匿影管理對(duì)艦載電子偵察裝備影響的仿真

隨著艦載裝備信息化程度的提高,大量新型電子武器裝備需要在相對(duì)狹小的海上平臺(tái)同時(shí)工作,因此需要采用電磁兼容管理設(shè)備協(xié)調(diào)全艦電子武器裝備的電磁兼容問題[1]。電磁兼容管理設(shè)備對(duì)艦載電子偵察裝備的管理,在保障電子偵察裝備與其他裝備協(xié)調(diào)運(yùn)行的同時(shí),也會(huì)對(duì)電子偵察裝備截獲信號(hào)的能力造成影響,這種影響直接關(guān)系到艦艇作戰(zhàn)時(shí)對(duì)敵方雷達(dá)信號(hào)的偵察能力[2]。

要在外場條件下檢測電磁兼容管理設(shè)備對(duì)艦載電子偵察裝備截獲信號(hào)能力的影響,就需要較多參試裝備,技術(shù)難度大且消耗時(shí)間長。為最大限度地降低消耗和提高效率,需要探索電子偵察裝備信號(hào)偵收能力受電磁兼容管理設(shè)備影響的仿真方法。

1 電磁兼容管理原理

電磁兼容管理設(shè)備對(duì)艦載電子偵察裝備的管理分為時(shí)域和頻域2種方式。

1.1 頻域管理

電磁兼容管理設(shè)備的頻域管理主要是在電子偵察裝備與本艦作戰(zhàn)優(yōu)先級(jí)更高的電子裝備信號(hào)頻段發(fā)生沖突時(shí),對(duì)電子偵察裝備使用濾波器進(jìn)行濾波管理。由于電子偵察裝備的偵收信號(hào)頻域較寬,對(duì)裝備全頻段進(jìn)行濾波的成本很高,因此對(duì)電子偵察裝備的頻域管理一般只少量應(yīng)用于對(duì)本艦連續(xù)波或者高重頻信號(hào)裝備工作頻帶內(nèi)的濾波,管理效果比較簡單直觀。

1.2 時(shí)域管理

電磁兼容管理設(shè)備的時(shí)域管理主要是匿影管理。匿影管理是在本艦雷達(dá)開機(jī)工作時(shí),先由雷達(dá)向電磁兼容管理設(shè)備發(fā)送雷達(dá)開機(jī)報(bào)文,再由電磁兼容管理設(shè)備根據(jù)已開機(jī)雷達(dá)的時(shí)域參數(shù)產(chǎn)生匿影脈沖,匿影脈沖寬度一般不小于本艦雷達(dá)脈沖寬度。在匿影脈沖存在的時(shí)段內(nèi),電子偵察裝備采用降低自身偵察靈敏度或者直接切斷偵察通道的方法,減少本艦雷達(dá)信號(hào)對(duì)偵察分選識(shí)別的影響,以達(dá)到在本艦雷達(dá)工作時(shí)對(duì)電子偵察裝備進(jìn)行電磁兼容管理的目的[3]。匿影管理工作原理如圖1所示。

圖1 匿影管理工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of blanking management principal

2 模型關(guān)鍵參數(shù)分析

預(yù)設(shè)態(tài)勢為目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)滿足電子偵察裝備靈敏度要求,并且電子偵察裝備只在目標(biāo)雷達(dá)理論波束角內(nèi)接收信號(hào)。不考慮信號(hào)副瓣偵收能力[4]的目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)波束如圖2所示。

圖2 目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)波束示意圖Fig.2 Schematic diagram of target radar signal beam

設(shè)目標(biāo)雷達(dá)天線掃描周期為Ts,重復(fù)周期為Tc,波束寬度為α,脈沖寬度為τm,仿真運(yùn)算次數(shù)為M。電磁兼容未管理時(shí)在目標(biāo)雷達(dá)每個(gè)掃描周期內(nèi)偵收到的理論脈沖數(shù)

(1)

由式(1)可見,電磁兼容管理前電子偵察裝備對(duì)雷達(dá)偵收的理論脈沖數(shù)只與目標(biāo)雷達(dá)天線掃描周期Ts、波束寬度α和重復(fù)周期Tc有關(guān)。

電磁兼容管理后,電子偵察裝備的偵察窗口受本艦各雷達(dá)共同產(chǎn)生的匿影脈沖控制,只能在匿影脈沖之外的時(shí)間窗口偵收信號(hào)。設(shè)本艦雷達(dá)重復(fù)周期為Tb,脈沖寬度為τb,本艦涉及匿影管理的雷達(dá)為n部。由于本艦雷達(dá)匿影脈沖受本艦各雷達(dá)重復(fù)周期和脈沖寬度共同影響,因此本艦雷達(dá)匿影函數(shù)可表示為S(Tb1,τb1,…,Tbn,τbn)。由于目標(biāo)雷達(dá)脈沖在時(shí)間軸上的長度和位置與目標(biāo)雷達(dá)天線掃描周期Ts、重復(fù)周期Tc、波束寬度α、脈沖寬度τm都有關(guān)聯(lián),因此計(jì)算本艦?zāi)溆懊}沖在時(shí)間軸上與目標(biāo)雷達(dá)脈沖重疊數(shù)量的脈沖重疊函數(shù)可以表示為C(S,Ts,Tc,α,τm)。由于成功偵收到的脈沖數(shù)N0是在N的基礎(chǔ)上減少了與本艦?zāi)溆懊}沖發(fā)生重疊的目標(biāo)雷達(dá)脈沖數(shù),結(jié)合式(1),匿影管理后的脈沖數(shù)

(2)

當(dāng)N0小于信號(hào)分選所需的最小脈沖數(shù)Nmin時(shí),該掃描周期目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)偵收失敗。統(tǒng)計(jì)態(tài)勢下仿真失敗次數(shù)Mf,可得出各態(tài)勢下偵收失敗率

(3)

由于脈沖重疊函數(shù)C的內(nèi)部參數(shù)關(guān)系是未知的,在仿真中可以運(yùn)用構(gòu)建真實(shí)脈沖重疊場景的方法對(duì)函數(shù)C進(jìn)行模擬,分析N0中各參數(shù)對(duì)偵收失敗率影響的規(guī)律。

3 仿真實(shí)現(xiàn)

3.1 仿真環(huán)境

仿真環(huán)境是由本艦雷達(dá)和外界目標(biāo)雷達(dá)兩部分構(gòu)成,在Windows操作系統(tǒng)下采用VC++.net進(jìn)行仿真[5]。用布爾數(shù)組存儲(chǔ)雷達(dá)信號(hào),首先創(chuàng)建若干動(dòng)態(tài)數(shù)組存儲(chǔ)本艦雷達(dá)信號(hào),然后根據(jù)本艦雷達(dá)信號(hào)時(shí)域特性動(dòng)態(tài)創(chuàng)建與之對(duì)應(yīng)的數(shù)組元素,通過循環(huán)法進(jìn)行數(shù)據(jù)填充和逐個(gè)元素比對(duì)生成匿影數(shù)組,匿影數(shù)組與包含掃描周期、重復(fù)周期、脈沖寬度、波束寬度態(tài)勢信息的外界信號(hào)數(shù)組進(jìn)行比對(duì)運(yùn)算,得出需要的仿真結(jié)果。

3.2 確定成功偵收的判別標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)定電子偵察裝備成功完成信號(hào)分選的最小脈沖數(shù)為Nmin,信號(hào)脈沖數(shù)小于Nmin則判定為偵收失敗。

3.3 仿真參數(shù)設(shè)置

為便于進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì),將目標(biāo)雷達(dá)掃描周期單位定義為雷達(dá)天線完成1次轉(zhuǎn)動(dòng)的用時(shí)長度(s·r-1),變化范圍設(shè)置為1～31 s·r-1,每次變化步長為1 s·r-1;重復(fù)周期變化范圍為50～5 000 μs,每次變化步長為10 μs;選取9種脈沖寬度和3種波束角度。

表1 雷達(dá)重頻和脈寬設(shè)置

按照表1所示的海戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境中雷達(dá)信號(hào)時(shí)域特性分布的一般規(guī)律設(shè)置本艦雷達(dá)重復(fù)周期和脈沖寬度。

若本艦涉及匿影管理的雷達(dá)數(shù)量為n部,當(dāng)雷達(dá)開機(jī)數(shù)量少于n部時(shí),構(gòu)建的匿影波形比n部雷達(dá)同時(shí)開機(jī)時(shí)占空比更小,理論上此時(shí)的電子偵察裝備偵收失敗率曲線大部分都將落在n部雷達(dá)同時(shí)開機(jī)的管理曲線與無電磁兼容管理時(shí)曲線之間的區(qū)域,所以對(duì)n部雷達(dá)同時(shí)開機(jī)的態(tài)勢進(jìn)行仿真即可得到最具代表性的影響效果數(shù)據(jù)。

4 仿真結(jié)果分析

圖3所示為目標(biāo)雷達(dá)掃描周期對(duì)電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時(shí),目標(biāo)雷達(dá)掃描周期達(dá)到8 s·r-1已能使本艦電子偵察裝備偵收的脈沖數(shù)不少于Nmin。電磁兼容管理時(shí),一直到31 s·r-1仍有少數(shù)態(tài)勢點(diǎn)偵收的脈沖數(shù)不少于Nmin。電磁兼容管理對(duì)電子偵察裝備偵收失敗率的影響總體上隨掃描周期增大呈下降趨勢,但在1～8 s·r-1的區(qū)間內(nèi)不是如電磁兼容未管理曲線那樣單純下降,而是根據(jù)本艦雷達(dá)時(shí)域參數(shù)設(shè)定的不同在特定掃描周期點(diǎn)上有高低變化。

圖3 失敗率與掃描周期關(guān)系Fig.3 Relationship between failure rate and scanning period

圖4所示為目標(biāo)雷達(dá)的重復(fù)周期對(duì)電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時(shí)目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)重復(fù)周期達(dá)到700 μs才有失敗樣本出現(xiàn),電磁兼容管理時(shí)最小從260 μs起就已經(jīng)有個(gè)別樣本偵收失敗,從460 μs起連續(xù)地出現(xiàn)偵收失敗樣本。

圖4 失敗率與重復(fù)周期關(guān)系Fig.4 Relationship between failure rate and repetition cycle

電磁兼容管理對(duì)電子偵察偵收失敗率的影響總體上隨重復(fù)周期增大呈上升趨勢,影響程度波動(dòng)變化較頻繁。在對(duì)應(yīng)本艦?zāi)溆靶盘?hào)重復(fù)周期的整數(shù)倍點(diǎn)上有完全阻止偵收的影響效果,所以當(dāng)外界信號(hào)接近本艦雷達(dá)重復(fù)周期整數(shù)倍時(shí),電磁兼容管理對(duì)偵收能力的影響程度很大。

圖5所示為目標(biāo)雷達(dá)的脈沖寬度對(duì)電子偵察裝備偵收能力的影響。電磁兼容未管理時(shí)偵收失敗率基本沒有變化,說明在沒有電磁兼容管理的情況下脈沖寬度的改變對(duì)到達(dá)本艦的脈沖數(shù)影響不大。電磁兼容管理時(shí)偵收失敗率總體上隨脈沖寬度增大呈上升趨勢,影響程度基本無上下波動(dòng),對(duì)應(yīng)本艦雷達(dá)時(shí)域參數(shù)設(shè)定的影響程度會(huì)有所改變。

圖5 失敗率與脈沖寬度關(guān)系Fig.5 Relationship between failure rate and pulse width

圖6所示為目標(biāo)雷達(dá)的波束寬度對(duì)電子偵察裝備偵收能力的影響,電磁兼容管理狀態(tài)下偵收失敗率比未管理狀態(tài)下高。目標(biāo)雷達(dá)的波束寬度越小,電磁兼容管理對(duì)電子偵察裝備的影響程度就越明顯。電磁兼容管理對(duì)電子偵察裝備偵收能力的影響總體上隨波束寬度增大呈下降趨勢。

圖6 失敗率與波束寬度關(guān)系Fig.6 Relationship between failure rate and beam width

5 結(jié)語

本文研究了電子偵察裝備在電磁兼容時(shí)域管理?xiàng)l件下對(duì)偵收能力構(gòu)成影響的主要因素,給出了研究艦載電磁兼容管理設(shè)備的匿影控制對(duì)電子偵察裝備偵收能力影響的仿真方法。電子偵察裝備的偵察能力是電子對(duì)抗系統(tǒng)預(yù)警和干擾作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)[6],面對(duì)越來越復(fù)雜的全艦復(fù)雜電磁環(huán)境,電子偵察裝備的電磁兼容設(shè)計(jì)變得越來越重要,必須在方案設(shè)計(jì)階段就予以足夠的重視。

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