跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾性能評估指標(biāo)體系研究

馬冬冬,郭新民

(92785部隊，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

在現(xiàn)代復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境下，電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，跟蹤制導(dǎo)雷達的環(huán)境適應(yīng)性已成為制約地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。基于武器系統(tǒng)的需求，跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾及雜波的技術(shù)也在不斷進步。本文主要分析地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)跟蹤制導(dǎo)雷達(以下簡稱“跟蹤制導(dǎo)雷達”)的抗有源干擾性能，僅考慮單部雷達的抗干擾性能，不考慮通過紅外測向及激光測距配合使用改善雷達性能的因素。構(gòu)建跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾性能指標(biāo)體系(以下簡稱“指標(biāo)體系”)是評估雷達抗干擾性能的基礎(chǔ)。文獻[1-3]基于不同的角度分別構(gòu)建了評估指標(biāo)體系，進一步推動了雷達抗干擾評估工作。然而，在典型戰(zhàn)場態(tài)勢下，不同功能的雷達將對抗不同樣式的電子干擾，因此有必要進一步細(xì)化評估指標(biāo)體系。本文針對跟蹤制導(dǎo)雷達將對抗的噪聲、距離-速度拖引、距離拖引-角度欺騙等多種干擾，基于系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)、工作體制、抗干擾技術(shù)、及外場測試，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)

跟蹤制導(dǎo)雷達在噪聲干擾環(huán)境下的探測距離[4]、測距精度及測角精度[5]的公式為

(1)

(2)

(3)

T′s=Ts+Tj

(4)

式中，Rj為雷達在噪聲干擾環(huán)境下的探測距離，tf為雷達的相干處理間隔，Gr為雷達接收天線的增益，Pav為雷達的平均功率，Gt為雷達發(fā)射天線的增益，σ為目標(biāo)的雷達截面積，λ為雷達波長，F(xiàn)t為發(fā)射路徑的方向圖傳播因子，F(xiàn)p為雷達天線的極化因子，F(xiàn)lens為透鏡因子，F(xiàn)r為接收路徑的方向圖傳播因子，T′s為噪聲干擾下的雷達輸入端噪聲溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，Lt為發(fā)射饋線損耗，La(Rmj)為雷達天線到干擾機的大氣吸收損耗，Dx(n′)為有效檢測因子，k1、k2均是大約為1的常數(shù)，tr為脈沖上升時間，δTR為雷達的回波信號時延精度，J為干擾信號的功率譜密度，δθ為目標(biāo)的角度精度，E為雷達回波信號的能量，N0為噪聲的功率譜密度，θB為雷達的波束寬度，Ts為無干擾時的雷達輸入端噪聲溫度，Tj為外界噪聲干擾下的雷達輸入端等價噪聲溫度。當(dāng)噪聲干擾信號強度遠遠大于接收機內(nèi)部噪聲時，Tj?Ts，可忽略雷達波長對雷達探測距離的影響。

由公式(1)可知，在噪聲干擾環(huán)境下的雷達發(fā)現(xiàn)距離Rj與雷達平均發(fā)射功率Pav、天線發(fā)射增益Gt及系統(tǒng)相干處理間隔tf3個參數(shù)乘積的四次方根成正比。因此，增大雷達的平均發(fā)射功率Pav、天線的發(fā)射增益Gt及系統(tǒng)的相干處理間隔tf對提高雷達探測距離的貢獻相對較小。另一方面，限于功耗、散熱、體積、質(zhì)量、成本等因素，跟蹤制導(dǎo)雷達的發(fā)射功率和天線增益不會設(shè)計得很高。因此，為提高跟蹤制導(dǎo)雷達的抗干擾性能，通常采取多種有效的抗干擾措施以抑制干擾，提高雷達信干比。

2 抗干擾技術(shù)

在復(fù)雜電磁環(huán)境下，當(dāng)跟蹤制導(dǎo)雷達對抗敵方干擾時，雷達系統(tǒng)首先對干擾信號進行分析、識別，然后系統(tǒng)自動啟用或通過人工方式啟用相應(yīng)的抗干擾策略。跟蹤制導(dǎo)雷達的抗干擾技術(shù)主要有以下4方面。

2.1 反偵察

跟蹤制導(dǎo)雷達實現(xiàn)反偵察的途徑主要有兩點：一是控制雷達開機時機，在不影響完成作戰(zhàn)任務(wù)的前提下盡量減少雷達信號對外輻射的時間；二是采用復(fù)雜波形、波形捷變、頻率捷變、重頻捷變等方式降低雷達設(shè)備被敵方偵察設(shè)備截獲的概率或者增加敵方干擾機引導(dǎo)干擾的時間。然而，遺憾的是，雷達個別工作方式與有些反偵察措施不能同時使用，如脈沖多普勒工作方式與脈間頻率捷變無法同時使用，只能與脈組頻率捷變同時使用。這在一定程度上降低了雷達反偵察的能力。

2.2 干擾分析與識別

跟蹤制導(dǎo)雷達通過在時域、頻域等方面分析雷達感興趣的目標(biāo)回波信號與干擾信號的特性差異，以識別干擾信號。[6]在多數(shù)情況下，干擾信號與目標(biāo)回波信號的頻譜特性存在差異。當(dāng)目標(biāo)受距離拖引或速度拖引時，雷達距離波門或速度波門被干擾信號捕獲，雷達收到的信號幅度會突然增大，進而影響、控制雷達接收機內(nèi)部的自動增益控制電路，基于上述特性信息可識別干擾信號。

2.3 抗壓制干擾

跟蹤制導(dǎo)雷達跟蹤干擾源主要有3種方式。第1種為“燒穿”工作方式。雷達采用降低天線旋轉(zhuǎn)速率(機械掃描)、增大脈沖掃描速率等方式增大脈沖駐留時間以提高雷達發(fā)射信號能量，進而提高雷達接收機輸出信干比，增大目標(biāo)檢測概率，提高雷達測距、測角精度。第2種為被動跟蹤方式。跟蹤制導(dǎo)雷達將自衛(wèi)干擾機的干擾信號作為目標(biāo)信號，對目標(biāo)實施角度跟蹤，然而除角度信息外雷達無法獲取目標(biāo)其他信息。第3種為交替跟蹤方式。在強干擾時跟蹤制導(dǎo)雷達采用被動跟蹤方式，在干擾強度較弱時切換為主動跟蹤模式，雷達在這兩種工作模式下交替工作，直至自衛(wèi)干擾機無法掩護目標(biāo)。

2.4 抗欺騙干擾

針對跟蹤制導(dǎo)雷達的欺騙干擾主要是基于轉(zhuǎn)發(fā)式干擾技術(shù)或者基于數(shù)字射頻存儲技術(shù)通過跟蹤波門拖引的方式來破壞、擾亂雷達對目標(biāo)的跟蹤。跟蹤制導(dǎo)雷達通常會采用以下兩種方法來對抗有源欺騙干擾：(1)通過采取脈間頻率捷變、脈間重頻抖動等方式，增大敵方干擾系統(tǒng)偵察、分析跟蹤制導(dǎo)雷達信號的難度；(2)當(dāng)跟蹤制導(dǎo)雷達采用特定的技術(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，防止跟蹤制導(dǎo)雷達被誘騙。

2.4.1 抗距離拖引干擾

抗距離拖引干擾的主要技術(shù)為脈沖前沿跟蹤、記憶跟蹤的跟蹤方式，以及重頻捷變、頻率捷變、波形捷變等變換雷達信號參數(shù)的方法。脈沖前沿跟蹤是對目標(biāo)的脈沖回波信號前沿進行檢測和跟蹤，對前波門信號優(yōu)先加權(quán)，由此可以獲得10 dB左右的增益，以檢測真實目標(biāo)。然而，另一方面，脈沖前沿跟蹤所要求的帶寬比雷達通常的跟蹤距離波門要寬，這就增大了雷達受噪聲干擾的概率。當(dāng)雷達目標(biāo)跟蹤速率發(fā)生突變時，雷達根據(jù)需要可轉(zhuǎn)入記憶跟蹤狀態(tài)，待距離拖引干擾信號離開距離波門時，雷達再轉(zhuǎn)入正常跟蹤狀態(tài)，該技術(shù)也稱為取樣-保持-平滑技術(shù)?？焖俑淖兝走_工作參數(shù)，可降低雷達信號被截獲的概率，使欺騙干擾信號總是滯后于目標(biāo)回波信號，使干擾機只能實現(xiàn)距離波門后向拖引或者無法有效實施干擾。

2.4.2 抗速度拖引干擾

抗速度拖引干擾的主要技術(shù)是將目標(biāo)多普勒頻率對應(yīng)的速度與目標(biāo)距離變化率求取的速度值進行比較，若兩者不一致，則判定為速度拖引干擾。另一種技術(shù)是雙頻發(fā)射，通過同時發(fā)射兩個不同頻率信號，使得雷達接收機能完成對真正目標(biāo)回波信號頻率和速度波門拖引信號的鑒別。速度拖引干擾主要是針對脈沖多普勒雷達，或雷達采用脈沖多普勒工作模式，此時雷達才可能受到速度拖引干擾。

2.4.3 抗角度欺騙干擾

重頻抖動、頻率捷變等技術(shù)可使干擾機難以對準(zhǔn)雷達信號，使干擾信號的變換總是滯后于雷達信號，降低角度欺騙干擾概率。在對抗由交叉極化引起的角度欺騙干擾時，因平板陣列天線對交叉極化反應(yīng)不敏感，雷達可采用平板陣列天線等技術(shù)在一定程度上抑制交叉極化干擾，也可采用交叉極化對消器等方式抑制干擾。

3 工作體制

3.1 圓錐掃描

圓錐掃描雷達易被自衛(wèi)式調(diào)幅干擾所影響。例如，逆增益干擾，它通過對干擾信號的幅度進行調(diào)制，使其調(diào)制速率等于圓錐掃描雷達的波束掃描速率，且使干擾信號相位與雷達回波信號形成180°的相位差，從而對雷達系統(tǒng)產(chǎn)生測角偏差。隱蔽圓錐掃描雷達在對抗這種類型的干擾時存在一定的優(yōu)勢。但是，這種類型的雷達也容易受到干擾。通過在逆增益干擾機的基礎(chǔ)上增加一個低頻掃描電路，當(dāng)偵收到雷達信號時即可對其實施干擾。由于圓錐掃描雷達和隱蔽圓錐掃描雷達很容易受到干擾，且目標(biāo)跟蹤精度相對較低，現(xiàn)代跟蹤制導(dǎo)雷達很少采用這兩種體制。因此，本文對上述兩種體制不作考慮。

3.2 單脈沖

與圓錐掃描雷達相比，單脈沖雷達對目標(biāo)信息的測量更加精確，而且不易受到諸如逆增益干擾及調(diào)幅干擾的影響。單脈沖雷達基于同時產(chǎn)生的多波束計算出目標(biāo)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。單脈沖雷達采用多信道接收對回波進行處理，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，且單脈沖雷達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

相控陣?yán)走_在反偵察方面可以無慣性地快速波束掃描，即采用隨機掃描而不是周期掃描。電磁情報偵察設(shè)備不能與相控陣天線的掃描同步，這就使得敵方的電子偵察飛機難以獲取足夠數(shù)據(jù)以分析雷達特征信息以攻擊其弱點。另一方面，相控陣?yán)走_的接收方向圖與發(fā)射方向圖很可能不同，這就使相控陣天線方向圖進一步難以獲取或測量。因此，干擾機對相控陣?yán)走_形成有效干擾的難度進一步增大。

在主動抗干擾方面，相控陣?yán)走_可利用很多同類的陣元放大器在給定的方向上形成單個波束，產(chǎn)生很高的平均功率，提高雷達的搜索、截獲及跟蹤性能。相控陣天線可根據(jù)外部的干擾信號進行自適應(yīng)處理，以在天線方向圖中將對應(yīng)于外部噪聲源的方向置于零點，可在很大程度上抑制從旁瓣進入的干擾信號。

4 外場測試

外場測試是通過組織跟蹤制導(dǎo)雷達對抗特定的干擾，以檢驗其實際的戰(zhàn)術(shù)性能。將雷達受干擾時的戰(zhàn)術(shù)性能與無干擾時的戰(zhàn)術(shù)性能相比較以衡量雷達的抗干擾性能。為評估跟蹤制導(dǎo)雷達分別對抗噪聲干擾、距離-速度拖引干擾、距離-角度欺騙干擾的性能，本文定義下列指標(biāo)：相對探測距離是雷達在噪聲干擾環(huán)境下的最大探測距離與無干擾時雷達作用距離的比值；相對角度/距離分辨力是雷達在無干擾環(huán)境下角度/距離分辨力與雷達在干擾環(huán)境下測得的角度/距離分辨力的比值；相對角度/距離精度是指雷達在無干擾環(huán)境下的角度/距離精度與雷達在干擾環(huán)境下測得的角度/距離精度的比值；抗距離/速度/角度欺騙成功概率是指在一定的干擾試驗次數(shù)前提下跟蹤制導(dǎo)雷達仍能穩(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。

5 評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

跟蹤制導(dǎo)雷達在面臨不同樣式的干擾時將采取不同的抗干擾技術(shù)，因此需要根據(jù)雷達的使命任務(wù)以及作戰(zhàn)場景選取評估指標(biāo)，同時必須充分把握獨立性、完備性、可用性3個原則。距離拖引干擾實現(xiàn)方式較為簡單，適用于任何脈沖體制的跟蹤制導(dǎo)雷達。本文充分考慮跟蹤制導(dǎo)雷達可能對抗的干擾樣式，對其抗干擾性能評估指標(biāo)體系進行細(xì)化。針對跟蹤制導(dǎo)雷達將面臨的噪聲干擾、距離-速度拖引、距離拖引-角度欺騙干擾，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。

5.1 跟蹤制導(dǎo)雷達抗噪聲干擾性能評估指標(biāo)體系

跟蹤制導(dǎo)雷達抗噪聲干擾主要是通過采取多種方式增強雷達發(fā)射信號能量或者抑制干擾信號能量，進而增強雷達信干比，提高雷達目標(biāo)檢測能力與跟蹤精度?？赏ㄟ^采取自適應(yīng)變頻方式尋找雷達工作帶寬內(nèi)干擾功率譜密度最小的頻點，使雷達接收干擾能量最小。通過旁瓣對消、旁瓣匿隱等方式，抑制從雷達天線副瓣進入的干擾信號。通過采用燒穿模式、動目標(biāo)顯示、動目標(biāo)檢測等方式增大回波信干比，增強雷達目標(biāo)探測能力。主動探測無法探測目標(biāo)的情況下可采用被動跟蹤的方式獲取威脅目標(biāo)的角度信息。跟蹤制導(dǎo)雷達抗噪聲干擾性能評估指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 跟蹤制導(dǎo)雷達抗噪聲干擾性能評估指標(biāo)體系

5.2 跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離-速度拖引干擾性能評估指標(biāo)體系

跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離拖引干擾的方式主要是通過采取重頻抖動、頻率捷變等方式快速改變雷達參數(shù)，使干擾信號總是滯后于目標(biāo)回波，進而雷達可采取脈沖前沿跟蹤的方式提取目標(biāo)距離信息。跟蹤制導(dǎo)雷達抗速度拖引干擾的方式主要是通過將目標(biāo)多普勒頻率求取的速度與目標(biāo)距離變化率求取的速度值比較，或者通過雙頻發(fā)射方式及記憶跟蹤方式，使雷達完成對真正目標(biāo)回波信號和速度波門拖引信號的鑒別。跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離-速度拖引干擾性能評估指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離-速度拖引干擾性能評估指標(biāo)體系

5.3 跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離拖引-角度欺騙干擾性能評估指標(biāo)體系

單脈沖跟蹤雷達基于同時產(chǎn)生的多波束計算出目標(biāo)角度誤差信號，對逆增益干擾等幅度調(diào)制的干擾信號不敏感，對抗單干擾源角度欺騙干擾具有較好的性能。針對交叉極化干擾引起的角度欺騙，可以采用交叉極化對消器、平板陣列天線、極化屏蔽等技術(shù)抑制交叉極化分量進入雷達天線。跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離-速度拖引干擾性能評估指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 跟蹤制導(dǎo)雷達抗距離-角度欺騙干擾性能評估指標(biāo)體系

6 結(jié)束語

本文提出了跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾性能評估指標(biāo)體系?；趹?zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則與概率準(zhǔn)則，針對噪聲干擾、距離-速度拖引、距離拖引-角度欺騙干擾分別提出了跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾性能評估指標(biāo)體系。該方法對跟蹤制導(dǎo)雷達抗干擾性能評估進行細(xì)化，針對3種典型的干擾樣式分別進行評估，選取合適的戰(zhàn)技指標(biāo)分別構(gòu)建了評估指標(biāo)體系，具有更強的操作性。