針對相控陣雷達的自適應干擾樣式調度準則研究

戴少懷，李 旻，楊革文，張思霈，吳向上

（上海機電工程研究所，上海201109）

0 引言

自適應干擾樣式調度是指干擾方根據雷達工作狀態及其變化自適應選擇最優雷達干擾樣式的過程。對相控陣雷達進行自適應干擾樣式調度，能夠充分利用干擾資源，提高干擾效能。然而，目前自適應干擾樣式調度策略研究還是一種基于“理想”的雷達工作流程的調度準則，沒有考慮到相控陣雷達按照其自身調度模板進行工作狀態切換的情況，這將導致在實際對抗過程中產生大量錯誤的干擾樣式選擇結果。

為適應相控陣雷達的工作模板調度狀態、提高對雷達工作狀態變化判斷的準確率，本文在現有雷達信號偵收參數的基礎上增加對脈沖幅度和脈沖數量2 參數的偵收，提出了基于雷達工作模板偵收的自適應干擾調度策略，對自適應干擾樣式選擇準則進行了修正。

1 自適應干擾樣式調度基本原理

1.1 自適應干擾工作流程

自適應干擾主要是應用在自衛干擾設備上，通過偵察接收和頻譜分析，自動地將干擾頻率調諧到雷達工作頻率上；通過對信號的連續時頻分析，識別雷達的工作狀態；根據被干擾雷達的當前工作狀態及變化情況，從干擾樣式庫中自動選擇最優干擾樣式，并可以改變干擾參數。自適應干擾的工作流程如圖1所示。

圖1 自適應干擾工作流程

雷達在不同工作狀態下具有不同的工作參數，為自適應干擾進行雷達工作狀態判斷和干擾效果分析提供了依據。一般而言，搜索狀態時雷達信號的譜寬較窄，跟蹤狀態時為提高測距精度，跟蹤信號譜寬大于搜索信號譜寬，成像狀態時雷達所需的信號譜寬最大。

通過對雷達信號時頻特性的持續分析，可推斷出雷達的工作狀態。而從雷達工作狀態的轉移，又可評估所施放的干擾對雷達的干擾效果。例如，當雷達工作于跟蹤狀態時，受到干擾后工作狀態可能出現如下2 種情況：1）繼續跟蹤或進入成像狀態；2）失跟或轉入搜索。

前一種情況表示干擾無效，這可能是因為干擾樣式不匹配或雷達采用了有效的抗干擾措施，這時，應改變干擾樣式或干擾參數，使雷達無法繼續跟蹤或轉入成像狀態。后一種情況表示干擾有效，可繼續使用當前的干擾樣式和干擾參數。

由于干擾效果可從雷達工作狀態轉移的事實來判斷，而雷達工作狀態又可通過雷達信號時頻參數進行識別，因此，雷達信號脈寬、脈沖重復頻率、調制方式、調頻帶寬可作為識別雷達工作狀態的主要依據。

1.2 自適應干擾樣式選擇準則

在自適應干擾樣式庫中，包含了壓制性干擾、欺騙性干擾和成像干擾等多種干擾樣式。干擾樣式選擇準則如下：

1）連續搜索狀態：保持當前干擾樣式不變，并對當前干擾樣式進行加分。

2）連續跟蹤狀態：保持當前干擾樣式不變，當跟蹤脈沖持續個數超過“跟蹤脈沖積累數”后，切換到下一種干擾樣式；若輪轉結束，則保持在第一種干擾樣式。

3）連續成像狀態：保持當前干擾樣式不變，當成像脈沖持續個數超過“成像脈沖積累數”后，切換到下一種干擾樣式；若輪轉結束，重新開始輪轉。

4）搜索轉跟蹤或搜索轉成像狀態：對當前的干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，更換干擾樣式。

5）跟蹤轉成像/搜索后再轉跟蹤狀態：切換到下一種干擾樣式。

2 相控陣雷達工作流程

多功能相控陣雷達可利用自身提供的豐富資源空間，通過對其工作模式、工作參數的合理管理，包括改變發射信號波形的脈沖寬度、重復頻率、信號帶寬、脈沖串長度、信號調制方式，以及天線波束形狀、波束駐留時間等，以達到某種工作狀態的最優性或次優性。

現代相控陣雷達資源調度都采用自適應調度策略，以確保能根據當時面臨的目標環境狀況以及目標類型，在滿足系統能量資源和設計約束的限制條件下，對雷達的各種工作方式進行調度和分配，使整個系統資源在多個目標之間合理分配。由于每一種工作方式都占用一定的資源，而雷達系統的資源是有限的，因此程序的設計必然受到雷達資源的約束，主要包括：時間資源約束、能量資源約束、計算機資源約束以及雷達硬件條件的約束。

典型的相控陣雷達資源調度模板如圖2 所示，L為遠程監視，S 為近程監視，T 為跟蹤或核查，C 為校準和性能監測（每第18 或第20 個資源交替）。

圖2 相控陣雷達資源調度工作模板

多功能相控陣雷達跟蹤目標的方法有2 種：邊跟蹤邊搜索（TWS）和跟蹤與搜索（TAS）。TWS 方法在規定空域內不需要另外分配能量就能完成搜索任務，常用于對空中目標進行監視。當確定某些目標需要進行TAS 跟蹤時，雷達即可將目標位置參數指定給TAS 濾波器作為建立跟蹤的初值。通常情況進行設計時，空中目標劃分為一般目標、重要目標和危險目標。跟蹤過程中，對一般目標采用TWS 方法，對重要目標和危險目標采用TAS 方法。

由于存在目標回波起伏、目標機動、干擾等非理想因素，在整個跟蹤過程中，目標可能會丟失。首先確定判斷跟蹤丟失的判別準則，如連續次檢測不到目標則認為跟蹤丟失。一旦確定目標丟失，讓跟蹤濾波器進入到記憶跟蹤狀態，進行外推跟蹤。在記憶跟蹤過程中，如果目標再次出現，則系統轉為正常的跟蹤狀態；如果在規定的記憶時間內目標仍然沒有出現，則判斷為目標丟失，系統結束跟蹤狀態，返回到搜索狀態，重新去截獲目標。

3 改進的自適應干擾調度準則

3.1 現有自適應干擾樣式調度準則存在的問題

自適應干擾發揮其干擾優勢的前提假設是：

1）雷達按照“搜索-跟蹤-成像”的工作過程輻射信號并對接收到的目標回波進行處理。所謂的“自適應”，是指干擾機可以跟隨雷達的工作狀態的變化而自評估干擾效果并自主調整干擾樣式，使干擾效果達到最優。

2）評估干擾效果為“好”的依據，是雷達發生了“成像-跟蹤”、“跟蹤-搜索”的狀態變化。

3）評估干擾效果為“壞”的依據，是雷達進入或繼續保持在“成像”或“跟蹤”狀態，沒有發生逆向變化。

因此，目前的自適應干擾樣式調度準則，是一種基于“理想”的雷達工作流程的調度準則。如果相控陣雷達按其實際情況進行工作，則干擾設備將發現雷達的工作狀態變化與假設情況不同，導致判斷錯誤，使得自主決策的干擾樣式沒有達到最優化。存在以下的問題：

1）雷達工作狀態為“成像-跟蹤”、“跟蹤-搜索”，無法證明是自適應干擾起的作用，還是相控陣雷達根據其工作模板進行了狀態轉移；

2）雷達工作狀態保持不變，或為“跟蹤-成像”、“搜索-跟蹤”，無法證明自適應干擾沒有起作用，也可能是相控陣雷達根據其工作模板進行了強行的工作狀態變化。

3.2 改進后的雷達工作狀態判斷準則

為確定雷達工作狀態，使用了雷達脈沖的脈寬、重復周期、脈內線性調頻帶寬3 個參數。為適應相控陣雷達的工作模板調度狀態，在確定雷達工作狀態時，在現有的偵察參數基礎上還需要增加2 個參數：1）脈沖幅度：到達干擾設備偵察通道的雷達脈沖幅度；2）脈沖數量：一段時間內，到達干擾設備偵察通道的雷達脈沖數量。

在雷達工作狀態識別時，補充判斷當前時刻雷達是以主瓣還是以副瓣照射目標，以及雷達在同一波位上停留的時間是否已滿足雷達脈沖積累處理的要求。在補充了脈沖幅度和脈沖數量2 個新參數后，雷達工作狀態判斷準則調整如下：

1）檢索雷達脈沖描述字中的脈沖幅度數據，進行主瓣/旁瓣照射判斷。如果雷達是以旁瓣照射干擾機的被掩護目標，則干擾設備無需實施干擾，以免暴露自身；如果雷達是以主瓣照射干擾設備，則需要實施自適應干擾。

2）檢索雷達脈沖描述字中的脈寬、重復周期、脈內線性調頻帶寬數據，與雷達數據庫中的先驗信息進行比對，確定當前脈沖的工作狀態性質，初步給出“搜索”、“跟蹤”、“成像”的判斷結果。

3）將當前雷達工作狀態判斷結果與歷史積累的雷達工作狀態序列進行比對分析，判斷雷達工作狀態變化速率是處于快變還是慢變。如果出現快變，保持原有雷達工作狀態不變；如果出現慢變，更新雷達工作狀態。

4）將當前接收到的雷達脈沖描述字進行統計處理，如果出現某個時間段內脈沖個數急劇增大的現象，表明雷達很可能進入了跟蹤積累狀態，此時，盡管收到的脈沖還可能是搜索波形，但雷達已進入了跟蹤狀態。

5）根據以上分析，最終綜合確認雷達工作狀態，而不是僅靠單一脈沖來判斷雷達的工作狀態。

3.3 改進后的干擾樣式選擇準則

根據新的雷達工作狀態判斷結果和相控陣雷達的工作特點，將自適應干擾樣式選擇準則修改如下：

1）旁瓣照射狀態：干擾設備保持偵察狀態不變，不需要施放干擾，以免暴露自身。

2）單一或連續搜索狀態：保持搜索干擾樣式不變。對當前的搜索干擾樣式進行加分。

3）單一跟蹤狀態：選用當前的跟蹤干擾樣式。

4）連續跟蹤狀態：以“脈沖積累數”設置值為準，連續的跟蹤脈沖數小于設置值，保持同一種干擾樣式；大于設置值，切換到下一種跟蹤干擾樣式；干擾樣式輪轉完一遍后，從第一種干擾樣式開始繼續輪轉。

5）連續成像狀態：在連續的成像脈沖期間保持一種干擾樣式，超過“成像脈沖積累數”后，切換到下一種干擾樣式。成像干擾樣式輪轉一遍后，從第一種干擾樣式開始繼續輪轉。

6）搜索轉跟蹤狀態：對當前的搜索干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，則調整搜索干擾樣式優先級。

7）跟蹤轉搜索狀態：對當前的跟蹤干擾樣式進行加分，若分值大于其它干擾樣式，則調整跟蹤干擾樣式優先級。

8）跟蹤轉成像狀態：對當前的跟蹤干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，則調整跟蹤干擾樣式優先級。

9）成像轉跟蹤狀態：對當前的成像干擾樣式進行加分，若分值大于其它干擾樣式，則調整成像干擾樣式優先級。

改進后的自適應干擾樣式選擇準則如圖3 所示。

圖3 改進后的自適應干擾樣式選擇準則

4 干擾樣式選擇準則試驗方法

自適應干擾是一種“閉環”干擾。由于自適應干擾是對雷達的每個發射脈沖產生實時干擾，因此，檢驗自適應干擾的干擾效果，不但要按時序記錄干擾數據，而且要同步記錄雷達脈沖信號參數，作為評價自適應干擾是否按照干擾樣式選擇準則運行的依據。

在進行試驗數據分析時，首先是檢驗相控陣雷達工作調度模板的偵收結果準確度，檢驗干擾設備能否識別出雷達工作調度模板序列。

其次，檢驗干擾機對雷達工作狀態判斷的準確度，是否已突破了雷達工作調度模板帶來的混淆，不會被雷達工作模板所引起的雷達工作狀態快速切換的假象所誤導。

最后，檢驗修正后的干擾樣式選擇結果是否符合干擾樣式選擇準則，是否能根據雷達的真實工作狀態變化而自適應改變干擾樣式。

5 結束語

本文提出了一種基于雷達工作調度模板的自適應干擾調度策略。通過增加脈沖幅度和脈沖數量2 個參數，提高對相控陣雷達工作狀態變化的判斷準確率。在此基礎上，根據雷達工作調度模板調整了自適應干擾樣式選擇準則，并且給出了新準則的試驗方法，深化了相控陣雷達自適應干擾調度策略研究。