對(duì)搜索雷達(dá)的噪聲壓制干擾效果評(píng)估

張 磊，熊 波

(海軍航空工程學(xué)院 a.研究生管理大隊(duì);b.兵器科學(xué)與技術(shù)系，山東 煙臺(tái) 264001)

噪聲壓制干擾就是利用噪聲干擾信號(hào)遮蓋或淹沒有用信號(hào)，使敵方接收機(jī)的信噪比大大下降，難以檢測出有用信號(hào)的一種有源干擾方式。根據(jù)干擾信號(hào)中心頻率、干擾帶寬、被干擾設(shè)備接收機(jī)中心頻率、接收機(jī)帶寬之間的關(guān)系，可分為瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾［1］。

影響噪聲壓制干擾效果的因素很多，包括:雷達(dá)功率、噪聲功率、噪聲帶寬、接收機(jī)帶寬、干擾噪聲樣式、雷達(dá)虛警概率、雷達(dá)信號(hào)處理方式等。噪聲壓制干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則包括功率準(zhǔn)則和效能準(zhǔn)則［2-4］。效能準(zhǔn)則是功率準(zhǔn)則在現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境下的一種概率反映，兩者實(shí)質(zhì)是相同的。因此，噪聲壓制干擾效果評(píng)估的基本準(zhǔn)則仍然是功率準(zhǔn)則。而功率準(zhǔn)則中的眾多指標(biāo)之間有怎樣的關(guān)聯(lián)，如何進(jìn)行選取，就是噪聲壓制干擾效果評(píng)估要解決的主要問題。

1 噪聲環(huán)境下的雷達(dá)目標(biāo)檢測

1.1 有源干擾條件下的雷達(dá)方程

雷達(dá)接收到目標(biāo)功率為

其中:Pt為雷達(dá)發(fā)射功率;G 為雷達(dá)天線增益;λ 為雷達(dá)波長;σ 為目標(biāo)雷達(dá)反射面積;R 為目標(biāo)距離。

雷達(dá)接收干擾信號(hào)功率為

其中:Pj為干擾機(jī)功率;Gj為干擾機(jī)天線增益;Gr＇為雷達(dá)天線對(duì)準(zhǔn)干擾機(jī)方向的增益;Rj為干擾機(jī)機(jī)距離雷達(dá)距離;Δf為雷達(dá)接收機(jī)帶寬;Δfj為干擾信號(hào)帶寬。

在自衛(wèi)干擾的條件下，Rj=R，G'r=Gr，σj=σ。

為了發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，要求Pr/Prj足夠大，并達(dá)到檢測所需要的信雜比(Pr/Prj)s，此時(shí)對(duì)應(yīng)的作用距離為雷達(dá)的最大作用距離

從式(3)可以看出，雷達(dá)最大作用距離與最小可檢測信雜比有關(guān)。因此，問題的關(guān)鍵在于如何確定最小可檢測信雜比。

1.2 恒虛警雷達(dá)檢測

通常，加到接收機(jī)中頻濾波器上的噪聲是寬帶高斯噪聲，其概率密度函數(shù)為

高斯噪聲通過窄帶中頻濾波器后加到包絡(luò)檢波器，輸出端概率密度函數(shù)為

其中r 為檢波器輸出端噪聲包絡(luò)的振幅值，其概率密度函數(shù)是瑞利分布的。

現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)檢測通常采用奈曼—皮爾遜準(zhǔn)則:將虛警概率約束在一指定常數(shù)范圍內(nèi)的情況下，使檢測概率達(dá)到最大［5］。

虛警概率為

其中UT為檢測門限電平。

可進(jìn)一步得到

可見，在噪聲功率一定的情況下，檢測門限由虛警概率唯一確定。

假設(shè)振幅為A 的正弦信號(hào)同高斯噪聲一起輸入到中頻濾波器，包絡(luò)檢波器輸出包絡(luò)的概率密度函數(shù)為［6］

其中I0(z)是零階修正貝賽爾函數(shù)

發(fā)現(xiàn)概率Pd為

從式(10)可以看出，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率是虛警概率、信號(hào)功率、噪聲功率、噪聲樣式的函數(shù);結(jié)合雷達(dá)方程，信號(hào)功率與目標(biāo)特性、雷達(dá)性能參數(shù)有關(guān)，而噪聲功率與干擾機(jī)功率、目標(biāo)距離有關(guān)。當(dāng)雷達(dá)參數(shù)、干擾機(jī)參數(shù)確定以后，恒虛警條件下的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率就是目標(biāo)距離的函數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)概率Pd=0.1 時(shí)對(duì)應(yīng)的距離，就是干擾吊艙的燒穿距離，也稱作最小有效干擾距離或雷達(dá)的自衛(wèi)距離，實(shí)際上都是一個(gè)概念。

2 對(duì)搜索雷達(dá)的噪聲壓制干擾效果評(píng)估

與噪聲壓制干擾效果評(píng)估有關(guān)的指標(biāo)主要包括:

1)壓制系數(shù)。搜索狀態(tài)下雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率Pd下降到Pd=0.1 時(shí)，對(duì)應(yīng)的干擾/信號(hào)功率比即為壓制系數(shù)。壓制系數(shù)可以用來比較各種干擾信號(hào)的優(yōu)劣，壓制系數(shù)越小，表明對(duì)雷達(dá)的有效干擾所需的干擾信號(hào)功率越小，說明干擾效果越好。由于壓制系數(shù)僅考慮了干擾信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)之間的關(guān)系，因此用它來衡量干擾機(jī)的干擾性能不全面。

2)檢測因子。檢測因子是指滿足所需檢測性能(以檢測概率Pd和恒虛警概率Pfa表征)時(shí)，檢波器輸入端單個(gè)脈沖需要達(dá)到的最小信號(hào)/干擾功率比。檢測因子與所需要滿足的檢測性能、雷達(dá)脈沖積累方式有關(guān)，與具體信號(hào)無關(guān)，也無法用來對(duì)干擾機(jī)的干擾效果進(jìn)行全面評(píng)估。

3)雷達(dá)最大作用距離。雷達(dá)最大作用距離是指雷達(dá)滿足所需檢測性能時(shí)，對(duì)應(yīng)的作用距離。該指標(biāo)一般用來描述雷達(dá)在考慮接收機(jī)熱噪聲的情況下，對(duì)目標(biāo)的最大探測距離。

4)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率。雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率是指在滿足一定的恒虛警條件下，雷達(dá)的檢測出目標(biāo)信號(hào)的概率。雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率與干擾信號(hào)、目標(biāo)回波信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)處理方式有關(guān)，可以反映干擾機(jī)的干擾效果。但發(fā)現(xiàn)概率是隨目標(biāo)和干擾機(jī)距離變化，作為干擾效果評(píng)估指標(biāo)描述起來不方便。

5)燒穿距離。雷達(dá)最小作用距離是指雷達(dá)檢測概率下降到Pd=0.1 時(shí)，對(duì)應(yīng)的作用距離，該距離是在壓制干擾的情況下，雷達(dá)能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最大作用距離，也稱作最小有效干擾距離或雷達(dá)的自衛(wèi)距離。

搜索雷達(dá)的主要功能是探測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，其主要性能指標(biāo)是雷達(dá)探測距離。通過以上分析可以看出，燒穿距離能比較全面地描述噪聲壓制干擾效果，在噪聲壓制干擾的條件下燒穿距離就是雷達(dá)的最大作用距離。因此，選取燒穿距離作為噪聲壓制干擾的評(píng)估指標(biāo)，既符合功率準(zhǔn)則，又能反映搜索雷達(dá)的主要功能。

3 計(jì)算機(jī)仿真

假設(shè)載機(jī)采用自衛(wèi)干擾，干擾信號(hào)樣式為射頻噪聲干擾。雷達(dá)功率為1 MW，干擾機(jī)功率為200 W，雷達(dá)天線增益為20 dB，干擾機(jī)天線增益為15 dB，雷達(dá)接收機(jī)帶寬為1 MHz，干擾機(jī)帶寬為100 MHz，脈沖積累數(shù)為20，目標(biāo)雷達(dá)反射面積為20 m2，雷達(dá)恒虛警概率為10-6。

1)采用遠(yuǎn)距離支援干擾

采用遠(yuǎn)距離支干擾時(shí)，假設(shè)干擾機(jī)距離為50 km，干擾機(jī)對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)主瓣方向，計(jì)算得到恒虛警檢測的門限電平為0.297 mV。

雷達(dá)接收機(jī)信雜比隨距離變化關(guān)系如圖1 所示。

雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率隨目標(biāo)距離變化如圖2 所示。

從圖1、圖2 可以看出，干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的最小有效干擾距離為13.3 km，對(duì)應(yīng)的信雜比為2.5 dB。

圖1 信雜比隨目標(biāo)距離變化情況

圖2 雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率隨目標(biāo)距離變化情況

2)采用自衛(wèi)干擾

采用自衛(wèi)干擾時(shí)，門限電平隨距離的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 恒虛警門限電平隨距離變化情況

雷達(dá)接收機(jī)信雜比隨距離變化關(guān)系如圖4 所示。

圖4 雷達(dá)接收機(jī)信雜比隨距離變化情況

在恒虛警條件下，采用自衛(wèi)干擾時(shí)，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率隨距離的變化關(guān)系如圖5 所示。

圖5 雷達(dá)反現(xiàn)概率隨距離變化關(guān)系

從圖4、圖5 可以看出，干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的最小有效干擾距離為3.6 km，對(duì)應(yīng)的信雜比為2.5 dB。

4 仿真結(jié)果分析

從仿真結(jié)果可以看出:

1)不管是遠(yuǎn)距離支援干擾還是自衛(wèi)干擾，在滿足恒虛警概率的條件下，當(dāng)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率為0.1 時(shí)對(duì)應(yīng)的信雜比都是2.5 dB，說明壓制系數(shù)或檢測因子是相同的。如果采用壓制系數(shù)或檢測因子作為干擾效果評(píng)估指標(biāo)就無法反映真實(shí)的干擾效果。

2)2 種干擾方式下，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率都是隨目標(biāo)和干擾機(jī)距離變化的，也不適合作為干擾效果評(píng)估指標(biāo)。

3)2 種干擾方式對(duì)應(yīng)的燒穿距離不同，自衛(wèi)干擾的燒穿距離要小于遠(yuǎn)距離支援干擾的燒穿距離，這顯然是符合客觀實(shí)際的。因此采用燒穿距離作為干擾效果評(píng)估指標(biāo)，能比較準(zhǔn)確地反映出噪聲干擾下雷達(dá)探測能力的下降程度。

5 結(jié)束語

本文對(duì)噪聲壓制干擾條件下雷達(dá)目標(biāo)檢測原理及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)分析，最終選取雷達(dá)燒穿距離作為搜索雷達(dá)的噪聲壓制干擾效果評(píng)估指標(biāo)，既符合功率準(zhǔn)則，又能描述搜索雷達(dá)的主要性能。通過對(duì)遠(yuǎn)距離支援干擾和自衛(wèi)干擾2 種情況下噪聲壓制干擾效果進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

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