LPI雷達(dá)無源定位暴露區(qū)評估方法?

曾小東 陳 東 彭馨儀

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所 成都 610036）（2.陸軍裝備部航空軍事代表局 成都 610036）

1 引言

機(jī)載雷達(dá)的主瓣信號由于發(fā)射功率大，容易被敵方的無源探測系統(tǒng)截獲。為了實(shí)現(xiàn)低截獲，機(jī)載雷達(dá)在天線，發(fā)射機(jī)以及信號處理等方面均采取了相應(yīng)的技術(shù)措施[1]。在天線方面，進(jìn)行幅度加權(quán)實(shí)現(xiàn)了低旁瓣天線[2]。在發(fā)射機(jī)方面，根據(jù)探測距離的遠(yuǎn)近，進(jìn)行功率控制[3～4]。在信號處理方面，設(shè)計了相位編碼、頻率捷變、寬帶線性調(diào)頻等多種LPI波形[5～7]。機(jī)載雷達(dá)采取以上技術(shù)措施后，達(dá)到了一定的低截獲效果，文獻(xiàn)[8]用截獲因子對雷達(dá)的低截獲性能進(jìn)行了評估。然而，機(jī)載雷達(dá)在面對敵方高靈敏度無源探測系統(tǒng)時，主瓣信號在一定距離上將不可避免被截獲，為了破壞敵方在截獲的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對我方實(shí)施定位跟蹤，需要破壞對方多站無源定位的共視條件，以減小被定位的可能性。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，定義并推導(dǎo)了無源定位暴露區(qū)，以評估各種LPI措施對抗多站無源定位的有效性。

2 無源定位暴露區(qū)建模

以多站無源定位系統(tǒng)同時偵收機(jī)載雷達(dá)信號，滿足無源定位共視條件，定義無源定位暴露區(qū)為

式中，(θminθmаx)為無源定位的威脅角域，RI(θ)為威脅角θ方向的截獲距離。Pt為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射功率，Gt(θ)為威脅角θ方向的發(fā)射增益。Gr為接收增益。λ為信號波長。δ為無源探測系統(tǒng)靈敏度。

3 LPI雷達(dá)無源定位暴露區(qū)分析

從無源定位暴露區(qū)的表達(dá)式，可以看出無源定位暴露區(qū)與本機(jī)發(fā)射功率，本機(jī)天線增益、無源定位系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度、無源定位系統(tǒng)的布站構(gòu)型以及作用距離均有關(guān)[9～10]，其中與本機(jī)雷達(dá)相關(guān)的參數(shù)有本機(jī)發(fā)射功率和本機(jī)天線增益。為了減小無源定位暴露區(qū)，LPI雷達(dá)通過窗函數(shù)設(shè)計低副瓣天線、采用功率控制降低發(fā)射功率、設(shè)計LPI波形造成無源定位系統(tǒng)接收失配三種措施實(shí)現(xiàn)。

3.1 低副瓣天線

低副瓣天線通過窗函數(shù)方式，可以改變機(jī)載雷達(dá)的天線方向圖，降低威脅角域內(nèi)的天線副瓣電平，進(jìn)而減小無源定位暴露區(qū)。采用窗函數(shù)后，F(xiàn)(θ)改寫為

式中，w為窗函數(shù)，不同的窗函數(shù)有不同的表達(dá)式。

漢明窗的表達(dá)式如下：

式中，α為漢明窗函數(shù)因子。M為點(diǎn)數(shù)。

漢寧窗的表達(dá)式如下：

式中，β為漢寧窗函數(shù)因子。

低副瓣設(shè)計后的無源定位暴露區(qū)SL_SL為

不同窗函數(shù)加權(quán)實(shí)現(xiàn)的天線低副瓣。不同的窗函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)的低副瓣效果不同。通過窗函數(shù)設(shè)計，副瓣電平可以有很大降低，最高可以降低到-40dB以下。

3.2 功率控制

功率控制通過自適應(yīng)方式，可以有效降低機(jī)載雷達(dá)的發(fā)射功率。功率控制設(shè)計后的無源定位暴露區(qū)SL_PC為

式中，ΔP為功率控制量。

3.3 LPI波形

LPI波形通過采用寬帶波形的方式[11～12]，可以增加無源定位系統(tǒng)接收失配損失，降低進(jìn)入截獲接收機(jī)的信號能量。LPI波形設(shè)計后的無源定位暴露區(qū)為

式中，Bs為信號帶寬。Bc為接收機(jī)信道帶寬。常見的LPI信號設(shè)計方法有線性調(diào)頻、相移鍵控、頻移鍵控以及復(fù)合調(diào)制信號等。線性調(diào)頻信號可以有效擴(kuò)展信號帶寬；相移鍵控和頻移鍵控通過偽隨機(jī)編碼調(diào)制，增加了信號的不確定性；復(fù)合調(diào)制信號結(jié)合了多種調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，低截獲效果最佳。

4 無源定位暴露區(qū)仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證機(jī)載雷達(dá)各種LPI措施的無源定位暴露區(qū)縮減效果，設(shè)計了如下仿真實(shí)驗(yàn)。仿真參數(shù)為作用距離R取150km，無源定位系統(tǒng)基線長度L和D分別取50km、30km，張角α取120°。窗函數(shù)取 Hamming、Bartlett、Triangular、Hann 和 Gaussian。功率控制量 ΔP取2dB、4dB、6dB、8dB和10dB。天線陣元數(shù)N取30。陣元間距d取λ2。通過LPI設(shè)計后，無源定位暴露區(qū)縮減量p表示為

表1 低副瓣天線的無源定位暴露區(qū)縮減量

由表1可以看出，用不同窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)設(shè)計，天線方向圖不同，因此無源定位暴露區(qū)縮減量不同，Gaussian窗的效果最好，可以縮減無源定位暴露區(qū)79.7%。

表2 功率控制的無源定位暴露區(qū)縮減量

由表2可以看出，隨著功率控制量的增加，無源定位暴露區(qū)縮減量增加。當(dāng)功率控制量達(dá)到10dB時，可以縮減無源定位暴露區(qū)88.7%。

表3 LPI波形的無源定位暴露區(qū)縮減量

由表3可以看出，不同的LPI波形，信號帶寬不同，隨著信號帶寬的增加，無源定位暴露區(qū)縮減量增加。當(dāng)信號帶寬達(dá)到200MHz時，可以縮減無源定位暴露區(qū)91.4%。

5 結(jié)語

本文從LPI雷達(dá)對抗多站無源定位系統(tǒng)的需求出發(fā)，提出了無源定位暴露區(qū)的概念，并研究了LPI雷達(dá)采用低副瓣天線、功率控制和LPI波形，可以顯著降低副瓣的被截獲距離，從而破壞多站無源定位系統(tǒng)的共視條件，使之不能完成有效定位，因此無源定位暴露區(qū)減小。從仿真分析來看，LPI雷達(dá)采用單項(xiàng)措施后，無源定位暴露區(qū)有所減小，下一步的工作將重點(diǎn)研究多項(xiàng)措施復(fù)合使用后的效果以及開展試驗(yàn)驗(yàn)證。