相控陣雷達抗噪聲干擾性能評估方法研究*

郭新民

（92785部隊 秦皇島 066000）

1 引言

現代戰爭中復雜戰場態勢對雷達的能力提出了更高的要求，需要同時完成多任務，實現多功能，跟蹤多目標，相控陣雷達成為首選。相控陣雷達是集搜索、截獲、跟蹤等功能于一體的雷達，可單獨用于探測、跟蹤來襲威脅目標，形成目標點跡后，為指揮所提供目標信息與戰場態勢，是保障作戰的基礎，后端接入武器系統的相控陣雷達，可為導彈提供制導信息，形成制導指令并向攔截導彈上發送，把導彈引向目標。相控陣雷達的抗干擾性能決定了其在戰場時履行使命任務的能力［1］。本文從雷達具有的抗干擾技術與外場測試兩個方面考慮，通過多層結構分析，針對噪聲干擾構建了抗干擾性能評估指標體系，運用層次分析法確定各指標權重，對相控陣雷達抗干擾性能進行評估。

2 噪聲干擾

噪聲干擾是向雷達輻射大功率噪聲信號以“淹沒”真實的目標回波，降低雷達信干比，阻礙雷達檢測目標。噪聲干擾多是頻帶有限的噪聲，其功率譜密度在所在頻帶內均勻分布。噪聲干擾的優點是只需掌握雷達很少的信息就可以實施，除雷達工作頻率外無需其他更多的參數特性。實施噪聲干擾，首先由偵察設備截獲分析雷達信號的參數，再以一定帶寬的高斯白噪聲信號經過特定形式調制后放大輸出，這種噪聲干擾波形與理想高斯噪聲相比效率要低一些［2～4］。當干擾機在雷達燒穿距離外對雷達實施主瓣干擾時，雷達幾乎無法發現目標，但雷達可采取“選通”方式獲取干擾機方位信息，因此，干擾機多是采取旁瓣干擾方式。

3 相控陣雷達抗噪聲干擾評估指標體系

3.1 雷達抗干擾技術

1）空域抗干擾措施

雷達采用低旁瓣天線可在一定程度上抑制旁瓣干擾，但是不足以完全保護雷達。旁瓣對消是一種相干處理技術，主要用于抑制旁瓣連續波干擾，要求輔助天線在干擾方向上的響應須大于主天線旁瓣在該方向上的響應，通過將輔助天線收到的干擾信號加權求“和”，再由主天線信號中減去這個“和”，即可對消干擾。為保證主、輔助通道接收干擾信號的相關性，輔助天線必須靠近主天線［5～6］。因主天線附近的空間有限，只能添加有限數量的輔助天線，可形成的對消環路數目小，即其自由維度較小。

2）頻域抗干擾措施

頻率捷變會使敵方切換到阻塞干擾模式，降低了干擾信號的功率譜密度。然而，脈間頻率捷變與多普勒處理不兼容，而且消耗大量雷達資源。自適應變頻該功能主要用于對抗噪聲干擾，這種雷達一般有兩路接收通道，一路用于正常接收回波信號，另一路用于采集信號樣點，分析信號的頻譜特性，找到干擾功率最小的頻點，同時向頻率合成器發送控制指令，以改變雷達下一脈沖的發射頻率，使雷達自適應地選擇干擾功率最小的工作頻點。

動目標顯示一般利用兩脈沖或三脈沖來抑制零頻附近的雜波，提高信雜比，通過忽略直流輸出抑制雜波，而讓動目標通過后的損失盡量小，MTI的不足之處在于若是有多個威脅動目標處在同一個雷達分辨單元，則MTI只能給出是否有動目標的檢測結果，無法測量目標速度與目標個數［7～8］；雜波圖是用于檢測那些具有極低或零多普勒頻率運動目標的一種技術，如切線運動目標，而這種目標在MTI或多普勒處理中常被忽略；動目標檢測利用三脈沖對消器、數字濾波器組、雜波圖等技術來抑制雜波，提高動目標檢測能力，一種MTD 實現如圖1所示。在某種程度上，MTD 匯集了MTI、PD、雜波圖等技術的優勢，抗干擾能力較強。

圖1 一種典型的動目標檢測器原理框圖

3）能域抗干擾措施

脈沖積累主要用于提高雷達信噪比，抑制噪聲干擾對雷達的影響。對于n 個相干的具有相同信噪比的脈沖信號，積累后信噪比是單個脈沖的n倍，即

非相干積累不需要保存回波相位，較容易實現，一種計算公式為

式中，I(np)為積累改善因子，通常取0.8dB以內。

集能工作方式是采取燒穿模式，將雷達輻射信號集中在某一重點區域，提高雷達發射信號能量，以提高信干比，增強雷達目標探測距離與跟蹤精度，相控陣相比機械掃描雷達具有波束靈活控制、集中輻射能力，抗干擾能力較強。

4）其他抗干擾措施

多普勒旁瓣對消是通過將多普勒處理技術與旁瓣對消技術相結合，即對信號進行頻域與空域的聯合處理，以消除旁瓣干擾及雜波，可以在很大程度上抑制雜波剩余帶來的影響；點跡過濾是綜合利用回波的多維信息進行點跡的質量評估，計算風險值，再進行判斷以消除虛假點跡［9～10］。點跡過濾通過層層篩選、濾除，可以剔除絕大多數雜波剩余點跡；恒虛警通過自動設置門限電平，防止外部干擾、雜波造成雷達過載，但會造成目標檢測概率降低；此外，雙頻發射對于抗噪聲干擾也有一定的效果，但會降低雷達的威力。

3.2 外場測試

外場測試用于檢驗相控陣雷達在特定干擾條件下的實際作戰性能。將雷達在干擾條件下的戰術性能與系統設計指標相比較，以衡量雷達的抗干擾能力。針對噪聲干擾，為評估相控陣雷達抗噪聲干擾性能，定義下列指標：相對測角精度、相對測距精度、相對探測距離、相對測角分辨力、相對測距分辨力。各指標計算公式：

3.3 評估指標體系

在評估實踐中，評估指標體系決定評估結果的實用性與可信度。評估指標體系應充分把握完備性、獨立性、可用性三個原則。本文針對相控陣雷達將面臨的噪聲干擾，構建了相控陣雷達抗噪聲干擾性能評估指標體系，如圖2所示。

4 相控陣雷達抗干擾性能評估方法

4.1 層次分析法

層次分析法是一種系統化的決策分析方法，將復雜問題分解為若干組成因素以形成遞階層次結構［11］，進而評估系統的綜合效能，如圖3所示。

圖2 相控陣雷達抗噪聲干擾性能評估指標體系

圖3 層次分析法算法流程

1）建立層次結構模型

將研究對象根據一定的準則分解為若干因素，各因素按照各自相應的準則再向下分解，這樣逐層分解，形成遞推層次結構模型［12］。在相控陣雷達抗干擾性能評估方面，層次結構模型即圖2。

2）單層元素權重的計算

（1）構造判斷矩陣

通過兩兩比較確定各元素的相對重要性，據此構造判斷矩陣。

其中，aij為元素xi相對元素xj的重要性度量值，可通過表1獲取。

表1 1-9標度量化表

（3）將特征向量歸一化處理，即為所求的權重向量。

3）一致性檢驗

（1）計算一致性指標C.I

式中，λmax為判斷矩陣的最大特征值。

（2）計算一致性比例C.R

C.R ＜0.1 時，通過一致性檢驗，求解的特征向量即為權重。對于三階模型，R.I為0.52。

4）計算各層元素的合成權重

求解到每層元素的權重后，求解底層各元素對研究對象的合成權重。

4.2 評估指標體系權重的確定

針對抗干擾技術在相控陣雷達抗干擾性能的重要性問題，由多位雷達對抗領域專家分別打分，再取均值，各項指標結果如表2所示。

表2 抗干擾技術對相控陣雷達抗噪聲干擾的重要性

由多位雷達對抗領域的專家對外場測試各指標的相對重要性進行統計分析，根據統計結果構造判斷矩陣，求取指標權重：指標層A 權重為［0.183 0.817］，在指標層C權重如表3所示。

表3 外場測試指標權重

雷達抗干擾技術權重計算公式為

其中，ωi為第i 個指標的權重，μi為第i 個指標對相控陣雷達抗噪聲干擾的重要性度量，根據表1、表2 及抗干擾技術的重要性說明，確定雷達具有的抗干擾技術，如果包含第i 個指標，則δi為1，否則為0。

5 結語

本文提出了一種相控陣雷達抗噪聲干擾性能的定量評估方法。基于雷達抗干擾技術與外場測試，通過選取合適的指標構建了抗噪聲干擾性能評估指標體系，并根據不同雷達可能具有不同的抗干擾技術，進一步給出了評估指標體系的優化方法，可操作性更強。在正常通過雷達定型試驗鑒定的前提下，雷達具有的抗干擾技術在一定程度上能夠反映雷達具有的抗干擾能力。在不便于進行外場測試時，可根據不同相控陣具有的抗干擾技術，初步比較不同雷達抗干擾能力的強弱。