雷達(dá)對(duì)抗偵察信號(hào)“增批”原因分析及對(duì)策研究

張 恒，徐亞波，郭 欣

（中國(guó)人民解放軍63891 部隊(duì)，河南 洛陽 471003）

0 引 言

雷達(dá)對(duì)抗偵察按照偵察任務(wù)和情報(bào)使用目的可分為情報(bào)偵察和支援偵察，通過對(duì)區(qū)域內(nèi)雷達(dá)及雷達(dá)干擾裝備進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)視或?qū)崟r(shí)截獲，掌握其信號(hào)特征、配置地點(diǎn)、工作狀態(tài)等基本屬性，判明其活動(dòng)規(guī)律和作戰(zhàn)企圖，為采取電子對(duì)抗措施和相應(yīng)軍事行動(dòng)提供依據(jù)，是掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜優(yōu)勢(shì)的重要手段。

雷達(dá)對(duì)抗偵察裝備在演習(xí)訓(xùn)練和例行偵察任務(wù)中，為了提高分選技術(shù)的水平，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了熵、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類、小波包特征[1-3]等信號(hào)偵察算法，現(xiàn)分選技術(shù)能夠適應(yīng)特殊體制雷達(dá)信號(hào)，但信號(hào)增批的問題仍然存在。信號(hào)增批問題，一方面造成參數(shù)錯(cuò)誤、目標(biāo)虛假，嚴(yán)重影響著情報(bào)偵察的準(zhǔn)確性；另一方面造成目標(biāo)誤判虛假告警或引導(dǎo)錯(cuò)誤浪費(fèi)資源，嚴(yán)重影響著支援偵察的時(shí)效性。

雷達(dá)偵察信號(hào)處理是一個(gè)系統(tǒng)，分選處理算法雖是核心，但需要以硬件前端的偵收數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，也依賴于信號(hào)樣式及其傳播環(huán)境。本文從系統(tǒng)角度進(jìn)行分析，對(duì)信號(hào)偵察增批問題的原因進(jìn)行討論，并針對(duì)性地給出應(yīng)對(duì)措施。

1 信號(hào)增批原因分析

1.1 偵察設(shè)備自身因素

偵察接收機(jī)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的截獲和參數(shù)測(cè)量是對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)分析和識(shí)別的基礎(chǔ)和前提。數(shù)字信道化接收機(jī)利用信道化技術(shù)在頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行選擇處理，具備輸入帶寬大、頻率分辨率高、全概率接收、動(dòng)態(tài)范圍大、多信號(hào)并行處理等性能，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)對(duì)抗偵察裝備[4]，信道化處理過程中存在信道間重疊等問題[5-6]，從而導(dǎo)致對(duì)信號(hào)幅度和頻率的測(cè)量產(chǎn)生誤差。

1.1.1 跨信道信號(hào)分裂

對(duì)于帶寬較大的信號(hào)，若信號(hào)跨越多個(gè)子信道時(shí)該信號(hào)會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)信道中，最終會(huì)被檢波出多個(gè)脈沖信號(hào)，造成增批[7-9]。增批現(xiàn)象為一個(gè)大帶寬的目標(biāo)信號(hào)被分選為多個(gè)頻率脈寬均錯(cuò)誤的信號(hào)。

1.1.2 兔耳效應(yīng)

對(duì)于常規(guī)信號(hào)，在脈沖前后沿到來時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)幅度和相位的突變，信道化使該信號(hào)的能量擴(kuò)散至相鄰信道，從而形成了暫態(tài)傳輸，此現(xiàn)象也叫作“兔耳效應(yīng)”[10-11]。增批現(xiàn)象是目標(biāo)信號(hào)參數(shù)正確，但同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)較小脈寬的兔耳信號(hào)。

1.1.3 過渡帶重復(fù)信號(hào)

過渡帶重復(fù)信號(hào)是指由于信號(hào)處在兩個(gè)相鄰的信道交疊處，信道交疊造成該信號(hào)可能同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)信道中，被檢波出兩個(gè)相似信號(hào)。增批現(xiàn)象為出現(xiàn)兩個(gè)和目標(biāo)信號(hào)參數(shù)接近的信號(hào)。

1.2 偵察信號(hào)處理算法模型

傳統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)分選系統(tǒng)模型如圖1 所示，接收機(jī)通過對(duì)偵收的多個(gè)脈沖信號(hào)參數(shù)測(cè)量進(jìn)行預(yù)分選，得到相應(yīng)的特征參數(shù)，通過比對(duì)輻射源參數(shù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行識(shí)別，最后編批上報(bào)。

在這個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)同型雷達(dá)工作在同一模式時(shí)，參數(shù)非固定會(huì)導(dǎo)致大量增批。假設(shè)某機(jī)載多功能雷達(dá)工作在邊測(cè)距邊跟蹤搜索（Rangle While Search，RWS）模式，RF 設(shè)為多個(gè)固定頻點(diǎn)捷變；而PRI 則自動(dòng)設(shè)為MPRI 方式，也有多種PRI，每組脈沖重復(fù)周期（一個(gè)相參積累間隔CPI）期間發(fā)射數(shù)百個(gè)脈沖。

圖2 表示了機(jī)載雷達(dá)全脈沖數(shù)據(jù)PRI-TIME 圖，同一部雷達(dá)在一種工作模式下輻射的信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的信號(hào)分選規(guī)則如按照載頻、重頻、方位來編批，在預(yù)分選階段就會(huì)產(chǎn)生大量的增批信號(hào)。另外，即便是不同的雷達(dá)，當(dāng)其參數(shù)相近時(shí)也會(huì)導(dǎo)致分選的混批。

1.3 電磁波信號(hào)傳播效應(yīng)

艦載、陸基雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備在實(shí)際使用中，受空間環(huán)境限制，面臨著雷達(dá)信號(hào)的多路徑傳輸，導(dǎo)致接收的信號(hào)是多路徑信號(hào)的疊加信號(hào)，它們?cè)趥刹焯炀€處就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從而影響接收電壓的幅度和相位。下面通過數(shù)學(xué)模型分析多路徑效應(yīng)[12]對(duì)信號(hào)分選產(chǎn)生的影響。

假設(shè)偵察設(shè)備架設(shè)高度為hs，雷達(dá)架設(shè)高度為ht，直射波距離為Rd，反射波距離為Ri，路徑差為：

直達(dá)波的信號(hào)可表示為：

反射波的信號(hào)可表示為：

則到達(dá)目標(biāo)的總信號(hào)為：

式中：Ed，Ei分別為目標(biāo)處入射波和反射波的場(chǎng)強(qiáng)，單位為mV/m；ρ，φ分別為地表粗糙度引起的信號(hào)幅度和相位偏移。

根據(jù)偵察方程，考慮到多路徑反射信號(hào)的干涉效應(yīng)，偵察天線接收的信號(hào)功率為：

式中：Pt為發(fā)射機(jī)功率；Gt為發(fā)射天線增益；Gr為接收天線增益；λ為波長(zhǎng)。

圖3 仿真了偵察天線接收信號(hào)的功率隨距離變化的情況。仿真條件為ht=hs=25 m，PtGt=80 dBm，Gr=10 dB，λ=3 cm，Rd取值范圍為5～40 km。圖中實(shí)線為反射系數(shù)為0.6 時(shí)接收信號(hào)的幅度，虛線為反射系數(shù)為0時(shí)接收信號(hào)的幅度?？梢钥闯觯捎诙嗦窂叫?yīng)，接收信號(hào)的幅度并不是完全隨著距離的增加而變小，兩者存在一定的波動(dòng)，幅度接近20 dB。由此可以得出，波動(dòng)的振幅和等效反射系數(shù)有關(guān)。

當(dāng)反射體和偵察天線不在雷達(dá)的瞬時(shí)波束覆蓋范圍內(nèi)，偵察天線接收到的信號(hào)波形如圖4 所示。

圖4 中，前一個(gè)包絡(luò)為直射信號(hào)，后一個(gè)包絡(luò)為反射信號(hào)，二者頻率和脈沖寬度都相同，但方位和幅度不同，它們之間的時(shí)間間隔由雷達(dá)波束旋轉(zhuǎn)的時(shí)間來決定。若圖中的虛線是接收機(jī)靈敏度門限電平，由于直射信號(hào)較強(qiáng)，其主瓣、旁瓣的直射信號(hào)一般都在靈敏度門限電平之上，接收機(jī)能夠偵收到主瓣和旁瓣，而反射信號(hào)一般比較弱，其旁瓣的反射信號(hào)可能不會(huì)被接收機(jī)偵收到。

1.4 復(fù)雜電磁環(huán)境影響

復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)對(duì)抗偵察的影響在于脈沖密度較大，高達(dá)每秒上百萬個(gè)脈沖，使得信號(hào)時(shí)域擁擠，頻域重疊，雷達(dá)信號(hào)分選時(shí)“漏批”和“增批”現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致信號(hào)分選性能急劇下降。

圖5 表示脈沖密度與丟脈沖概率關(guān)系。由圖可直觀看出脈沖密度越大、脈寬越大，脈沖丟失率越高，從而直接導(dǎo)致信號(hào)正確分選率降低，而這種丟失概率也會(huì)隨著寬脈沖信號(hào)、高重頻信號(hào)的增多而增高。

2 信號(hào)增批的應(yīng)對(duì)措施

2.1 提高接收機(jī)處理能力

雷達(dá)偵察系統(tǒng)面臨的最大問題之一就是雷達(dá)信號(hào)密集、環(huán)境復(fù)雜，針對(duì)這一問題應(yīng)依據(jù)噪聲、干擾背景、系統(tǒng)的靈敏度、瞬時(shí)帶寬、檢測(cè)方法等具體的使用要求和環(huán)境情況進(jìn)行自適應(yīng)或人工控制，可采用參數(shù)全匹配或局部匹配方法。具體要求為：

1）具有很高的截獲概率，包括頻域、時(shí)域和空域截獲概率。要求頻域上全頻域覆蓋，時(shí)域上全時(shí)域覆蓋，空域上瞬時(shí)視角范圍大。

2）具有很好的信號(hào)適應(yīng)能力，采用時(shí)域、頻域和空域聯(lián)合、并行處理的方法，實(shí)時(shí)檢測(cè)所有信號(hào)，采用綜合手段提取有用信號(hào)，剔除干擾，能夠適應(yīng)復(fù)雜體制雷達(dá)信號(hào)。

3）具有很高的參數(shù)測(cè)量能力，能夠精確測(cè)量輻射源的技術(shù)參數(shù)，并對(duì)輻射源進(jìn)行精確定位。

4）具有很高的分選和處理能力，能夠適應(yīng)復(fù)雜、密集的信號(hào)環(huán)境，在漏脈沖或多出虛假脈沖的情況下，保證分選的效果[13]。

2.2 研究分選新算法

隨著時(shí)代的發(fā)展，電子戰(zhàn)飛速發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，雷達(dá)信號(hào)參數(shù)呈現(xiàn)多變快變的趨勢(shì)。因此如何精準(zhǔn)分選識(shí)別雷達(dá)信號(hào)顯得尤為重要：一方面需要適應(yīng)信號(hào)的新特征參數(shù)，給出相像系數(shù)、熵特征、復(fù)雜度特征、脈內(nèi)調(diào)制等；另一方面需要研究新的分選算法，如合批新算法、聚類算法等。

2.3 增加人工輔助分析

對(duì)于復(fù)雜樣式雷達(dá)信號(hào)以及密集信號(hào)環(huán)境造成的增批，如PRI 參差、組參差、組變、滑變、抖動(dòng)等信號(hào)，由于這種參差方式和常規(guī)的參差方式相差較大并且脈間特征比較復(fù)雜，依靠某一種分選算法很難去解決問題。針對(duì)感興趣的目標(biāo)對(duì)象，以及機(jī)器可能有誤的分選結(jié)果實(shí)施人工輔助分析，有助于解決此類問題。

可將PDW 中的各主要參數(shù)（RF、PA、PW、TOA、DOA、PM 等）攜帶的信息以統(tǒng)計(jì)直方圖、數(shù)據(jù)軌跡圖、散點(diǎn)圖等形式來展現(xiàn)，對(duì)指定時(shí)段[T，T+ΔT]范圍內(nèi)某參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之后即可繪制該圖。情報(bào)分析人員從方位-時(shí)間、頻率-時(shí)間、脈寬-時(shí)間、重周-時(shí)間、幅度-時(shí)間特性等多個(gè)維度進(jìn)行分析，利用同一部雷達(dá)信號(hào)參數(shù)相關(guān)性、增批信號(hào)的偶發(fā)性以及多維參數(shù)不相關(guān)，可以直觀區(qū)分真實(shí)信號(hào)和增批信號(hào)。

2.4 拓展脈沖參數(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境愈加復(fù)雜多樣，然而傳統(tǒng)的參數(shù)識(shí)別和分選雷達(dá)信號(hào)很容易導(dǎo)致信號(hào)交疊，而且這些常規(guī)參數(shù)遠(yuǎn)不能滿足情報(bào)需求，因此需要進(jìn)一步獲取信號(hào)的脈內(nèi)特征和脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)。

3 結(jié) 語

本文從系統(tǒng)角度分析了雷達(dá)對(duì)抗偵察裝備作戰(zhàn)使用中信號(hào)偵察增批問題，并針對(duì)性地給出復(fù)雜電磁環(huán)境下的改進(jìn)建議，可以使雷達(dá)對(duì)抗裝備乃至操作人員更好應(yīng)對(duì)信號(hào)增批帶來的不良影響。