編隊雷達交叉定位精度分析?

（92941部隊41分隊 葫蘆島 125001）

1 引言

艦艇編隊作為未來海軍主要的基本作戰單元，其編隊內各艦艇和武器系統協同作戰是未來編隊防空的一種主要模式。雷達作為編隊協同防空信息系統主要信息源，面臨越來越多、越來越嚴峻的有源干擾和無源干擾。交叉定位是編隊協同防空雷達抗干擾的重要手段，其利用目標輻射、轉發和反射的電磁信號對目標進行探測、定位、跟蹤及識別，具有電磁隱蔽、不易暴露的特點，且不會招來諸如反輻射導彈這樣的進攻性武器的攻擊。本文主要對編隊協同防空雷達交叉定位精度開展分析和研究，從交叉定位的體制出發，分析編隊艦艇布局、定位算法和雷達測量精度對定位精度的影響，利用交叉定位精度的幾何稀釋度實現對艦艇編隊雷達數據融合的合理賦權。

2 艦艇編隊面臨的主要威脅及雷達抗干擾措施

編隊協同防空面臨的主要威脅包括亞音速反艦導彈、超音速反艦導彈和高超音速反艦導彈、反輻射導彈、制導炸彈、戰斗機、無人機、直升機等。當今空襲作戰強調戰術行動的大規模性和隱蔽性。行動的大規模性是指大量的飛機、精確制導武器、巡航導彈、反艦導彈、無人機等參加，形成飽和攻擊態勢。行動的隱蔽性是指依靠超低空接近需要打擊的目標、空襲武器的低可探測性以及廣泛采用各種干擾。針對類似威脅，艦艇編隊的各類探測傳感器，尤其是雷達面臨著空前的壓力［1～4］。編隊中雷達一般包括預警機載雷達、其他機載雷達和多型號多類型艦載雷達，同一艦艇平臺上也往往裝著多型號雷達，編隊雷達交叉定位示意圖見圖1。

圖1 編隊雷達交叉定位示意圖

雷達抗干擾性能是衡量雷達系統在復雜電磁環境下生存能力的一項重要指標，在攻防雙方的電子對抗作戰中，雷達作為防空導彈武器系統的“眼睛”，干擾了雷達，也就瓦解了整個艦艇編隊的生存能力和作戰能力。現有雷達多采取威力增大，帶寬增大，波形種類增加［5］，采用數字波束形成等方式對干擾源進行旁瓣對消，從干擾感知和識別到不同干擾的綜合自動對抗均有詳細設計。

其中，對抗遠距離支援式干擾等副瓣干擾，雷達采用低副瓣、副瓣匿影和副瓣對消等各種抗干擾措施［6］，但對自衛式干擾和伴隨式干擾等主瓣干擾或近主瓣干擾，由于載機平臺相對雷達較遠，平臺回波功率較小，干擾機產生噪聲功率能夠覆蓋目標回波，雷達很難從信號中檢測出目標。在此情況下，編隊雷達可以轉為無源跟蹤模式，測量目標的角度信息，利用多艦雷達交叉定位實現對目標的搜索跟蹤。

3 雷達交叉定位原理及精度分析

雷達交叉定位具有兩類工作方式，第一類工作方式是利用目標上輻射源發射的電磁信號，通過多部雷達測量完成目標定位。這類定位系統的測量參數可以是到達時間、到達方位和到達頻率及其差值。定位系統利用這些測量值通過一定的定位算法來確定目標位置；第二類工作方式是主節點雷達對目標實現有源探測，干擾機收到本平臺的輻射信號進行復制轉發，主節點雷達可采用副瓣匿影技術將從副瓣進入的干擾信號進行剔除處理，而在跟蹤主瓣內形成一連串的距離欺騙假目標。與此同時，配合節點雷達采用與主節點雷達同樣的工作頻點，雷達采用無源測角工作模式，對干擾信號進行測向處理，并將測向信息實時傳輸到主節點雷達進行融合處理。

這兩類工作方式，雷達接收的信號來源不同，但其定位原理本質上是相同的，即利用艦艇雷達與目標之間的幾何關系獲得目標位置，為了簡單，以雙艦雷達測角交叉定位為例，x，y，z對應于東北天坐標系，示意圖見圖2。

圖2 雙艦雷達測角交叉定位示意圖

圖中，有兩部艦艇雷達節點O（0，0，0）、B（xs，ys，zs）和一個目標節點T（x，y，z），由于兩部艦艇相距較遠，考慮到地球曲率的影響，雷達節點B不在XOY平面上，艦艇雷達節點O測得的目標的方向矢量為方位角β1、俯仰角ε1，艦載雷達節點B測得的目標的方向矢量為方位角β1、俯仰角ε2。

由圖示關系可得到：

解以上方程組可得到目標空間位置（x，y，z）。

在實際測量中，由于雷達測角誤差的存在，其被動交叉定位后的距離也存在誤差，誤差會隨著定位雙艦與目標的相對位置、高度、距離的不同而不同，這種定位誤差的分布可以用定位精度幾何稀釋度（Geometrical Dilution of Precision，GDOP）［7］來描述。

4 雷達交叉定位精度幾何稀釋度

GDOP通常用來描述組網測量中定位誤差的分布情況［8～12］，常描繪成等高線圖的形式，并在其上標出等高線數值，其計算公式如下：

對式（2）求全微分，可得：

將式（8）代入式（3）可得雙艦雷達測角交叉定位精度幾何稀釋度。

5 定位精度仿真

5.1 編隊雙艦雷達交叉定位GDOP圖

以4艘艦艇組成的菱形編隊為例，其中AC=AD=BC=BD=CD=a，AB=b，示意圖見圖3。

圖3 編隊雷達測角交叉定位示意圖

5.2 測向精度和基線長度對定位精度的影響

1）測向精度對定位精度的影響

圖4、圖5繪制了測向誤差分別為σθ=0.1°、σθ=0.5°和σθ=1°時的定位精度分布圖，從圖中可知，在測向誤差變大時，定位精度迅速變差，因此，在編隊中，應該優先選取測向誤差小的雷達數據進行融合或者提高測向誤差小的雷達數據融合時的權重系數。

圖4 雙艦距離20km時不同測向精度的GDOP圖

圖5 雙艦距離34.64km時不同測向精度的GDOP圖

2）基線長度對定位精度的影響

對比圖4、圖5相同測向誤差，不同基線長度的定位精度分布圖可知，在基線長度變大時，定位精度變好，因此，在編隊中，應該優先選取基線長度大的雙艦雷達數據進行融合或者提高基線長度大的雙艦雷達數據融合時的權重系數。

另外，從圖4、圖5中可以看出雙艦交叉定位基線延長線附近區域的測量精度很差，即存在定位盲區。

5.3 不同威脅方向的定位精度排序

設編隊航行方向為正北，取正北方向為0°，威脅方向即目標來襲方向，為目標和艦艇連線與正北方向的夾角，對比圖4、圖5可以得出，當主要威脅方向為0°時，CD雙艦定位精度最優，AC、AD、BC、BD次之，AB最差；當主要威脅方向為30°時，AD、BC、CD雙艦定位精度最優，AB次之，AC、BD最差；當主要威脅方向為90°時，AB雙艦定位精度最優，AC、AD、BC、BD次之，CD最差。

相應的目標融合處理算法權重系數亦應按定位精度優劣排序。如表1所示。

表1 不同威脅方向定位精度順序表

6 結語

運用幾何稀釋度對編隊雷達交叉定位精度進行分析，繪制艦艇編隊中不同艦載雷達組合下的GDOP圖，為編隊協同防空目標融合處理提供了科學客觀的依據，有利于編隊獲取更加完整的目標信息，提高編隊雷達抗干擾能力。