匿影管理對艦載電子偵察裝備影響的仿真

隨著艦載裝備信息化程度的提高,大量新型電子武器裝備需要在相對狹小的海上平臺同時工作,因此需要采用電磁兼容管理設備協調全艦電子武器裝備的電磁兼容問題[1]。電磁兼容管理設備對艦載電子偵察裝備的管理,在保障電子偵察裝備與其他裝備協調運行的同時,也會對電子偵察裝備截獲信號的能力造成影響,這種影響直接關系到艦艇作戰時對敵方雷達信號的偵察能力[2]。

要在外場條件下檢測電磁兼容管理設備對艦載電子偵察裝備截獲信號能力的影響,就需要較多參試裝備,技術難度大且消耗時間長。為最大限度地降低消耗和提高效率,需要探索電子偵察裝備信號偵收能力受電磁兼容管理設備影響的仿真方法。

1 電磁兼容管理原理

電磁兼容管理設備對艦載電子偵察裝備的管理分為時域和頻域2種方式。

1.1 頻域管理

電磁兼容管理設備的頻域管理主要是在電子偵察裝備與本艦作戰優先級更高的電子裝備信號頻段發生沖突時,對電子偵察裝備使用濾波器進行濾波管理。由于電子偵察裝備的偵收信號頻域較寬,對裝備全頻段進行濾波的成本很高,因此對電子偵察裝備的頻域管理一般只少量應用于對本艦連續波或者高重頻信號裝備工作頻帶內的濾波,管理效果比較簡單直觀。

1.2 時域管理

電磁兼容管理設備的時域管理主要是匿影管理。匿影管理是在本艦雷達開機工作時,先由雷達向電磁兼容管理設備發送雷達開機報文,再由電磁兼容管理設備根據已開機雷達的時域參數產生匿影脈沖,匿影脈沖寬度一般不小于本艦雷達脈沖寬度。在匿影脈沖存在的時段內,電子偵察裝備采用降低自身偵察靈敏度或者直接切斷偵察通道的方法,減少本艦雷達信號對偵察分選識別的影響,以達到在本艦雷達工作時對電子偵察裝備進行電磁兼容管理的目的[3]。匿影管理工作原理如圖1所示。

圖1 匿影管理工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of blanking management principal

2 模型關鍵參數分析

預設態勢為目標雷達信號滿足電子偵察裝備靈敏度要求,并且電子偵察裝備只在目標雷達理論波束角內接收信號。不考慮信號副瓣偵收能力[4]的目標雷達信號波束如圖2所示。

圖2 目標雷達信號波束示意圖Fig.2 Schematic diagram of target radar signal beam

設目標雷達天線掃描周期為Ts,重復周期為Tc,波束寬度為α,脈沖寬度為τm,仿真運算次數為M。電磁兼容未管理時在目標雷達每個掃描周期內偵收到的理論脈沖數

(1)

由式(1)可見,電磁兼容管理前電子偵察裝備對雷達偵收的理論脈沖數只與目標雷達天線掃描周期Ts、波束寬度α和重復周期Tc有關。

電磁兼容管理后,電子偵察裝備的偵察窗口受本艦各雷達共同產生的匿影脈沖控制,只能在匿影脈沖之外的時間窗口偵收信號。設本艦雷達重復周期為Tb,脈沖寬度為τb,本艦涉及匿影管理的雷達為n部。由于本艦雷達匿影脈沖受本艦各雷達重復周期和脈沖寬度共同影響,因此本艦雷達匿影函數可表示為S(Tb1,τb1,…,Tbn,τbn)。由于目標雷達脈沖在時間軸上的長度和位置與目標雷達天線掃描周期Ts、重復周期Tc、波束寬度α、脈沖寬度τm都有關聯,因此計算本艦匿影脈沖在時間軸上與目標雷達脈沖重疊數量的脈沖重疊函數可以表示為C(S,Ts,Tc,α,τm)。由于成功偵收到的脈沖數N0是在N的基礎上減少了與本艦匿影脈沖發生重疊的目標雷達脈沖數,結合式(1),匿影管理后的脈沖數

(2)

當N0小于信號分選所需的最小脈沖數Nmin時,該掃描周期目標雷達信號偵收失敗。統計態勢下仿真失敗次數Mf,可得出各態勢下偵收失敗率

(3)

由于脈沖重疊函數C的內部參數關系是未知的,在仿真中可以運用構建真實脈沖重疊場景的方法對函數C進行模擬,分析N0中各參數對偵收失敗率影響的規律。

3 仿真實現

3.1 仿真環境

仿真環境是由本艦雷達和外界目標雷達兩部分構成,在Windows操作系統下采用VC++.net進行仿真[5]。用布爾數組存儲雷達信號,首先創建若干動態數組存儲本艦雷達信號,然后根據本艦雷達信號時域特性動態創建與之對應的數組元素,通過循環法進行數據填充和逐個元素比對生成匿影數組,匿影數組與包含掃描周期、重復周期、脈沖寬度、波束寬度態勢信息的外界信號數組進行比對運算,得出需要的仿真結果。

3.2 確定成功偵收的判別標準

設定電子偵察裝備成功完成信號分選的最小脈沖數為Nmin,信號脈沖數小于Nmin則判定為偵收失敗。

3.3 仿真參數設置

為便于進行時間統計,將目標雷達掃描周期單位定義為雷達天線完成1次轉動的用時長度(s·r-1),變化范圍設置為1～31 s·r-1,每次變化步長為1 s·r-1;重復周期變化范圍為50～5 000 μs,每次變化步長為10 μs;選取9種脈沖寬度和3種波束角度。

表1 雷達重頻和脈寬設置

按照表1所示的海戰場復雜電磁環境中雷達信號時域特性分布的一般規律設置本艦雷達重復周期和脈沖寬度。

若本艦涉及匿影管理的雷達數量為n部,當雷達開機數量少于n部時,構建的匿影波形比n部雷達同時開機時占空比更小,理論上此時的電子偵察裝備偵收失敗率曲線大部分都將落在n部雷達同時開機的管理曲線與無電磁兼容管理時曲線之間的區域,所以對n部雷達同時開機的態勢進行仿真即可得到最具代表性的影響效果數據。

4 仿真結果分析

圖3所示為目標雷達掃描周期對電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時,目標雷達掃描周期達到8 s·r-1已能使本艦電子偵察裝備偵收的脈沖數不少于Nmin。電磁兼容管理時,一直到31 s·r-1仍有少數態勢點偵收的脈沖數不少于Nmin。電磁兼容管理對電子偵察裝備偵收失敗率的影響總體上隨掃描周期增大呈下降趨勢,但在1～8 s·r-1的區間內不是如電磁兼容未管理曲線那樣單純下降,而是根據本艦雷達時域參數設定的不同在特定掃描周期點上有高低變化。

圖3 失敗率與掃描周期關系Fig.3 Relationship between failure rate and scanning period

圖4所示為目標雷達的重復周期對電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時目標雷達信號重復周期達到700 μs才有失敗樣本出現,電磁兼容管理時最小從260 μs起就已經有個別樣本偵收失敗,從460 μs起連續地出現偵收失敗樣本。

圖4 失敗率與重復周期關系Fig.4 Relationship between failure rate and repetition cycle

電磁兼容管理對電子偵察偵收失敗率的影響總體上隨重復周期增大呈上升趨勢,影響程度波動變化較頻繁。在對應本艦匿影信號重復周期的整數倍點上有完全阻止偵收的影響效果,所以當外界信號接近本艦雷達重復周期整數倍時,電磁兼容管理對偵收能力的影響程度很大。

圖5所示為目標雷達的脈沖寬度對電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時偵收失敗率基本沒有變化,說明在沒有電磁兼容管理的情況下脈沖寬度的改變對到達本艦的脈沖數影響不大。電磁兼容管理時偵收失敗率總體上隨脈沖寬度增大呈上升趨勢,影響程度基本無上下波動,對應本艦雷達時域參數設定的影響程度會有所改變。

圖5 失敗率與脈沖寬度關系Fig.5 Relationship between failure rate and pulse width

圖6所示為目標雷達的波束寬度對電子偵察裝備偵收能力的影響,電磁兼容管理狀態下偵收失敗率比未管理狀態下高。目標雷達的波束寬度越小,電磁兼容管理對電子偵察裝備的影響程度就越明顯。電磁兼容管理對電子偵察裝備偵收能力的影響總體上隨波束寬度增大呈下降趨勢。

圖6 失敗率與波束寬度關系Fig.6 Relationship between failure rate and beam width

5 結語

本文研究了電子偵察裝備在電磁兼容時域管理條件下對偵收能力構成影響的主要因素,給出了研究艦載電磁兼容管理設備的匿影控制對電子偵察裝備偵收能力影響的仿真方法。電子偵察裝備的偵察能力是電子對抗系統預警和干擾作戰能力的基礎[6],面對越來越復雜的全艦復雜電磁環境,電子偵察裝備的電磁兼容設計變得越來越重要,必須在方案設計階段就予以足夠的重視。

參考文獻:

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