針對相控陣?yán)走_的自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度準(zhǔn)則研究

戴少懷，李 旻，楊革文，張思霈，吳向上

（上海機電工程研究所，上海201109）

0 引言

自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度是指干擾方根據(jù)雷達工作狀態(tài)及其變化自適應(yīng)選擇最優(yōu)雷達干擾樣式的過程。對相控陣?yán)走_進行自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度，能夠充分利用干擾資源，提高干擾效能。然而，目前自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度策略研究還是一種基于“理想”的雷達工作流程的調(diào)度準(zhǔn)則，沒有考慮到相控陣?yán)走_按照其自身調(diào)度模板進行工作狀態(tài)切換的情況，這將導(dǎo)致在實際對抗過程中產(chǎn)生大量錯誤的干擾樣式選擇結(jié)果。

為適應(yīng)相控陣?yán)走_的工作模板調(diào)度狀態(tài)、提高對雷達工作狀態(tài)變化判斷的準(zhǔn)確率，本文在現(xiàn)有雷達信號偵收參數(shù)的基礎(chǔ)上增加對脈沖幅度和脈沖數(shù)量2 參數(shù)的偵收，提出了基于雷達工作模板偵收的自適應(yīng)干擾調(diào)度策略，對自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則進行了修正。

1 自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度基本原理

1.1 自適應(yīng)干擾工作流程

自適應(yīng)干擾主要是應(yīng)用在自衛(wèi)干擾設(shè)備上，通過偵察接收和頻譜分析，自動地將干擾頻率調(diào)諧到雷達工作頻率上；通過對信號的連續(xù)時頻分析，識別雷達的工作狀態(tài)；根據(jù)被干擾雷達的當(dāng)前工作狀態(tài)及變化情況，從干擾樣式庫中自動選擇最優(yōu)干擾樣式，并可以改變干擾參數(shù)。自適應(yīng)干擾的工作流程如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)干擾工作流程

雷達在不同工作狀態(tài)下具有不同的工作參數(shù)，為自適應(yīng)干擾進行雷達工作狀態(tài)判斷和干擾效果分析提供了依據(jù)。一般而言，搜索狀態(tài)時雷達信號的譜寬較窄，跟蹤狀態(tài)時為提高測距精度，跟蹤信號譜寬大于搜索信號譜寬，成像狀態(tài)時雷達所需的信號譜寬最大。

通過對雷達信號時頻特性的持續(xù)分析，可推斷出雷達的工作狀態(tài)。而從雷達工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，又可評估所施放的干擾對雷達的干擾效果。例如，當(dāng)雷達工作于跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后工作狀態(tài)可能出現(xiàn)如下2 種情況：1）繼續(xù)跟蹤或進入成像狀態(tài)；2）失跟或轉(zhuǎn)入搜索。

前一種情況表示干擾無效，這可能是因為干擾樣式不匹配或雷達采用了有效的抗干擾措施，這時，應(yīng)改變干擾樣式或干擾參數(shù)，使雷達無法繼續(xù)跟蹤或轉(zhuǎn)入成像狀態(tài)。后一種情況表示干擾有效，可繼續(xù)使用當(dāng)前的干擾樣式和干擾參數(shù)。

由于干擾效果可從雷達工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事實來判斷，而雷達工作狀態(tài)又可通過雷達信號時頻參數(shù)進行識別，因此，雷達信號脈寬、脈沖重復(fù)頻率、調(diào)制方式、調(diào)頻帶寬可作為識別雷達工作狀態(tài)的主要依據(jù)。

1.2 自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則

在自適應(yīng)干擾樣式庫中，包含了壓制性干擾、欺騙性干擾和成像干擾等多種干擾樣式。干擾樣式選擇準(zhǔn)則如下：

1）連續(xù)搜索狀態(tài)：保持當(dāng)前干擾樣式不變，并對當(dāng)前干擾樣式進行加分。

2）連續(xù)跟蹤狀態(tài)：保持當(dāng)前干擾樣式不變，當(dāng)跟蹤脈沖持續(xù)個數(shù)超過“跟蹤脈沖積累數(shù)”后，切換到下一種干擾樣式；若輪轉(zhuǎn)結(jié)束，則保持在第一種干擾樣式。

3）連續(xù)成像狀態(tài)：保持當(dāng)前干擾樣式不變，當(dāng)成像脈沖持續(xù)個數(shù)超過“成像脈沖積累數(shù)”后，切換到下一種干擾樣式；若輪轉(zhuǎn)結(jié)束，重新開始輪轉(zhuǎn)。

4）搜索轉(zhuǎn)跟蹤或搜索轉(zhuǎn)成像狀態(tài)：對當(dāng)前的干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，更換干擾樣式。

5）跟蹤轉(zhuǎn)成像/搜索后再轉(zhuǎn)跟蹤狀態(tài)：切換到下一種干擾樣式。

2 相控陣?yán)走_工作流程

多功能相控陣?yán)走_可利用自身提供的豐富資源空間，通過對其工作模式、工作參數(shù)的合理管理，包括改變發(fā)射信號波形的脈沖寬度、重復(fù)頻率、信號帶寬、脈沖串長度、信號調(diào)制方式，以及天線波束形狀、波束駐留時間等，以達到某種工作狀態(tài)的最優(yōu)性或次優(yōu)性。

現(xiàn)代相控陣?yán)走_資源調(diào)度都采用自適應(yīng)調(diào)度策略，以確保能根據(jù)當(dāng)時面臨的目標(biāo)環(huán)境狀況以及目標(biāo)類型，在滿足系統(tǒng)能量資源和設(shè)計約束的限制條件下，對雷達的各種工作方式進行調(diào)度和分配，使整個系統(tǒng)資源在多個目標(biāo)之間合理分配。由于每一種工作方式都占用一定的資源，而雷達系統(tǒng)的資源是有限的，因此程序的設(shè)計必然受到雷達資源的約束，主要包括：時間資源約束、能量資源約束、計算機資源約束以及雷達硬件條件的約束。

典型的相控陣?yán)走_資源調(diào)度模板如圖2 所示，L為遠(yuǎn)程監(jiān)視，S 為近程監(jiān)視，T 為跟蹤或核查，C 為校準(zhǔn)和性能監(jiān)測（每第18 或第20 個資源交替）。

圖2 相控陣?yán)走_資源調(diào)度工作模板

多功能相控陣?yán)走_跟蹤目標(biāo)的方法有2 種：邊跟蹤邊搜索（TWS）和跟蹤與搜索（TAS）。TWS 方法在規(guī)定空域內(nèi)不需要另外分配能量就能完成搜索任務(wù)，常用于對空中目標(biāo)進行監(jiān)視。當(dāng)確定某些目標(biāo)需要進行TAS 跟蹤時，雷達即可將目標(biāo)位置參數(shù)指定給TAS 濾波器作為建立跟蹤的初值。通常情況進行設(shè)計時，空中目標(biāo)劃分為一般目標(biāo)、重要目標(biāo)和危險目標(biāo)。跟蹤過程中，對一般目標(biāo)采用TWS 方法，對重要目標(biāo)和危險目標(biāo)采用TAS 方法。

由于存在目標(biāo)回波起伏、目標(biāo)機動、干擾等非理想因素，在整個跟蹤過程中，目標(biāo)可能會丟失。首先確定判斷跟蹤丟失的判別準(zhǔn)則，如連續(xù)次檢測不到目標(biāo)則認(rèn)為跟蹤丟失。一旦確定目標(biāo)丟失，讓跟蹤濾波器進入到記憶跟蹤狀態(tài)，進行外推跟蹤。在記憶跟蹤過程中，如果目標(biāo)再次出現(xiàn)，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)為正常的跟蹤狀態(tài)；如果在規(guī)定的記憶時間內(nèi)目標(biāo)仍然沒有出現(xiàn)，則判斷為目標(biāo)丟失，系統(tǒng)結(jié)束跟蹤狀態(tài)，返回到搜索狀態(tài)，重新去截獲目標(biāo)。

3 改進的自適應(yīng)干擾調(diào)度準(zhǔn)則

3.1 現(xiàn)有自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度準(zhǔn)則存在的問題

自適應(yīng)干擾發(fā)揮其干擾優(yōu)勢的前提假設(shè)是：

1）雷達按照“搜索-跟蹤-成像”的工作過程輻射信號并對接收到的目標(biāo)回波進行處理。所謂的“自適應(yīng)”，是指干擾機可以跟隨雷達的工作狀態(tài)的變化而自評估干擾效果并自主調(diào)整干擾樣式，使干擾效果達到最優(yōu)。

2）評估干擾效果為“好”的依據(jù)，是雷達發(fā)生了“成像-跟蹤”、“跟蹤-搜索”的狀態(tài)變化。

3）評估干擾效果為“壞”的依據(jù)，是雷達進入或繼續(xù)保持在“成像”或“跟蹤”狀態(tài)，沒有發(fā)生逆向變化。

因此，目前的自適應(yīng)干擾樣式調(diào)度準(zhǔn)則，是一種基于“理想”的雷達工作流程的調(diào)度準(zhǔn)則。如果相控陣?yán)走_按其實際情況進行工作，則干擾設(shè)備將發(fā)現(xiàn)雷達的工作狀態(tài)變化與假設(shè)情況不同，導(dǎo)致判斷錯誤，使得自主決策的干擾樣式?jīng)]有達到最優(yōu)化。存在以下的問題：

1）雷達工作狀態(tài)為“成像-跟蹤”、“跟蹤-搜索”，無法證明是自適應(yīng)干擾起的作用，還是相控陣?yán)走_根據(jù)其工作模板進行了狀態(tài)轉(zhuǎn)移；

2）雷達工作狀態(tài)保持不變，或為“跟蹤-成像”、“搜索-跟蹤”，無法證明自適應(yīng)干擾沒有起作用，也可能是相控陣?yán)走_根據(jù)其工作模板進行了強行的工作狀態(tài)變化。

3.2 改進后的雷達工作狀態(tài)判斷準(zhǔn)則

為確定雷達工作狀態(tài)，使用了雷達脈沖的脈寬、重復(fù)周期、脈內(nèi)線性調(diào)頻帶寬3 個參數(shù)。為適應(yīng)相控陣?yán)走_的工作模板調(diào)度狀態(tài)，在確定雷達工作狀態(tài)時，在現(xiàn)有的偵察參數(shù)基礎(chǔ)上還需要增加2 個參數(shù)：1）脈沖幅度：到達干擾設(shè)備偵察通道的雷達脈沖幅度；2）脈沖數(shù)量：一段時間內(nèi)，到達干擾設(shè)備偵察通道的雷達脈沖數(shù)量。

在雷達工作狀態(tài)識別時，補充判斷當(dāng)前時刻雷達是以主瓣還是以副瓣照射目標(biāo)，以及雷達在同一波位上停留的時間是否已滿足雷達脈沖積累處理的要求。在補充了脈沖幅度和脈沖數(shù)量2 個新參數(shù)后，雷達工作狀態(tài)判斷準(zhǔn)則調(diào)整如下：

1）檢索雷達脈沖描述字中的脈沖幅度數(shù)據(jù)，進行主瓣/旁瓣照射判斷。如果雷達是以旁瓣照射干擾機的被掩護目標(biāo)，則干擾設(shè)備無需實施干擾，以免暴露自身；如果雷達是以主瓣照射干擾設(shè)備，則需要實施自適應(yīng)干擾。

2）檢索雷達脈沖描述字中的脈寬、重復(fù)周期、脈內(nèi)線性調(diào)頻帶寬數(shù)據(jù)，與雷達數(shù)據(jù)庫中的先驗信息進行比對，確定當(dāng)前脈沖的工作狀態(tài)性質(zhì)，初步給出“搜索”、“跟蹤”、“成像”的判斷結(jié)果。

3）將當(dāng)前雷達工作狀態(tài)判斷結(jié)果與歷史積累的雷達工作狀態(tài)序列進行比對分析，判斷雷達工作狀態(tài)變化速率是處于快變還是慢變。如果出現(xiàn)快變，保持原有雷達工作狀態(tài)不變；如果出現(xiàn)慢變，更新雷達工作狀態(tài)。

4）將當(dāng)前接收到的雷達脈沖描述字進行統(tǒng)計處理，如果出現(xiàn)某個時間段內(nèi)脈沖個數(shù)急劇增大的現(xiàn)象，表明雷達很可能進入了跟蹤積累狀態(tài)，此時，盡管收到的脈沖還可能是搜索波形，但雷達已進入了跟蹤狀態(tài)。

5）根據(jù)以上分析，最終綜合確認(rèn)雷達工作狀態(tài)，而不是僅靠單一脈沖來判斷雷達的工作狀態(tài)。

3.3 改進后的干擾樣式選擇準(zhǔn)則

根據(jù)新的雷達工作狀態(tài)判斷結(jié)果和相控陣?yán)走_的工作特點，將自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則修改如下：

1）旁瓣照射狀態(tài)：干擾設(shè)備保持偵察狀態(tài)不變，不需要施放干擾，以免暴露自身。

2）單一或連續(xù)搜索狀態(tài)：保持搜索干擾樣式不變。對當(dāng)前的搜索干擾樣式進行加分。

3）單一跟蹤狀態(tài)：選用當(dāng)前的跟蹤干擾樣式。

4）連續(xù)跟蹤狀態(tài)：以“脈沖積累數(shù)”設(shè)置值為準(zhǔn)，連續(xù)的跟蹤脈沖數(shù)小于設(shè)置值，保持同一種干擾樣式；大于設(shè)置值，切換到下一種跟蹤干擾樣式；干擾樣式輪轉(zhuǎn)完一遍后，從第一種干擾樣式開始繼續(xù)輪轉(zhuǎn)。

5）連續(xù)成像狀態(tài)：在連續(xù)的成像脈沖期間保持一種干擾樣式，超過“成像脈沖積累數(shù)”后，切換到下一種干擾樣式。成像干擾樣式輪轉(zhuǎn)一遍后，從第一種干擾樣式開始繼續(xù)輪轉(zhuǎn)。

6）搜索轉(zhuǎn)跟蹤狀態(tài)：對當(dāng)前的搜索干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，則調(diào)整搜索干擾樣式優(yōu)先級。

7）跟蹤轉(zhuǎn)搜索狀態(tài)：對當(dāng)前的跟蹤干擾樣式進行加分，若分值大于其它干擾樣式，則調(diào)整跟蹤干擾樣式優(yōu)先級。

8）跟蹤轉(zhuǎn)成像狀態(tài)：對當(dāng)前的跟蹤干擾樣式進行減分，若分值小于其它干擾樣式，則調(diào)整跟蹤干擾樣式優(yōu)先級。

9）成像轉(zhuǎn)跟蹤狀態(tài)：對當(dāng)前的成像干擾樣式進行加分，若分值大于其它干擾樣式，則調(diào)整成像干擾樣式優(yōu)先級。

改進后的自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則如圖3 所示。

圖3 改進后的自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則

4 干擾樣式選擇準(zhǔn)則試驗方法

自適應(yīng)干擾是一種“閉環(huán)”干擾。由于自適應(yīng)干擾是對雷達的每個發(fā)射脈沖產(chǎn)生實時干擾，因此，檢驗自適應(yīng)干擾的干擾效果，不但要按時序記錄干擾數(shù)據(jù)，而且要同步記錄雷達脈沖信號參數(shù)，作為評價自適應(yīng)干擾是否按照干擾樣式選擇準(zhǔn)則運行的依據(jù)。

在進行試驗數(shù)據(jù)分析時，首先是檢驗相控陣?yán)走_工作調(diào)度模板的偵收結(jié)果準(zhǔn)確度，檢驗干擾設(shè)備能否識別出雷達工作調(diào)度模板序列。

其次，檢驗干擾機對雷達工作狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確度，是否已突破了雷達工作調(diào)度模板帶來的混淆，不會被雷達工作模板所引起的雷達工作狀態(tài)快速切換的假象所誤導(dǎo)。

最后，檢驗修正后的干擾樣式選擇結(jié)果是否符合干擾樣式選擇準(zhǔn)則，是否能根據(jù)雷達的真實工作狀態(tài)變化而自適應(yīng)改變干擾樣式。

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于雷達工作調(diào)度模板的自適應(yīng)干擾調(diào)度策略。通過增加脈沖幅度和脈沖數(shù)量2 個參數(shù)，提高對相控陣?yán)走_工作狀態(tài)變化的判斷準(zhǔn)確率。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達工作調(diào)度模板調(diào)整了自適應(yīng)干擾樣式選擇準(zhǔn)則，并且給出了新準(zhǔn)則的試驗方法，深化了相控陣?yán)走_自適應(yīng)干擾調(diào)度策略研究。