雷達壓制干擾有效性研究與評估

幸濤 李波波

摘? 要：評估雷達干擾有效性的目的是獲得雷達干擾有效、無效的程度。基于干擾有效性的定義與研究目的，對壓制干擾的有效性進行研究與推導，結合工程實踐數據，對于不同航線下干擾機對地面某雷達的干擾過程進行仿真，對試驗的干擾有效性和干擾效果進行評估，通過與試驗數據對比，評估得到的干擾有效性和干擾效果與試驗分析結果基本一致，也說明評估方法的可行性。

關鍵詞：壓制干擾;干擾有效性;干擾評估

中圖分類號：TN974? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）20-0034-05

Research and Evalution on Radar Suppression Jamming Effectiveness

XING Tao1，LI Bobo2

（1.Military Representative Office of PLA Air Force Equipment Department in Zhengzhou，Zhengzhou? 450002，China;

2.The 27th Research Institute of CETC，Zhengzhou? 450047，China）

Abstract：The purpose of evaluating the effectiveness of radar jamming is to obtain the effective and ineffective degree of radar jamming. Based on the definition and research purpose of jamming effectiveness，research and derive the effectiveness of suppression jamming. Combining with engineering practice data，simulate the jamming process of jammers on a certain ground radar under different routes，and evaluate the jamming effectiveness and jamming effect of the experiment. By comparing with the test data，the jamming effectiveness and jamming effect evaluated are basically consistent with the test analysis results，which also shows the feasibility of the evaluation method.

Keywords：suppression jamming;jamming effectiveness;jamming evaluation

0? 引? 言

雷達對抗效果是雷達對抗活動對敵方作戰能力造成的影響。雷達對抗效果評估是對規定條件下的雷達對抗作戰行動的結果及其造成的影響進行的定量和定性分析。雷達對抗作戰行動的結果包括對直接受干擾對象的軟、硬殺傷情況，其造成的影響涉及受直接干擾對象控制的部隊、武器裝備或系統的作戰能力。雷達對抗效果的目的是得到對抗有效、無效的結論，是定性的。評估雷達干擾有效性的目的是獲得雷達干擾有效、無效的程度，是定量的。

目前，軍事代表室和二十七所進行了多項軍民融合項目的合作，涵蓋多種系統的開發及試驗評估。在某項目中，雙方合作共同進行了某機載雷達對抗系統的試驗與評估，雙方在該試驗設計過程中總結了新的評估方法，提高了試驗和評估的效率，特別是雷達干擾效果評估方面。本文在新的方法應用到項目實踐并反復驗證之后，將部分的成果進行總結、歸納，對雷達干擾有效性的評估方法進行介紹，結合案例做了研究和仿真，為后期其他對抗系統的試驗評估提供新的方法。

1? 干擾有效性介紹

1.1? 定義

干擾有效性主要用于以下幾點：

（1）在干擾效果評估中，補充說明干擾有效、無效的程度或確定獲得規定干擾效果有多大的可能性。

（2）在雷達對抗裝備的論證或設計中，確定滿足指標的保險系數。

（3）在對抗作戰資源需求分析時，確定裝備或其能力的冗余度。

干擾有效性是在規定件下的干擾效果或作戰效果滿足干擾有效性評價指標或作戰要求的程度，也是規定條件下的干擾效果或作戰效果落入有效干擾區的概率。所謂規定條件包括規定的作戰環境、特定的裝備、制定的目標和配置關系等。干擾有效性是實際獲得或預計可獲得的干擾效果或作戰效果與干擾有效性評價指標的比較結果，相當于用干擾有效性評價指標歸一化的干擾效果和作戰效果，其值在0～1之間。

干擾有效性評估是已有干擾效果評估方法和應用范圍的拓展和補充，與已有干擾效果評估方法相比，既有相同或相似的地方，又有不同之處。相同的地方有以下幾點：

（1）都用比較法。所謂比較法就是把預計可達到的或實際達到的干擾效果與有效干擾要求或作戰要求的干擾效果進行比較。有效干擾要求或作戰要求的干擾效果就是比較標準或干擾有效性評價指標。

（2）都需要計算干擾效果及其評價指標。比較法有兩個要素，一個是根據參戰裝備的參數、保護目標的特性和配置關系等預計或實際測試得到的干擾效果，另一個是根據作戰目標和作戰任務確定的干擾有效性評價指標。

（3）有相同的評價指標和相同數量且一一對應的判斷干擾是否有效的模型。

1.2? 研究目的

雷達干擾有效性或雷達干擾效果評估可用于雷達對抗裝備的研制、試驗、采購和作戰使用等。研究雷達干擾有效性評估的主要目的在于以下幾點：

（1）推薦一種新的雷達干擾效果評估方法。這種評估方法除了能說明干擾有效、無效外，還能說明干擾有效、無效的程度。

（2）擴大雷達對抗作戰對象和干擾效果的評價范圍。把雷達支援偵察設備和反輻射武器列為雷達對抗作戰對象，把干擾結果對武器系統或武器造成的影響納入雷達對象效果評估范圍。

（3）增加雷達對抗效果的定量評估方法和數學模型，以滿足作戰使用、外場試驗和內場測試的需要。

（4）擴大干擾效果評估準則的應用范圍。在信息準備中增加評價干擾信號和干擾技術組織、實施優劣的準則;在戰術運用準則中增加評價雷達對抗裝備組織、使用策略優劣的準備和確定干擾有效性評價指標的同風險準則。

（5）介紹判斷干擾是否有效的標準，即干擾有效性評價指標的確定方法，建立有關的數學模型并確定部分評價指標的數值。

2? 壓制干擾有效性研究

2.1? 壓制扇面

當受干擾雷達天線掃描時，點干擾源在雷達平面位置顯示器（PPI）上形成的干擾區呈現扇形，稱為干擾扇面。在干擾扇面中，雷達發現目標的概率滿足作戰要求的區域也呈扇形，稱為有效干擾扇面或壓制扇面[1]。圖1為干擾扇面、壓制扇面和最小干擾距離之間的關系。

圖中的大圓為雷達的方位威力區，小圓為有效干擾要求的最小干擾距離的端點在方位面的軌跡。圓環內畫橫線的部分為干擾扇面，深色區域的部分為壓制扇面。由此可知，壓制扇面既要滿足最小干擾距離要求，又要滿足檢測概率要求。不難看出最小干擾距離和壓制扇面評價指標的關系，最小干擾距離是壓制扇面等于雷達天線方位波束寬度的特殊情況下的干擾效果。

2.2? 壓制區

在雷達對抗中，既有保護目標或雷達平臺從特定方向進入戰區的情況，也有從任意方向進入的情況。為此必須考慮對所有可能進入方向的干擾情況，本文要確定壓制區的完整形狀和描述其形狀的邊界方程[2]，研究壓制區的形狀及其邊界方程是評估干擾效果、干擾有效性和制定裝備配置方案的需要，也是確定保護目標進入或退出戰區的最佳路徑、重點保護區域和干擾資源需求分析的需要。

與壓制扇面一樣，壓制區也是指空間壓制區在方位面或俯仰面的投影，需要用空間能量對抗關系確定壓制區及其邊界方程。多數雷達如地對空，艦對空，地對地或艦對艦等的PPI顯示平面對應著雷達的方位面，這里只討論干擾的方位壓制區、方位壓制區邊界方程及其建模方法。此方法也適合確定俯仰面的壓制區及其邊界方程。如果只評估一個面的干擾效果，可假設雷達天線的方位和俯仰波束形狀完全相同，用式（1）計算干擾方向失配損失。

（1）

其中，K（θj）為方位向的干擾方向適配損失，θ0.5為雷達波束寬度，θrm為雷達天線方向圖從過渡區開始進入平均旁瓣取的角度，θj為目標與干擾機相對雷達的張角，ka為修正系數。

圖2為雷達和干擾機固定但保護目標可能從任意方向接近雷達的配置示意圖。假設受干擾雷達和干擾機同處于顯示平面上，相當于地對地干擾或艦對艦干擾保護空中目標。圖中T為目標位置，J為干擾機位置，O為雷達位置，G為目標在顯示平面上的投影點，θj為目標與干擾機對雷達的張角，β為仰角，Rj為干擾機到雷達的距離，Rt為目標到雷達的距離，Dt為雷達到G點的距離，H為目標相對顯示平面的高度。

當一部干擾機掩護一個目標條件下的最小干擾距離Rmin為：

（2）

Pt為雷達發射功率，Gt為雷達天線增益，σ為目標雷達截面積，Kj為壓制系數，Rj為干擾機到雷達的距離，Lr為雷達系統損耗，Lj為干擾機系統損耗，Pj為干擾機發射功率，Gj為干擾機天線增益，δ為電波傳播衰減系數。

依據圖2和有關假設條件以及式（2）干擾機實際能達到的空間最小干擾距離：

（3）

Rjmin為干擾機自身能達到的空間最小干擾距離，式（3）其他符號的定義見式（2）。根據目標相對顯示平面的高度H或仰角β，可將目標到雷達的距離Rt和空間最小干擾距離Rjmin投影到顯示平面，設兩距離在顯示平面的投影，即雷達到G點的距離和Rjmin在顯示平面的投影距離分別為Dt和Djmin，它們與Rt、Rjmin和H的關系為：

（4）

若選擇OJ射線為方位參考基線，θj既是干擾天線與雷達天線指向的夾角在顯示平面上的投影，也是目標與干擾機相對雷達的張角。干擾能達到的空間最小干擾距離在顯示平面的投影為：

（5）

在圖2中，θj變化范圍很大，可從0°變化到±180°，需要考慮遮蓋性樣式對雷達天線主瓣區、平均旁瓣區和從主瓣到平均旁瓣過渡區的壓制性干擾情況。將式（1）帶入式（5），并整理得此種情況的壓制區邊界方程：

（6）

若三種裝備同處于顯示平面，即H=β=0，則式（6）簡化為：

（7）

當雷達、干擾機、目標參數和壓制系數確定后，A為常數并有：

（8）

3? 仿真與評估

3.1? 干擾壓制區的干擾有效性仿真

由假設條件知，在式（7）中只有θj是變量。如果令θj從0°等步長變化到180°，θj每增加一步，就用式（7）計算干擾可達到的空間最小干擾距離在顯示平面的投影Djmin。適當選擇θj的步長，就能得到在任意方位可達到的最小干擾距離。若以圖2的雷達位置O為極點，OJ射線為極軸，空間最小于擾距離在顯示平面的投影Djmin為極徑，θj為極角，建立極坐標系。按θj從小到大的順序把其對應的Djmin畫到上述極坐標系中，并將這些最小干擾距離的端點順序連接起來，構成閉合曲線。該閉合曲線就是干擾實際可達到的或預計能達到的壓制區邊界曲線，其形狀為心形，如圖3的實線所示。

圖中實線內的部分為暴露區，實線外的部分為壓制區[3]。為了便于直觀判斷干擾是否有效或確定滿足有效干擾要求的程度，圖中用虛線給出了作戰要求的空間最小干擾距離在顯示平面的投影Dminst端點θj隨的變化軌跡，即分界圓。由壓制區與分界圓的關系可確定滿足作戰要求的有效掩護區θsc，即圖3的OA和OB兩射線之間的且處于壓制區邊界曲線以外的部分。

按照上面的作圖方法，不難繪出任意高度的壓制區。由式（6）和圖2知，β隨H的增加而增加，而Djmin隨β的增加而減小，暴露區隨Djmin的減小而減小，最后變為一個點。雖然暴露區隨高度增加而減小，但不同高度的暴露區的形狀相同，即壓制區平行于顯示平面的截面形狀與H=0時的相同。出現這種現象的原因是，目標到雷達的距離隨高度而增加，但干擾機到雷達的距離固定不變。令式（6）等于0并對高度求解得使暴露區為0的H值，設該高度等于Hm。雖然暴露區縮小成一個點，但仍然隨目標的進入方向而變化，在接近±θrm方向有最大值，在0°方向有最小值。

以某機載遠距離支援干擾機和某地面雷達為例，詳細參數如表1所示，掩護目標為某殲擊機，雷達面積為15 m2，進行仿真[4]。

在實際作戰中，干擾方能知道雷達和干擾機的位置，目標可選擇比較有利的區域進入，不一定要求有效掩護區覆蓋360°范圍。設用角度范圍表示的有效干擾要求的掩護區為θscst，θscst就是這種場合的干擾有效性評價指標，其最大值為360°。設干擾機自身可達到的或預計可達到的有效護區為θsc，干擾是否有效的判別式為：

（9）

確定有效掩護區θsc有兩種方法，一種是作圖法，另一種為解析法。作圖法詳見圖3實曲線的做法和過程的說明。只要θj的步長取得足夠小，用作圖法能得到十分精確的壓制區邊界和有效掩護區。解析法就是聯立壓制區邊界方程和分界圓方程，求兩者的交點。因壓制區對稱于雷達和干擾機的連線，這種交點有兩個，對稱于OJ連線。兩交點在干擾機方向相對雷達的張角就是所求的有效掩護區θsc。

如圖4所示，干擾機設計指標要求的最小干擾距離與壓制區邊界的交點，即有效掩護區θsc為31.434 8°，大于要求的θscst（30°），干擾機滿足干擾能力要求，初步判定干擾有效。

而式（7）有三種情況的解，可合寫為：

（10）

如果作戰要求的最小干擾距離時空間距離Rminst，計算有效掩護區時要求將其投影到顯示平面，即：

（11）

由圖3知，如果不考慮θsc內能掩護目標的部分，θsc和有效壓制扇面θ有相同含義。可用一句壓制扇面評估干擾有效性的方法近似估算該條件下的干擾有效性。把A代入式（11）并整理得θsc得瞬時值：

（12）

令目標的雷達截面等于其均值? 得θsc的平均值：

（13）

其中， 。

3.2? 試驗中的干擾評估

干擾機的干擾能力發揮受很多因素影響，比如掩護目標進入的角度（即與干擾機、雷達的相對位置）不同、飛行的航線等，本文設計了3條突防航線，分析評估飛行過程中的實際干擾效果。坐標原點為雷達位置，黑色線為干擾機航線，掩護目標的突防航線如圖5所示。

機載干擾機掩護突防目標對雷達進行突防，掩護目標從航線右側端點進入，沿航線至左側飛行，航線與雷達最近距離50～60 km（小于要求的80 km）;干擾機由上至下飛行，干擾航線距離雷達300 km，突防飛機和干擾機巡航速度為800 km/h和500 km/h，飛行過程中掩護目標與干擾機相對雷達的實時張角，即瞬時干擾角度如圖6所示。

由圖6可知，兩條水平直線為有效干擾要求的掩護區θscst，航線2掩護目標在突防起始階段處在干擾機有效壓制區邊界之外，因而容易被雷達截獲，航線1、3則全程處在有效壓制區內，航線3的干擾角度絕對值始終保持在5°以內，干擾機對雷達的壓制干擾有效。根據最小干擾距離方程，由瞬時干擾角度，可得到掩護目標在航線上相應的最小干擾距離，如圖7所示。

由圖7可知，水平直線為有效干擾要求的最小干擾距離，在航線2起始階段，干擾機在掩護目標方位上對雷達的最小干擾距離大于80 km，干擾效果與圖6一致;航線1、3下的瞬時最小干擾距離全程處在80 km內，干擾效果也與圖6一致。同時通過對比航線1、3在圖6和圖7中的結果可知，在滿足干擾有效性條件下，航線1比航線3的干擾效果更優，干擾機飛行試驗可參考航線3進行。

通過將仿真結果與飛行試驗數據對比，不同航線和試驗條件下的干擾效果與上面的評估結果基本一致，同時，此評估方法也在飛行試驗的規劃和設計中，得到了初步應用，提高了試驗效率和成功率。

4? 結? 論

本文結合試驗參數，對某機載雷達對抗系統對地面雷達的干擾有效性和實際干擾效果進行了分析和評估，為干擾機干擾試驗的分析與評估提供方法，經實踐此方法是可行的，通過反復對比和驗證之后，將部分成果總結、歸納，同時對干擾航線的規劃提供一定參考，后期將拓展評估對象，形成較為全面的評估體系，豐富干擾效果評估內容。

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作者簡介：幸濤（1988—），男，漢族，河南新鄭人，助理工程師，碩士，研究方向：機載雷達對抗系統試驗與評估。