電子干擾機干擾效果評估

亓 亮，李圳峰，李 鵬

(1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101；2.解放軍63969部隊，江蘇 南京 210000)

0 引 言

電子對抗裝備效能評估模型和方法建立在電子戰設備的指標體系基礎上。因雷達與電子戰具有對偶性，是對抗矛盾的2個方面，其表現在指標體系上就是大多數表征雷達抗干擾能力的指標，也是電子戰干擾效能的指標[1]。例如雷達的自衛距離，也是干擾的壓制距離。雷達和電子戰同時也共用一個對抗模型，共用典型場景，是這兩方面必不可少的組成要素?？梢栽诶走_的相關指標體系研究的基礎上，對電子戰的效能指標進行歸納，同時雷達的抗干擾指標也要參考電子戰的效能指標。在此基礎上，利用對偶互易原理，參考雷達的抗干擾效能評估方法，建立電子戰設備的抗干擾效能的評估模型和方法。電子對抗裝備效能評估的模型和方法始終貫穿于整個軍事裝備研制的過程中，在復雜電磁環境中，對裝備作戰效能客觀、準確的評估具有重要意義[2]。

1 效能評估方法

在此擬結合典型對抗場景，采用基于檢測性能變化的壓制性干擾效果評估方法、基于主客觀結合的壓制干擾效果評估方法、基于有源假目標特征的欺騙干擾效果評估方法以及基于多維隸屬度函數的組合干擾效果評估方法。電子戰評估方法框圖如圖1所示。

同時，緊密結合模型和驗證方法，對干擾效果評估的關鍵指標進行多層分解，并結合干擾對抗中涉及的截獲、跟蹤等關鍵環節，區分指標的重要程度，采用邏輯分析法、系統分析法、模糊綜合法進行歸納梳理，最后形成一套體系對抗的綜合評估方法。

圖1 電子戰評估方法

2 采用的評估模型

經查閱國軍標、國防文獻、專家調研并總結多年來模擬仿真成果，電子干擾機干擾效果評估的量化指標主要包括：干擾頻率范圍、干擾壓制范圍、干擾壓制系數、作用距離、測量精度、目標跟蹤穩定性、目標航跡(跟蹤)維持率、發現概率、虛警率、信號相似度、抗壓制干擾性能、抗欺騙干擾性能及綜合效果等。

2.1 干擾壓制系數

壓制干擾系數數學模型為：

(1)

式中：KJ為在所模擬雷達與電子干擾機功率/頻率/信號波形、目標反射截面某一狀態條件下，電子干擾機對所模擬雷達的干擾壓制系數；PJmin分搜索雷達和跟蹤雷達2種情況(作為搜索雷達時為發現概率Pd從0.9下降至0.1時所需的最小干擾功率；作為跟蹤雷達時為壓制干擾下的距離或速度測量精度δXJ，超過無干擾下的測量精度δXNJ3倍時所需的最小干擾功率)；PS為目標回波功率。

干擾壓制系數KJ采用對真實目標探測的基本試驗場景，其評估步驟如下：

(1) 固化測試條件。需固化的條件參數包括：①工作模式、工作方式、信號波形(脈寬、脈重和脈沖積累數)、工作頻率狀態；②電子干擾機功率和天線增益狀態；③目標反射截面。

(2) 測量目標回波/雜波/干擾。具體為：①目標機(艦船)避開試驗區域，試驗區域外設置輻射禁止區，而后系統采用雜波圖控制手段，測量試驗區域無源信標載船位置方向角度分辨單元的海雜波功率PC；②將無源信標載船駕駛到預定位置，探測無源信標得到無源信標回波信號功率值PS=PS+C-PC(PS+C為信雜總功率)；最后電子干擾機釋放干擾，探測無源信標得到干擾信號功率值PJ=PS+C+J-PS+C(PS+C+J為信雜干總功率)。

(3) 測量干擾壓制系數與發現概率(測量精度)及干/信比關系。具體為：系統按最大發射功率在作用距離范圍內探測目標，而后電子干擾機在系統視距臨界位置釋放壓制干擾，系統探測目標并持續衰減發射功率，直至發現概率從0.9降低到0.1或距離/速度測量精度從保精度指標降低3倍，即是干擾壓制臨界點，此時無源信標干擾壓制系數為：

(2)

式中：L為發射功率衰減系數。

試驗后通過數據處理也得出了發現概率(測量精度)與干/信比關系。

(4) 換算成模擬雷達型號干擾壓制系數。按照下列公式所示的數學模型，將本系統干擾壓制系數轉換為主要國外模擬雷達型號的干擾壓制距離、干擾壓制系數。

干擾壓制距離為：

(3)

轉換調整系數模型：

(4)

式中：KJ_SWDX為電子干擾機對所模擬雷達型號的干擾壓制系數；KR0為壓制距離比；KPt為發射功率比；KGt為天線增益比；Kσt為典型的目標反射截面比；KBn為接收機噪聲帶寬比；KJ_WYXB為電子干擾機對系統的干擾壓制系數；R0_SWDX為電子干擾機對所模擬雷達型號的干擾壓制距離門限；KLs為系統損耗比；R0_WYXB為電子干擾機對系統對真實目標探測工作模式的干擾壓制距離門限(注：比值分子為真實目標探測值，分母為所模擬雷達型號值)。

2.2 干擾壓制扇區

干擾壓制扇區在對仿真目標探測試驗場景下進行,具體為：按照天線方向圖間隔5°規劃縱向跑道航線，按照上節方法確定每個干擾壓制臨界距離位置，試后通過數據處理得到主瓣、副瓣、主瓣+副瓣3種情況的干擾壓制扇區。

2.3 欺騙干擾成功比率

欺騙干擾成功比率數學模型為：

(5)

式中：nJ為樣本中欺騙干擾成功次數；ns為樣本數。

欺騙干擾成功比率PJ測試分為靜態目標、動態目標的測試，其測試方法為：系統跟蹤目標后，電子干擾機釋放欺騙式干擾，系統采取抗欺騙干擾手段抗距離、速度欺騙干擾，統計400～500點內成功欺騙比率。

2.4 欺騙干擾相似度

欺騙干擾相似度實質為目標回波信號與欺騙干擾信號的皮爾遜相關系數，其數學模型為：

(6)

式中：n為樣本數，取值400～500；S為回波信號；J為欺騙干擾信號。

欺騙干擾相似度評估方法為：在無干擾條件下系統跟蹤真實目標，采用雜波圖控制手段取得目標回波信號；隨后電子干擾機釋放欺騙干擾，記錄不同波形下的400～500個樣本數據并采集、記錄信/干信號；在試后處理中按照相消原理從信/干信號中剝離出干擾信號，而后利用數學模型求取相關系數。

2.5 目標航跡(跟蹤)維持率

目標航跡(跟蹤)維持率數學模型為：

(7)

式中：nJ.HJ為樣本中形成航跡或跟蹤目標的點數；ns.HJ為航跡或目標點數。

目標航跡維持率KHJ測試分為靜態目標、動態目標的測試，其測試方法為：系統采用邊搜索邊跟蹤工作方式粗跟目標或采取跟蹤加搜索、單目標跟蹤工作方式精跟目標，而后電子干擾機釋放干擾，系統采取抗干擾手段維持目標跟蹤，統計400～500點內粗跟形成航跡或維持精跟的點數。

2.6 目標跟蹤穩定性

目標跟蹤穩定性是對目標跟蹤(分為粗跟和精跟)精度的一種定量指標，需結合探測威力和范圍，參照GJB403 A-98艦載雷達通用規范、GJB74 A-98軍用地面雷達通用規范方法，設置測量精度試驗方法，處理試驗數據，最終形成“坐標測量精度-時間曲線、表格”，借以通過精度起伏情況來評估固化場景條件下的目標跟蹤穩定性。

2.7 作用距離

作用距離是對目標探測威力的一種定量指標，參照GJB403 A-98艦載雷達通用規范、GJB74 A-98軍用地面雷達通用規范方法，結合探測威力和范圍，設置作用距離試驗方法，處理試驗數據，得到固化場景條件下的作用距離下降指標[3]。

2.8 發現概率和虛警率

統計目標探測威力和范圍條件下的目標發現次數(nfx)、目標試驗點數(nm)，經數據處理得到目標虛警率(nxj)，按照(nfx-nxj)/nm得到固化場景、固化輸出信噪比條件下的目標發現概率[4]。

抗壓制干擾性能通過干擾頻率范圍、干擾壓制范圍(暫定：有效空域)、干擾壓制系數、作用距離、測量精度、目標跟蹤穩定性、目標航跡(跟蹤)維持率、發現概率、虛警率等指標，加以綜合評判。

抗欺騙干擾性能通過信號相似度、測量精度、發現概率、虛警率、目標航跡(跟蹤)維持率、目標跟蹤穩定性、欺騙干擾成功比率等指標，加以綜合評判。

干擾綜合效果通過抗壓制干擾性能、抗欺騙干擾性能加以綜合評判。

3 干擾效果評估流程設計

根據系統設計要求等任務輸入，系統對電子干擾機進行的效能評估試驗分成試驗準備、試驗實施和試驗總結3個階段，其工作流程如圖2所示。

電子干擾機性能及干擾效果評估試驗準備，按照試驗任務分解、仿真態勢場景規劃準備、系統準備、全系統聯調4個遞歸環節進行。

試驗任務分解，待試驗任務明確的前提下，制定電子干擾機性能及干擾效果評估試驗大綱，結合試驗場和系統資源，擬制效能評估試驗方案和工作計劃，對試驗大綱進行操作層面上的分解。

仿真態勢場景規劃準備，需結合電子干擾機性能及干擾效果評估試驗方案、工作計劃中關于對仿真目標探測的安排情況，首先對所模擬雷達、探測背景、承載平臺運動特性、模擬目標特性等參數(表所示)進行配置，而后通過軟件配置項對態勢規劃加以合理性功能驗證。

系統準備，需結合效能評估試驗方案中關于雷達承載平臺、試驗區域、試驗工作方式、試驗批次安排等有關事宜，一是做好運輸/吊裝/架設、定位定向測量/裝訂、輻射禁止區測量/裝訂、場地不平度測量/裝訂等試驗場進駐工作；二是檢驗系統的技術狀態，完成開機初始化、通信建鏈、功能檢查、雷達標校、真實目標探測、本地操控等6類工作。

圖2 電子干擾機性能及干擾效果評估試驗工作流程

表1 系統態勢規劃項目

整個系統試驗準備采用遠程操控方式，帶動試驗場參試設備，完成對真實目標探測、對仿真目標探測、信號輻射3種工作模式下的整系統狀態確認工作。

電子干擾機性能及干擾效果評估試驗分主瓣壓制、主瓣欺騙、副瓣壓制、副瓣欺騙、組合干擾5個試驗場景。對于每類試驗場景，需按照方案中有關樣本數、測試范圍要求，本著“對真實目標探測求線、對仿真目標探測求面”的原則來安排各類試驗。為保證試驗充分性，每輪試驗一般安排數據分析、回歸試驗環節。待每類試驗完成后，要按照電子干擾機性能及干擾效果評估方法，依靠雷達顯控臺干擾效果評估軟件配置項，進行單類綜合數據處理、試驗小結和結論確認，得出初步指標評估值與可供支撐的試驗狀態和圖表數據。

電子干擾機性能及干擾效果評估試驗總結建立在單項試驗數據進行綜合深加工的基礎上，對于某類試驗中可能存在的“數據樣本數不足、指標估計值置信度低”等值得商榷的問題，通過具體回歸試驗加以彌補，最終得到系統、全面的指標評估結論，及內容翔實、表述準確、證據充分的試驗報告。

4 干擾效果評估手段設計

綜合考慮經濟性、組織試驗協調等因素，電子干擾機性能及干擾效果評估采用“對真實目標探測有限驗證、對仿真目標探測全面檢驗、仿真態勢場景規劃校驗”三者結合的工程手段。

對于主瓣壓制、副瓣壓制、主瓣欺騙和副瓣欺騙類、主瓣壓制/欺騙組合、副瓣壓制/欺騙組合的干擾樣式場景，可采取對真實目標探測單目標跟蹤、對仿真目標探測單目標跟蹤手段。

對于主瓣和副瓣組合的干擾樣式場景，可采取對真實目標探測邊搜索邊跟蹤、對仿真目標探測、對仿真目標探測模擬國外雷達某一型號的手段。

對于真實目標探測的有限驗證、電子干擾機性能及干擾效果評估試驗對真實目標有限驗證的基本試驗場景如圖3所示。電子干擾機天線法線、目標與仿真雷達天線法線連續之間的張角θ，可結合主瓣、副瓣和主瓣+副瓣組合干擾方式，在0～360°變化。

圖3 電子干擾機性能及干擾效果評估試驗對真實目標有限驗證基本試驗場景

在電子干擾機性能及干擾效果評估雷達外場試驗中，針對主瓣壓制/欺騙、副瓣壓制/欺騙干擾2種基本試驗場景，待完成“電子干擾機天線法線、目標與系統天線法線連線之間張角θ”的設置后，系統可通過對真實目標探測、對仿真目標探測2種工作模式下的單目標跟蹤工作方式加以完成；針對主瓣和副瓣組合干擾試驗場景，系統可通過對真實目標探測、對仿真目標探測兩種工作模式下的邊搜索邊跟蹤、跟蹤加搜索工作方式加以完成。

圖4 電子干擾機性能及干擾效果評估外場對仿真目標探測試驗場景

對于仿真目標探測的全面檢驗，電子干擾機性能及干擾效果評估對仿真目標探測的基本試驗場景，如圖4所示。電子干擾機天線法線、目標與仿真雷達天線法線連線之間的張角θ，可結合主瓣、副瓣和主瓣+副瓣組合干擾方式，在0～360°變化。

對仿真目標探測的基本試驗場景，除目標回波為模擬目標外其他基本相同。為保證系統與電子干擾機射頻閉環，系統對干擾機方向輻射探測信號，同時接收雜波和電子干擾信號，經變頻、放大、濾波、A/D采樣、數字下變頻及功率匹配變換(所模擬雷達型號)后，形成的雜波和干擾數據(和/俯仰差/方位差/副瓣接收4路I+JQ，依坐標測量體制)與目標模擬器產生的模擬數據(和/俯仰差/方位差3路I+JQ)進行信號合成，形成合成和/俯仰差/方位差/副瓣接收4路I+JQ數據，在進行后續信號處理、信息處理、顯示、人機交互、資源調度、時序控制、抗干擾、數據采集等與雷達外場試驗相同的處理環節。

鑒于系統在對仿真目標探測工作模式下，發射信道按照正常功率進行對外輻射，所接收的環境雜波、電子干擾信號受“環境場地條件、清場、場景”等因素的限制存在著質量不穩定的問題，加之電子干擾信號遠遠大于環境雜波，其目標模擬器具有的雜波生成功能可替代真實環境雜波。

內場仿真態勢規劃校驗，為保證對仿真目標探測試驗場景設置的合理性，系統設有全數字功能仿真工作模式。該工作模式用于仿真態勢場景規劃最后環節，就電子干擾機、所模擬雷達型號、模擬載機(載船)、模擬目標、射頻輻射、工作方式、反射截面、位置坐標等特性參數，進行動態功能性仿真，借以檢查仿真態勢規劃所得到的場景，是否滿足對仿真目標探測試驗場景的需求。

5 干擾效果評估應用

本系統具有較為完整的空間、頻域和接收處理抗干擾措施，將有效規避電子對抗技術風險。

在空間對抗方面，設有副瓣消隱、副瓣對消2項抗支援干擾措施，結合電子干擾機性能及上述干擾效果評估試驗場景，副瓣接收天線采用喇叭天線，波束覆蓋主天線前向180°，增益大于主天線副瓣1.5 dB，副瓣消隱和動目標顯示兼容性設計，副瓣對消采用中頻矢量對消機制，對消比大于11 dB。

本系統采用有源相控陣體制，代表今后海用雷達的主流產品，使得電子干擾機性能及干擾效果評估數據、結果更具有典型指導意義。

系統在真實目標探測工作模式時，可結合仿真目標探測工作模式在電子干擾機性能及干擾效果評估中，無法安排單純主瓣干擾、單純副瓣干擾2個場景的弊端，設置邊搜索邊跟蹤(TWS)、單目標跟蹤(STT)2種基本工作方式，使其使用2種基本場景：一是采用邊搜索邊跟蹤(TWS)工作方式，在對真實目標進行探測的過程中，嵌入主瓣和副瓣交替出現的各種組合干擾場景；二是采用單目標跟蹤(STT)工作方式，在對真實目標進行探測的過程中，嵌入主瓣壓制、主瓣欺騙、副瓣壓制、副瓣欺騙4種工作場景。

同時為彌補仿真目標探測工作模式無法方便安排單純主瓣干擾、單純副瓣干擾2個場景的問題，在仿真目標探測工作模式對13種雷達型號進行模擬的基礎上，通過模擬真實目標探測波形、設置邊搜索邊跟蹤(TWS)、單目標跟蹤(STT)2種工作方式，使其能夠方便地安排單純主瓣或副瓣干擾場景，提高整系統對電子干擾機性能及干擾效果評估的適應能力。

為彌補電子干擾機性能及干擾效果評估中樣本數不足，同時也便于按照工作流程分頭調試、仿真態勢規劃合理性檢驗，系統在設定“對真實目標探測、對仿真目標探測、信號輻射”3種工作模式的基礎上，增加全數字仿真探測工作模式。系統在全數字仿真探測工作模式下，不向外輻射射頻信號，不接收雷達回波，環境好，無電子干擾信號，實現艙內主要設備(含定時控制與波形生成分機、模擬與采集分機、顯示子系統、數據處理分機)的全數字仿真探測閉環。

在實際應用中，系統進行電子干擾機性能及干擾效果評估時，可借助探測自然和電子干擾評估自然背景、人機交互顯控畫面，選擇采取頻率域、空間域、波形域、功率域和信號處理域等抗干擾措施。系統抗干擾策略選擇可參照圖5。

圖5 系統抗干擾策略選擇框圖

電子干擾機性能及干擾效果評估任務由雷達顯控臺顯控計算機完成，其圖形用戶界面如圖6所示。

圖6 電子干擾機性能及干擾效果評估圖形用戶界面

電子干擾機性能及干擾效果評估圖形用戶界面上，設有軟件標識、菜單、文件列表、數據處理4個區間。標識區位于顯示屏幕頂部，用以顯示軟件版本號、當前數據文件、當前實施功能。菜單區位于顯示屏幕次行，具有文件管理、數據質量檢查、壓制干擾數據處理、欺騙干擾數據處理、綜合干擾數據處理、軟件配置切換共6類菜單項，可分別完成數據文件管理、試驗數據有效性檢查、壓制干擾評估數據處理、欺騙干擾評估數據處理、綜合干擾數據處理、雷達/干擾效果評估/退出軟件配置切換等操作。數據處理區位于顯示屏幕中央，用于顯示和操控數據質量檢查、干擾數據處理過程和結果。

6 結束語

本文對電子干擾機干擾效果評估分為主瓣壓制、主瓣欺騙、副瓣壓制、副瓣欺騙、組合干擾5個試驗場景進行。本著“對真實目標探測求線、對仿真目標探測求面”的原則，對于每類試驗場景，按照有關樣本數、測試范圍要求完成后，依靠雷達顯控臺干擾效果評估軟件配置項，進行單類綜合數據處理、試驗確認，得出初步指標評估值。對于某類試驗中可能存在的“數據樣本數不足、指標估計值置信度低”等問題，通過具體回歸試驗加以彌補，最終得到系統、全面的指標評估結論。對于電子對抗系統中的效能評估的實現具有重要的參考價值。