一種陣列式雷達對抗半實物仿真試驗系統(tǒng)

肖 秋 喬宏樂

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

半實物仿真是指在仿真試驗系統(tǒng)的仿真回路中接入所研究系統(tǒng)的部分實物的仿真，準確的含義為硬件在回路仿真，由于半實物仿真是仿真技術中置信水平最高的一種仿真方法，廣泛的應用在制導武器系統(tǒng)的研制和試驗中。本文針對某綜合電子對抗車外場試驗費用高昂、試驗裝備困難、試驗場地要求高且布陣復雜、受天氣和環(huán)境影響大等不利因素，采用陣列輻射式半實物仿真試驗開展干擾效果性能評估驗證試驗。

本試驗系統(tǒng)的突出優(yōu)點在于：由于整個試驗在微波暗室內進行，暗室良好的靜區(qū)特性為雷達對抗設備提供了理想的試驗平臺；可通過控制陣列輻射單元模擬指定空域威脅雷達，并與試驗系統(tǒng)內的輻射源模擬器有機結合，模擬多方位、大場景、大動態(tài)、近實戰(zhàn)條件下的復雜電磁環(huán)境，在暗室內形成包括相控陣雷達和機掃雷達在內的多種體制雷達信號，用于評估雷達對抗設備的性能指標；可通過試驗系統(tǒng)內的仿真雷達分系統(tǒng)評估干擾設備對不同體制、不同信號處理方式雷達的干擾效果。

根據(jù)被試干擾設備的仿真試驗情況，本文將給出試驗系統(tǒng)的組成、工作原理，詳細描述仿真試驗情況及試驗分析情況，具體安排如下：第2節(jié)簡述試驗系統(tǒng)組成；第3節(jié)根據(jù)試驗大綱規(guī)定的試驗項目詳細描述仿真試驗情況；第4節(jié)給出試驗結論；第5節(jié)對全文進行總結。

1 ECM半實物仿真試驗系統(tǒng)簡介

ECM半實物仿真試驗系統(tǒng)主要由微波暗室、天線陣列、仿真雷達、輻射源信號模擬器、三軸轉臺、被試ECM設備、試驗控制臺、以及各種輸入輸出接口等組成。

實驗室布局圖如圖1所示，其中，微波暗室為試驗系統(tǒng)提供了理想的電磁波自由傳播空間，暗室內一面裝有射頻仿真系統(tǒng)的陣列天線，另一面則架設有用于安裝被試品的三軸轉臺，三軸轉臺用于模擬被試設備空間運動的姿態(tài)角，仿真雷達則通過陣列向ECM/ESM設備發(fā)射雷達信號，同時陣列接收天線接收ECM輻射的干擾信號，與系統(tǒng)內產生的目標回波進行合成，并對干擾進行處理及評估，輻射源信號模擬器則產生多種雷達發(fā)射信號，模擬空間多部雷達發(fā)射信號。

圖1 實驗室布局圖

ECM半實物仿真試驗系統(tǒng)具體配置方案如圖2所示：

圖2 試驗系統(tǒng)配置圖

系統(tǒng)工作原理如下：仿真雷達和輻射源信號模擬器同時從Ka波段饋電通道IV輸出，其中仿真雷達產生威脅信號，輻射源信號模擬器產生背景雷達信號，綜合電子對抗系統(tǒng)同時接收這兩類雷達信號，ESM按仿真戰(zhàn)情完成對信號的分選、識別，并上報數(shù)據(jù)處理和中心控制單元，獲取威脅信號和雷達信號的輻射源信息，根據(jù)輻射源目標識別和匹配信息按照不同雷達類型對威脅目標進行干擾策略的選擇，并由偵察信息引導ECM向仿真雷達輻射方向發(fā)射干擾信號，仿真雷達經(jīng)陣列接收天線接收干擾信號，并按設定的干信比條件調整目標回波功率，同時將干擾信號調制到目標航跡上，對不同干信比條件下的噪聲壓制干擾、部分脈沖干擾、密集假目標干擾等干擾樣式進行干擾效果評估，同時，仿真雷達通過改變雷達參數(shù)驗證干擾樣式對不同體制雷達、不同處理算法雷達的干擾效果，達到干擾效果評估的目的。

2 ECM仿真試驗情況

ECM仿真試驗原理框圖如圖3所示。系統(tǒng)工作原理如下：仿真雷達發(fā)射信號經(jīng)發(fā)射天線向ESM設備輻射，同時在中頻750MHz信號進入回波通道，形成雷達回波信號；綜合電子系統(tǒng)經(jīng)ESM對雷達發(fā)射信號進行信號偵察、識別、處理后，引導ECM產生不同干擾樣式的干擾信號，并向仿真雷達輻射；仿真雷達空饋接收到干擾信號后，下變頻至750MHz，將干擾信號與回波信號在750MHz進行合成，并將干擾信號與回波信號按相同航跡進行處理，通過調整干擾通道衰減量，實現(xiàn)不同干信比條件下的ECM干擾效果評估。

為驗證ECM干擾效果，進行了5項仿真試驗：

試驗1：ECM不輻射干擾樣式，仿真雷達對目標跟蹤情況。

試驗2：ECM輻射噪聲干擾信號，仿真雷達對目標跟蹤情況。

試驗3：ECM輻射部分脈沖干擾信號，仿真雷達對目標跟蹤情況。

試驗4：ECM輻射密集假目標干擾信號，仿真雷達對目標跟蹤情況。

試驗5：ECM輻射聯(lián)合拖引干擾信號，仿真雷達對目標跟蹤情況。

具體干擾樣式及干擾參數(shù)如表1所示：

表1 干擾樣式及干擾參數(shù)列表

具體試驗情況如下所述。

2.1 試驗項目1情況分析

本試驗項目驗證在無干擾條件下，仿真雷達對目標搜索和跟蹤情況，仿真雷達參數(shù)如下：

1)雷達類型：機載毫米波窄帶脈沖線性調頻雷達；

2)雷達參數(shù)：f0=34.2GHz，PRI=200us，PW=30us，BW=15MHz；

3)信號處理參數(shù)：CFAR系數(shù)8，噪聲系數(shù)3；

4)仿真雷達輸出功率設置為-15dBm；

5)目標運動范圍為30km～10km，目標RCS=10m2。

無干擾條件下，仿真雷達目標跟蹤情況截圖，如圖3所示：

圖4 無干擾條件下仿真雷達目標跟蹤截圖

試驗表明，無干擾條件下，仿真雷達能夠穩(wěn)定跟蹤目標。

2.2 試驗項目2情況分析

本試驗驗證噪聲干擾條件下，仿真雷達對目標跟蹤情況。

“拉筋”隨時隨地都可以進行，《易筋經(jīng)》第三勢“掌托天門”就是適合日常練習的方法：兩腳開立，足尖著地，足跟提起；雙手上舉高過頭頂，掌心向上，兩中指相距3厘米；仰頭目觀掌背。同時舌舐上腭，鼻息調勻；吸氣時，兩手盡力上托，兩腿用力下蹬；呼氣時，全身放松，兩掌向前下翻。隨后兩掌變拳，上肢用力將兩拳緩緩收至腰部，拳心向上，腳跟著地?？煞磸?～20次。經(jīng)常以車代步、久坐不動的人，如果出現(xiàn)彎腰時腰酸、下蹲費勁、步伐邁不大等，說明你的筋缺乏彈性了，更要注意加強此類鍛煉。但高血壓、心臟病、骨質疏松等疾病患者不可盲目練習。

仿真雷達參數(shù)同試驗項目1，干擾參數(shù)如下：

依次選擇噪聲干擾帶寬：10MHz、30MHz、50MHz、80MHz、100MHz、400MHz；

圖5～圖10依次為不同干擾帶寬條件下的噪聲頻譜及仿真雷達目標跟蹤截圖：

圖5 10MHz噪聲干擾頻譜及仿真雷達截圖

圖6 30MHz噪聲干擾頻譜及仿真雷達截圖

圖7 50MHz干擾頻譜及仿真雷達截圖

圖8 80MHz噪聲干擾頻譜及仿真雷達截圖

圖9 100MHz噪聲干擾頻譜及仿真雷達截圖

圖10 400MHz噪聲干擾頻譜及仿真雷達截圖

從試驗測試情況來看，噪聲干擾明顯將仿真雷達接收噪底抬高，觀測頻譜儀可以看出窄帶10MHz噪聲干擾將噪底抬高30dB；30MHz噪聲干擾將噪底抬高28dB；100MHz噪聲干擾將噪底抬高20dB；400MHz噪聲干擾將噪底抬高15dB。從仿真雷達對目標跟蹤航跡來看，在10MHz噪聲干擾時，遠距離目標雷達無法檢測，直至目標運動到10km以內雷達恢復對目標的檢測，但始終不能穩(wěn)定建航，且目標周圍有明顯的噪點；100MHz噪聲干擾時，目標運動至10km后，雷達能夠持續(xù)穩(wěn)定跟蹤。噪聲干擾試驗顯示，在干擾功率相同條件下，對于窄帶雷達而言，噪聲帶寬越窄干擾效果越好，當噪聲帶寬大于100MHz時，由于功率譜擴展導致功率下降，對雷達的干擾效果變差。

2.3 試驗項目3情況分析

本項試驗用于驗證部分脈沖干擾對仿真雷達目標跟蹤的干擾效果，仿真雷達參數(shù)設置如下：

1)雷達類型：機載毫米波中帶脈沖線性調頻雷達；

2)雷達參數(shù)：f0=34GHz，PRI=100us，PW=10us，BW=100MHz；

3)信號處理參數(shù)：CFAR系數(shù)5，噪聲系數(shù)4；

5)目標運動范圍為14km～1km，目標RCS=10m2。

ECM參數(shù)：當檢測到雷達發(fā)射信號上升沿干擾機開始采集信號，先采集300ns雷達發(fā)射信號，轉發(fā)500ns信號，再采300ns雷達發(fā)射信號，再轉發(fā)500ns信號，以此類推直至轉發(fā)完整個雷達發(fā)射脈寬。

圖11給出了部分脈沖干擾時域包絡及仿真雷達對目標跟蹤的情況。

圖11 部分脈沖干擾時域包絡及仿真雷達截圖

從仿真雷達截圖可以明顯看出：部分脈沖干擾導致脈壓處理輸出多個尖峰，說明部分脈沖干擾形成了多個回波。同時，在一次點跡和二次點跡曲線可以看出雷達跟蹤不連續(xù)，出現(xiàn)一段一段的航跡，證明部分脈沖干擾樣式對仿真雷達干擾效果明顯，已不能連續(xù)跟蹤目標。

2.4 試驗項目4情況分析

本項試驗驗證密集假目標干擾對仿真雷達目標跟蹤的干擾效果，仿真雷達參數(shù)設置：

1)雷達類型：機載毫米波窄帶脈沖線性調頻雷達；

2)雷達參數(shù)：f0=34.2GHz，PRI=200us，PW=30us，BW=15MHz；

3)信號處理參數(shù)：CFAR系數(shù)5，噪聲系數(shù)4；

4)仿真雷達輸出功率設置為-15dBm；

5)目標運動范圍為30km～10km，目標RCS=10m2。

ECM參數(shù)設置：輸出16個密集假目標，距離間隔150m，分兩種情況，一種假目標不帶速度，另外一種假目標速度為30m/s，比較兩種密集假目標的干擾效果。圖12～圖13給出兩種情況下密集假目標干擾條件下仿真雷達終端目標跟蹤情況。

圖12 15MHz 16個密集假目標干擾效果(二維檢測顯示)

圖13 15MHz 16個密集假目標30m/s干擾效果(二維檢測顯示)

從圖12、圖13明顯可以看出密集假目標對仿真雷達干擾效果非常明顯，在終端顯控上形成多個目標航跡，已經(jīng)無法區(qū)分哪個是目標航跡那個是干擾航跡。

2.5 試驗項目5情況分析

本項試驗驗證聯(lián)合拖引干擾對仿真雷達目標跟蹤的干擾效果。仿真雷達參數(shù)設置同試驗項目4，ECM設置如下：

干擾樣式：聯(lián)合拖引；

干擾參數(shù)：停拖期：10s，拖引期：10s，保持期：10s，初始速度：100m/s，加速度：10m/s2，初始位置：同目標距離。

圖14為聯(lián)合拖引對仿真雷達的干擾情況。

圖14 聯(lián)合拖引干擾情況

從圖14可以看出，聯(lián)合拖引對仿真雷達目標跟蹤造成了一定的影響，出現(xiàn)目標被拖走現(xiàn)象，但干擾效果不像密集假目標那么明顯，仿真雷達大部分時間可以正常跟蹤目標。

3 試驗結論

經(jīng)過以上試驗可以看出，噪聲干擾主要通過功

率壓制手段，抬高雷達接收系統(tǒng)噪聲基底，導致雷達回波信號湮滅在噪聲中，從而不能有效的檢測目標回波信號，但付出的代價是ECM需要大功率輸出；部分脈沖干擾和密集假目標作為兩種新型干擾體制對仿真雷達干擾效果明顯，仿真雷達已無法分辨目標信號和干擾信號，這兩種干擾樣式具有干擾效率高的突出優(yōu)點，在相同的干信比條件下，干擾效果最優(yōu)；聯(lián)合拖引干擾對仿真雷達具有一定的干擾效果，但效果不是很明顯，仿真雷達在大部分時間內仍然可以對目標進行連續(xù)跟蹤。

4 結束語

本文提出一種針對雷達對抗設備干擾效果評估的半實物仿真試驗方法，該方法采用陣列空饋及仿真雷達技術實現(xiàn)對雷達對抗設備典型干擾樣式的測試與評估，大大降低了ECM外場試驗的試驗費用和人力成本，在實驗室條件下為ECM的干擾效果評估提供了一種先進、可行的試驗方法，該方法通過修改雷達參數(shù)驗證不同干擾策略對不同體制雷達的干擾效果，從而有效提高了ECM設備干擾效果評估的工作效率。

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