基于偵察系統(tǒng)定位模糊區(qū)的噪聲干擾效果分析*

楊軍佳，吳 瓊，孫正鑫＊＊

(1.電子工程學院，合肥 230037;2.65301 部隊，長春 130041)

0 引言

雷達偵察系統(tǒng)以其優(yōu)良的偵察性能在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中受到越來越多的關注。目前，對該系統(tǒng)對抗的研究主要集中在被動對抗(雷達反偵察技術）上，而對該系統(tǒng)主動對抗(主動干擾）的研究還比較少，對該系統(tǒng)干擾效果評估更是一個新的課題。本文主要基于采用干擾機發(fā)射包含我方雷達輻射頻率在內(nèi)的一小段高斯白噪聲對敵方雷達對抗偵察設備進行干擾，以使對方雷達對抗偵察設備不能對我方輻射源實施精確定位的思想，研究雷達偵察系統(tǒng)在受到高斯白噪聲干擾(以下簡稱“干擾”）后其定位效能的變化情況，以此來評估噪聲對雷達偵察系統(tǒng)的干擾效果。

1 雷達偵察系統(tǒng)定位效能及定位效能損失度的概念

雷達偵察系統(tǒng)的定位效能可以定義為雷達輻射源實際尺寸與雷達偵察系統(tǒng)定位模糊區(qū)面積的比值，即

式中，S為輻射源實際尺寸，Sr為偵察系統(tǒng)的定位模糊區(qū)面積。

雷達偵察系統(tǒng)定位效能損失度可以定義為雷達偵察系統(tǒng)沒有受到干擾和受到干擾后其定位效能減少的百分比。本文用ε來表示雷達偵察系統(tǒng)定位效能損失度，即

式中，E'、E、S'r、Sr為雷達偵察系統(tǒng)在受到干擾和沒有受到干擾時定位效能及定位模糊區(qū)面積。

2 要素分析及建模

2.1 測向交叉定位模糊區(qū)的分析建模

設我方輻射源位于平面的C 點，敵偵察機在兩個觀測點A(xA，yA）和B(xB，yB）和對輻射源測得的方位角分別為θA和θB，兩觀測點之間的距離為d，偵察系統(tǒng)測向誤差為±△θ，這里作為近似計算，假定測向誤差是左右對稱的。如圖1所示。

圖1 定位模糊區(qū)

由文獻［1］可得，測向交叉定位模糊區(qū)面積為

式中，S為模糊區(qū)面積，rA、rB為觀測點A、B 到輻射源的距離，θA、θB為敵偵察機在觀測點A、B測得的輻射源的方位角，△θ為偵察系統(tǒng)的測向誤差。

同時，在圖1中應用三角余弦定理可得

把式(4）代入式(3）中，則模糊區(qū)面積為

由式(5）可以看出:定位模糊區(qū)面積與兩觀測點的距離、兩觀測點所測得的方位角以及偵察系統(tǒng)的測向誤差有關。而我方對敵偵察機實施的干擾不能改變敵機在空間任意兩觀測點的距離，只能改變偵察系統(tǒng)的測向誤差。

2.2 測向誤差的分析建模

2.2.1 偵察接收機輸入端信干比與接收機輸出端信噪比的關系

根據(jù)接收機噪聲系數(shù)［2］的概念，信號和噪聲經(jīng)過接收機后，輸出信號和噪聲功率與接收機接收到的信號和噪聲功率有如下關系:

式中，F(xiàn)為接收機噪聲系數(shù)，So為偵察接收機輸出額定信號功率，No為偵察接收機輸出額定噪聲功率，Si為接收機輸入額定信號功率，Ni為接收機輸入額定噪聲功率，G為接收機額定功率增益，k=1.38×10－23J/K為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，B為接收機帶寬。

由于我方干擾機發(fā)射的是高斯白噪聲，則相應的干擾信號就是噪聲。由于此時干擾機發(fā)射的是窄帶高斯白噪聲，而對方偵察系統(tǒng)是一寬開的系統(tǒng)，則認為干擾信號功率能夠全部被偵察系統(tǒng)所接收。依據(jù)噪聲系數(shù)的概念，可得偵察接收機輸入端信干比與接收機輸出端信噪比的關系為

式中，So/No為接收機輸出端信噪比，Si、J分別為接收機輸入端信號功率和干擾信號功率。又由于偵察系統(tǒng)接收輻射源信號功率與干擾信號功率為

由式(7）和(8）可得

2.2.2 偵察系統(tǒng)測向誤差與偵察接收機輸出信噪比的關系

假設在敵偵察機的雷達偵察系統(tǒng)進行方位搜索的過程中，我雷達天線指向偵察機并固定不動;由文獻［1］可得，測角均方根誤差為

式中，θ0.5為天線波束寬度，So/No為測向接收機輸出端信噪比。

由式(9）和式(10）可得

同時，由文獻［3］得

式中，對于高增益銳方向性天線，K 取0.07～0.10;對于波束較寬、增益較低的天線，K 取0.04～0.06。

2.3 雷達偵察系統(tǒng)降噪因子的引入及對測向誤差的影響

由于雷達偵察系統(tǒng)在頻率和方位上的寬開性，其在偵收信號的同時必然受到自然界有源以及無源噪聲的干擾。為了減小噪聲的影響，該系統(tǒng)必須采取一些降低噪聲的措施。因此，本文引入降噪因子e。定義降噪因子為雷達偵察系統(tǒng)在采取降噪措施和沒有采取降噪措施后進入到該系統(tǒng)噪聲功率的比值，即

式中，N'、N分別為雷達偵察系統(tǒng)采取降噪措施和沒有采取降噪措施后進入到該系統(tǒng)噪聲功率。

由式(11）及(13）可得，雷達偵察系統(tǒng)采取降噪措施后其測向誤差為

3 仿真實驗及結果分析

仿真條件:Pt=105W、Gt=25 dB、Lt=15 dB、λ=3 cm、θ0.5=10°、d=20 km、θA=30°、θB=60°、Gr=25 dB、K=0.1、B=1 G、F=1.5、Lj=15 dB、Gj=25 dB、Rj1=16 km、Rj2=10 km、θ1=30°、θ2=60°，且偵察與干擾活動都是在室溫17 ℃的環(huán)境下進行的。

(1）雷達偵察系統(tǒng)定位效能損失度隨干擾后不同定位模糊區(qū)面積的變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 偵察系統(tǒng)定位效能損失度隨干擾后不同定位模糊區(qū)面積的變化規(guī)律

由仿真結果可知，偵察系統(tǒng)定位效能損失度隨著干擾后定位模糊區(qū)面積的增大而增大。

(2）雷達偵察系統(tǒng)定位模糊區(qū)面積隨不同測向誤差的變化規(guī)律如圖3所示，為從不同的視角進行觀察的結果。

由仿真結果可知:定位模糊區(qū)面積隨測向誤差的增大而增大;固定其中一個誤差值，定位模糊區(qū)面積與另一個誤差成正比例關系;模糊區(qū)面積是以△θA=△θB時測向誤差與其關系的曲線對稱的曲面，且△θA=△θB時曲線值是最大的，其他曲線值隨遠離該曲線而減小。

圖3 雷達偵察系統(tǒng)定位模糊區(qū)面積隨不同測向誤差的變化規(guī)律

(3）測向誤差在不同降噪性能的情況下，隨干擾機發(fā)射信號功率與輻射源輻射信號功率比值的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4測向誤差隨干信比的變化規(guī)律

由仿真結果可知:在雷達偵察系統(tǒng)降噪性能一定的情況下，隨著干信比的增大，測向誤差越來越大;在干信比一定的情況下，測向誤差隨著系統(tǒng)降噪性能的提高而減小。

4 結束語

本文提出了基于雷達偵察系統(tǒng)測向交叉定位模糊區(qū)的干擾效果評估模型，分析了噪聲對定位模糊區(qū)的影響且對該影響因素進行了量化;定義了定位效能損失度，使干擾對該系統(tǒng)定位效能產(chǎn)生的影響更加直觀;同時引入了降噪因子，使干擾對該系統(tǒng)定位效能產(chǎn)生的影響更加符合實際。計算機的仿真結果也證明了該評估模型的合理性。作為單項指標的干擾效果評估模型，該評估模型對雷達偵察系統(tǒng)干擾效果評估有一定的參考價值。

［1］羅景青.雷達對抗原理［M］.北京:解放軍出版社，2003.

［2］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2002.

［3］邵國陪.雷達對抗作戰(zhàn)效能分析［M］.北京:解放軍出版社，1997.