磁波信號ST(t),電磁波在目標處反射,受到目標的角度、距離、速度等參數特性的調制形成回波信號SR(t),雷達接收機對回波信號進行放大、濾波和解調從而獲取目標的角度、距離、速度等信息。遮蓋性干擾通過在回波信號SR(t)中引入人為噪聲或類似噪聲來降低雷達檢測目標信噪比(SNR),在給定虛警概率的條件下,檢測概率會隨SNR降低而降低[4],從而造成雷達目標檢測的困難。

2 最小干擾距離試驗分析

2.1 試驗簡介

最小干擾距離是雷達與雷達對抗裝備安裝平臺間的最小距離。最小干擾距離試驗主要在外場進行,要求雷達對抗裝備采用壓制性干擾樣式。若安裝平臺為艦船,試驗的主要步驟如下所示:

圖1 雷達探測原理示意圖Fig.1 Diagram of radar detection principle

(1)試驗艦船處于漂泊狀態,并保持一舷面向配試雷達。

(2)配試雷達跟蹤試驗艦船。

(3)雷達對抗裝備對配試雷達實施壓制性干擾,同時兩者運行使相對距離變小,記錄配試雷達發現試驗艦船的距離。

(4)對每次發現試驗艦船距離求均值即可得到該型雷達對抗裝備對配試雷達的最小干擾距離。

2.2 干信比計算分析

最小干擾距離試驗中雷達對抗裝備需使用遮蓋性干擾方式。

衡量干擾機能力的主要因素[5]為有效工作帶寬及有效輻射功率(ERP),有效輻射功率

(1)

式中:PJ為干擾機峰值功率;GJ為干擾機天線增益;LJ為干擾機總損耗。

自衛干擾[6]是指雷達對抗裝備為保護安裝平臺所實施的主瓣干擾。設雷達的峰值功率為Pt,發射天線增益為Gt,輻射電磁波波長為λ,脈沖寬度為τ,天線孔徑為dr,工作帶寬為Br,接收機損耗為L。若有一個目標的雷達散射截面積(RCS)為σ,與雷達距離為R,則雷達接收到該目標的脈沖功率

(2)

若該目標上安裝有源干擾機,并對雷達實施自衛干擾,則雷達接收到的有源干擾功率

(3)

式中:BJ為干擾機工作帶寬。已知雷達天線孔徑dr與雷達接收天線增益Gr、雷達輻射電磁波波長λ有關,如下所示:

(4)

將式(4)代入式(3)可得

(5)

由式(2)和式(5)可得自衛干擾時雷達接收信號的干信比為

(6)

對于同一雷達,有

Gt=Gr=G

(7)

則式(6)為

(8)

當雷達使用脈壓體制時,設雷達時間帶寬積[7]為Gpc。Gpc計算式如下所示:

Gpc=Brτ

(9)

將式(9)代入式(8)可得

(10)

若干擾樣式采用高斯噪聲樣式,在雷達接收機端需要以處理雷達噪聲功率相同的方式處理干擾信號[8],此時干信比為

(11)

式中:T0為等效噪聲溫度;k為玻爾茲曼常數;N為噪聲強度。

由于雷達對抗裝備發射到雷達的干擾電磁波是單程傳輸的,雷達接收的目標回波是雙程傳輸的,因此隨著雷達與目標之間的距離不斷減小,干信比逐漸降低。干信比為1時雷達與目標之間的距離稱為跨界距離[9],跨界距離是最小干擾距離試驗航路設計的重要參數。高斯噪聲干擾樣式下跨界距離

(12)

同理,可計算得到非高斯噪聲干擾樣式下跨界距離。

在最小干擾距離試驗中,航路設計時要求雷達與雷達對抗設備平臺的最小距離小于跨界距離,最大距離的設計需考慮雷達正常跟蹤平臺的情況。

3 仿真分析

在最小干擾距離試驗中,假設雷達的峰值功率Pt=40 kW,天線增益G=35 dB,輻射電磁波載頻f=10 GHz,波長λ=3 cm,脈沖寬度τ=50 μs,工作帶寬Br=6.32 MHz,接收機損耗L=0.01 dB,時間帶寬積Gpc=25 dB,平臺目標的RCS為10 000 m2,干擾機峰值功率PJ=200 kW,干擾機天線增益GJ=10 dB,干擾機帶寬BJ=10 MHz,干擾機總損耗LJ=0.1 dB。雷達與目標之間的距離從50 km減小到0.1 km,采用非高斯噪聲干擾樣式,航行示意圖如圖2所示。

圖2 最小干擾距離試驗航路示意圖Fig.2 Diagram of minimum jamming distance test

目標與雷達之間距離和信號強度關系如圖3所示,并算得跨界距離為5.07 km。在不同距離條件下的干信比如圖4所示。隨著雷達與目標之間距離減小,干信比迅速減小。在航路中的某一臨界距離,雷達能夠濾除壓制性干擾影響并發現目標,臨界距離對應的干信比即壓制系數。

圖3 信號強度和雷達與目標之間距離的關系(非高斯噪聲)Fig.3 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

若使用高斯噪聲干擾樣式,設定等效噪聲溫度T0=25 ℃,可得相同情景條件下目標回波信號和目標與雷達之間距離的關系,如圖5所示,同時算得跨界距離為5.07 km。在不同距離條件下的干信比如圖6所示。通過干信比數據發現,非高斯噪聲干擾樣式和高斯噪聲干擾樣式的干信比相差不大,干擾樣式對試驗過程中的能量數據影響較小。

圖4 干信比和雷達與目標之間距離的關系(非高斯噪聲)Fig.4 Relationship of JSR and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

圖5 信號強度和雷達與目標之間距離的關系(高斯噪聲)Fig.5 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (Gaussian noise)

4 結語

干信比是雷達對抗裝備最小干擾距離試驗需要考慮的重要因素之一,本文對典型試驗情景下的干信比、跨界距離等數據進行計算,研究結果可用于試驗航路規劃和設計。仿真結果表明,非高斯噪聲干擾樣式和高斯噪聲干擾樣式下雷達接收信號的干信比相差不大,干擾樣式對試驗過程中能量數據的影響較小。

圖6 干信比和雷達與目標之間距離的關系(高斯噪聲)Fig.6 Relationship of JSR and distance between radar and objective (Gaussian noise)

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