雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性評價研究

沈陽，李修和，李勇

(電子工程學院，合肥230037)

現(xiàn)代戰(zhàn)場是由陸、海、空、太空、電磁等五維空間共融一體的作戰(zhàn)空間，電磁環(huán)境成為戰(zhàn)場環(huán)境的重要組成部分，也是武器裝備發(fā)揮作戰(zhàn)效能的重要客觀條件之一［1—3］。隨著戰(zhàn)爭信息化程度的升級，武器裝備的電磁環(huán)境適應性越來越受到裝備論證、研制、生產(chǎn)和作戰(zhàn)等全壽命過程的重視。GJB 239《裝備環(huán)境工程通用要求》中將環(huán)境適應性定義為:“裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實現(xiàn)其所有功能、性能和(或)不被破壞的能力，是裝備的重要質(zhì)量特性之一”［4］。隨著軍隊信息化建設的加速推進，武器裝備面臨戰(zhàn)場的電磁環(huán)境越來越復雜。大量事實表明，環(huán)境是導致武器裝備失效和功能下降的一個重要因素。為了充分發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能，必須加強裝備環(huán)境工程建設，對武器裝備的環(huán)境適應性要求及評價方法進行研究，使之更好地適應未來戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境［5—7］。

1 裝備面臨的電磁環(huán)境分析

影響雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性的因素很多，對環(huán)境適應性的評價，首先要從環(huán)境的影響因素入手［8］。從組成上電磁環(huán)境可以劃分為自然電磁環(huán)境、人為電磁環(huán)境和輻射傳播因素等，戰(zhàn)爭的對抗性決定了復雜電磁環(huán)境的重點是人為電磁輻射和輻射傳播因素。人為電磁輻射主要是敵方電子戰(zhàn)行動，輻射傳播因素主要是敵方人為因素對雷達發(fā)射電磁波和目標回波傳輸路徑的影響。

1.1 電子對抗偵察環(huán)境

電子對抗偵察是實施電子干擾和電子摧毀的前提。在未來的信息化戰(zhàn)場上，雷達裝備必然處于敵方嚴密的偵察監(jiān)視之下，尤其是對雷達信號的截獲與識別。因此，敵方的電子對抗偵察系統(tǒng)對雷達裝備形成了監(jiān)視控制威脅，對雷達裝備的工作和生存造成了極大的影響。為了應對戰(zhàn)場電子對抗偵察因素的影響，雷達裝備的電磁隱蔽性必須提高，就是要具有低截獲特性和難識別的特點。

1.2 電子干擾環(huán)境

電子干擾是電子進攻的軟殺傷部分，它使得被干擾裝備的工作效能暫時下降。在未來的信息化戰(zhàn)場上，敵方的各種雷達干擾系統(tǒng)都會想方設法針對雷達裝備實施各種干擾，降低雷達裝備的作戰(zhàn)效能。因此，敵方的電子干擾系統(tǒng)對雷達裝備形成了降低效能的威脅，對雷達裝備效能的發(fā)揮造成了極大的影響。為了應對戰(zhàn)場電子干擾因素的影響，雷達裝備的電磁抗擾性必須提高，就是要具有低干擾敏感性的特點。

1.3 電子摧毀環(huán)境

電子摧毀是電子進攻的硬殺傷部分，它威脅到被干擾裝備的使用壽命，工作效能會永久喪失。在未來的信息化戰(zhàn)場上，敵方可能采取反輻射、定向能和電磁脈沖武器對雷達裝備實施電子摧毀，使得雷達裝備完全失去作戰(zhàn)能力。因此，敵方的電子摧毀系統(tǒng)對雷達裝備形成了物理毀傷威脅，對雷達裝備的戰(zhàn)場生存造成了極大的影響，而且雷電和靜電也可能會對裝備系統(tǒng)造成物理毀傷。為了應對戰(zhàn)場電子摧毀因素的影響，雷達裝備的電磁隱蔽性必須提高，同時要具有抗高能電磁攻擊的能力和良好的電磁加固特性。

1.4 電波傳播條件

雷達是依靠發(fā)射和接收電磁波工作的，雷達發(fā)射和接收電磁波的傳播條件都會對雷達工作效能產(chǎn)生影響，電磁波傳播條件包括地形遮蔽和路徑損耗。由于微波頻段的視距傳播特性，雷達目標往往采取低空突防戰(zhàn)術躲避雷達的探測，在雷達站選址時會考慮海拔高度以提升通視距離，即使這樣，地面或海面雜波仍然會對雷達探測產(chǎn)生影響。因此，雷達的反地面/海面雜波能力必須強，以應對低空電波傳播條件。

隨著目標雷達隱身技術的發(fā)展，未來戰(zhàn)場上的雷達裝備將會受到來自目標隱身的挑戰(zhàn)。無論是外形隱身還是材料隱身，它們都是通過影響雷達回波的正常傳輸來降低其工作效能的。因此，目標雷達隱身對雷達裝備形成了降低效能威脅，對雷達裝備效能的發(fā)揮造成了極大的影響。為了應對戰(zhàn)場目標隱身因素的影響，雷達裝備的反隱身能力必須提高，就是要具有反隱身目標的能力。

2 雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性評價方法

2.1 評價指標體系

從上節(jié)分析可知，雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性評價指標包括電子對抗偵察環(huán)境適應性、電子干擾環(huán)境適應性、電子摧毀環(huán)境適應性、目標低空環(huán)境適應性和目標隱身環(huán)境適應性等5個部分，各部分又包含下級指標，形成一個相對完備的指標體系，如圖1所示。

圖1 雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性評價指標體系Fig.1 Index system for complex electromagnetic environmental worthiness evaluation of radar equipment

電子對抗偵察環(huán)節(jié)主要包括截獲信號和識別型號。雷達低截獲技術使得雷達信號被偵察截獲的概率大大降低，雷達難識別特性主要是指雷達指紋特性，對雷達型號的偵察識別越來越多地依賴指紋識別［9］。因此，綜合雷達的低截獲特性和難識別特性來度量其電子對抗偵察環(huán)境適應性。

電子干擾主要包括壓制干擾和欺騙干擾。雷達壓制干擾主要淹沒目標回波來妨礙目標檢測，雷達欺騙干擾主要制造相似回波來擾亂目標參數(shù)測量［10—11］。因此，綜合雷達的抗壓制和抗欺騙特性來度量其電子干擾環(huán)境適應性。

電子摧毀主要包括反輻射攻擊、定向能和電磁脈沖攻擊。反輻射攻擊主要針對雷達天線這一“前門”，定向能和電磁脈沖攻擊主要經(jīng)過雷達設備孔縫這一“后門”攻擊系統(tǒng)電子線路［12］。在雷達遭受電子摧毀時，如果備用天線能夠及時啟用或電磁屏蔽等抗摧毀的電磁加固性能強，即可繼續(xù)工作。因此，綜合雷達的系統(tǒng)重構和電磁加固特性來度量其電子摧毀環(huán)境適應性。

目標低空環(huán)境包括電波傳輸多路徑效應和地/海面雜波干擾。當目標高度較低時，將會有多路徑信號和地/海面雜波信號進入雷達接收機，進而影響雷達的探測［13］。因此，綜合雷達的多路徑處理和雜波處理特性來衡量其目標低空環(huán)境適應性。

目標隱身包括外形和吸波材料等影響目標回波的方法。雷達空域反隱身是針對外形隱身的前向散射弱點，采取收發(fā)分置的技術反隱身;雷達頻域反隱身是針對吸波涂料反隱身的頻率響應特點，選用更低頻段或更高頻段工作來反隱身;雷達極化域反隱身是采取變極化技術增強對隱身目標的探測。因此，綜合雷達的空域反隱身、頻域反隱身和極化域反隱身特性來衡量其目標隱身環(huán)境適應性［14］。

2.2 評價方法模型

雷達裝備的電磁環(huán)境適應性指標涉及上述很多方面，而且適應性檢驗試驗的影響因素眾多。因此，建立基于層次分析法(AHP)和最優(yōu)指標法相結合的評價模型［15］，算法如下。

1)確定原始試驗數(shù)據(jù)矩陣。設有m個評價對象，每個評價對象有n個評價指標，原始試驗數(shù)據(jù)以矩陣表示:

2)確定最優(yōu)指標，構成最優(yōu)值向量y:

其中元素xj的確定有2種可能。

①若該元素為高優(yōu)指標，則:

②若該元素為低優(yōu)指標，則:

3)數(shù)據(jù)歸一化處理。歸一化后的數(shù)據(jù)矩陣記為:

其中元素zij由歸一化處理所得，對于高優(yōu)指標:;對于低優(yōu)指標

式中:xj為最優(yōu)指標值，i=1，2，…，n;j=1，2，…，m。

4)確定權重系數(shù)。用AHP方法確定。AHP法確定權重有3種方法:冪法、和積法以及方根法，具體參考文獻［15］，這里不再贅述。

5)計算評價值Mj，進行排序評價:

式中:wi為各項指標的組合權重。Mj值越大，表明第j個評價對象越接近最優(yōu)水平?？砂凑誐j值的大小，對各評價對象進行優(yōu)劣排序。

3 雷達裝備電磁環(huán)境適應性評價算例

3.1 計算示例

設雷達A和B，通過電磁環(huán)境適應性試驗獲得其原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 雷達裝備電磁環(huán)境適應性試驗數(shù)據(jù)Table 1 Parameters for complex electromagnetic environmental worthiness experiment of radar equipment

由表1得原始數(shù)據(jù)矩陣，經(jīng)歸一化后得評價矩陣:

經(jīng)平均加權綜合(計算過程略)得雷達A和雷達B的電磁環(huán)境適應性評價值分別為0.896和0.954。

3.2 分析結論

按照第2節(jié)的指標體系和評價模型，對兩部雷達的電磁環(huán)境適應性進行了定量分析，從上述計算示例可以看出:

1)雷達裝備的電磁環(huán)境適應性評價指標包含多個方面，適應性評價是一個多指標綜合評價系統(tǒng)。文中運用層次分析法計算指標權重，運用最優(yōu)指標法計算指標值，綜合評價方法簡單易行。

2)文中給出的綜合評價方法科學合理，既能客觀衡量不同雷達裝備之間電磁環(huán)境適應性的相對優(yōu)劣程度，又能定量分析某雷達裝備在特定電磁環(huán)境適應性標準下的電磁環(huán)境適應性高低。

3)按照文中方法，評價結果具有區(qū)分不同裝備實體電磁環(huán)境適應能力的分辨率和劃定某裝備實體電磁環(huán)境適應能力的靈敏度，因此，該評價方法合理可行。

4 結語

未來戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境是武器裝備作戰(zhàn)運用時的客觀條件之一，尤其是像雷達這樣的電子信息裝備。雷達裝備的電磁環(huán)境適應性評價是裝備適應性檢驗試驗的關鍵技術之一，關系到裝備研制生產(chǎn)的進程和作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。論文從戰(zhàn)場電磁環(huán)境構成要素出發(fā)，全面系統(tǒng)地分析了雷達裝備面臨的電磁環(huán)境，構建了科學完備的雷達裝備電磁環(huán)境適應性評價指標體系，并結合示例說明了評價指標和方法的實用性和科學性。其中的底層評價指標與試驗設計和數(shù)據(jù)采集的對應關系是今后進一步深入研究的方向之一，希望引起學者的共同關注。

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