復雜電磁環(huán)境下有源相控陣雷達導引頭抗干擾試驗與效能評估技術(shù)研究

韓曉東，譚智，舒汀， 郁文賢

（1.上海交通大學 電子信息與電氣工程學院；2.上海無線電設(shè)備研究所，上海 200090）

復雜電磁環(huán)境下有源相控陣雷達導引頭抗干擾試驗與效能評估技術(shù)研究

韓曉東1，譚智2，舒汀1， 郁文賢1

（1.上海交通大學 電子信息與電氣工程學院；2.上海無線電設(shè)備研究所，上海 200090）

通過有源相控陣雷達導引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備對抗過程建模仿真和半物理對抗射頻仿真試驗，建立導引頭抗干擾效能評估方法。系統(tǒng)級的全面評估導引頭抗干擾效能，以滿足實際軍事應(yīng)用的需要。試驗可以對有源相控陣雷達導引頭系統(tǒng)技術(shù)、抗干擾算法等關(guān)鍵技術(shù)進行工程化驗證。對導引頭抗干擾性能進行內(nèi)場系統(tǒng)試驗，支持產(chǎn)品設(shè)計定型前的復雜電磁環(huán)境適應(yīng)性摸底試驗，為部隊提供高水平的裝備，也能為有源相控陣雷達導引頭抗干擾性能提供有力的試驗驗證與評估。

電磁環(huán)境；相控陣；雷達導引頭；抗干擾試驗

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，空域防御是重要內(nèi)容，而空域防御中的重要武器是導彈[1]，其電磁裝置是雷達導引頭，是導彈武器系統(tǒng)的組成部分。它在完成任務(wù)的過程中遇到的電磁干擾環(huán)境是復雜的，不僅有人為干擾（包括功率型干擾和欺騙式干擾），還有自然干擾（如地雜波、海雜波和氣象雜波等），同時還存在無線電設(shè)備間的電磁兼容問題。復雜的電磁干擾環(huán)境對導引頭的工作造成嚴重影響。

為適應(yīng)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，采用先進的有源相控陣雷達（Active Phased Array Radar，簡稱APAR）技術(shù)的導引頭將成為未來的一個重要發(fā)展趨勢，美國、德國、英國、日本都相繼研制出了APAR導引頭。該體制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，有效提高了武器裝備在戰(zhàn)場上的生存能力。為了檢驗雷達在復雜電磁環(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APAR導引頭抗干擾試驗與效能評估技術(shù)研究。以戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境為研究背景，通過構(gòu)建類似靶場試驗環(huán)境的復雜電磁環(huán)境，確定復雜電磁環(huán)境下APAR導引頭試驗與評估方法，對復雜電磁環(huán)境下APAR導引頭的作戰(zhàn)性能進行檢驗評定[2，3]。

1 抗干擾試驗技術(shù)研究

對APAR導引頭抗干擾試驗與效能評估技術(shù)的研究，主要通過利用屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺、輻射陣列等環(huán)境設(shè)備，同時配備各類復雜電磁環(huán)境（目標、干擾、雜波、雷達輻射源等）模擬設(shè)備，構(gòu)建了APAR導引頭對抗試驗系統(tǒng)，仿真APAR導引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備在各種電磁環(huán)境下的對抗過程，豐富的干擾樣式與抗干擾策略，能夠輔助快速建立各類對抗試驗，逼真的模擬外場靶試環(huán)境，同時能夠?qū)崟r或事后對APAR導引頭抗干擾效能進行系統(tǒng)級評估，全面考核導引頭抗干擾技術(shù)在各電磁環(huán)境條件下的對抗性能。

1.1 工作原理

APAR導引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備對抗試驗系統(tǒng)由屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺、輻射陣列、復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)、射頻仿真實驗室控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀、演示驗證仿真計算機評估系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)和實物APAR導引頭等設(shè)備組成，其構(gòu)成框圖如圖1所示。

圖1 APAR導引頭抗干擾試驗系統(tǒng)框圖

復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)中目標模擬與雜波模擬設(shè)備接收導引頭同步信號，模擬出與雷達相參的目標信號與雜波信號；復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)中ESM設(shè)備由喇叭陣列偵收雷達信號，送與干擾模擬設(shè)備做樣本，模擬出各種所需的欺騙干擾與壓制干擾；復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)中雷達輻射源模擬設(shè)備能夠自主模擬各種雷達信號，輔助模擬出逼真的電磁環(huán)境，同時也能考核導引頭抗同步異步干擾的性能；以上模擬的信號經(jīng)過空間輻射，由安裝于轉(zhuǎn)臺上的APAR導引頭接收，其中三軸轉(zhuǎn)臺用于模擬導彈的三軸運動，天線接收的信號經(jīng)過雷達接收通道進入處理機進行信號處理，搜索跟蹤目標的信息在顯控畫面上顯示；同時通過記錄儀記錄下雷達接收的數(shù)字數(shù)據(jù)，進行事后分析與評估。

簡要試驗流程，如圖2所示。

圖2 簡要試驗流程圖

1.2 電子對抗過程參數(shù)與信號建模、仿真技術(shù)研究

開展APAR導引頭作戰(zhàn)環(huán)境和對抗的理論研究，針對電子對抗的特點，重點研究復雜電磁環(huán)境的仿真模擬、APAR導引頭對抗性能評估、電子對抗過程設(shè)定等關(guān)鍵問題，驗證對抗模型的合理性[4]，如圖3所示。

具體針對APAR導引頭所面臨的干擾環(huán)境進行干擾策略的研究，一般所面臨的干擾環(huán)境主要包括：干擾源的數(shù)量、空間分布、總功率；干擾信號的樣式、參數(shù)；干擾的形式及干擾方式的運用等[5，6]。

根據(jù)APAR導引頭的情報參數(shù)，可以將APAR導引頭抗干擾試驗所需電磁環(huán)境典型化為以下幾種：

a）自衛(wèi)干擾（壓制性噪聲干擾、欺騙干擾等）；

b）隨隊干擾（壓制性噪聲干擾、假目標干擾、欺騙干擾等）；

圖3 仿真建模研究流程圖

c）遠距離支援干擾（壓制性噪聲干擾、假目標干擾等）；

d）隨隊干擾和自衛(wèi)干擾；

e）遠距離支援干擾和隨隊干擾；

f）遠距離支援干擾、隨隊干擾和自衛(wèi)干擾。

1.3 復雜電磁環(huán)境信號模擬技術(shù)研究

各種電磁信號充斥于導彈作戰(zhàn)空間，呈現(xiàn)出“頻域密集交疊、空域縱橫交錯、時域突發(fā)多變、能域強弱多樣”的特點，形成了復雜的電磁環(huán)境。只有在逼真的電磁環(huán)境信號（目標、干擾、雜波、ESM）下，才能準確分析復雜電磁環(huán)境的多樣性、密集性、動態(tài)性等對APAR導引頭性能的影響[7]。

目標信號模擬器能夠自主產(chǎn)生高質(zhì)量的各種類型的目標回波信號，通過陣列系統(tǒng)輻射，形成目標環(huán)境，以考核APAR導引頭對目標的搜索跟蹤性能。

雜波信號模擬器用于產(chǎn)生地、海雜波等射頻雜波信號，由陣列饋電系統(tǒng)通過空間輻射被導引頭接收，以考核APAR導引頭在背景雜波下的搜索跟蹤能力。

干擾模擬器及信號偵察系統(tǒng)主要由信道化接收機、寬帶瞬時測頻接收機、干擾產(chǎn)生單元（包括欺騙干擾信號和壓制干擾信號）、信號分選和干擾決策單元組成，用于模擬對抗設(shè)備的ESM和ECM，以考核APAR導引頭抗干擾能力。

輻射源模擬器用于實時產(chǎn)生各種復雜的輻射源信號，模擬戰(zhàn)場環(huán)境下偵查設(shè)備所接收到的信號總和?？梢越?jīng)過陣列饋電系統(tǒng)進行空間輻射，以考核APAR導引頭的同頻異步干擾性能。

1.4 APAR導引頭與電子干擾設(shè)備對抗射頻仿真試驗技術(shù)研究

首先APAR導引頭進行抗干擾試驗時，需要提出一些明確的要求，依據(jù)這些要求去制定試驗計劃或仿真試驗工作以進行試驗實施[8]?？垢蓴_試驗系統(tǒng)的研制是復雜的，將耗費相當多的人力物力，因此抗干擾試驗系統(tǒng)必須進行嚴格詳細的論證與測試試驗，以避免不完善的試驗掩蓋的缺陷，導致APAR導引頭抗干擾能力評估的錯誤。

在描述APAR導引頭抗干擾試驗方案的試驗要求時，對試驗方案中所采用的APAR導引頭和干擾的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)都要做特別的規(guī)定。試驗方案的給出必須考慮特定的戰(zhàn)情條件，針對指定的干擾樣式來評估APAR導引頭，并通過APAR導引頭抗多種干擾樣式盡可能全面地評估導引頭抗干擾性能。

本技術(shù)的抗干擾射頻仿真試驗系統(tǒng)由屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺、輻射陣列、復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)、射頻仿真實驗室控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀、演示驗證仿真計算機評估系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)和實物APAR導引頭等設(shè)備組成，如圖1所示。

首先利用通用儀器對復雜電磁環(huán)境信號模擬系統(tǒng)輸出的信號準確度進行測試，對其輸出信號功率進行定標；其次利用校準系統(tǒng)對射頻輻射陣列進行角精度校準測試；最后利用現(xiàn)有抗干擾性能定型過的產(chǎn)品對抗干擾試驗系統(tǒng)進行試驗測試驗證，充分驗證試驗系統(tǒng)的有效性、準確性與可靠性。試驗時，雷達以小功率發(fā)射，只要ESM設(shè)備接收到的功率優(yōu)于其工作靈敏度即可。同時，還要對射頻仿真實驗室控制系統(tǒng)的控制進行戰(zhàn)術(shù)研究與測試研究。

2 抗干擾效能評估技術(shù)研究

APAR導引頭與干擾設(shè)備進行對抗是一個動態(tài)的非平穩(wěn)過程。因此，APAR導引頭抗干擾效果評估也是一個非平穩(wěn)的過程，其評估效果具有很強的時效性。要想得到一個可信的量化結(jié)果，應(yīng)從以下方面著手[9，10]：

a）分析評估對象，對所要評估的APAR導引頭進行深入的分析，熟悉所采用的各種抗干擾措施的抗干擾性能，明確評估所要達到的目的，獲得相應(yīng)的評估數(shù)據(jù)；

b）建立符合實際戰(zhàn)術(shù)意義的干擾環(huán)境背景；

c）建立APAR導引頭干擾效果評估指標體系，確立的指標體系既要考慮評估的基本要求，也要考慮到實戰(zhàn)情況下的具體可行性和適應(yīng)性，不能是對指標體系過于理想化的想象；

d）建立綜合評估模型，在對每一個指標評估的基礎(chǔ)上，最后將所有指標納入一個數(shù)學或邏輯體系，形成定量的、綜合的評估指標體系，即形成綜合評估模型；

e）建立APAR導引頭干擾措施選取體系，不同的抗干擾措施對干擾的響應(yīng)是不一樣的，評估的結(jié)果也不一樣，因而選取評估特征指標不一樣，評估的結(jié)果也不一樣，應(yīng)對每一指標的評估構(gòu)建合理的模型并采用適當?shù)乃惴ā?/p>

根據(jù)以上幾點，在不同的層面上對APAR導引頭進行抗干擾效果評估，最終進行綜合，從而得出總體效果。分析評估結(jié)果的可行性.并對其進行修改和改進，給出APAR導引頭抗干擾能力的最終結(jié)論。

然而，如何評價APAR導引頭抗干擾性能優(yōu)劣及其相關(guān)指標的選取，卻至今缺乏統(tǒng)一的標準。目前的研究主要從功率準則、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準則、信息準則、概率準則等角度出發(fā)，提出了抗干擾改善因子（EIF）、干擾壓制系數(shù)、雷達干擾條件下的信息熵、雷達測量精度、雷達抗干擾欺騙成功率、雷達發(fā)現(xiàn)概率等評估指標。盡管上述指標從不同角度實現(xiàn)了APAR導引頭抗干擾性能從定性評估到定量評估的轉(zhuǎn)化，但在實際應(yīng)用中，某些指標，如雷達干擾條件下的信息熵、雷達信號的識別概率等難以實際測量；而另一些指標，如天線的低副瓣、脈沖壓縮、寬-限-窄等抗干擾技術(shù)，作為系統(tǒng)的固有組成部分，不需要也無法進行獨立操作。因此，對APAR導引頭抗干擾性能進行評估，需要選取具備代表性和可測性的評估指標。從干擾/抗干擾技術(shù)的角度出發(fā)，將與APAR導引頭抗干擾評估有關(guān)的性能指標分層處理，而后按照層次關(guān)系對各層指標自上而下進行系統(tǒng)分析，最終得到APAR導引頭抗干擾性能的綜合評價。綜合考慮評價體系的復雜性和指標的可測性。綜合考慮約簡后的評估指標體系結(jié)構(gòu)，如圖4所示。基于以上理論與原則，建立合適的評估系統(tǒng)。評估系統(tǒng)軟件主要包括兩部分：一體化評估和分類評估，如圖5所示，可以系統(tǒng)級地評估APAR導引頭抗干擾效能。

圖4 評估指標體系結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語

圖5 抗干擾效能評估軟件流程圖

隨著導彈接收到的電磁信號更加密集，面臨的電磁環(huán)境更加復雜，對APAR導引頭的性能和正常工作造成愈加嚴重的影響。因此，通過開展復雜電磁環(huán)境下APAR導引頭抗干擾試驗與性能評估技術(shù)的研究，可以對APAR導引頭總體技術(shù)、抗干擾算法等關(guān)鍵技術(shù)進行工程化驗證。對APAR導引頭抗干擾性能進行內(nèi)場系統(tǒng)試驗，支持產(chǎn)品設(shè)計定型前的復雜電磁環(huán)境適應(yīng)性摸底試驗，為部隊提供高水平的裝備，也能為APAR導引頭抗干擾性能提供有力的試驗驗證與評估。

[1] 陳曉霞.防空雷達導引頭抗干擾技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學，2012.

[2] 焦淑瑜，張建軍.復雜電磁環(huán)境下火控雷達試驗方法研究[J].火控雷達技術(shù)，2012，41（1）.

[3] 郭予并，李健.雷達抗有源干擾試驗閉環(huán)設(shè)計[J].雷達與對抗，2010，30（4）：21-24.

[4] 朱鵬磊，張志偉，成順利.復雜電磁環(huán)境下艦空導彈雷達抗干擾試驗方案設(shè)計[J].雷達與對抗，2012，32（4）：26-29.

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[6] 劉永堅，任章，侯慧群.基于雷達干擾的對抗系統(tǒng)模型分析[J].現(xiàn)代雷達，2006，28（11）：28-32.

[7] 姜忠龍，李健，崔永久.雷達抗干擾試驗電磁干擾環(huán)境探討[J].艦船電子對抗，2001，（6）：17-20.

[8] 王沖，張永順，鄭海.機載雷達抗干擾評估試驗方法研究[J].現(xiàn)代雷達，2007，29（6）：23-24.

[9] 白普易，任明秋，王學軍，等.雷達抗干擾性能評估指標分析與測試平臺設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程，2011，39（11）：25-29.

[10] S.L.Johnston.ECCM Improvement Factor（EIF）[J].Electronic Warfare Magazine，1984，6（3）.

Study on Anti-jamming Test and Performance Evaluation of Active Phased Array Radar Seeker in Complex Electromagnetic Environment

HAN Xiao-dong1， TAN Zhi2， SHU Ting1， YU Wen-xian1
（1.Key Laboratory of Intelligent Sensing and Recognition，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 200090，China）

Presented a model which describes the process of Active Phased Array Radar（APAR）seeker against electronic warfare equipment.Then by setting up a half physical confrontation radio frequency simulation test，established an anti-jamming performance evaluation method for APAR seeker.This method can meet the needs of the actual military applications.The test can verify the key technology of APAR seeker，such as system technology，anti-jamming algorithm and so on.Tested the anti-jamming performance of APAR seeker in laboratory to support the baseline test before finalizing the product design in complex electromagnetic environment，which providing the high level equipment for the array and providing powerful anti-jamming performance test and evaluation for APAR seeker.

electromagnetic environment；phased array；radar seeker；anti-jamming test

TJ765.331

A

1671-0576（2014）03-0001-05

2014-06-24

韓曉東（1981-），男，博士，主要從事相控陣雷達陣列信號處理和雷達射頻綜合仿真技術(shù)研究；譚 智（1962-），男，研究員，主要從事主動雷達導引頭系統(tǒng)技術(shù)研究；舒 ?。?981-），男，博士，主要從事雷達與電子戰(zhàn)射頻綜合仿真、雷達實時信號處理技術(shù)研究。