復雜電磁環(huán)境下火控雷達試驗方法研究

焦淑瑜 張建軍

(92941部隊93分隊 遼寧葫蘆島 125001)

1 引言

隨著電子技術和信息技術的發(fā)展，電子信息裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮了越來越重要的作用，現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式由單純的火力對抗轉(zhuǎn)向復雜的電磁對抗，戰(zhàn)場上多種電磁干擾并存，嚴重影響了雷達裝備的作戰(zhàn)性能。為適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)需要，提高武器系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用性能，某導彈武器系統(tǒng)采用了先進的相控陣體制火控雷達。該雷達具備多項抗干擾措施，可以有效對抗多種電磁干擾模式，在復雜的電磁干擾環(huán)境中完成對來襲目標的探測和跟蹤，實現(xiàn)火控系統(tǒng)正常工作，有效提高了武器裝備在戰(zhàn)場上的生存能力。為了檢驗火控雷達在復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用性能，充分反映雷達的實際作戰(zhàn)效能，開展復雜電磁環(huán)境下火控雷達試驗方法研究。以戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境為研究背景，通過構建外場試驗的復雜電磁環(huán)境，確定復雜電磁環(huán)境下火控雷達試驗與評定方法，對復雜電磁環(huán)境下火控雷達的作戰(zhàn)性能進行檢驗評定。

2 試驗復雜電磁環(huán)境研究

2.1 試驗電磁環(huán)境特點

試驗電磁環(huán)境是指火控雷達進行試驗時，在雷達作用的空間內(nèi)，施加特定的電磁干擾，來抑制雷達的工作性能，使雷達不能正常工作。復雜電磁環(huán)境下火控雷達外場試驗的關鍵是構建接近于實戰(zhàn)的外場試驗復雜電磁環(huán)境?；鹂乩走_在戰(zhàn)場中可能會受到一種或多種電磁干擾的威脅，這些干擾中有源干擾和無源干擾并存，干擾戰(zhàn)術的應用形式靈活多樣。戰(zhàn)場電磁環(huán)境具有電磁干擾樣式復雜、干擾手段多、作用范圍廣的特點，因此，應根據(jù)上述特點來構建火控雷達外場試驗的復雜電磁環(huán)境。

2.2 試驗復雜電磁環(huán)境構成

復雜電磁環(huán)境的構成主要包括三部分，即人為電磁環(huán)境、自然電磁環(huán)境和輻射傳播因素。自然電磁環(huán)境和輻射傳播因素由試驗環(huán)境的地形、地貌、水文、氣象等自然條件構成;人為電磁環(huán)境是指在試驗過程中，在試驗的空域、時域、頻域和能域上采用電子信息裝備模擬電磁信號的特性，人為的構建干擾被試雷達的電磁輻射環(huán)境。自然電磁環(huán)境和輻射傳播因素受試驗場自然環(huán)境條件的制約，試驗中無法人為設置，因此，雷達試驗的復雜電磁環(huán)境主要是構建人為電磁干擾環(huán)境。按照干擾信號能量的來源分類，人為復雜電磁環(huán)境主要由有源干擾和無源干擾電磁環(huán)境構成，分類如圖1所示。

圖1 主要干擾類型

2.2.1 有源干擾

雷達有源干擾是用電子設備產(chǎn)生射頻信號擾亂或阻斷對方雷達對目標的探測和跟蹤。有源干擾按干擾信號的作用原理可分為噪聲干擾和欺騙性干擾兩大類。

a.噪聲干擾

噪聲干擾又叫遮蓋性干擾，其原理是雷達接收機接收到的回波信號中包括干擾噪聲信號和真實目標的回波信號，兩種信號疊加在一起，當噪聲信號達到一定強度時，將目標回波信號淹沒，使雷達難以從中檢測目標信息。包括瞄準式和阻塞式兩種噪聲干擾工作方式。

b.欺騙干擾

欺騙干擾是干擾機收到雷達發(fā)射的信號后進行調(diào)制，產(chǎn)生模擬目標信息的干擾信號，再轉(zhuǎn)發(fā)給雷達，雷達接收到干擾信號和真實目標回波信號，真實目標信號被干擾信號拖引，使雷達不能正常檢測目標信息。欺騙干擾的主要包括距離拖引、速度拖引及角度欺騙。

2.2.2 無源干擾

無源干擾是利用不發(fā)射電磁波的無源干擾器材，通過對電磁波的散射、反射、折射，形成雷達誘餌，或吸收電磁波，使雷達無法正常工作。無源干擾具有適應性強、使用方便、效能明顯等特點，廣泛應用在飛機、艦艇等作戰(zhàn)平臺上，是雷達面對的主要干擾威脅之一。無源干擾器材主要包括箔條、角反射器、龍伯透鏡及吸波材料等。

2.2.3 干擾作用方式

干擾作用方式是指干擾技術在作戰(zhàn)過程中，通過對雷達、目標及干擾設備在一定空間位置關系上的分布，來達到特定的作戰(zhàn)效果。按照雷達、目標及干擾機的空間位置關系可分為近距離干擾、隨隊干擾和遠距離干擾，按工作方式可分為自衛(wèi)干擾和支援干擾。

a.自衛(wèi)干擾

執(zhí)行作戰(zhàn)任務的載體上施放自衛(wèi)式干擾，以保護載體不被敵方的末端防御系統(tǒng)截獲和跟蹤，是攻擊飛機在完成突防攻擊、轟炸封鎖、近空壓制敵防空系統(tǒng)所采取的干擾方式。

b.支援干擾

支援式干擾是采用專門的干擾設備載體平臺，在執(zhí)行任務時掩護空中突防飛機、參戰(zhàn)艦船及地面武器裝備，不被敵方的雷達發(fā)現(xiàn)和跟蹤。采用支援式干擾時，干擾施放載體平臺和被保護的目標不是同一個載體，因此，支援干擾可以在編隊作戰(zhàn)時實施，常用的干擾方式有遠距離支援干擾和隨隊支援干擾。

2.3 電磁環(huán)境輻射強度設置

進行復雜電磁環(huán)境下火控雷達外場試驗，火控雷達需根據(jù)電磁干擾的樣式和強度，采取相應的抗干擾措施。干擾過弱時，對火控雷達達不到足夠的干擾效果，干擾過強時，會導致雷達抗干擾失效，雷達不能正常工作。因此應根據(jù)火控雷達抗干擾性能指標確定適當?shù)碾姶鸥蓴_強度。干擾強度用干擾中的可見度進行度量。

干擾中的可見度是指在存在干擾時，雷達正常工作的臨界狀態(tài)下，干擾與信號功率比，即雷達接收天線處干擾與信號功率密度之比。已知雷達發(fā)射功率Pt(W)、雷達天線增益Gt(dB)、干擾機發(fā)射功率Pj(W)、干擾機天線增益Gj(dB)，則可見度VJ為:

式中:σ為目標有效散射面積(m2);Rt為雷達作用距離(m);Rj為干擾機至雷達距離(m)。

3 試驗與評定方法

3.1 試驗條件

靶場應具備提供各種干擾樣式的干擾設備作為主要的配試設備，即應具備多種典型實體雷達干擾機、雷達干擾模擬器及相應的試驗設施，能提供多種有效干擾樣式的干擾，且所有設備要求指標明確、性能穩(wěn)定，以滿足火控雷達在復雜電磁環(huán)境下的試驗需求。靶場同時應具備架設各種實體干擾機及干擾模擬器的場區(qū)條件，如試驗陣地、試驗航路等。靶場的所有真值測量設備、雷達引導設備、通信設備及時統(tǒng)設備，都應具備較強的抗干擾能力，或采取有效的抗干擾措施，不受干擾源的干擾。

3.2 試驗方法

具體的試驗方法，可以檢測火控雷達的抗干擾性能指標，也可以將被試雷達作為一個對抗單元實體，應用最終效果評定準則，用雷達在作戰(zhàn)中完成自身使命任務的能力作為評定標準。本文采用最終效果評定法，通過檢測被試雷達采用抗干擾措施和未采用抗干擾措施的各項戰(zhàn)技性能指標的試驗結果相比較，來評定該雷達在復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)性能。

3.2.1 檢驗指標

通過外場試驗檢驗火控雷達在復雜電磁環(huán)境下的戰(zhàn)術技術指標主要包括精度指標、威力指標等，抗干擾性能指標包括抗干擾改善因子、識別概率等。

3.2.2 評定標準

a.雷達相對測量精度

雷達的相對測量精度是指在干擾條件下，雷達采取抗干擾措施后的測量誤差與未采取抗干擾措施時雷達測量誤差的比值。

式中MJo為干擾環(huán)境中雷達采取抗干擾措施后測量最大誤差;Mmo為干擾環(huán)境中雷達未采取抗干擾措施時測量最大誤差。

b.抗干擾改善因子

抗干擾改善因子是雷達采用某種抗干擾措施后，雷達輸出端信噪比與雷達未采取抗干擾措施時，雷達輸出端信噪比的比值。即雷達采取抗干擾措施后信噪比提高的倍數(shù)。

式中P'So/P'Jo為采取抗干擾措施后雷達輸出端信噪比;PSo/PJo為未采取抗干擾措施時雷達輸出端信噪比。

3.3 實例分析

某火控雷達，具有頻率捷變、旁瓣對消、自動增益調(diào)整等多項抗干擾措施，對有源噪聲壓制干擾、噪聲掩護干擾、瞄準干擾、欺騙干擾等有較好的抑制能力，并能有效對抗箔條干擾、雜波干擾等無源干擾。通過構建具有多種電磁干擾的復雜電磁環(huán)境，對該火控雷達進行外場試驗。

A.目標機參數(shù)

目標機從雷達的法線方向300km進入，高度10km，速度300m/s，RCS3m2，試驗全程采用真值測量設備，測量目標機的位置真值。

B.電磁環(huán)境設置

試驗復雜電磁環(huán)境包括無源干擾和有源干擾。無源干擾采用箔條干擾，有源干擾采用噪聲和欺騙干擾。

a.無源干擾

在距離雷達100km時，干擾機1施放箔條干擾彈，對雷達進行無源干擾，檢驗雷達對目標跟蹤情況。

b.隨隊干擾

隨隊干擾模式下，干擾機1和目標機編隊飛行，高度和速度與目標機相同，左右相距100m，干擾機與目標機均在雷達主波束內(nèi)，距離200km～100km范圍內(nèi)，通過干擾吊艙向雷達施放欺騙干擾、窄帶瞄準干擾、寬帶阻塞干擾，檢驗雷達對目標探測和跟蹤情況。

c.遠距離支援干擾

遠距離支援干擾模式下，干擾信號從旁瓣進入雷達接收機，干擾機2處于雷達跟蹤副瓣波束內(nèi)，高度和速度與目標機相同，距離300km～100km范圍內(nèi)，通過干擾吊艙向雷達施放窄帶瞄準干擾和寬帶阻塞干擾，檢驗雷達對目標探測和跟蹤情況。

C.航路設計

根據(jù)試驗方案，確定干擾機與目標機的相對位置，及與雷達的空間相對位置，進行試驗航路設計。如圖2所示。

圖2 試驗航路(俯視)

a.雷達相對測量精度試驗

目標由J點(距離雷達300km)進入，經(jīng)A點(距離雷達200km)、B點(距離雷達100km)，至 T點(距離雷達40km)退出，干擾機1進行隨隊干擾，干擾機2進行遠距離支援干擾，干擾機1飛行至B點，施放箔條干擾彈。分雷達全程未采用抗干擾措施和采用抗干擾措施兩個航次，對目標的測量精度進行統(tǒng)計計算。

b.抗干擾改善因子試驗

在試驗過程中全航路記錄被試雷達輸出的信噪比。第一航次，雷達全程未采用抗干擾措施，在每個距離段記錄被試雷達輸出的信噪比。第二航次，雷達采用抗干擾措施后，全程記錄雷達輸出的信噪比，測量結果與第一航次該距離段內(nèi)雷達輸出的信噪比進行比較，計算抗干擾改善因子。

D.試驗結果

共進行2航次飛行試驗，火控雷達在未采取抗干擾措施和采取抗干擾措施兩種情況下，得到雷達測量目標的距離、方位、俯仰精度統(tǒng)計結果見表1。

表1 試驗結果統(tǒng)計表

由表1可見，未采取抗干擾措施的情況下，雷達的測量精度超差，說明在復雜電磁環(huán)境下，如果雷達沒有相應的抗干擾措施，其作戰(zhàn)性能將受到嚴重影響。采取相應的抗干擾技術后，該火控雷達可有效應對復雜的作戰(zhàn)環(huán)境條件。由公式(2)計算雷達的相對測量精度。

2航次分別得到雷達輸出的信噪比SNR，圖3、圖4為雷達在目標距離175800m～17300m時輸出的SNR曲線。由試驗結果可計算雷達抗干擾改善因子IJ。

圖3、4中的SNR擬合曲線是對SNR進行數(shù)據(jù)處理后得到的擬合曲線，由該曲線可以看出，在相同的目標跟蹤距離內(nèi)，采取抗干擾措施后雷達輸出的信噪比大于未采取抗干擾措施的信噪比，抗干擾措施可以有效提高雷達的跟蹤效果。

4 結束語

未來高技術戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)形態(tài)、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)環(huán)境等都離不開復雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境背景，未來武器裝備的靶場試驗也將是基于復雜電磁環(huán)境背景下的試驗與鑒定。該方法為靶場開展復雜電磁環(huán)境下裝備的外場試驗提供了可行的試驗復雜電磁環(huán)境構建方法、試驗方案及試驗結果評定方法，能夠有效提高靶場在復雜電磁環(huán)境條件下的綜合試驗水平。

［1］陳相麟，蔣譜成，雷達試驗［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2004.

［2］王國玉，汪連棟，雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)學仿真與評估［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2004.

［3］盛文，焦曉麗，雷達系統(tǒng)建模與仿真導論［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

［4］向敬成，張明有，雷達系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2000.