復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的定量描述

胡 進

(空軍駐滬寧地區(qū)軍事代表室，江蘇 南京 210039)

復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的定量描述

胡 進

(空軍駐滬寧地區(qū)軍事代表室，江蘇 南京 210039)

在概述雷達面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境的基礎(chǔ)上，分析了復(fù)雜電磁環(huán)境對雷達主要探測能力的影響，提出了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的構(gòu)成要素，即電磁環(huán)境感知能力、電磁環(huán)境應(yīng)對能力和電磁環(huán)境對抗能力；給出了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的評估原則，即戰(zhàn)術(shù)指標定量評估原則、比對原則和通用性原則；構(gòu)建了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的定量評估指標體系，共三大類15項指標；最后對指標適用性進行了分析并給出了結(jié)論。

雷達；復(fù)雜電磁環(huán)境；探測能力；定量描述

0 引言

復(fù)雜電磁環(huán)境是現(xiàn)代和未來戰(zhàn)場最突出的特征之一，武器裝備的作戰(zhàn)能力應(yīng)是復(fù)雜電磁環(huán)境下的實戰(zhàn)能力。作為電子信息裝備，雷達的探測能力更受到電磁環(huán)境的嚴重制約。研究、建立復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的評估與試驗方法顯得十分重要，并應(yīng)隨著雷達有源干擾技術(shù)和相應(yīng)的雷達抗干擾技術(shù)的快速發(fā)展不斷改進完善。本文旨在分析雷達可能面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境及其對雷達探測能力的影響，進而提出復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力構(gòu)成要素、探測能力評估原則，并構(gòu)建探測能力定量評估指標體系。

1 雷達面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境

未來雷達面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境包括無源干擾和有源干擾兩大類。無源干擾包括地(海)雜波干擾、氣象雜波干擾等無意干擾和箔條、角反射器等假目標故意干擾。雷達反雜波處理技術(shù)的進步，特別是AMTD、PD等技術(shù)的應(yīng)用，使得無源干擾對雷達探測能力的影響大大降低，一般情況下已不成為主要威脅。有源干擾包括工業(yè)、通信等無意干擾和敵方施放的多場景、多樣式故意干擾。前者可以通過選擇雷達使用陣地或電磁管控剔除，后者則是構(gòu)成雷達復(fù)雜電磁環(huán)境的主要威脅源。本文主要討論分析由有源故意干擾構(gòu)成的雷達復(fù)雜電磁環(huán)境和雷達在此環(huán)境下作戰(zhàn)能力的評估方法。

雷達面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境可以描述為敵方以多種作戰(zhàn)平臺、多種作戰(zhàn)方式施放的全空域、全樣式有源故意干擾的組合，包括干擾場景和干擾樣式兩個方面。典型有源故意干擾場景按干擾源承載平臺可分為空氣動力飛行器載干擾、彈道導(dǎo)彈彈載干擾、臨近空間空天飛機機載干擾及可能出現(xiàn)的衛(wèi)星星載干擾等。其中空氣動力飛行器含各類有人無人作戰(zhàn)飛機、飛艇、系留留空氣球、巡航導(dǎo)彈等。按作戰(zhàn)方式，空氣動力飛行器施放的典型干擾場景包括遠距離支援干擾、隨隊干擾、自衛(wèi)干擾及組合場景干擾等，未來多平臺、全空域組網(wǎng)干擾也將投入實戰(zhàn)；彈載干擾主要為突防伴飛干擾；空天飛機機載干擾可能為機載自衛(wèi)干擾和突防伴飛干擾；衛(wèi)星星載干擾可能為星載遠距離支援干擾和自衛(wèi)干擾；按雷達探測視角可分為天線主瓣干擾、天線副瓣干擾及組合場景干擾。遠距離支援干擾為副瓣干擾，機載自衛(wèi)干擾、空天飛機自衛(wèi)干擾、星載自衛(wèi)干擾等均為主瓣干擾；而機載隨隊、彈載與空天飛機伴飛干擾則主要為主瓣干擾，一定條件下轉(zhuǎn)化為副瓣干擾，例如伴飛一段時間后，由于速度差異，彈頭與干擾機距離拉開。

典型有源電子干擾樣式類別包括壓制性干擾、欺騙性干擾和組合樣式干擾三大類。其中壓制性干擾包括瞄準式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾等樣式；欺騙性干擾包括密集假目標干擾和虛假航跡干擾等樣式；密集假目標干擾又包括直接轉(zhuǎn)發(fā)式和切片轉(zhuǎn)發(fā)式、靜止密集假目標和運動密集假目標等樣式；虛假航跡干擾包括主瓣虛假航跡欺騙和副瓣虛假航跡欺騙兩類。組合樣式干擾為壓制干擾和欺騙干擾的任意組合。值得關(guān)注的是，變極化壓制干擾、變極化密集假目標干擾已在西方國家得到越來越多的應(yīng)用，這些全新的干擾樣式可使雷達副瓣對消、副瓣匿影等反干擾措施的效能大大降低，甚至完全失效。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對雷達探測能力的影響

雷達的探測能力以其戰(zhàn)術(shù)指標體系表征，主要包括威力、精度、分辨力、情報連續(xù)性等。其中威力定義為雷達在規(guī)定目標、規(guī)定虛警概率、規(guī)定數(shù)據(jù)率前提下達到規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率的距離、方位、仰角和高度覆蓋范圍；精度定義為在指定威力范圍內(nèi)雷達距離、方位、仰角、高度及速度測量誤差的均方根值或最大值；分辨力定義為在指定威力范圍內(nèi)滿足規(guī)定分辨概率時雷達能分辨兩個目標的最小距離、方位、仰角和速度單元；情報連續(xù)性定義為精度滿足要求的目標連續(xù)發(fā)現(xiàn)點數(shù)(距離)或連續(xù)跟蹤時間。對于正在快速發(fā)展的第四代雷達而言，目標識別能力也是其最重要的戰(zhàn)術(shù)性能之一。復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達的探測能力將受到嚴重影響，使得雷達的威力、精度、分辨力、情報連續(xù)性以及目標識別能力大大降低，干擾場景越復(fù)雜、干擾樣式越多樣、干擾功率越大這種影響將越大。

復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達抗有源干擾的本質(zhì)是能量對抗，先進的雷達技術(shù)體制是最有效的抗干擾手段，窄波束、低副瓣、大功率口徑積、超寬帶、數(shù)字波束形成、多波段集成、有源無源一體化、多傳感器一體化、點跡融合、信號級融合等技術(shù)體制的應(yīng)用將極大提升情報雷達對復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)能力。此外，各種專項抗干擾措施的應(yīng)用，如自適應(yīng)零點、副瓣對消、副瓣匿影、盲源估計、點跡過濾等，包括單項使用、組合使用和自適應(yīng)使用，將進一步提升雷達對復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)能力。任何抗有源干擾手段和措施都旨在降低進入雷達接收機的干擾功率，提高信號干擾功率比(或發(fā)現(xiàn)概率)，即提高滿足規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率的探測威力。從這一角度看，因為雷達精度、分辨力、情報連續(xù)性三項探測能力均為達到規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率(信干比)時的精度、分辨力和情報連續(xù)性，那么復(fù)雜電磁環(huán)境對雷達探測能力的影響可以歸結(jié)為只對威力的影響。換句話說，復(fù)雜電磁環(huán)境下滿足規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率的威力范圍大大降低了，但在這一滿足規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率的威力范圍內(nèi)，雷達的精度、分辨力和情報連續(xù)性三項作戰(zhàn)能力不受影響。同理，由于雷達的方位、仰角覆蓋不會因復(fù)雜電磁環(huán)境而變化，而高度覆蓋范圍又取決于仰角和距離覆蓋范圍，故復(fù)雜電磁環(huán)境對威力范圍的影響又只需考慮對雷達探測距離的影響。

有些抗干擾措施，如副瓣對消，可能造成雷達波束畸變，即使發(fā)現(xiàn)概率達到規(guī)定值，測角精度也會降低。對于這些情況，可以通過進一步提高信干比和發(fā)現(xiàn)概率，抵消波束畸變對精度的影響，保證精度達到要求。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力構(gòu)成要素

復(fù)雜電磁環(huán)境下現(xiàn)代雷達的探測能力至少應(yīng)由電磁環(huán)境感知能力、電磁環(huán)境應(yīng)對能力和電磁環(huán)境對抗能力三個要素構(gòu)成。電磁環(huán)境感知能力是指雷達利用自身資源對進入雷達的各類有源干擾進行測量、分析，識別出干擾源的數(shù)量、位置、承載平臺和干擾樣式的能力。電磁環(huán)境應(yīng)對能力是在感知的前提下，雷達選擇并施加最佳對抗措施的能力。除由技術(shù)體制決定的固有抗干擾能力外，為應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境，現(xiàn)代雷達均具有多種針對特定干擾場景和干擾樣式的抗干擾措施，但戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變、戰(zhàn)機稍縱即逝，雷達系統(tǒng)只有自適應(yīng)自動選擇最佳抗干擾措施方可避免貽誤戰(zhàn)機。電磁環(huán)境對抗能力是指雷達采取的抗干擾措施的有效性或?qū)Ω蓴_的抑制能力，即采取抗干擾措施后相對不采取抗干擾措施時雷達作戰(zhàn)性能得益，包括威力、精度、分辨力、情報連續(xù)性等方面的得益，根據(jù)第2節(jié)分析結(jié)果，可以只考慮探測距離得益。從使用方便角度看，情報連續(xù)性得益更直觀，故也可將探測距離得益轉(zhuǎn)換為情報連續(xù)性得益來表征。

4 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力評估原則

復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力評估應(yīng)遵循戰(zhàn)術(shù)指標定量評估原則、比對原則和通用性原則。正如正常環(huán)境下雷達的作戰(zhàn)能力可以用威力、精度、分辨力、情報連續(xù)性等戰(zhàn)術(shù)指標定量描述一樣，其復(fù)雜電磁環(huán)境下的探測能力也應(yīng)構(gòu)建相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)指標體系進行定量描述，以方便作戰(zhàn)使用。所謂比對原則是指應(yīng)將復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達采取抗干擾措施后的探測能力與不采取抗干擾措施時的探測能力以及正常環(huán)境下的探測能力進行比對，給出戰(zhàn)術(shù)指標的變化量，以便評估抗干擾措施的有效性；所謂通用性原則是指評估復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的戰(zhàn)術(shù)指標體系應(yīng)具有通用性，即構(gòu)建的戰(zhàn)術(shù)指標體系能夠通用于任何抗干擾措施。雷達單項抗干擾措施或措施組合都是針對某具體干擾場景和樣式而設(shè)計的，隨著對抗雙方的技術(shù)博弈和發(fā)展，雷達抗干擾措施將越來越多，如果針對每項抗干擾措施均構(gòu)建探測能力指標體系，不僅使得指標體系極為復(fù)雜，給評估工作帶來巨大工作量，同時也無法覆蓋各種抗干擾措施，難以評估雷達系統(tǒng)的總體作戰(zhàn)能力。

5 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力定量評估指標體系

依據(jù)第3節(jié)分析結(jié)果和第4節(jié)確定的評估原則，可以按感知能力、應(yīng)對能力和對抗能力三個方面構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力評估指標體系。

5.1 復(fù)雜電磁環(huán)境感知能力指標

電磁環(huán)境感知能力是實現(xiàn)雷達復(fù)雜電磁環(huán)境下探測能力的基礎(chǔ)和前提，描述該能力的指標屬雷達系統(tǒng)級指標，也是其他系統(tǒng)級指標的共用指標。從使用角度看，電磁環(huán)境感知能力指標應(yīng)至少包括干擾源定向能力和干擾源識別能力兩個方面。

5.1.1 干擾源定向能力指標

1) 干擾源指向線最大數(shù)量。能在雷達顯示器上顯示的干擾源所在方位、仰角位置指向線的最大數(shù)量，也即雷達能夠定向并給出指向的干擾源最大數(shù)量。每個干擾源指向線包括中心位置指向線和給定干擾強度的方位、仰角扇區(qū)指向線。干擾強度以干噪比表征，例如干噪比5～10dB為1級，11～20dB為2級，21～30dB為3級，31dB以上為4級。

2) 干擾源指向成功率。給定干噪比或干擾強度時，雷達能夠正確給出干擾源指向線的成功率。

3) 干擾源指向精度。給定干噪比或干擾強度時，雷達給出的干擾源中心位置指向線的精度，含方位精度和仰角精度。

4) 干擾源指向分辨力。滿足指定分辨概率時，雷達能夠分辨出兩個干擾源間的最小角度，含方位分辨力和仰角分辨力。

5) 干擾源指向虛警率。無干擾或干擾強度達不到1級時，雷達給出干擾源指向線的概率。

5.1.2 干擾源識別能力指標

1) 干擾源承載平臺識別成功率。雷達能夠識別出干擾源承載平臺的成功率，即識別出機載、彈載、星載等平臺的成功率。通過指紋庫的長期積累，未來雷達不僅可能識別干擾源承載平臺，還可能識別具體承載平臺的機型或彈型。

2) 干擾樣式分類識別成功率。雷達能夠識別出干擾源干擾樣式類別的成功率，即識別出壓制干擾、欺騙干擾還是組合干擾的成功率。

3) 干擾樣式識別成功率。雷達能夠識別出干擾源具體干擾樣式的成功率，即能識別出瞄準式、阻塞式、掃頻式壓制干擾以及干擾譜，直接轉(zhuǎn)發(fā)式密集假目標欺騙、切片轉(zhuǎn)發(fā)式密集假目標欺騙，靜止密集假目標欺騙、運動密集假目標欺騙，主瓣虛假航跡欺騙、副瓣虛假航跡欺騙等干擾樣式的成功率。

5.2 復(fù)雜電磁環(huán)境應(yīng)對能力指標

電磁環(huán)境應(yīng)對能力可歸結(jié)為最佳抗干擾措施選擇能力和有效抗干擾扇區(qū)定位能力兩個方面，以下列指標表征：

1) 最佳抗干擾措施選擇成功率。針對某特定干擾場景、干擾樣式，在規(guī)定的時間內(nèi)雷達自動正確選擇最佳抗干擾措施或措施組合工作的成功率。所謂最佳抗干擾措施是指能使抗干擾效果最佳(指標達到最優(yōu))的措施或措施組合；所謂規(guī)定的時間是指從作戰(zhàn)角度看從雷達受到干擾到自動正確選擇出最佳抗干擾措施或措施組合不能超過的最長時間，最佳抗干擾措施選擇時間一般不應(yīng)大于3～5個雷達數(shù)據(jù)更新周期。最佳抗干擾措施選擇成功率一般不應(yīng)低于95%。

2) 有效抗干擾扇區(qū)定位成功率。針對某一特定抗干擾措施，雷達在規(guī)定的時間內(nèi)正確定位其有效扇區(qū)并工作的成功比率。對情報雷達而言，某種抗干擾措施可能在一些方位扇區(qū)內(nèi)有效，另一些扇區(qū)沒有效果甚至效果為負，未來雷達應(yīng)能自動選擇有效果的扇區(qū)采取抗干擾措施工作，而其他扇區(qū)則不采取抗干擾措施。例如副瓣對消只在干噪比大于20dB的受干擾扇區(qū)內(nèi)效果較好。有效抗干擾扇區(qū)通常是以干擾源為中心或干噪比較大的方位為中心的一個方位扇區(qū)。所謂規(guī)定的時間一般是指最佳抗干擾措施實施后1～2個雷達數(shù)據(jù)更新周期。

5.3 復(fù)雜電磁環(huán)境對抗能力指標

復(fù)雜電磁環(huán)境對抗能力指標主要體現(xiàn)雷達在復(fù)雜電磁環(huán)境下的探測能力，由下列指標構(gòu)成：

1) 自衛(wèi)距離。規(guī)定的干擾場景、干擾樣式、干擾功率譜及帶寬下，且不采取抗干擾措施時，滿足規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率時雷達對已知RCS配試目標或精確標定RCS模擬目標的探測距離并折合為雷達戰(zhàn)術(shù)指標規(guī)定的RCS目標的探測距離。該項指標體現(xiàn)了由技術(shù)體制和功率口徑積決定的復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達的固有探測能力。

2) 自衛(wèi)距離得益。采取抗干擾措施后雷達自衛(wèi)距離增加值相對無干擾時雷達作用距離的百分比，即采取抗干擾措施后挽回的雷達作用距離百分比。若無干擾時雷達對目標的作用距離為R0，自衛(wèi)距離為Rz，采取抗干擾措施后雷達自衛(wèi)距離為Rz1，則自衛(wèi)距離得益Gz=(Rz1-Rz)/R0×100%。自衛(wèi)距離得益體現(xiàn)了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達采取抗干擾措施后探測能力的提升幅度。自衛(wèi)距離及自衛(wèi)距離得益應(yīng)通過多次試驗統(tǒng)計得出滿足規(guī)定置信度和置信區(qū)間的指標值。該自衛(wèi)距離得益應(yīng)理解為保精度自衛(wèi)距離得益，如果采取抗干擾措施后雷達的測量精度允許有限降低，則可以用限制精度自衛(wèi)距離得益來表征。

3)目標航跡連續(xù)性得益。配試目標或模擬目標在雷達采取抗干擾措施后比采取抗干擾措施前全程航跡點增加數(shù)相對于無干擾時總航跡點數(shù)的百分比。若無干擾時目標全程航跡點數(shù)為N0，有干擾不采取抗干擾措施時為N1,采取抗干擾措施后為N2，則目標航跡連續(xù)性得益Gh=(N2-N1)/N0×100%。其物理意義是采取抗干擾措施后，由于干擾能量被抑制，挽回的目標航跡點數(shù)相對無干擾時總航跡點數(shù)的百分比。統(tǒng)計目標航跡點時應(yīng)剔除外推航跡點。

4) 航跡連續(xù)性得益。重點方位扇區(qū)內(nèi)或全方位范圍內(nèi)抗干擾措施對航跡連續(xù)性的貢獻率。若無干擾時雷達跟蹤的總航跡數(shù)為T0，有干擾不采取抗干擾措施時總航跡數(shù)為T1,采取措施后為T2，則航跡連續(xù)性得益g=(T2-T1)/T0，也即采取抗干擾措施后挽回的航跡數(shù)占無干擾時總航跡數(shù)的百分比。

5) 虛假航跡抑制比。若無干擾時目標航跡數(shù)為T0，有干擾時未采取抗干擾措施時虛假航跡數(shù)為F1(此時目標航跡數(shù)仍為T0)，雷達采取抗干擾措施后虛假航跡數(shù)降至F2，目標航跡數(shù)為T2(目標航跡因采取抗干擾措施可能有損失，T2≤T0)，則虛假航跡抑制比Df=(F1-F2)T2/F1T0。該指標既體現(xiàn)了雷達抗干擾措施對虛假航跡的抑制能力，也體現(xiàn)了該措施對真實目標航跡造成的損失，虛假目標全部剔除、真實目標沒有損失的理想情況Df=1。

6 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力定量評估指標適用性分析

第5節(jié)所構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達探測能力指標體系中，感知能力與應(yīng)對能力兩類指標適用于所有干擾場景、干擾樣式和抗干擾措施。對抗能力指標中自衛(wèi)距離、自衛(wèi)距離得益、目標航跡連續(xù)性得益三項指標不僅適用于評估各種抗主瓣、副瓣和組合場景壓制干擾措施，同樣也適用于各種抗主瓣、副瓣和組合場景密集假目標欺騙干擾措施，因為密集假目標或造成雷達自動檢測門限的抬高，所以導(dǎo)致目標發(fā)現(xiàn)概率降低、作用距離的下降，或造成虛警率的上升，雷達誤跟假目標造成航跡中斷。航跡連續(xù)性得益指標既適用于各種場景的抗密集假目標干擾措施，也適用于抗壓制性干擾措施，因為壓制性干擾同樣造成虛假點跡大量增加、真航跡被壓制。而虛假航跡抑制比指標僅適用于抗虛假航跡干擾措施，并通用于主瓣、副瓣和組合干擾場景。

超寬帶數(shù)字相控陣體制的抗干擾能力，體現(xiàn)在脈壓后信干比得益即發(fā)現(xiàn)概率得益上，完全可以用自衛(wèi)距離(不用寬帶時)、自衛(wèi)距離得益(相對窄帶工作時)和目標航跡連續(xù)性得益三項指標評估。多波段集成體制、有源無源一體化體制、多類傳感器一體化體制及其相應(yīng)的點跡、信號級融合技術(shù)，均旨在受干擾條件下提高目標點跡的發(fā)現(xiàn)概率和航跡的連續(xù)性，其抗干擾得益也完全可以用自衛(wèi)距離(單雷達頭工作時)、自衛(wèi)距離得益(多波段雷達頭或多類傳感器同時工作并點跡、信號級融合相對單雷達頭工作時)和目標航跡連續(xù)性得益(相對單雷達頭工作時)三項指標評估。

7 結(jié)束語

本文構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力戰(zhàn)術(shù)指標體系涵蓋了電磁環(huán)境感知能力、應(yīng)對能力和對抗能力三個要素，可以在不用關(guān)心具體干擾場景、干擾樣式和采用何種抗干擾措施的條件下用于定量評估復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達總體探測能力。單項抗干擾措施的探測能力評估指標可以引用該指標體系中指標，也可以單獨提出?！?/p>

[1] 胡進，李建勛，劉笑.地面情報雷達抗有源干擾能力的定量描述[J].現(xiàn)代雷達，2015,37(10):5-10.

Quantitative description of radar detection capability in complex electromagnetic environment

Hu Jin

( Shanghai and Nanjing Area Air Force Representative Office，Nanjing 210039, Jiangsu, China)

Based on an overview of radar’s complex electromagnetic environment, the influence of complex electromagnetic environment on the main detection capability of radar is analyzed. Firstly, the components of radar detection capability in complex electromagnetic environment are proposed, namely, electromagnetic environment sensing capability, electromagnetic environment coping capability and electromagnetic environment counterwork capability. Secondly, the evaluation principles of radar detection capability in complex electromagnetic environment are given, namely, the principle of quantitative evaluation of tactical principle, comparison principle and general principle. Thirdly, the quantitative evaluation index system of radar detection capability in complex electromagnetic environment is constructed, which contains fifteen indicators in three categories. Finally, the applicability of the indicators are analyzed and the conclusion is given.

radar; complex electromagnetic environment; detection capability; quantitative description

2016-12-17；2016-12-28修回。

胡進(1962-)，男，高工，碩士，主要研究方向為雷達工程。

TN97

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