雷達(dá)組網(wǎng)抗干擾性能評(píng)估方法研究

徐 超，張 進(jìn)

（北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094）

0 引言

雷達(dá)組網(wǎng)通過(guò)將不同的雷達(dá)合理布站，借助通信手段鏈接成網(wǎng)，由統(tǒng)一的管理融合中心對(duì)雷達(dá)進(jìn)行組織管理和數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而形成一個(gè)有機(jī)整體。雷達(dá)網(wǎng)工作頻段分布廣泛、體制功能相互補(bǔ)充、作用空域互相重疊，從而大大提高了雷達(dá)網(wǎng)自身的生存能力和作戰(zhàn)效能，相比傳統(tǒng)的雷達(dá)，具備更強(qiáng)的“四抗”能力。但是其優(yōu)越的“四抗”能力來(lái)源于多方面，既有單部雷達(dá)自身的因素，又跟組網(wǎng)配置、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用等多種因素相關(guān)，因此如何客觀、定量地對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)“四抗”能力進(jìn)行評(píng)估就成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了分別利用靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)對(duì)其抗干擾性能進(jìn)行評(píng)估的方法。

靜態(tài)指標(biāo)主要指雷達(dá)網(wǎng)本身具備的抗干擾能力，在受到干擾的情況下不會(huì)發(fā)生變化，是雷達(dá)網(wǎng)自身所具有的抗干擾措施的體現(xiàn)；動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要是雷達(dá)網(wǎng)在受干擾前后變化顯著的關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo)，是影響雷達(dá)網(wǎng)主要性能的指標(biāo)。動(dòng)態(tài)指標(biāo)可以直接反映雷達(dá)網(wǎng)受到干擾后主要性能的變化情況，靜態(tài)指標(biāo)則可以反映雷達(dá)網(wǎng)自身抗干擾措施方面的長(zhǎng)處與短板，為提高雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力提供參考。

1 雷達(dá)網(wǎng)抗干擾性能的靜態(tài)評(píng)估指標(biāo)

雷達(dá)網(wǎng)抗干擾性能靜態(tài)指標(biāo)主要包括單部雷達(dá)抗干擾能力度量模型、組網(wǎng)雷達(dá)抗干擾能力附加因子兩部分。

單部雷達(dá)的抗干擾能力可以表示為：

式中，P 為雷達(dá)發(fā)射功率（W），T0為信號(hào)持續(xù)時(shí)間（s），Bs為 信 號(hào) 帶 寬（Hz），G 為 雷 達(dá) 天 線 增 益；（PT0BsG）為雷達(dá)抗干擾的固有能力。其它參數(shù)為抗干擾措施的附加因子，分別為：頻率跳變因子SA、天線副瓣因子SS、MTI（或MTD）質(zhì)量因子SM、天線極化可變因子SP、恒虛警處理因子SC、“寬-限-窄”電路質(zhì)量因子SN、重復(fù)頻率抖動(dòng)因子SJ。

雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力不僅與網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)有關(guān)，還與網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)量、配置布站都存在密切關(guān)系，因此，雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力可視為由兩部分組成：一部分是網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)本身的抗干擾能力；另一部分是組網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的附加因子。其中網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)本身的抗干擾能力按照各自作用距離遠(yuǎn)近，以及各自防御方向的重要性進(jìn)行加權(quán)。因此組網(wǎng)雷達(dá)的抗干擾能力靜態(tài)指標(biāo)可以由下式計(jì)算，即：

式中，（AJC）Snet為雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力靜態(tài)指標(biāo)；N 為雷達(dá)數(shù)；K 為雷達(dá)網(wǎng)平均空域重疊系數(shù)；η為雷達(dá)網(wǎng)頻域重疊系數(shù)；J 為雷達(dá)網(wǎng)極化類(lèi)型數(shù)；S 為雷達(dá)網(wǎng)信號(hào)類(lèi)型數(shù)；（AJC）i為第i部雷達(dá)的抗干擾能力；ri為第i部雷達(dá)的探測(cè)距離（m）；rav為雷達(dá)網(wǎng)平均探測(cè)距離，定義為網(wǎng)內(nèi)所有雷達(dá)探測(cè)距離的代數(shù)平均值（m）；ki為各參數(shù)對(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力貢獻(xiàn)大小的因子（i＝1，2，…，5）。

1.1 平均空域重疊系數(shù)

空域重疊系數(shù)反映的是多部雷達(dá)同時(shí)照射某一空域的情況。

設(shè)N 部雷達(dá)按照一定平面圖形布陣，A 為組網(wǎng)雷達(dá)的覆蓋面積，并按照一定高度將雷達(dá)探測(cè)區(qū)域在垂直方向上分為M 層。第i部雷達(dá)在第j個(gè)高度層上的探測(cè)區(qū)域?yàn)锳ij＝｛（x，y，h）；fij（x，y，h）≤rij｝，i＝1，2，…，N；j＝1，2，…，M，其中rij為第i部雷達(dá)在第j個(gè)高度層上的作用距離，則第i部雷達(dá)在第j個(gè)高度層上覆蓋的面積為。

平均空域重疊系數(shù)K 為：

1.2 頻域重疊系數(shù)

設(shè)雷達(dá)網(wǎng)由N 部雷達(dá)組成，每部雷達(dá)的帶寬為Δfi，i＝1，2，…，N，N 部雷達(dá)中有M 部雷達(dá)的頻帶發(fā)生重疊，重疊帶寬為Δfj，j＝1，2，…，M，則頻域重疊系數(shù)為：

1.3 極化類(lèi)型數(shù)

極化類(lèi)型系數(shù)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)極化類(lèi)型數(shù)與網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目的比值，可表示為：

式中，m 為雷達(dá)網(wǎng)極化類(lèi)型總數(shù)；N 為雷達(dá)網(wǎng)的雷達(dá)總數(shù)。

1.4 信號(hào)類(lèi)型數(shù)

信號(hào)類(lèi)型系數(shù)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)信號(hào)類(lèi)型數(shù)與網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目的比值，可表示為：

式中，k為雷達(dá)網(wǎng)信號(hào)類(lèi)型總數(shù)，N 為雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)的雷達(dá)總數(shù)。

2 雷達(dá)網(wǎng)抗干擾性能的動(dòng)態(tài)評(píng)估指標(biāo)

動(dòng)態(tài)指標(biāo)是通過(guò)雷達(dá)網(wǎng)在受到干擾前后其關(guān)鍵指標(biāo)的變化來(lái)對(duì)其抗干擾性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。雷達(dá)組網(wǎng)的主要職責(zé)是探測(cè)責(zé)任區(qū)域中的空中目標(biāo)、跟蹤并形成軌跡，為防空武器系統(tǒng)提供情報(bào)支援。雷達(dá)組網(wǎng)的目的是為了更早地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，從而使防空武器系統(tǒng)獲得更多的準(zhǔn)備時(shí)間，并且通過(guò)對(duì)多部雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，獲得比單部雷達(dá)更高的數(shù)據(jù)率和更好的測(cè)量精度，從而為防空部隊(duì)提供目標(biāo)指引。

對(duì)雷達(dá)干擾主要有壓制式干擾和欺騙式干擾，壓制式干擾主要是通過(guò)連續(xù)波信號(hào)或者大量雜亂信號(hào)、噪聲信號(hào)壓制雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)；欺騙式干擾則是釋放與目標(biāo)回波信號(hào)相同或相近的干擾信號(hào)，在雷達(dá)上形成假目標(biāo)，使敵方獲取錯(cuò)誤情報(bào)。由于組網(wǎng)雷達(dá)內(nèi)雷達(dá)數(shù)量眾多，一方面，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)偵察的難度增大，難以形成有效干擾；另一方面，通過(guò)對(duì)多部雷達(dá)數(shù)據(jù)的融合處理可以較容易地識(shí)別出欺騙性假目標(biāo)，因此目前對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)的干擾技術(shù)仍以有源壓制式干擾為主。

雷達(dá)組網(wǎng)抗有源壓制干擾的動(dòng)態(tài)評(píng)估指標(biāo)主要通過(guò)雷達(dá)探測(cè)距離的變化情況進(jìn)行衡量：

式中，（ACJ）Dnet為雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力動(dòng)態(tài)指標(biāo)；Ri為未受干擾時(shí)對(duì)典型目標(biāo)的探測(cè)距離；RJi為受到干擾后對(duì)同一目標(biāo)的探測(cè)距離；ki為各雷達(dá)在雷達(dá)網(wǎng)中的重要程度或各雷達(dá)防御方向的重要程度，i＝1，2，…，N。

3 實(shí)例分析

3.1 雷達(dá)網(wǎng)基本配置

假設(shè)雷達(dá)網(wǎng)由3部雷達(dá)組成，按正三角形部署，各雷達(dá)間距為75km，布站時(shí)，將抗干擾性能較好的雷達(dá)布置于重點(diǎn)防御方向，各單部雷達(dá)均負(fù)責(zé)一定范圍的區(qū)域。雷達(dá)組網(wǎng)及對(duì)抗態(tài)勢(shì)如圖1所示，以?xún)煞N方案組網(wǎng)，組網(wǎng)方案1、2的雷達(dá)主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。圖1中a雷達(dá)的防御方向?yàn)橹攸c(diǎn)防御方向。敵軍飛機(jī)以5000m 高度飛行，其有效雷達(dá)截面積為2m2，其干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)距離支援干擾。

表1 雷達(dá)網(wǎng)各雷達(dá)基本參數(shù)

圖1 雷達(dá)組網(wǎng)及對(duì)抗態(tài)勢(shì)示意圖

3.2 靜態(tài)指標(biāo)評(píng)估

兩種組網(wǎng)方案中，雷達(dá)數(shù)目相同，但是方案2中雷達(dá)作用距離平均值高于方案1，因此其空域覆蓋系數(shù)不同。方案1中兩部雷達(dá)的工作頻段相同，而方案2中3部雷達(dá)工作頻段均不同，因此方案2的頻域覆蓋系數(shù)大于方案1。兩種方案的極化系數(shù)和信號(hào)類(lèi)型系數(shù)均相同。

根據(jù)式（2）可計(jì)算出兩種組網(wǎng)方式的雷達(dá)網(wǎng)的靜態(tài)抗干擾能力。

組網(wǎng)方案1：

組網(wǎng)方案2：

通過(guò)計(jì)算兩種組網(wǎng)方案的抗干擾能力靜態(tài)指標(biāo)，可以看出，方案1的抗干擾能力比方案2強(qiáng)，雖然方案2中3部雷達(dá)頻段各自都不一樣，而方案1中有兩部雷達(dá)是同一頻段，但方案1中單部雷達(dá)抗干擾能力更強(qiáng)。由此可知，通過(guò)靜態(tài)指標(biāo)衡量雷達(dá)組網(wǎng)的抗干擾能力，單部雷達(dá)的抗干擾能力在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

3.3 動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)估

為檢驗(yàn)上述靜態(tài)指標(biāo)評(píng)估的雷達(dá)組網(wǎng)抗干擾能力，通過(guò)本文第2節(jié)的雷達(dá)組網(wǎng)預(yù)警距離的計(jì)算公式，對(duì)受到遠(yuǎn)距離壓制干擾的雷達(dá)網(wǎng)的預(yù)警距離進(jìn)行計(jì)算。設(shè)干擾機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 干擾機(jī)主要參數(shù)

為便于計(jì)算，現(xiàn)只考慮干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離支援干擾的情況，對(duì)兩種方案而言其干擾機(jī)距攻擊目標(biāo)距離應(yīng)相同，設(shè)干擾機(jī)距目標(biāo)O 距離為160km。

雷達(dá)在受到干擾機(jī)有源壓制干擾時(shí)，由于干擾機(jī)與雷達(dá)之間的角度不同，干擾信號(hào)可能會(huì)從雷達(dá)主瓣或者雷達(dá)副瓣進(jìn)入，敵方為獲得最佳干擾效果，一般情況下會(huì)將干擾機(jī)布置在空襲飛機(jī)與己方雷達(dá)連線方向，從而保證干擾信號(hào)盡可能從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，因此，在計(jì)算雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)探測(cè)距離變化率時(shí)，以雷達(dá)受到主瓣有源壓制干擾為例進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)式（7）計(jì)算可得兩種組網(wǎng)方案在受到有源壓制干擾的情況下，雷達(dá)探測(cè)距離的變化率。兩種組網(wǎng)方案中，雷達(dá)a的防御方向?yàn)橹攸c(diǎn)防御方向，雷達(dá)b和c 方向?yàn)榇沃匾较?，因此在?jì)算時(shí)，雷達(dá)a 探測(cè)距離變化所占權(quán)重取5，雷達(dá)b和c 均取2.5。

組網(wǎng)方案1：

組網(wǎng)方案2：

通過(guò)計(jì)算可知，組網(wǎng)方案1的探測(cè)距離在受到干擾情況下，其變化程度小于組網(wǎng)方案2，說(shuō)明組網(wǎng)方案1的抗有源壓制干擾能力強(qiáng)于組網(wǎng)方案2。雖然方案2的雷達(dá)平均探測(cè)距離高于方案1，但是由于方案1中的雷達(dá)抗干擾能力更強(qiáng)，因此在受到干擾的情況下，方案1的整體性能更好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分別研究了以雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)具備的抗干擾措施和雷達(dá)的配置部署為指標(biāo)的雷達(dá)網(wǎng)靜態(tài)抗干擾能力評(píng)估，以及以雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)距離變化率為指標(biāo)的動(dòng)態(tài)抗干擾能力評(píng)估。在雷達(dá)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中，其抗干擾能力不僅與各雷達(dá)自身的作戰(zhàn)性能相關(guān)，還與戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用、敵方的干擾樣式等等有著密切的聯(lián)系。雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力評(píng)估是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，本文所給出的兩種評(píng)估方法還需進(jìn)一步完善，如何確定靜態(tài)評(píng)估指標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重、面對(duì)不同干擾樣式時(shí)雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)距離的變化情況以及如何評(píng)估雷達(dá)網(wǎng)整體效能將是下一步的研究重點(diǎn)?！?/p>

［1］陳永光.組網(wǎng)雷達(dá)作戰(zhàn)能力分析與評(píng)估［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［2］李波濤，李明，吳順君.雷達(dá)抗干擾效能評(píng)估方法探討［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2006，28（11）：16-19.

［3］羅鵬程，楊濤.對(duì)空警戒雷達(dá)網(wǎng)抗干擾效能模型［J］.火力與指揮控制，2010（7）.

［4］廖玉忠，劉付顯，劉睿淵.電子干擾條件下組網(wǎng)雷達(dá)預(yù)警時(shí)間分析［J］.中國(guó)雷達(dá)，2009（1）.

［5］花良發(fā)，吳鐵平.雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力度量方法研究［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，1998（4）：4-8.