隱形雷達(dá)LPI性能評(píng)估方法探討

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隱形雷達(dá)LPI性能評(píng)估方法探討

羊彥1，牛振喜2，惠帥帥1，侯靜1

(1．西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西西安710072; 2．西北工業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)管理部，陜西西安710072)

摘要:實(shí)現(xiàn)雷達(dá)LPI性能的途徑有:波形設(shè)計(jì)、能量管理、低旁瓣技術(shù)、頻譜展寬、相干接收等多個(gè)方面。但是，要保證這些LPI技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)的有效性，需要建立規(guī)范化的評(píng)估體系對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估。分析了雷達(dá)電子戰(zhàn)對(duì)抗雙方中雷達(dá)與ESM的博弈規(guī)律，并以ESM當(dāng)前技術(shù)水平為依據(jù)，提出了針對(duì)隱身雷達(dá)LPI評(píng)估方法，旨在規(guī)范日趨復(fù)雜的電子環(huán)境中雷達(dá)抗截獲/抗識(shí)別的技術(shù)發(fā)展途徑。

關(guān)鍵詞:隱形雷達(dá); LPI; ESM;性能評(píng)估;截獲因子;復(fù)雜度因子

雷達(dá)是現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的核心裝備，也是戰(zhàn)場(chǎng)上首要被攻擊目標(biāo)。從近年來(lái)發(fā)生的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中可以看出，凡是被敵方偵察發(fā)現(xiàn)的雷達(dá)，很難逃過(guò)其物理攻擊，在雷達(dá)“四抗”中，“抗摧毀”已經(jīng)突出上升為第一位的威脅。

為了改善雷達(dá)的LPI性能，近年來(lái)，我國(guó)相關(guān)研究院所在該領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛的研究，并取得了多項(xiàng)技術(shù)成果。那么，這些LPI技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)是否有效?要回答這一問(wèn)題，需要探索雷達(dá)LPI性能的驗(yàn)證、評(píng)估方法，并把握該技術(shù)相對(duì)性和時(shí)變性。

然而，LPI技術(shù)的有效性是相對(duì)于雷達(dá)電子戰(zhàn)中“電子支援系統(tǒng)(ESM)”而言的，ESM系統(tǒng)的截獲能力、識(shí)別能力決定著雷達(dá)LPI性能的有效性，它的發(fā)展影響著隱形雷達(dá)的發(fā)展方向，是一對(duì)“矛”和“盾”的關(guān)系。因此，雷達(dá)隱身性能的驗(yàn)證必須緊跟ESM技術(shù)的發(fā)展水平。

本文針對(duì)多種機(jī)載雷達(dá)LPI措施的性能評(píng)估問(wèn)題，揭示了雷達(dá)LPI與ESM之間博弈的規(guī)律，指出了雷達(dá)LPI性能評(píng)估模型與ESM的內(nèi)在聯(lián)系，并給出了LPI性能評(píng)估模型及其指標(biāo)體系、評(píng)估規(guī)范及驗(yàn)證的構(gòu)建方法，以及雷達(dá)LPI性能評(píng)估的“資源環(huán)境”及軟件構(gòu)架等。這些研究的結(jié)論可用于規(guī)范隱形雷達(dá)衡量標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)雷達(dá)低截獲性能的提升，使其能適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。

1　低截獲雷達(dá)國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平及趨勢(shì)

1．1國(guó)內(nèi)外LPI技術(shù)發(fā)展水平

1)美國(guó)的隱形火控雷達(dá)

美國(guó)的F-22“猛禽”戰(zhàn)機(jī)采用了隱形有源相控陣AN/APG-77雷達(dá)，其核心技術(shù)在于:使用擴(kuò)譜技術(shù)，采用特殊調(diào)制形式在寬頻帶里發(fā)射低能量脈沖，使得對(duì)方的ESM系統(tǒng)難于察覺(jué);接收時(shí)，信號(hào)處理器將這些信號(hào)進(jìn)行相干處理，使得目標(biāo)反射回來(lái)的總能量等同于常規(guī)雷達(dá)，不影響它的探測(cè)能力［1］。

2)俄羅斯的隱形火控雷達(dá)

俄羅斯改進(jìn)的MIG-31飛機(jī)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)載多基地隱形有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。它采用了戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)(1架發(fā)射，多架接收)和空空數(shù)據(jù)鏈的方法，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)共享和“后我發(fā)射”的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)［1］。

3)我國(guó)“隱形火控雷達(dá)”情況

我國(guó)在隱形火控雷達(dá)的研制方面已經(jīng)獲得突破性進(jìn)展，使得多功能機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)LPI技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。前不久報(bào)道的隱形飛機(jī)J-20成功試飛也從一個(gè)側(cè)面證實(shí)了我國(guó)的LPI技術(shù)水平。

1．2LPI技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

體現(xiàn)雷達(dá)LPI技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在如下方面［2-4］:①寬帶/超寬帶相控陣技術(shù);②雙/多基地雷達(dá)探測(cè)技術(shù);③一體化探測(cè)技術(shù);④寬帶、低副瓣相控陣天線設(shè)計(jì)技術(shù);⑤低截獲概率(LPI)波形設(shè)計(jì)技術(shù)。

2　ESM截獲機(jī)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)

ESM截獲接收機(jī)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)主要體現(xiàn)在如下3方面:①雷達(dá)信號(hào)參數(shù)獲取;②基于脈沖描述字(PWA)、特征匹配的信號(hào)分選和識(shí)別。

2．1雷達(dá)信號(hào)參數(shù)截獲技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1)雷達(dá)參數(shù)的提取

雷達(dá)信號(hào)參數(shù)提取任務(wù)包括對(duì)常規(guī)參數(shù)諸如脈寬(PW)、脈幅(PA)、到達(dá)時(shí)間(TOA)、到達(dá)角(DOA)和載頻(RF)的提取，以及特殊參數(shù)諸如包絡(luò)特征參數(shù)、脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)和其他參數(shù)。上述參數(shù)中，對(duì)載頻的測(cè)量一般是使用瞬時(shí)測(cè)頻技術(shù)，對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合還要在中頻運(yùn)用FFT進(jìn)行精確測(cè)頻。對(duì)于脈寬、脈幅和到達(dá)時(shí)間的測(cè)量主要在時(shí)域進(jìn)行，通過(guò)A/D量化測(cè)得。脈沖包絡(luò)特征參數(shù)指的是上升沿時(shí)間、下降沿時(shí)間等包絡(luò)形狀參數(shù)，該參數(shù)的測(cè)量需要較高的信噪比和較寬的瞬時(shí)帶寬。脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)的測(cè)量現(xiàn)在使用的方法還都局限于時(shí)頻分析、小波分析等計(jì)算量較大且耗時(shí)的分析算法上。目前對(duì)脈寬和脈幅的測(cè)量精度一般較低，還難以用于高精度的信號(hào)分選和識(shí)別中;而對(duì)到達(dá)時(shí)間和載頻的測(cè)量相對(duì)較準(zhǔn)確且速度較快，所以這兩個(gè)參數(shù)也就成為了現(xiàn)在最主要的信號(hào)分選參數(shù)。

2)偵察接收機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，國(guó)外的ESM接收機(jī)頻率范圍一般為0．5 ～18 GHz，能覆蓋絕大部分現(xiàn)役雷達(dá)的工作頻段，靈敏度大都在－60～－80 dBm。在接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)每秒鐘可接收25～100萬(wàn)個(gè)脈沖信號(hào)，前端截獲概率達(dá)到50%時(shí)，其截獲時(shí)間約為1．5～3 s。測(cè)向定位系統(tǒng)可提供的最優(yōu)雷達(dá)測(cè)向精度為2°均方根值。

3)接收機(jī)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

①對(duì)綜合體制雷達(dá)實(shí)施偵察的技術(shù)

目前，國(guó)外已經(jīng)展開(kāi)對(duì)低截獲概率雷達(dá)、脈壓/捷變頻、捷變頻脈沖多普勒、頻率分集/變重頻變脈寬以及大帶寬低峰值功率等綜合體制雷達(dá)實(shí)施偵察的技術(shù)的研究，并已取得成效。

②利用偵察機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無(wú)源定位技術(shù)

這種技術(shù)與有源定位方法相比，作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性好，在電子戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力強(qiáng)。

③相控陣?yán)走_(dá)的偵收技術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)的數(shù)字波束形成接收機(jī)是采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)多波束及實(shí)時(shí)自適應(yīng)處理的裝置，它在形成瞬時(shí)多波束的同時(shí)，能對(duì)干擾源自適應(yīng)調(diào)零并得到超高分辨率和超低旁瓣的性能［5］，它是一種極為優(yōu)良的雷達(dá)反對(duì)抗體制，是目前各國(guó)進(jìn)行雷達(dá)對(duì)抗的重點(diǎn)領(lǐng)域。除此之外，還有基于數(shù)字接收機(jī)的空間譜估計(jì)測(cè)向及高精度參數(shù)測(cè)量技術(shù)、利用對(duì)流層散射對(duì)雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)超視距偵察的技術(shù)等。

2．2分選與識(shí)別技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2．2. 1信號(hào)分選技術(shù)

信號(hào)分選也稱去交織，指的是把混合雷達(dá)脈沖序列分解成獨(dú)立的多個(gè)脈沖序列(每個(gè)脈沖序列對(duì)應(yīng)某一特定雷達(dá)的脈沖序列)。

1)常用的分選方法簡(jiǎn)介

目前常用分選方法有如下3類［6］:①基于到達(dá)時(shí)間的信號(hào)分選方法，累積差直方圖法(CDIF)是現(xiàn)在使用最多的方法，該方法是傳統(tǒng)直方圖方法和序列搜索法的結(jié)合，在低密度、簡(jiǎn)單信號(hào)情況下，一般能夠完成信號(hào)分選工作。序列差直方圖法(SDIF)是其改進(jìn)模式。②基于DOA，RF和PW等的多參數(shù)信號(hào)分選方法，亦稱“聚類”方法。該方法先根據(jù)單脈沖參數(shù)(DOA、RF和PW)把全脈沖序列分成幾個(gè)類，然后對(duì)每個(gè)類再用基于到達(dá)時(shí)間的信號(hào)分選方法再進(jìn)行分析。但該方法較難適應(yīng)諸如脈沖重頻抖動(dòng)和參差，頻率捷變等復(fù)雜波形。③自適應(yīng)、聯(lián)合分選與識(shí)別信號(hào)分選方法。自適應(yīng)分選方法增強(qiáng)了容錯(cuò)能力但降低了效率，該法同樣無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜體制雷達(dá);聯(lián)合分選是對(duì)自適應(yīng)分選方法的改進(jìn)，在信號(hào)分選中使用了輻射源庫(kù)的先驗(yàn)信息。

2)基于信號(hào)理論的新分選方法

隨著信號(hào)處理理論的進(jìn)展，新的分選方法不斷涌現(xiàn)。例如:基于粗糙集理論的相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)分類算法，它利用了相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)波束特征的特殊性，通過(guò)篩選而得到相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)脈沖。另外，還有應(yīng)用復(fù)雜度特征實(shí)現(xiàn)低信噪比下未知復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)的高準(zhǔn)確率分選方法、利用加權(quán)系數(shù)對(duì)信號(hào)特征參數(shù)值進(jìn)行加權(quán)并實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)目估計(jì)的新算法、基于脈沖樣本圖的信號(hào)分選算法等。

2．2. 2雷達(dá)信號(hào)識(shí)別技術(shù)

1)基于特征匹配的雷達(dá)識(shí)別技術(shù)

特征匹配指的是把一個(gè)未知的雷達(dá)描述字與輻射源庫(kù)匹配的過(guò)程。由于大量復(fù)雜體制雷達(dá)的出現(xiàn)，這種方法的性能急劇下降。隨著人工智能技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(ANN)、專家系統(tǒng)、模糊邏輯和進(jìn)化算法等在雷達(dá)輻射源識(shí)別中，它們比傳統(tǒng)的特征匹配算法提高了識(shí)別性能。

2)針對(duì)相控陣?yán)走_(dá)的識(shí)別技術(shù)

目前，相控陣?yán)走_(dá)已成為各國(guó)雷達(dá)發(fā)展的主流。由于相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的參數(shù)內(nèi)容多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組合方式靈活易變，以及合理的信號(hào)能量分配管理和超低旁瓣，且RCS反射面積小，使得常規(guī)ESM很難截獲此類雷達(dá)信號(hào)，從而發(fā)展了如下分選和識(shí)別的技術(shù)和方法［7］。

數(shù)據(jù)率變化的識(shí)別:相控陣?yán)走_(dá)根據(jù)完成的功能不同，目標(biāo)位置的遠(yuǎn)、近，目標(biāo)的重要程度、威脅等級(jí)，而采用不同的數(shù)據(jù)率，從而提供了對(duì)其識(shí)別的依據(jù)。

雷達(dá)多波束形成變化的識(shí)別:多波束形成是相控陣?yán)走_(dá)的主要技術(shù)特點(diǎn)之一，從而也提供了此類雷達(dá)的識(shí)別途徑。

脈幅變化的識(shí)別:相控陣?yán)走_(dá)波束方向改變非常靈活，但在同波束方向上同組脈沖串脈幅基本沒(méi)有變化，在不同波束方向上脈沖串脈幅有明顯的差別，如果有此特征則可能是相控陣?yán)走_(dá)。

脈寬及脈內(nèi)特征變化的識(shí)別:由于相控陣?yán)走_(dá)基于信號(hào)能量的合理分配，對(duì)不同的目標(biāo)位置、目標(biāo)的重要程度、目標(biāo)的數(shù)目或者不同的工作方式，采用不同的能量分配形式，這也是識(shí)別此關(guān)雷達(dá)的重要依據(jù)。

3　雷達(dá)LPI性能評(píng)估的技術(shù)途徑

經(jīng)過(guò)近些年的發(fā)展，我軍在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論與方法的研究上已取得了較大的進(jìn)展。然而據(jù)調(diào)研，目前還沒(méi)發(fā)現(xiàn)有關(guān)雷達(dá)電子對(duì)抗作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題的專項(xiàng)研究。這方面的缺失，導(dǎo)致LPI技術(shù)研究可能偏離規(guī)范化、科學(xué)化。

參考已有的關(guān)于作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究成果，是建立雷達(dá)電子對(duì)抗仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的正確途徑。在進(jìn)行這一工作的過(guò)程中還須解決如下基礎(chǔ)性問(wèn)題:①深刻理解雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)雙方博弈的焦點(diǎn)，理解LPI性能評(píng)估的體系結(jié)構(gòu)和ESM發(fā)展水平的相關(guān)性，以便建立開(kāi)放型、可更新的指標(biāo)體系。

②要有全局觀點(diǎn)，使得LPI性能評(píng)估的系統(tǒng)可以作為分支嵌入到雷達(dá)系統(tǒng)仿真中去，也能面向用戶，對(duì)LPI單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

③要考慮到驗(yàn)證體系所需的資源環(huán)境，充分搜集建立LPI波型庫(kù)、博弈方法庫(kù)、分選識(shí)別算法庫(kù)所需的技術(shù)資料，搜集專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，以保證評(píng)估特性的完備性，驗(yàn)證結(jié)論的客觀性。

3．1構(gòu)建隱形雷達(dá)性能評(píng)估框架模型

3．1. 1“截獲”與“反截獲”博弈焦點(diǎn)的研究

隱形雷達(dá)的特征是:當(dāng)它在探測(cè)、跟蹤目標(biāo)的過(guò)程中，盡量使對(duì)方不能檢測(cè)到其發(fā)射信號(hào)(基本的LPI性能) ;即使檢測(cè)到，也只能是部分信息，使其難于識(shí)別。與此相反，ESM截獲接收機(jī)則以“對(duì)雷達(dá)信號(hào)捕獲、識(shí)別”為目的。雙方的這種“截獲”與“反截獲”博弈關(guān)系是“LPI性能評(píng)估”的基礎(chǔ)。

在雷達(dá)電子戰(zhàn)中，“截獲”是被攻擊的必要條件，但是攻擊的有效性取決于截獲信息的充分性——全信息或部分信息。如果對(duì)方獲得的雷達(dá)信息完成了檢測(cè)與識(shí)別的全過(guò)程，其攻擊將是有效的，否則將是無(wú)效的或部分有效的。

在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中，盲目的干擾就等于自我暴露，因此一般不敢貿(mào)然采取行動(dòng)。而部分信息的暴露仍給雷達(dá)留有發(fā)揮效能的余地;因而“抗識(shí)別”也是“研究LPI性能評(píng)估”的另一個(gè)依據(jù)。

因此，LPI性能評(píng)估規(guī)則的制定，必須緊密結(jié)合當(dāng)前國(guó)際電子戰(zhàn)中ESM系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平，否則將在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中難以發(fā)揮作用。本文研究的技術(shù)路線是:深入研究國(guó)內(nèi)外雷達(dá)信號(hào)截獲接收機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行分析，研究“截獲”與“反截獲”博弈的焦點(diǎn)，從而建立務(wù)實(shí)的LPI性能評(píng)估體系。3．1．2基于層次分析法的評(píng)估框架研究

1)層次分析法簡(jiǎn)介

雷達(dá)系統(tǒng)效能評(píng)估的方法主要有專家打分法、仿真法、層次分析法、主成分分析法等。經(jīng)過(guò)論證，層次分析法更貼近于本項(xiàng)目涉及的LPI性能評(píng)估模型。

層次分析法(analytic hierarchy process)簡(jiǎn)稱AHP方法［8］，是20世紀(jì)70年代中期美國(guó)T．L．Seaty所創(chuàng)立，在作規(guī)劃、政策分析、方案評(píng)價(jià)等方面應(yīng)用很廣。該方法的主要特征是把復(fù)雜的問(wèn)題分解為若干個(gè)組成因素，將這些因素按從屬關(guān)系分為層次結(jié)構(gòu)。專家評(píng)比時(shí)只需要對(duì)各因素進(jìn)行兩兩比較，確定同一層次中諸因素的相對(duì)重要性，然后綜合專家的判斷決定各因素相對(duì)重要的順序。因此，用該方法來(lái)決定各因素在效能評(píng)估時(shí)的加權(quán)系數(shù)值是最合適的，這比在很多因素中憑經(jīng)驗(yàn)定出加權(quán)系數(shù)更科學(xué)。利用這種方法進(jìn)行作戰(zhàn)能力評(píng)估時(shí)還必須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，因?yàn)槭遣捎?個(gè)因素對(duì)比的方法進(jìn)行的，如果因素太多，有可能出現(xiàn)矛盾的評(píng)價(jià)［9］。

2)評(píng)估框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

評(píng)估框架構(gòu)建的途徑主要包括:構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣，計(jì)算相對(duì)權(quán)重，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)等4個(gè)步驟［9-10］。基于層次分析法的低截獲性能評(píng)估的結(jié)構(gòu)模型圖如圖1所示。

圖1　雷達(dá)LPI性能評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

3．2評(píng)估框架中指標(biāo)體系的賦值

1)低截獲性能評(píng)估指標(biāo)體系

該模型分為5級(jí)結(jié)構(gòu)，具體涵義如下:

①目標(biāo)層(A) :機(jī)載雷達(dá)LPI性能驗(yàn)證;

②子目標(biāo)層(B) :涉及“抗偵收能力”、“抗分選能力”2個(gè)分支，關(guān)鍵詞分別為截獲因子α和波形復(fù)雜度因子δ;

③準(zhǔn)則層(C) :涉及6種有效的LPI措施，其中涉及截獲因子α的有4種，如:脈沖壓縮、天線隱形、接收機(jī)措施、功率管理;涉及抗分選能力的2種，如:信號(hào)偽裝、復(fù)雜組合信號(hào)等內(nèi)容。

④子準(zhǔn)則層(D) :該層是對(duì)準(zhǔn)則層6項(xiàng)措施的細(xì)化，共15項(xiàng)，涉及波形設(shè)計(jì)、波束控制、發(fā)射功率管理以及雷達(dá)接收機(jī)專項(xiàng)技術(shù)等。

⑤指標(biāo)層(E) :該層是對(duì)D層15項(xiàng)指標(biāo)的解釋，每項(xiàng)指標(biāo)2個(gè)賦值，共30項(xiàng)。

2)賦值方法

圖1中，B、C、D層的賦值來(lái)自于如下3個(gè)方面的綜合——試驗(yàn)數(shù)據(jù)，專家打分和計(jì)算機(jī)仿真數(shù)據(jù); E層數(shù)據(jù)主要來(lái)自于計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合。指標(biāo)的賦值須建立更新機(jī)制，融入最新的雷達(dá)、ESM技術(shù)性能指標(biāo)。具體實(shí)施程序如下(見(jiàn)圖1) :

·構(gòu)建基于層次分析法的指標(biāo)體系;

·在同層中構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣;

·計(jì)算相對(duì)權(quán)值;

·進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

在上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，須完成如下工作［11］:①指標(biāo)參數(shù)歸一化:指標(biāo)參數(shù)歸一化就是把指標(biāo)體系的各參數(shù)(定性或定量)，通過(guò)數(shù)學(xué)變換成能進(jìn)行統(tǒng)一處理的過(guò)程，克服了參數(shù)量綱不同對(duì)處理和比較帶來(lái)的困難。當(dāng)前對(duì)于參數(shù)的規(guī)范化處理通常為區(qū)間比值法、效用函數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)差法等。本文采用非線性S型可導(dǎo)函數(shù)歸一法，以便突出參數(shù)的飽和特性。②指標(biāo)參數(shù)聚合:本文采用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)聚合，有利于實(shí)現(xiàn)定性與定量相結(jié)合，簡(jiǎn)化了相互關(guān)系，方便了上一層指標(biāo)的合成與計(jì)算。

3．3LPI性能評(píng)估所需“資源環(huán)境”的構(gòu)建

這里的“資源環(huán)境”是指在評(píng)估、判決過(guò)程中所必需波形/環(huán)境資源、博弈方法資源以及當(dāng)前ESM系統(tǒng)具備的能力資源等，是評(píng)估所必需的條件。其具體內(nèi)容包括: LPI波形庫(kù)、能量管理與攻防博弈模式庫(kù)、分選與識(shí)別工具庫(kù)等資源環(huán)境。

1) LPI波形庫(kù)

主要包括:脈壓/編碼信號(hào)、PCSF復(fù)合參數(shù)信號(hào)，PRT交織參差脈沖串信號(hào)，誘導(dǎo)脈沖信號(hào)和基于Costas序列的頻率捷變等組合波形等波形設(shè)計(jì)方案;以及在HPRF、MPRF、LPRF工作模式下的最優(yōu)波形以及受干擾的應(yīng)急情況下的“低截獲”波形等。

2)能量管理與攻防博弈模式庫(kù)

它主要包括如下2個(gè)方面的內(nèi)容:

①時(shí)/空/頻/能量域四維資源管理與調(diào)度規(guī)范;

②基于雷達(dá)“反截獲”的博弈規(guī)則。這些資源用以驗(yàn)證雷達(dá)的反偵察能力。其工作原理是:仿真系統(tǒng)針對(duì)“攻、防雙方的”技術(shù)水平以及相互間的耦合因素，通過(guò)仿真程序，可從時(shí)域、空域、頻域和能量域給出資源管理與調(diào)度的優(yōu)化博弈方案;進(jìn)而，可求得針對(duì)特定ESM系統(tǒng)的“反截獲”能力。

3)分選與識(shí)別工具庫(kù)

雷達(dá)信號(hào)分選與識(shí)別是指從偵察接收機(jī)輸出的隨機(jī)交疊脈沖流中分離出各部雷達(dá)信號(hào)并予以識(shí)別的過(guò)程。本項(xiàng)目用該工具庫(kù)確定被分選對(duì)象的難易程度，是判定LPI波型復(fù)雜度因子的重要依據(jù)。

目前雷達(dá)信號(hào)分選的主要方法有模板匹配法、直方圖法(CDIF、SDIF)、聚類分析技術(shù)等，它利用雷達(dá)的載頻(RF)、脈寬(PW )、信號(hào)到達(dá)角(D0A)、到達(dá)時(shí)間(T0A)和脈沖幅度(PA)，以及利用脈內(nèi)調(diào)制方法的“指紋”模版等數(shù)據(jù)進(jìn)行分選和識(shí)別。該工具庫(kù)按分選能力的高低分為3個(gè)子庫(kù)，每個(gè)子庫(kù)還包含“識(shí)別置信度”及“復(fù)雜度因子”的賦值，是驗(yàn)證雷達(dá)低截獲特性的基礎(chǔ)。

3．4實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證

本文實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證內(nèi)容包括截獲因子的驗(yàn)證和基于抗分選、識(shí)別的信號(hào)復(fù)雜度因子的驗(yàn)證等兩個(gè)方面，驗(yàn)證條件涉及評(píng)估框架模型的構(gòu)建、指標(biāo)體系的論證及賦值、試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)則的制定以及與評(píng)估驗(yàn)證相關(guān)的“資源環(huán)境”的建立等。在驗(yàn)證條件完備的前提下，按照如下驗(yàn)證規(guī)則進(jìn)行。

1)截獲因子的驗(yàn)證

如圖2所示，在給定LPI波形后，α的計(jì)算分3步完成。截獲因子α中各項(xiàng)參數(shù)的確定必須緊扣當(dāng)前國(guó)際ESM技術(shù)的發(fā)展水平，并適時(shí)修正下面計(jì)算項(xiàng)的取值，以便保證驗(yàn)證的有效性。

圖2　截獲因子的估算流程

2)抗分選、識(shí)別的信號(hào)復(fù)雜度因子δ驗(yàn)證

圖3　雷達(dá)信號(hào)的驗(yàn)證方案

圖3所示，在選定LPI信號(hào)和與其比對(duì)的參考信號(hào)后，分2路處理并比對(duì)。在相同的ESM截獲條件下，分別將2種信號(hào)進(jìn)行分選處理，其結(jié)果可以從分選成功概率、識(shí)別結(jié)果的置信度以及分選識(shí)別時(shí)間等3個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，從而給出該波形復(fù)雜度的評(píng)價(jià)，并評(píng)判所設(shè)計(jì)信號(hào)的LPI性能。

4　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)多種機(jī)載雷達(dá)LPI措施的性能評(píng)估問(wèn)題，揭示了雷達(dá)LPI與ESM之間博弈的規(guī)律，指出了雷達(dá)LPI性能評(píng)估模型與ESM的內(nèi)在聯(lián)系，并給出了LPI性能評(píng)估模型及其指標(biāo)體系、評(píng)估規(guī)范及驗(yàn)證的構(gòu)建方法，以及雷達(dá)LPI性能評(píng)估的“資源環(huán)境”及軟件構(gòu)架等。這些研究的結(jié)論可用于規(guī)范隱形雷達(dá)衡量標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)雷達(dá)低截獲性能的提升，使其能適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。最后，給出了試驗(yàn)驗(yàn)證的途徑及方法，旨在規(guī)范日趨復(fù)雜的電子環(huán)境中雷達(dá)抗截獲/抗識(shí)別的技術(shù)發(fā)展途徑，具有重要的理論價(jià)值和軍事意義。

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Discussing Methods of Evaluating LPI Performance of Stealth Radar

Yang Yan1，Niu Zhenxi2，Xi Shuaishuai1，Hou Jing1

(1．Department of Electronics Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072，China 2．Office of University Research，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072，China)

Abstract:Radar is the core equipment under the conditions of modern information technology，and is the primary target which may be attacked for competing for the right of information on the battlefield．So“anti-destruction”of radar has risen to first importance，and the feature of“l(fā)ow probability of interception”(LPI) is a prerequisite for the ability of anti-destruction．At present，the methods of realizing LPI performance are: waveform design，energy management，low side lobe technology，spectral broadening，coherent reception，etc．However，to ensure the effectiveness of these techniques of LPI in wartime，we need to establish a standardized assessment system to evaluate its performance．This paper analyzed radar electronic warfare using the game rules of both radar and ESM and gave the evaluation method of LPI performance of stealth radar on the basis of the current technical level of ESM for regulating the way of technology development of anti-radar intercept / anti identification in increasingly complicated electronic environment．

Key words:stealth radar，LPI; ESM，performance evaluation，intercept factor，complexity factor，analytic hierachy process，antenna lobes; antenna phased arrays; design; efficiency，electronic warfare，energy management，environmental impact assessments，evolutionary algorithms，flowcharting; fuzzy logic，information technology，neural networks，probability，radar，radio frequency identification(RFID)，stealth technology，targets，waveform analysis; artificial neural networks，ESM，game rules，low probability of interception(LPI)，stealth radar; time of arrival(TOA)，waveform design

作者簡(jiǎn)介:羊彥(1970—)，女，西北工業(yè)大學(xué)副教授，主要從事基于低截獲概率雷達(dá)的電子對(duì)抗技術(shù)工作。

收稿日期:2014-10-20基金項(xiàng)目:航空科學(xué)基金(20132053024)資助

文章編號(hào):1000-2758(2015) 02-0284-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號(hào):TN955．1