機載雷達告警系統(tǒng)對敵雷達測向性能分析

王敬強，駱魯秦，張曉杰

(空軍航空大學(xué)研究生隊，吉林長春 130022)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)機受到的威脅種類和數(shù)量越來越多，為了在復(fù)雜電磁環(huán)境中盡早發(fā)現(xiàn)威脅，及時啟動干擾等對抗措施，保障飛機安全。世界各國都把機載雷達告警系統(tǒng)作為了一個發(fā)展重點，機載雷達告警系統(tǒng)的告警性能，對戰(zhàn)機的生存能力關(guān)系重大。文中對雷達告警系統(tǒng)的測向功能進行了討論。

1 機載雷達告警系統(tǒng)功能

機載雷達告警系統(tǒng)就是在復(fù)雜的電磁信號環(huán)境中探測、截獲和識別敵威脅信號，根據(jù)信號的重頻、功率、脈寬等參數(shù)信息確定威脅目標(biāo)的等級并顯示其方向和大致距離，以燈光或聲音向飛行員發(fā)出威脅告警信號，以便采取相應(yīng)的電子干擾或其它戰(zhàn)術(shù)對抗措施。告警對象及功能主要有:對警戒雷達、跟蹤雷達信號的告警;對導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達信號進行告警;對脈沖多普勒雷達等特殊雷達的告警和測向;對主動、半主動雷達制導(dǎo)的空空、地空導(dǎo)彈制導(dǎo)信號的告警和測向及距離估計;實時對主動、半主動雷達制導(dǎo)導(dǎo)彈的逼近告警、定位，并根據(jù)目標(biāo)特性通知飛行員或主動采取最合理的對抗措施等[1]。

2 雷達告警系統(tǒng)組成及測向性能分析

告警機的功能包括發(fā)現(xiàn)并定位輻射雷達，測重頻、功率、脈寬等信息確定輻射雷達型別，確定最危險雷達并向飛行員進行告警。

2.1 機載雷達告警系統(tǒng)組成

機載雷達告警設(shè)備主要包含:各種天線、接收機、數(shù)字信號分析器、控制盒以及顯示器四通道高頻變換器、電源控制和部件故障顯示盒等部件，如圖1所示。其中天線結(jié)構(gòu)對告警精度具有較大影響。

圖1 機載雷達告警設(shè)備組成框圖

對于測向天線來說，為能夠?qū)θ我夥较蜻M入的信號進行接收，要求天線能夠?qū)λ?60°方向的信號進行接收，并具備較寬的工作頻帶。由于平面螺旋天線的波束形狀不隨頻率的變化改變，且能對大角度方位內(nèi)各種極化的電磁信號進行接收，這里以平面螺旋天線為例進行分析。采用4個螺旋天線，分別安裝在與飛機機身軸向成45°的4個方向上，其測向范圍水平方向覆蓋360°，俯仰方向范圍為 -30°～30°，如圖2和圖3所示。

2.2 目標(biāo)方位角的確定

2.2.1 粗方位區(qū)域判斷

為便于分析，把天線1、2、3、4方位比幅測向系統(tǒng)的波束覆蓋圖等效為如圖4所示。首先以相鄰天線波束的交點和天線波束軸線為界將水平方向360°分成8個區(qū)域。通過比較4個天線波束接收到的同一雷達信號的大小，可確定信號方位角所位于的區(qū)域，從而粗略指示雷達方位角。將8個區(qū)域分別用3位粗方位碼表示，則粗方位區(qū)域的判斷可由表1確定[2]。

圖4 4天線全方位覆蓋

圖5 相鄰天線方向圖

表1 粗方位數(shù)碼判斷準(zhǔn)則

2.2.2 信號精確方位的確定

雷達信號經(jīng)過粗略判定入射區(qū)域之后，將相應(yīng)的相鄰兩天線的輸出信號進行幅度比較，求取信號的精確方位。具體為:4天線將接收到的信號送入各自接收通道，在通道內(nèi)經(jīng)過視頻對數(shù)放大分別加到兩個減法器上進行比幅處理，然后經(jīng)過A/D變換變換電路、信號處理，得到目標(biāo)的精確角度[3-5]。

2.2.3 系統(tǒng)測角誤差分析

假設(shè)天線方向圖F(θ)滿足對稱性，如圖4和圖5所示。若以ki表示第i通道的振幅響應(yīng)，A(t)為雷達信號的振幅調(diào)制，θs為相鄰天線的張角，則各通道輸出對數(shù)脈沖包絡(luò)為

(1)系統(tǒng)誤差。設(shè)各天線振幅響應(yīng)ki相等，對兩通道的電壓做對數(shù)比R，并整理得系統(tǒng)誤差dφ

由圖6，圖7和式(2)可以看出，測角誤差與波束寬度、天線張角、相鄰?fù)ǖ垒敵鲂盘柕膶?shù)電壓比有關(guān)，在波束正方向時R最大，對測角誤差的影響也最大;在等信號方向影響最小。同時測角誤差還與天線的數(shù)目有直接關(guān)系，天線數(shù)目越多，測角越精確。

(2)隨機誤差。隨機誤差是由測向系統(tǒng)內(nèi)部噪聲引起，由于不同通道內(nèi)的內(nèi)部噪聲不相關(guān)，相鄰?fù)ǖ涝谶M行比幅測向時，內(nèi)部噪聲的通道輸出不能相互抵消，導(dǎo)致通道失衡，造成測角誤差。即當(dāng)考慮內(nèi)部噪聲時，兩天線信號幅度相等的交叉點偏離實際的輻射源方向，誤差角設(shè)為Δθ0，此時兩天線信號相等的條件變?yōu)?/p>

式中，A為信號經(jīng)接收通道后的振幅響應(yīng);A1噪、A4噪分別為1、4通道中的噪聲電壓;θ0.5為兩波束交點到天線軸線方向的角度。把式(3)在θ=θs/2進行泰勒級數(shù)展開整理可得噪聲所引起的測角誤差為

可得在θ=θs/2處測角誤差的均方根值σθ0為

通過式(5)可以看出，在θs/2±(θ0.5/2)區(qū)間內(nèi)測角誤差的均方根值與θ0.5成正比，與2倍信噪比的平方根成反比。

3 典型的機載雷達告警系統(tǒng)

自第一代機載雷達告警系統(tǒng)AN/APR-25問世以來，如今已經(jīng)發(fā)展到了第四代。隨著制空權(quán)奪取與反奪取戰(zhàn)爭的越演越烈，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對機載告警系統(tǒng)的要求越來越高。機載告警系統(tǒng)主要朝兩個方向發(fā)展:一方面為了提高系統(tǒng)決策的準(zhǔn)確度、增強系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力、提高作戰(zhàn)效率，機載告警系統(tǒng)逐步發(fā)展成了綜合告警系統(tǒng);另一方面，機載告警系統(tǒng)與其他機載自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)高度綜合，發(fā)展成為集電子支援、告警、干擾措施控制于一體的綜合對抗系統(tǒng)，比如有AN/ALQ-211(V)系列的綜合射頻對抗(SIRFC)系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)威脅告警，還能對威脅目標(biāo)的威脅等級進行快速評估，并自動啟動相應(yīng)的干擾措施。

4 結(jié)束語

機載告警系統(tǒng)能夠從復(fù)雜的電磁環(huán)境中及時發(fā)現(xiàn)、識別威脅目標(biāo)，極大地提高了飛機的存活概率。全向比幅測向系統(tǒng)對目標(biāo)信號具有極高的方位截獲概率，設(shè)備簡單輕便。然而系統(tǒng)測角誤差較大，波束寬度、天線張角、信噪比以及通道的平衡程度都對系統(tǒng)的方位角確定有影響。實際中應(yīng)盡量增加天線數(shù)目，提高通道之間平衡程度和信噪比，把系統(tǒng)的側(cè)角誤差降到最低程度。

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