基于干擾時(shí)間占有率的多目標(biāo)干擾效能分析

呂明山

(海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 10068)

現(xiàn)代干擾機(jī)一般都采用多波束或相控陣干擾技術(shù)，具備同時(shí)干擾多批目標(biāo)的能力。但是在高信號(hào)密度環(huán)境，本艦雷達(dá)同時(shí)使用，威脅雷達(dá)采用復(fù)雜體制等因素影響下，威脅雷達(dá)的部分脈沖得不到干擾，會(huì)造成多目標(biāo)干擾效果嚴(yán)重下降。目前，對(duì)“干擾脈沖丟失導(dǎo)致干擾效果下降”的結(jié)論基本達(dá)成共識(shí)[1-3]，但是在不同作戰(zhàn)環(huán)境下，如何評(píng)估干擾效果下降程度，如何利用評(píng)估結(jié)果為電子對(duì)抗軍官提供干擾輔助決策，如何基于評(píng)估結(jié)果提高現(xiàn)有技術(shù)條件下的干擾機(jī)自適應(yīng)干擾能力等方面的研究還不夠。文獻(xiàn)[1-2]分析了復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)艦載雷達(dá)有源干擾效果的影響并給出了改進(jìn)技術(shù)途徑和措施，文獻(xiàn)[3]分析了多波束雷達(dá)干擾機(jī)的干擾方式和效能評(píng)估指標(biāo)，上述文獻(xiàn)重在定性分析，對(duì)干擾量化輔助決策支持不大；文獻(xiàn)[4-5]從定量的角度分析了干擾機(jī)干擾多目標(biāo)時(shí)脈沖丟失的概率，為干擾輔助決策奠定很好的基礎(chǔ)，但是缺乏兩方面的考慮，一是干擾機(jī)干擾資源管理機(jī)制，二是本平臺(tái)雷達(dá)同時(shí)使用帶來的電磁兼容影響。

1 干擾脈沖丟失原因分析

干擾脈沖丟失是導(dǎo)致干擾效果下降重要原因，而造成干擾脈沖丟失的原因總體上可概括為兩個(gè)方面：一是雷達(dá)偵察干擾機(jī)采用的技術(shù)體制還不能適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境的影響；二是平臺(tái)電磁兼容問題還沒有有效地解決方法。具體可表述為

1)為解決收發(fā)隔離問題，電子偵察和有源干擾采用時(shí)分工作方式，在電子偵察時(shí)間內(nèi)，雷達(dá)脈沖得不到干擾；

2)為解決兼容問題，雷達(dá)和電子偵察采用匿影技術(shù)，雷達(dá)匿影脈沖時(shí)間內(nèi)，偵察機(jī)無法偵收雷達(dá)脈沖信號(hào)，則雷達(dá)脈沖得不到干擾；

3)為解決兼容問題，在火控雷達(dá)距離搜索和跟蹤脈沖波門時(shí)間內(nèi)停止有源干擾，雷達(dá)脈沖得不到干擾；

4)干擾機(jī)某一時(shí)刻只能發(fā)射一個(gè)干擾信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)同時(shí)多目標(biāo)干擾，干擾機(jī)采用分時(shí)切換，開窗瞄準(zhǔn)的干擾方法，干擾窗口時(shí)間內(nèi)只能干擾一部雷達(dá)的脈沖，其他雷達(dá)脈沖得不到干擾；

5)干擾機(jī)波束切換或頻率切換時(shí)間內(nèi)，雷達(dá)脈沖得不到干擾；

6)干擾機(jī)從偵察轉(zhuǎn)換到干擾或從干擾轉(zhuǎn)換到偵察期間，雷達(dá)脈沖得不到干擾；

7)脈沖密度很高時(shí)，信號(hào)在時(shí)域上重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，偵察機(jī)不具備對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的參數(shù)測量能力，因此開窗計(jì)劃欺騙干擾的脈沖可能得不到干擾；

8)除了上述直接原因以外，干擾目標(biāo)的復(fù)雜性也是重要影響因素。在4)所描述的干擾機(jī)干擾方法下，當(dāng)干擾目標(biāo)采用高重頻時(shí)，采用重頻抖動(dòng)或重頻捷變或大脈寬時(shí)，干擾機(jī)就需要用更多的或更寬的干擾窗口來瞄準(zhǔn)干擾該目標(biāo)，因此其他雷達(dá)脈沖得不到干擾的情況就會(huì)增加。

2 雷達(dá)干擾時(shí)間占有率分析

在現(xiàn)有技術(shù)體制條件下，干擾機(jī)某一時(shí)刻只能發(fā)射一個(gè)干擾信號(hào)，因此有限的干擾資源是造成干擾脈沖丟失的主要原因。而干擾資源主要體現(xiàn)在干擾時(shí)間，即當(dāng)分配給某部雷達(dá)的干擾時(shí)間較多時(shí)，則分配給其他雷達(dá)的干擾時(shí)間就較少，干擾脈沖丟失自然在所難免。因此在多目標(biāo)干擾條件下，對(duì)有限的干擾資源進(jìn)行科學(xué)的管理是發(fā)揮干擾機(jī)最大效能的保證。

2.1 干擾資源管理

干擾資源的管理包括信號(hào)分選結(jié)果管理、數(shù)據(jù)庫管理、資源分配管理、干擾源管理、干擾通道管理、重頻跟蹤器管理等，其流程基本主要包括以下幾個(gè)步驟[6]：1)威脅信號(hào)識(shí)別。將分選結(jié)果與雷達(dá)庫比較，識(shí)別信號(hào)威脅等級(jí)，確定需要干擾的雷達(dá)信號(hào)。2)干擾資源分配。根據(jù)威脅等級(jí)排序，調(diào)整干擾樣式庫、重頻跟蹤器等干擾資源和干擾時(shí)間分配，確定多目標(biāo)干擾通道控制時(shí)序。3)干擾參數(shù)設(shè)置。調(diào)用干擾樣式庫中裝定的干擾樣式，分別控制壓制干擾源和欺騙干擾源對(duì)威脅雷達(dá)實(shí)施干擾。

在多目標(biāo)干擾條件下，多目標(biāo)干擾通道控制時(shí)序決定干擾時(shí)間分配，將直接影響干擾效果?，F(xiàn)假設(shè)艦艇進(jìn)行軟硬武器協(xié)同防空反導(dǎo)，即使用本艦雷達(dá)探測跟蹤的同時(shí)進(jìn)行干擾。當(dāng)需要對(duì)多部威脅雷達(dá)同時(shí)進(jìn)行干擾時(shí)，重頻跟蹤器將對(duì)每部威脅目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行干擾窗口寬度計(jì)算，完成時(shí)域跟蹤，干擾控制器根據(jù)威脅等級(jí)、可信度等因素將干擾窗口合成為一路，消除時(shí)間上的窗口重疊，并給出干擾批號(hào)控制信號(hào)。在雷達(dá)1的威脅等級(jí)大于雷達(dá)2情況下，結(jié)合雷達(dá)匿影和在火控雷達(dá)距離跟蹤脈波門內(nèi)停止有源干擾的因素，圖1給出了多目標(biāo)干擾通道控制時(shí)序。

圖1 多目標(biāo)干擾通道控制時(shí)序

從圖1可知，在多目標(biāo)干擾條件下，干擾脈沖丟失的數(shù)量與匿影脈沖、距離跟蹤波門、干擾目標(biāo)數(shù)量等有關(guān)以外，還與目標(biāo)威脅等級(jí)高低、干擾窗口大小等功率管理方法有關(guān)。

2.2 干擾時(shí)間占有率

從干擾資源管理分析可知，分配給某雷達(dá)可用于干擾的時(shí)間長短基本決定了對(duì)該雷達(dá)的干擾效果。因此，在干擾時(shí)間T內(nèi)，如果可分配給某部雷達(dá)的干擾時(shí)間為T′，則可定義該雷達(dá)干擾時(shí)間占有率為

(1)

假設(shè)干擾機(jī)僅對(duì)雷達(dá)n進(jìn)行干擾，如果該雷達(dá)信號(hào)周期為Tn，脈寬為τn，干擾窗口時(shí)間為Jn，Jn>τn，可定義在Tn時(shí)間內(nèi)雷達(dá)n的干擾占空比為

(2)

則在Tn時(shí)間內(nèi)雷達(dá)n的干擾時(shí)間不占有率為

Pn0=1-Pn1

(3)

如果干擾機(jī)同時(shí)干擾N部雷達(dá)，且雷達(dá)i的威脅等級(jí)大于雷達(dá)i+1，(i=1，…，N-1)，則在Tn時(shí)間內(nèi)第n部雷達(dá)的干擾時(shí)間占有率可表示為

(4)

在一定的工作時(shí)間T內(nèi)，為解決收發(fā)隔離問題，電子偵察和有源干擾采用時(shí)分工作方式，其中電子偵察時(shí)間為TZ，則干擾時(shí)間為TG=T-TZ；當(dāng)火控雷達(dá)重復(fù)周期Tf，距離跟蹤波門為τt、匿影脈沖為τn時(shí)，則干擾可使用的時(shí)間率為

(5)

此時(shí)，在T時(shí)間內(nèi)第n部雷達(dá)的干擾時(shí)間占有率可表示為

(6)

3 仿真分析

現(xiàn)假設(shè)軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)，同時(shí)對(duì)抗來襲飛機(jī)和反艦導(dǎo)彈，干擾機(jī)為多波束干擾體制，電子偵察和有源干擾采用時(shí)分工作方式，比例為1∶9。為了便于分析，假設(shè)各威脅雷達(dá)工作參數(shù)保持一致，威脅雷達(dá)被告警識(shí)別后，干擾機(jī)同時(shí)對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行干擾，雷達(dá)i的威脅等級(jí)大于雷達(dá)i+1，(i=1，…，7)。

圖2表示本艦火控雷達(dá)重頻3 KHz、距離跟蹤波門寬度4 μs、匿影脈沖寬度2 μs，威脅雷達(dá)的重頻為2 KHz、脈寬1 μs條件下，不同干擾窗口時(shí)間寬度下的各威脅雷達(dá)干擾時(shí)間占有率。

圖3表示本艦火控雷達(dá)重頻3 KHz、距離跟蹤波門寬度4 μs、匿影脈沖寬度2 μs，威脅雷達(dá)的重頻為100 KHz、脈寬1 μs條件下，不同干擾窗口時(shí)間寬度下的各威脅雷達(dá)干擾時(shí)間占有率。

圖4表示本艦火控雷達(dá)重頻100 KHz、距離跟蹤波門寬度2 μs、匿影脈沖寬度2 μs，威脅雷達(dá)的重頻為2 KHz、脈寬1 μs條件下，不同干擾窗口時(shí)間寬度下的各威脅雷達(dá)干擾時(shí)間占有率。

圖2 低重頻火控雷達(dá)與低重頻威脅雷達(dá)條件

圖3 低重頻火控雷達(dá)與高重頻威脅雷達(dá)條件

圖4 高重頻火控雷達(dá)與低重頻威脅雷達(dá)條件

從仿真輸出可知，隨著干擾窗口寬度的增加，雷達(dá)干擾時(shí)間占有率隨之下降。但是目前尚不清楚，雷達(dá)干擾時(shí)間占有率下降到什么程度，干擾就會(huì)基本無效。這就需要如文獻(xiàn)[7]提到的，需要通過試驗(yàn)的方法來得到。不妨礙基本分析，如果定義雷達(dá)干擾時(shí)間占有率小于60%為無效的話，則可以得到以下結(jié)論：

1)在低重頻火控雷達(dá)與低重頻威脅雷達(dá)條件下，同時(shí)干擾多目標(biāo)的效果基本能夠得到保證。

2)在低重頻火控雷達(dá)與高重頻威脅雷達(dá)條件下，同時(shí)干擾多目標(biāo)的數(shù)量將嚴(yán)重下降，當(dāng)干擾窗口為2 μs時(shí)，只能保證對(duì)2批目標(biāo)的有效干擾。

3)當(dāng)本艦火控雷達(dá)采用高重頻體制時(shí)，甚至1批威脅雷達(dá)的干擾效果都將得不到保證。

4 結(jié)束語

在分時(shí)干擾技術(shù)體制下，當(dāng)干擾機(jī)同時(shí)對(duì)多個(gè)雷達(dá)輻射源目標(biāo)進(jìn)行干擾時(shí)，部分目標(biāo)的干擾效果下降在所難免，從而造成干擾機(jī)的作戰(zhàn)效能下降。因此，干擾時(shí)間占有率應(yīng)與干擾機(jī)發(fā)射功率、干擾樣式、干擾帶寬等一樣，被看作是影響干擾效能的因素之一。由于裝備的復(fù)雜性及目標(biāo)的多樣性，仿真的條件設(shè)置還不夠完善，仿真的情況還有欠缺，但是基于干擾時(shí)間占有率的評(píng)估分析，對(duì)優(yōu)化干擾資源管理，進(jìn)一步提高干擾機(jī)多目標(biāo)干擾效能是可行的。另外，在現(xiàn)有條件下，實(shí)現(xiàn)干擾時(shí)間占有率的可視輸出，也能為指揮員決策干擾目標(biāo)類型、數(shù)量提供依據(jù)。