末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能評估指標(biāo)體系研究

丁海軍，郭新民

(92785部隊，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

在現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境下，戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜，反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性已成為提高武器系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。由于抗干擾的需求，末制導(dǎo)雷達(dá)抗雜波和抗干擾的策略也在不斷進(jìn)步與提升。本文主要分析反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)(以下簡稱“末制導(dǎo)雷達(dá)”)的抗干擾性能。構(gòu)建末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能指標(biāo)體系(以下簡稱“指標(biāo)體系”)是評估雷達(dá)抗干擾性能的重點。文獻(xiàn)[1-4]分別構(gòu)建了指標(biāo)體系，但對于不同用途的雷達(dá)，只提出了一個評估指標(biāo)體系。然而，不同功能的雷達(dá)將面臨不同樣式的電子干擾，用同一個指標(biāo)體系評估不同功能雷達(dá)的抗干擾性能并不準(zhǔn)確，需要對雷達(dá)抗干擾性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行細(xì)化。本文針對末制導(dǎo)雷達(dá)將對抗的距離拖引、角度欺騙、箔條沖淡及質(zhì)心等多種干擾，基于系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)、抗干擾技術(shù)、工作體制及外場測試，通過合理的多層結(jié)構(gòu)分析，分別構(gòu)建不同的評估指標(biāo)體系。

1 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)雷達(dá)在噪聲干擾下的探測距離[5]、測距精度及測角精度[6]的公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

2 抗干擾技術(shù)

在典型戰(zhàn)場環(huán)境下，當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)面臨敵方施放的干擾時，雷達(dá)的信號處理機(jī)首先分析并識別干擾，然后啟用相應(yīng)的抗干擾策略。

2.1 反偵察

主動末制導(dǎo)雷達(dá)實現(xiàn)電磁隱身的途徑主要有兩點：一是間斷開機(jī)，減少雷達(dá)信號對外輻射的時間[7]；二是采用低截獲概率(Low Probability of Intercept, LPI)波形。LPI信號具有很低的峰值功率，且為大時寬-帶寬積、頻率變化的信號，有時會根據(jù)導(dǎo)引頭距目標(biāo)的距離自動改變信號形式，以增大敵方偵察機(jī)對導(dǎo)引頭的偵察難度。

2.2 干擾識別

末制導(dǎo)雷達(dá)通過在時頻域、極化域等方面分析、比較雷達(dá)感興趣的目標(biāo)回波信號與干擾信號的差異，以識別干擾信號[8]。目標(biāo)與箔條干擾的頻譜特性不同，多普勒頻率、極化特性及目標(biāo)起伏特性等方面均存在差異；當(dāng)目標(biāo)受距離拖引或速度拖引時，其信號幅度會突然增大，進(jìn)而影響雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部的自動增益控制(Automatic Gain Control, AGC)電路。基于上述信息即可識別干擾信號。

2.3 抗壓制干擾

末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤干擾源的方式主要有兩種：一種為干擾源尋的(Home on Jamming, HOJ)方式。在這種工作模式下，末制導(dǎo)雷達(dá)將干擾源輻射的自衛(wèi)干擾信號作為目標(biāo)信息的載體信號，借助干擾信號對目標(biāo)實施角度跟蹤，提取制導(dǎo)信息，形成制導(dǎo)指令，但在此模式下末制導(dǎo)雷達(dá)無法得到目標(biāo)的距離及速度信息[9]；另一種為交替跟蹤方式。在此工作模式下，在強(qiáng)干擾時末制導(dǎo)雷達(dá)采用HOJ模式，在干擾較弱時轉(zhuǎn)換為主動跟蹤模式。雷達(dá)在這兩種模式下交替跟蹤目標(biāo)，直至干擾源輻射的自衛(wèi)式干擾無法掩護(hù)被保護(hù)的目標(biāo)，即末制導(dǎo)雷達(dá)已進(jìn)入“燒穿距離”以內(nèi)，干擾機(jī)已無法隱藏自己的位置信息。

2.4 抗欺騙干擾

針對末制導(dǎo)雷達(dá)的欺騙干擾主要有兩種類型：第1，基于數(shù)字射頻存儲(Digital Radio Frequency Memory, DRFM)技術(shù)通過跟蹤波門拖引的方式來破壞、擾亂雷達(dá)對目標(biāo)的跟蹤；第2，通過拖曳誘餌、發(fā)射箔條彈等方式，誘使末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤人為設(shè)置的假目標(biāo)。末制導(dǎo)雷達(dá)通常會采用以下3種方法來對抗有源欺騙干擾[10]：(1)通過采取脈間頻率捷變、脈間重頻抖動、LPI波形等方式，增大敵方干擾系統(tǒng)偵察、分析末制導(dǎo)雷達(dá)信號的難度；(2)當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)采用特定的技術(shù)、手段檢測到已受干擾時，通過采取記憶跟蹤、脈沖前沿跟蹤等方式對抗干擾，防止末制導(dǎo)雷達(dá)被誘騙；(3)當(dāng)受箔條無源干擾時，通過極化特性識別、多普勒展寬識別、極化濾波、極化對比增強(qiáng)等方式對抗干擾。

2.4.1 抗距離拖引干擾

抗距離拖引干擾的主要技術(shù)是記憶跟蹤與脈沖前沿跟蹤。當(dāng)雷達(dá)檢測到的目標(biāo)跟蹤速率發(fā)生突變時就啟動抗距離拖引措施，轉(zhuǎn)入記憶跟蹤狀態(tài)。當(dāng)距離拖引干擾信號離開距離門時AGC電壓陡然變大，隨即轉(zhuǎn)為正常跟蹤。脈沖前沿跟蹤技術(shù)的一種實現(xiàn)方法是對前波門信號優(yōu)先加權(quán)，由此真實信號可以獲得10 dB左右的增益，便于檢測真實目標(biāo)。

2.4.2 抗角度欺騙干擾

對于由交叉極化造成的角度欺騙干擾，雷達(dá)可通過采用對交叉極化反應(yīng)不敏感的平板陣列天線等技術(shù)在一定程度上抑制交叉極化干擾造成的角度跟蹤誤差。重頻抖動與頻率捷變技術(shù)可使干擾機(jī)難以實現(xiàn)干擾信號的頻率與重頻的對準(zhǔn)，降低角度欺騙干擾概率，當(dāng)對抗非相干干擾時有助于抗角度擺動，維持對目標(biāo)的跟蹤；當(dāng)對抗相干干擾時有助于抗交叉眼干擾，減小角度跟蹤的誤差。

3 工作體制

3.1 圓錐掃描

錐掃雷達(dá)容易被幅度調(diào)制的干擾機(jī)所干擾，如倒相回答式干擾。它將干擾信號的幅度進(jìn)行調(diào)制，使其調(diào)制速率等于雷達(dá)的波束轉(zhuǎn)換速率，且干擾信號相位與目標(biāo)相差180°，從而使雷達(dá)產(chǎn)生測角偏差。為防止圓錐掃描雷達(dá)順序波瓣的轉(zhuǎn)換速率被敵方偵測到，發(fā)展了隱蔽圓錐掃描，即被動錐掃方式。但是，這種類型的雷達(dá)也容易受到干擾。通過在逆增益干擾機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個低頻掃描電路，當(dāng)偵收到雷達(dá)信號時即可對其實施干擾。

3.2 單脈沖

與圓錐掃描雷達(dá)相比，比幅單脈沖跟蹤雷達(dá)對目標(biāo)的跟蹤數(shù)據(jù)更加精確，而且不易受諸如調(diào)幅干擾和逆增益干擾的影響。單脈沖雷達(dá)基于同時產(chǎn)生的多波束計算出角度誤差信號，因此不會受到因目標(biāo)回波信號幅度不穩(wěn)帶來的測角偏差。單脈沖雷達(dá)采用多信道接收對回波進(jìn)行處理，就可計算出目標(biāo)的角跟蹤誤差信息，抗單點源干擾能力較強(qiáng)，且單脈沖雷達(dá)的這一特性可使其有效跟蹤敵方的噪聲干擾信號。

3.3 相控陣

采用相控陣體制設(shè)計的末制導(dǎo)雷達(dá)可基于所探測的目標(biāo)、所處環(huán)境的變化，自適應(yīng)地控制雷達(dá)的功率孔徑積、天線方向圖和信號模糊圖，使之與目標(biāo)-環(huán)境相匹配，完成最優(yōu)制導(dǎo)。[11]基于電掃方式的相控陣?yán)走_(dá)具有靈活、快速的波束指向功能，可同時探測多批目標(biāo)，對于遠(yuǎn)距離目標(biāo)，采用邊搜索、邊跟蹤的方式，當(dāng)距離目標(biāo)較近時可以切換為多目標(biāo)跟蹤方案以獲取多目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，并將不同目標(biāo)的參數(shù)賦予各子彈頭，由各子彈頭分別攻擊被裝訂的目標(biāo)?；谙嗫仃圀w制設(shè)計的末制導(dǎo)雷達(dá)具有數(shù)字波束形成的功能，可根據(jù)外部的干擾進(jìn)行自適應(yīng)空域濾波，可實現(xiàn)波束指向控制、空間功率合成，可提高雷達(dá)的搜索、截獲及跟蹤性能，同時可提取多個目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，若攜帶多個彈頭即可實現(xiàn)多目標(biāo)攻擊。

4 外場測試

外場測試是通過組織末制導(dǎo)雷達(dá)對抗特定的干擾以檢驗其戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的實際性能。將雷達(dá)受干擾時的戰(zhàn)術(shù)性能與系統(tǒng)設(shè)計時的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)相比較，通過比較的結(jié)果就可衡量雷達(dá)的抗干擾能力。針對距離拖引與角度欺騙聯(lián)合干擾、箔條的沖淡及質(zhì)心干擾，為評估末制導(dǎo)雷達(dá)對抗以上3種干擾的性能，本文定義下列指標(biāo)：

(1) 抗距離/角度欺騙成功概率

抗距離/角度欺騙成功概率是指在一定的干擾試驗次數(shù)前提下，末制導(dǎo)雷達(dá)仍能穩(wěn)定跟蹤真實目標(biāo)的次數(shù)與總的欺騙干擾試驗次數(shù)的比值。

(2) 真目標(biāo)跟蹤概率

真目標(biāo)跟蹤概率是指在一定沖淡干擾試驗次數(shù)的前提下，末制導(dǎo)雷達(dá)可以跟蹤真實目標(biāo)的次數(shù)與總的沖淡干擾次數(shù)的比值。

(3) 相對距離/方位角/俯仰角跟蹤精度

相對距離/方位角/俯仰角跟蹤精度是指在一定質(zhì)心干擾試驗次數(shù)的前提下，末制導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計時規(guī)定的距離/方位角/俯仰角跟蹤精度與末制導(dǎo)雷達(dá)受質(zhì)心干擾時的距離/方位角/俯仰角跟蹤精度的比值。

5 評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

評估指標(biāo)恰當(dāng)與否將直接影響最終評估結(jié)果的可信度，也決定了評估指標(biāo)體系的實用性。不同功能的雷達(dá)肩負(fù)著不同的使命任務(wù)。在攻擊水面艦艇的作戰(zhàn)過程中，末制導(dǎo)雷達(dá)在對抗不同類型的電子干擾時將采取不同的抗干擾技術(shù)。因此，需要根據(jù)雷達(dá)的作戰(zhàn)用途以及對抗場景選取評估指標(biāo)。同時，指標(biāo)體系構(gòu)建時必須充分把握完備性、獨立性、可用性3個原則。由于距離拖引的實現(xiàn)較為簡單，適用于任何工作體制的主動末制導(dǎo)雷達(dá)，致使末制導(dǎo)雷達(dá)受距離拖引干擾的情況很普遍。在充分考慮末制導(dǎo)雷達(dá)在典型戰(zhàn)場下的干擾環(huán)境，本文對末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行細(xì)化。針對末制導(dǎo)雷達(dá)將面臨的距離拖引與角度欺騙聯(lián)合干擾、箔條沖淡干擾及質(zhì)心干擾，分別選取最有效的抗干擾技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)構(gòu)建評估指標(biāo)體系，如圖1、圖2、圖3所示。

5.1 末制導(dǎo)雷達(dá)抗距離拖引加角度拖引性能評估指標(biāo)體系

欺騙式干擾，即通過“復(fù)制”出雷達(dá)信號，再根據(jù)干擾樣式的需求對干擾信號進(jìn)行幅度的放大、時延或調(diào)制一個多普勒頻移以模仿特定樣式的干擾信號。該信號與目標(biāo)回波一同到達(dá)雷達(dá)天線處進(jìn)入雷達(dá)內(nèi)部，干擾能量通常強(qiáng)于目標(biāo)回波，會將目標(biāo)信號覆蓋住，在經(jīng)過脈沖壓縮及脈沖積累時可以與目標(biāo)信號獲得近似相等的增益。因此，這兩種技術(shù)并不能提高信干比。

圖1所示為末制導(dǎo)雷達(dá)抗距離拖引與角度欺騙聯(lián)合干擾性能評估指標(biāo)體系。

5.2 末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾性能評估指標(biāo)體系

對抗箔條干擾的電子防護(hù)措施通常是根據(jù)真實目標(biāo)與箔條回波之間的差異來采取相應(yīng)的措施。箔條回波與真實目標(biāo)回波的特性差異主要包括運(yùn)動速度相對較慢、回波的起伏特性不同、回波的極化特性不同、回波的大小不同，以及散射體分散在一個很大范圍內(nèi)而不是集中在一個有限的空向內(nèi)。從原理上來講，上述所有的特性差異都可以用于從箔條回波背景下提取目標(biāo)回波。但是，目前雷達(dá)最有效的抗箔條技術(shù)是多普勒濾波技術(shù)。它是基于目標(biāo)和箔條運(yùn)動特性上的差異來實現(xiàn)的。然而，艦艇運(yùn)動速度一般較慢，所以末制導(dǎo)雷達(dá)無法采用脈沖多普勒技術(shù)，其抗箔條干擾技術(shù)主要有基于極化特性識別、極化濾波，以及基于多普勒展寬、寬帶一維距離像等幾種主要方式來區(qū)分干擾與目標(biāo)，或提高雷達(dá)測距或測角的精度。

當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)受到?jīng)_淡干擾時，由于末制導(dǎo)雷達(dá)并沒有開機(jī)或者已開機(jī)但并未鎖定目標(biāo)，因此只要根據(jù)目標(biāo)艦艇與箔條云團(tuán)二者間的特性差異進(jìn)行“目標(biāo)識別”，即可選擇正確的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條沖淡干擾性能評估指標(biāo)體系如圖2所示。

5.3 末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條質(zhì)心干擾性能評估指標(biāo)體系

末制導(dǎo)雷達(dá)受到質(zhì)心干擾時艦艇、箔條云處在相同的距離及角度分辨單元內(nèi)。因此，末制導(dǎo)雷達(dá)在距離維上無法區(qū)分二者，在角度上亦無法分辨。末制導(dǎo)雷達(dá)將選擇跟蹤二者回波信號能量的合成質(zhì)心處，無法采用“目標(biāo)識別”的方法將二者區(qū)分開來。目前常采用的方式是通過艦艇與箔條云二者在極化特性上的差異，采用特殊的方法、技術(shù)以提高雷達(dá)測量目標(biāo)參數(shù)的精度。末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條質(zhì)心干擾評估指標(biāo)體系如圖3所示。文獻(xiàn)[12]列出了當(dāng)目標(biāo)與箔條云的雷達(dá)散射截面積(Radar Cross Section, RCS)的統(tǒng)計特性分別服從多種分布的情況。由該文獻(xiàn)可以得出以下結(jié)論：在箔條質(zhì)心干擾情況下，箔條云與目標(biāo)的RCS之比越大雷達(dá)目標(biāo)角度測量結(jié)果的均值越偏離目標(biāo)的真實角度。由于目標(biāo)與箔條干擾在同一分辨角內(nèi)，雷達(dá)可以通過采用極化對比增強(qiáng)或極化濾波的方法提高信干比，提高雷達(dá)目標(biāo)測量精度，減輕干擾的帶來影響。

6 結(jié)束語

本文提出了反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能評估指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系基于戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則與概率準(zhǔn)則。針對距離拖引與角度欺騙聯(lián)合干擾、箔條的沖淡干擾及質(zhì)心干擾分別提出了末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能評估指標(biāo)體系。與現(xiàn)有評估指標(biāo)體系相比，該方法對末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾性能評估進(jìn)行細(xì)化。針對3種典型的干擾樣式分別進(jìn)行評估，通過選取合適的戰(zhàn)技指標(biāo)分別構(gòu)建了評估指標(biāo)體系，可操作性更強(qiáng)。