射頻隱身性能測(cè)試評(píng)估技術(shù)研究

趙東濤等

摘 要：文章從無(wú)源探測(cè)的角度介紹了機(jī)載射頻信號(hào)的快速掃描、判斷分析，特征信息測(cè)量的探測(cè)方法；給出了利用信號(hào)特征信息與模板庫(kù)信號(hào)進(jìn)行匹配識(shí)別方法；提出了用聯(lián)合截獲概率來(lái)評(píng)估射頻隱身性能評(píng)估方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)源探測(cè)；射頻隱身；匹配識(shí)別

1 引言

飛行器射頻隱身技術(shù)是指機(jī)載雷達(dá)、通信導(dǎo)航識(shí)別（CNI）、數(shù)據(jù)鏈等機(jī)載電子設(shè)備抵御射頻無(wú)源探測(cè)、跟蹤、識(shí)別的隱身技術(shù)，以減少射頻無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)的作用距離及跟蹤制導(dǎo)精度，從而提高飛機(jī)的突防能力、生存能力和作戰(zhàn)效能。無(wú)源探測(cè)設(shè)備通過(guò)截獲載體平臺(tái)自身攜帶的輻射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理、識(shí)別，估計(jì)出目標(biāo)信號(hào)的到達(dá)方向，進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和跟蹤，確定平臺(tái)的位置信息。

美國(guó)在1979-1980年就完成了第一個(gè)射頻隱身的飛行試驗(yàn)測(cè)試，僅滯后美國(guó)第一架隱身飛行器F-117的驗(yàn)證機(jī)“海弗藍(lán)”首飛一年多時(shí)間[1]。美國(guó)目前已經(jīng)全面掌握了射頻隱身技術(shù)，為新一代戰(zhàn)斗機(jī)F-22和F-35研制了射頻隱身性能良好的機(jī)載雷達(dá)、通信導(dǎo)航識(shí)別等電子設(shè)備，各類機(jī)載電子設(shè)備輻射能量的自適應(yīng)控制技術(shù)、射頻隱身波形設(shè)計(jì)技術(shù)等射頻隱身技術(shù)[1]。國(guó)內(nèi)目前在通信偵察和雷達(dá)偵察系統(tǒng)等方面的研究均已取得了很大的進(jìn)展，但對(duì)于綜合一體化射頻隱身研究處于演示驗(yàn)證階段。為了更好地研究、更有效地運(yùn)用射頻隱身技術(shù)和裝備，就必須對(duì)其效能進(jìn)行合理的、有效的評(píng)估。

如何進(jìn)行軍機(jī)射頻隱身性能測(cè)試評(píng)估，目前尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一、全面的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此需要進(jìn)行深入研究。文章從無(wú)源探測(cè)的角度分析給出了機(jī)載射頻信號(hào)快速掃描、判斷分析，特征信息測(cè)量的方法，從軍機(jī)射頻隱身性能飛行試驗(yàn)的角度給出了用聯(lián)合截獲概率來(lái)評(píng)估射頻隱身性能的方法。

2 測(cè)試原理及方法

射頻隱身技術(shù)的目的是降低平臺(tái)被無(wú)源探測(cè)設(shè)備偵測(cè)的概率，即截獲接收機(jī)是射頻信號(hào)威脅的主要來(lái)源。截獲接收機(jī)的基本功能有兩個(gè)方面：探測(cè)截獲和分類識(shí)別。因此，這兩個(gè)基本功能也就成為射頻隱身測(cè)試技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)。

2.1 測(cè)試原理

射頻信號(hào)監(jiān)測(cè)的原理是通過(guò)對(duì)空間信號(hào)進(jìn)行搜索、檢測(cè)、截獲、測(cè)量和識(shí)別，獲取信號(hào)的特征參數(shù)和類別，將特征參數(shù)與模板庫(kù)信號(hào)進(jìn)行匹配識(shí)別，對(duì)有用信號(hào)分類后保留分析，必要時(shí)進(jìn)行監(jiān)聽、監(jiān)視，并對(duì)其實(shí)施監(jiān)管，對(duì)無(wú)用的信號(hào)的剔除信號(hào)的搜索是尋找信號(hào)的過(guò)程，在搜索的同時(shí)對(duì)信號(hào)實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)就是發(fā)現(xiàn)信號(hào)。判斷有無(wú)信號(hào)的依據(jù)通常是信號(hào)電平，當(dāng)接收設(shè)備在某種狀態(tài)下輸出大于“門限”電平時(shí)，就判定為信號(hào)存在，反之就是無(wú)信號(hào)存在。

截獲是指對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)截取，雷達(dá)信號(hào)截獲定義為：“連續(xù)檢測(cè)到幾個(gè)信號(hào)脈沖，并據(jù)此測(cè)出信號(hào)的基本參數(shù)”；通信信號(hào)的截獲定義為：“檢測(cè)到信號(hào)并已截取或抽樣到了足夠的信號(hào)長(zhǎng)度，能夠從中提取出該信號(hào)的基本參數(shù)”。

測(cè)量是指對(duì)截獲的信號(hào)各參數(shù)的測(cè)試和估計(jì)。包括各領(lǐng)域的參數(shù)測(cè)量，如頻率域的參數(shù)有中心頻率、帶寬、變換速率等；時(shí)間域的參數(shù)有脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期等；調(diào)制域的參數(shù)有調(diào)幅和調(diào)頻的調(diào)制指數(shù)、數(shù)字信號(hào)的碼元速率等[2]。

信號(hào)識(shí)別是信號(hào)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要功能。通常信號(hào)的識(shí)別是通過(guò)提取信號(hào)固有的個(gè)體特征信息后，與模板庫(kù)中信號(hào)特征進(jìn)行匹配，達(dá)到對(duì)有用信號(hào)識(shí)別的目的。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建

射頻隱身檢測(cè)系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號(hào)偵收系統(tǒng)、通信信號(hào)偵收系統(tǒng)、塔康信號(hào)偵收系統(tǒng)及實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀、主控分系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、輔助設(shè)備等組成。

2.3 測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

測(cè)試系統(tǒng)對(duì)空間環(huán)境電磁信號(hào)進(jìn)行掃頻搜索，檢測(cè)并截獲，獲得掃描各處的場(chǎng)強(qiáng)后；另一重要的任務(wù)就是信號(hào)分析，即從一個(gè)多種信號(hào)構(gòu)成的復(fù)雜信號(hào)環(huán)境中，分選和分離每個(gè)信號(hào)，測(cè)量和分析各個(gè)信號(hào)的基本參數(shù)，將信號(hào)特征信息與模板庫(kù)信號(hào)進(jìn)行匹配識(shí)別，對(duì)無(wú)用信號(hào)的剔除，有用信號(hào)分類后進(jìn)一步分析識(shí)別。

2.3.1 雷達(dá)信號(hào)特征識(shí)別

雷達(dá)信號(hào)識(shí)別的方法是利用雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)和實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀對(duì)信號(hào)形式與模板庫(kù)比對(duì)分析脈內(nèi)特征，當(dāng)各參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中某一雷達(dá)的數(shù)據(jù)相符時(shí)，即被識(shí)別為該雷達(dá)，匹配模板法的關(guān)鍵技術(shù)包括模板庫(kù)的創(chuàng)建、匹配算法的實(shí)現(xiàn)、匹配輸出性能參數(shù)提取，系統(tǒng)流程如圖3所示。

雷達(dá)信號(hào)接收機(jī)對(duì)接收到的實(shí)時(shí)雷達(dá)信號(hào)測(cè)出每一個(gè)脈沖到達(dá)的方位角度和幅度或脈沖功率，然后對(duì)信號(hào)采集，采集到的信號(hào)由雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理器進(jìn)行處理，分析每個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)間（TOA）、脈沖寬度（Pw）、載頻（RF）等參數(shù)及信號(hào)脈內(nèi)特征，所有參數(shù)組合后形成脈沖描述字（PDW）。信號(hào)預(yù)處理對(duì)實(shí)時(shí)輸入的脈沖描述字（PDW）與模板庫(kù)中已知雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行快速的比較，模板庫(kù)中雷達(dá)的參數(shù)是預(yù)先裝載的，將認(rèn)定為無(wú)用信號(hào)的立即剔除，有用信號(hào)分類后裝入緩存器。信號(hào)主處理對(duì)信號(hào)預(yù)處理所得到的存在緩存器中的雷達(dá)脈沖描述字（PDW）數(shù)據(jù)，按照雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知信息，進(jìn)一步對(duì)與雷達(dá)特性不匹配的數(shù)據(jù)進(jìn)行去除，對(duì)在雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行雷達(dá)輻射信號(hào)檢測(cè)、狀態(tài)識(shí)別、參數(shù)評(píng)估等，并將處理結(jié)果進(jìn)行顯示和記錄。

2.3.2 通信信號(hào)特征識(shí)別

通信信號(hào)的偵察是使用通信偵察設(shè)備和無(wú)線電測(cè)向設(shè)備搜索、截獲無(wú)線電通信的工作頻段，經(jīng)過(guò)分析識(shí)別以獲取通信體制、調(diào)制方式、測(cè)定通信信號(hào)的來(lái)波方向并對(duì)電臺(tái)定位，對(duì)電臺(tái)信號(hào)特征參數(shù)分析，實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)的主要技術(shù)參數(shù)。對(duì)模擬調(diào)幅（AM）信號(hào)，主要參數(shù)有載波頻率、信號(hào)電平、帶寬、調(diào)幅度和調(diào)制方式等；對(duì)于模擬調(diào)頻（FM）信號(hào)，除了載波頻率、信號(hào)電平、帶寬外，其調(diào)制參數(shù)包括最大頻偏、調(diào)頻指數(shù)等；對(duì)于數(shù)字通信信號(hào)，除了載波頻率、信號(hào)電平、帶寬等通用參數(shù)外，還有碼元速率、符號(hào)速率等基本參數(shù)。必要時(shí)，在偵查過(guò)程中，根據(jù)需要，對(duì)截獲的電臺(tái)進(jìn)行測(cè)向和定位。

3 射頻隱身性能的評(píng)估方法

飛機(jī)采用綜合射頻管理后，其設(shè)計(jì)特殊的多功能相控陣天線的優(yōu)勢(shì)可以最大限度使雷達(dá)設(shè)備的優(yōu)良性能為通信所共用，使其能夠勝任雷達(dá)、電子戰(zhàn)和高速數(shù)據(jù)鏈等各種功能的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)使命[2]。相控陣天線系統(tǒng)方向圖不再是單個(gè)雷達(dá)的天線方向圖，而在空間通過(guò)相控陣系統(tǒng)合成一個(gè)綜合的天線方向圖，而且系統(tǒng)掃描方式也具有捷變性[2]。

飛機(jī)上射頻輻射源工作時(shí)，由于天線波束寬度的存在，會(huì)導(dǎo)致天線主瓣覆蓋一定的區(qū)域。同時(shí)，天線副瓣覆蓋了天線周圍大部分的空間，主副瓣中包含的輻射能量如果超過(guò)最小門限值的截獲接收機(jī)都有截獲定位該飛機(jī)的可能。因此，飛機(jī)的射頻隱身性能可以用天線波束覆蓋區(qū)中截獲接收機(jī)的聯(lián)合截獲概率來(lái)評(píng)估。4 結(jié)束語(yǔ)

射頻隱身性能測(cè)試、評(píng)估屬于一個(gè)新的課題，國(guó)內(nèi)研究還處于起步階段。經(jīng)過(guò)查閱大量資料，美國(guó)新一代戰(zhàn)斗機(jī)F-22和F-35研制了射頻隱身性能良好的機(jī)載雷達(dá)、通訊導(dǎo)航識(shí)別（CNI）等電子設(shè)備，掌握了射頻隱身性能的測(cè)試方法、參量指標(biāo)選取方法及射頻隱身性能的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。文章借鑒了美軍F-22和F-35射頻隱身評(píng)估方法，初步確立了機(jī)載射頻信號(hào)快速的掃描、判斷分析、特征信息測(cè)量方法，給出了用聯(lián)合截獲概率來(lái)評(píng)估射頻隱身性能的方法，該方法可為后續(xù)射頻隱身試飛測(cè)試提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

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[3] 楊紅兵，周建江等.飛機(jī)射頻隱身表征參量及其影響因素分析[J]. 航空學(xué)報(bào)，2010，31（10）：2040-2045.

作者簡(jiǎn)介：趙東濤（1981-），男，陜西扶風(fēng)人，工程師，主要從事隱身技術(shù)與目標(biāo)電磁散射、輻射特性試飛研究工作。

王海風(fēng)（1980-），男，河南太康人，工程師，主要從事隱身技術(shù)與目標(biāo)電磁散射、輻射特性試飛研究工作。

王浩（1982-），男，陜西富平人，工程師，主要從事隱身技術(shù)與目標(biāo)紅外散射特性試飛研究工作。