艦載雷達(dá)主動反電子偵察技術(shù)

江　橋，侯慶禹，黃和國(．中國人民解放軍9785部隊(duì)，河北秦皇島066000; ．中國航天科工集團(tuán)85研究所，江蘇南京0007)

?

艦載雷達(dá)主動反電子偵察技術(shù)

江橋1，侯慶禹2，黃和國2
(1．中國人民解放軍92785部隊(duì)，河北秦皇島066000; 2．中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇南京210007)

摘要:目前艦載雷達(dá)主要采用捷變頻、復(fù)雜重頻、寬帶高增益脈沖壓縮、低副瓣天線以及發(fā)射功率管控等低截獲概率設(shè)計(jì)技術(shù)來提高其反電子偵察和抗干擾能力，屬于“防御性”的反電子偵察技術(shù)。從電子偵察系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在的弱點(diǎn)出發(fā)，提出對其進(jìn)行干擾的可能性，采取主動反電子偵察的方法來掩護(hù)己方艦載雷達(dá)工作，提高艦載雷達(dá)的電子對抗能力。

關(guān)鍵詞:艦載雷達(dá);雷達(dá)對抗;反電子偵察;主動干擾

0　引言

以AN/SPY-1相控陣?yán)走_(dá)為代表的艦載多功能雷達(dá)擔(dān)負(fù)著探測、搜索、跟蹤多目標(biāo)及制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種任務(wù)，其性能的優(yōu)劣直接影響著艦艇的作戰(zhàn)能力。近年來隨著電子戰(zhàn)技術(shù)的發(fā)展，具有強(qiáng)功率干擾能力的電子戰(zhàn)飛機(jī)對艦載雷達(dá)工作構(gòu)成了很大威脅，而在未來作戰(zhàn)過程中，艦載雷達(dá)將面臨綜合電子干擾、低空/超低空突防、高速反輻射導(dǎo)彈和隱身飛機(jī)轟炸等威脅，因此必須提升艦載雷達(dá)對電子戰(zhàn)裝備的對抗能力，以維持艦載雷達(dá)在未來海戰(zhàn)中的作戰(zhàn)能力［1］。

目前艦載雷達(dá)反電子對抗的一個重要手段是采用低截獲概率雷達(dá)技術(shù)，即捷變頻技術(shù)、復(fù)雜重頻設(shè)計(jì)技術(shù)(包括重頻參差、重頻抖動、重頻滑變等)、寬帶高增益脈沖壓縮技術(shù)、低副瓣天線技術(shù)以及發(fā)射功率控制等，以降低被對方電子偵察系統(tǒng)的偵收概率［2］。但上述技術(shù)措施都屬于“防御性”的反電子偵察技術(shù)，近年來國內(nèi)外很多學(xué)者也提出了可以采取“主動性”的反電子偵察技術(shù)措施，比如向電子偵察系統(tǒng)發(fā)射密集的載頻、重頻、信號形式多變的假雷達(dá)信號，以破壞電子偵察系統(tǒng)正常的信號分選工作;也可以在被保護(hù)雷達(dá)的發(fā)射信號中，附加一些專門設(shè)計(jì)的特殊調(diào)制信號，使電子偵察系統(tǒng)在信號解調(diào)過程中出錯或解調(diào)出特殊的調(diào)制信號，以干擾正常的信號處理工作等［3-4］。本文從電子偵察系統(tǒng)的工作特點(diǎn)出發(fā)，分析其存在的弱點(diǎn)，以及各類參數(shù)的干擾可行性，進(jìn)而提出一些主動干擾策略，通過干擾敵方的電子偵察系統(tǒng)，達(dá)到掩護(hù)己方艦載雷達(dá)信號的目的。

1　電子偵察系統(tǒng)分析

電子偵察系統(tǒng)主要包括用于自衛(wèi)干擾的雷達(dá)威脅告警、電子戰(zhàn)支援偵察(ESM)和電子情報(bào)偵察(ELINT)三大類，其中雷達(dá)威脅告警和ESM對系統(tǒng)處理速度要求高，需要對外界作戰(zhàn)環(huán)境快速做出反應(yīng)，側(cè)重于對重點(diǎn)威脅雷達(dá)信號的快速截獲與識別;而ELINT側(cè)重于情報(bào)信息的獲取，對雷達(dá)信號參數(shù)、工作模式等指標(biāo)的分析精度有較高要求，不要求實(shí)時給出戰(zhàn)場環(huán)境中的信息。雖然電子偵察系統(tǒng)分為上述三大類，但其系統(tǒng)組成是類似的，僅僅是根據(jù)不同的應(yīng)用需求，對接收靈敏度、工作帶寬、參數(shù)測量的種類、精度、實(shí)時性等要求有所差異，下面針對電子偵察系統(tǒng)的組成來分析其特點(diǎn)與存在的一些局限性。

1．1系統(tǒng)組成

圖1是典型電子偵察系統(tǒng)信號處理流程示意圖［5］，首先是經(jīng)過高靈敏度的寬帶接收機(jī)完成對外界電磁環(huán)境的偵察接收，然后經(jīng)過脈沖參數(shù)測量算法，獲取雷達(dá)參數(shù)，包括頻率、脈寬、幅度、重頻、角度、調(diào)制信息等，最后基于上述參數(shù)進(jìn)行脈沖分選，并結(jié)合情報(bào)數(shù)據(jù)庫及威脅數(shù)據(jù)庫的信息，完成威脅雷達(dá)輻射源的識別，為后續(xù)作戰(zhàn)措施提供依據(jù)。

圖1　電子偵察系統(tǒng)信號處理示意圖

根據(jù)不同的作戰(zhàn)應(yīng)用需求，在信號截獲與參數(shù)測量方法與策略方面有所取舍，例如雷達(dá)威脅告警應(yīng)用中，重點(diǎn)是完成對外界是否存在威脅數(shù)據(jù)庫中的威脅雷達(dá)對象的判別，并快速進(jìn)行告警，因此參數(shù)測量的重點(diǎn)是頻率、重頻和角度信息，為達(dá)到時效性，允許損失一定的參數(shù)測量精度。而ELINT應(yīng)用中，則更關(guān)注雷達(dá)輻射源情報(bào)信息的準(zhǔn)確性與完備性，因此參數(shù)測量的類型應(yīng)盡可能全面、準(zhǔn)確，對實(shí)時性沒有嚴(yán)格要求，甚至允許采用事后處理的手段來提高參數(shù)測量精度與獲取更全面的輻射源信息。

總的來說，目前先進(jìn)的電子偵察系統(tǒng)具有寬帶瞬時截獲、偵察靈敏度高、參數(shù)測量精度高、對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。主動反電子偵察技術(shù)要發(fā)揮作用，達(dá)到影響電子偵察系統(tǒng)工作性能的目的，主要的途徑是通過破壞其參數(shù)測量與信號分選的有效性。

1．2系統(tǒng)弱點(diǎn)

下面針對頻率測量、角度測量和信號分選工作體制與可能存在的弱點(diǎn)進(jìn)行簡要分析。

1．2．1測頻體制弱點(diǎn)分析

雷達(dá)告警接收機(jī)中的測頻體制有模擬和數(shù)字兩大類［6］。模擬體制中較多的是瞬時測頻接收機(jī)、信道化接收機(jī)、超外差接收機(jī);數(shù)字體制中主要是數(shù)字信道化接收機(jī)。兩類測頻都存在自身的弱點(diǎn)［7］。

1)瞬時測頻接收機(jī)不適應(yīng)同時多信號，且其雷達(dá)信號類型適應(yīng)性不強(qiáng);

2)信道化接收機(jī)頻域截獲帶寬較寬，易受到噪聲干擾而引起測頻錯誤;

3)超外差接收機(jī)對于寬帶雷達(dá)信號的截獲概率較低;

4)數(shù)字接收機(jī)中的部分?jǐn)?shù)字測頻方法對于信噪比要求較高，受到噪聲干擾時測頻誤差較大。

這些都為對偵察系統(tǒng)實(shí)施干擾提供了可行的突破點(diǎn)。

1．2．2測向接收機(jī)技術(shù)體制弱點(diǎn)分析

確定雷達(dá)信號的到達(dá)方向或角度是電子偵察的重要功能，能夠提供威脅目標(biāo)的來襲方向或完成對威脅目標(biāo)的定位。典型的測向方法主要有振幅法、相位法和時差法［8］。其中振幅法測向技術(shù)包括波束搜索法、雙波束脈沖比幅法測向和全向振幅單脈沖測向技術(shù)等。相位法測向技術(shù)包括相位干涉儀測向和線性相位多模圓陣測向。時差法測向技術(shù)中的短基線時差測向基本原理是根據(jù)電磁信號到達(dá)2個或多個站的時間差來對輻射源的方向進(jìn)行測量。上述典型的測向技術(shù)存在以下的局限性:

1)波束搜索法測向系統(tǒng)由于瞬時工作空域較小，不能滿足偵察系統(tǒng)的寬開空域偵察的要求，故較少在偵察系統(tǒng)中使用，且測向精度較差。

2)比幅測向系統(tǒng)能夠?qū)沼蜻M(jìn)行360°全向覆蓋，在機(jī)載雷達(dá)偵察告警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，但是其測向原理是通過比較2個或者多個通道中的信號因相位差而引起的幅度差來實(shí)現(xiàn)測向，所以在復(fù)雜電磁環(huán)境中存在多信號或者干擾的情況下，測向誤差將會增大。

3)時差法測向同樣是通過測量脈沖到達(dá)時差引起的相位差來實(shí)現(xiàn)測向，對于時差測量精度要求較高，同樣也面臨在多信號和噪聲干擾情況下測向誤差增大的問題。

4)相位法測向是根據(jù)測向天線系統(tǒng)偵收同一信號的相對相位差來確定信號的到達(dá)角，該方法同樣受到多信號和噪聲的影響。

1．2．3信號分選弱點(diǎn)分析

電子偵察系統(tǒng)的接收前端送來的是密集交疊的雷達(dá)信號脈沖流，從這種隨機(jī)交疊的脈沖信號流中分離出各雷達(dá)的脈沖信號并提取相應(yīng)雷達(dá)相關(guān)參數(shù)的過程稱為信號分選。簡單地說，信號分選就是一個去交疊、去交錯的過程。傳統(tǒng)的信號分選是基于脈沖重復(fù)間隔(PRI)去交錯處理進(jìn)行主分選，典型算法包括動態(tài)關(guān)聯(lián)法、直方圖法、PRI變換法等。為應(yīng)對日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，研究人員提出了盲信號分選、復(fù)雜信號聚類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分選、脈內(nèi)細(xì)微特征分選等多信號分選算法［9］。

考慮到上述單個分選算法都存在一些應(yīng)用的局限性，為取得更好的工程應(yīng)用效果，將采用多參數(shù)聯(lián)合分選的方法［10］。典型的多參數(shù)雷達(dá)信號分選流程一般可分為兩部分:首先是雷達(dá)信號的預(yù)處理，包括已知輻射源的匹配與扣除，到達(dá)方向(DOA)、脈沖寬度(PW)、雷達(dá)頻率(RF)聯(lián)合分選，預(yù)處理的目的是為了稀釋脈沖流，為主分選做準(zhǔn)備;然后是主分選，包括基于脈沖重復(fù)周期(PRI)特征進(jìn)行分選，主分選的目的就是將相同參數(shù)的雷達(dá)識別出來。

無論采取何種信號分選方式，其核心都涉及到時域參數(shù)到達(dá)時間(TOA)的測量，所以對于截獲脈沖信號的TOA和雷達(dá)自身信號的相關(guān)性要求較高，一旦出現(xiàn)測量誤差或者雜亂虛假脈沖就會使分選錯誤。

2　主動反電子偵察

針對電子偵察系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在的局限性，下面將從頻域參數(shù)、時域參數(shù)、空域參數(shù)及信號處理四個方面展開干擾分析。

2．1頻域參數(shù)干擾

考慮到目前大多數(shù)瞬時測頻接收機(jī)不適應(yīng)多信號，即無法分辨同時到達(dá)的信號，因此可以采取多個時域重疊信號干擾瞬時測頻接收機(jī)的方法［11］。針對瞬時測頻接收機(jī)無法對單個脈沖內(nèi)出現(xiàn)的多個載頻進(jìn)行正確測量，因此可以采用前沿頻率掩護(hù)的方法，即在脈沖信號前沿產(chǎn)生假載頻的方法，使得接收機(jī)在采樣測頻時對假載頻進(jìn)行測量，從而有效保護(hù)真實(shí)頻率［12］。對于信道化體制的測頻接收機(jī)，可以采取梳狀譜干擾技術(shù)，使接收機(jī)將常規(guī)雷達(dá)信號“誤認(rèn)為”頻率分集雷達(dá)信號，達(dá)到欺騙性效果［13］。

同時，連續(xù)波噪聲干擾在保證一定功率的前提下，對任意測頻體制的接收機(jī)都有干擾效果，能夠提升電子偵察系統(tǒng)的檢測噪聲電平，一方面能夠影響接收機(jī)的正常檢測，另一方面能夠降低其測頻精度。

2．2時域參數(shù)干擾

時域參數(shù)主要包括雷達(dá)信號幅度、脈寬、到達(dá)時間、重復(fù)周期，都與雷達(dá)信號的脈沖包絡(luò)有關(guān)聯(lián)。影響脈沖包絡(luò)的因素主要有噪聲、接收機(jī)濾波器帶寬、檢波算法和多徑效應(yīng)等。濾波器帶寬與檢波算法是電子偵察系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)，無法進(jìn)行干擾;當(dāng)電子偵察系統(tǒng)裝備在機(jī)載平臺時，一般也較少受到多徑效應(yīng)的影響，因此對時域參數(shù)的干擾將重點(diǎn)關(guān)注于噪聲干擾。

張國利、畢大平等對噪聲干擾對雷達(dá)偵察系統(tǒng)截獲能力的影響做了分析［14］，考慮到噪聲干擾的目的是保護(hù)己方艦載雷達(dá)信號不被偵察系統(tǒng)截獲，因此干擾信號僅需考慮己方雷達(dá)信號的頻點(diǎn)和帶寬，以達(dá)到最佳干擾功率分配。隨著噪聲干擾功率的增大，電子偵察系統(tǒng)的檢測靈敏度將會下降，一方面降低了己方雷達(dá)信號被截獲的概率，另一方面使得電子偵察系統(tǒng)的檢測虛警概率上升，即較多噪聲超出了檢測門限值，同時也直接對參數(shù)測量的精度產(chǎn)生影響。

因此對時域參數(shù)實(shí)施干擾時，可以采用噪聲干擾和相干重疊脈沖，破壞己方雷達(dá)信號的包絡(luò)和抬高對方電子偵察接收機(jī)的噪聲基底，進(jìn)而干擾電子偵察系統(tǒng)對己方雷達(dá)信號時域參數(shù)的準(zhǔn)確測量。

2．3空域參數(shù)干擾

這里空域參數(shù)主要是方位角度(到達(dá)角)信息，而角度信息是偵察系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一。根據(jù)上文對測向技術(shù)體制的分析，振幅法、相位法和時差法測向都不能同時處理多個信號，且對噪聲較為敏感。

因此針對振幅法測向，可以采用平臺外的電子干擾裝置配合工作，發(fā)射與己方艦載雷達(dá)相似頻率與脈沖參數(shù)的干擾信號，隨著干擾信號功率的增加，電子偵察系統(tǒng)的測角結(jié)果逐漸偏離雷達(dá)信號的真實(shí)入射角，測量誤差逐漸增加，當(dāng)干擾源功率與雷達(dá)信號功率相同時，測量結(jié)果為兩者夾角的中間，造成測角錯誤，增加電子偵察系統(tǒng)依靠空域?qū)Χ嗄繕?biāo)進(jìn)行分選的難度，達(dá)到保護(hù)己方雷達(dá)信號的目的［15］。類似的干擾方法也適用于對抗相位法和時差法測向體制。

同時，大功率噪聲干擾作為一種傳統(tǒng)、簡單的干擾方式，同樣能夠?qū)Ω黝悳y向體制起到干擾作用，降低其測向精度，影響電子偵察系統(tǒng)基于精確角度信息來完成輻射源分選、定位的能力。

2．4信號處理干擾

1)信號分選的干擾

目前對電子偵察系統(tǒng)的信號處理部分的干擾主要是破壞其信號分選能力，重點(diǎn)體現(xiàn)在對雷達(dá)PRI的干擾。林志遠(yuǎn)和陶本仁根據(jù)電子攻擊信號脈沖與被保護(hù)雷達(dá)信號脈沖在重疊時間大小以及先后到達(dá)順序上的不斷變化，使合成信號的幅度發(fā)生起伏，改變合成信號的脈沖寬度，掩蓋了目標(biāo)雷達(dá)信號的時域參數(shù)，達(dá)到干擾分選的目的［16］。

因此對信號分選的干擾，可以通過多種干擾途徑來實(shí)現(xiàn)。一是采用噪聲干擾以降低對雷達(dá)信號的TOA測量精度;二是有針對性地增加干擾脈沖，使得對方偵察接收機(jī)無法獲取己方雷達(dá)真實(shí)的PRI信息。根據(jù)分析，增加干擾脈沖過程中，隨機(jī)干擾脈沖主要起到增加環(huán)境中信號密度的作用，以消耗信號處理機(jī)的運(yùn)算資源;而有規(guī)律的干擾脈沖，則能夠改變TOA分選算法對真實(shí)雷達(dá)序列屬性的統(tǒng)計(jì)，取得欺騙干擾的效果［5］。

2)掩護(hù)脈沖干擾

偵察接收機(jī)在參數(shù)測量過程中，對雷達(dá)重復(fù)頻率有一個適應(yīng)能力，當(dāng)重復(fù)頻率大于某一值時，則接收機(jī)會出現(xiàn)丟脈沖現(xiàn)象。針對這個特點(diǎn)，可以有針對性地進(jìn)行干擾，即在雷達(dá)真實(shí)脈沖發(fā)射前的某一時刻發(fā)射干擾掩護(hù)脈沖，使得對方接收機(jī)只能得到該干擾脈沖參數(shù)，而丟失真實(shí)雷達(dá)脈沖參數(shù)，達(dá)到掩護(hù)己方雷達(dá)的目的。

3　結(jié)束語

在作戰(zhàn)過程中，為提升艦載雷達(dá)的戰(zhàn)場生存能力，盡可能降低其被對方電子偵察系統(tǒng)截獲的概率，目前主要采用的是被動反電子偵察技術(shù)，如低截獲概率設(shè)計(jì)技術(shù)。為增加其反偵察技術(shù)手段，本文對雷達(dá)主動反電子偵察技術(shù)開展了研究。通過對典型電子偵察系統(tǒng)的組成及存在的弱點(diǎn)進(jìn)行分析，提出從頻域參數(shù)、時域參數(shù)、空域參數(shù)以及信號處理等四方面開展主動干擾，以達(dá)到掩護(hù)己方雷達(dá)信號的目的，為艦載雷達(dá)的抗干擾技術(shù)發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn):

［1］張玉冊，李靜，曾海兵．艦載雷達(dá)反對抗能力存在問題及技術(shù)改進(jìn)措施［J］．艦船電子對抗，2003，26(5) : 26－28．

［2］Pace PE．Detecting and classifying low probability of intercept radar［M］．Artech House，2009．

［3］陶本仁．對反電子偵察技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)［J］．國際電子戰(zhàn)，2008(6) : 2．

［4］Johnston SL．CESM——a new category of radar ECCM［J］．IEEE Trans．on AES Systems，1995，31(2) : 854－857．

［5］戴勝波，雷武虎，程藝喆，等．基于TOA分選的反電子偵察方法［J］．電子信息對抗技術(shù)，2014，29(4) : 45－48．

［6］劉小明，陳東香，茹冬生．現(xiàn)代測頻接收機(jī)綜述［J］．科技信息，2010(21) : 608－610．

［7］林鈺，余強(qiáng)，畢大平．雷達(dá)反空間反電子偵察的干擾方法研究［J］．艦船電子對抗，2014，37(3) : 7－11．

［8］羅景青．雷達(dá)對抗原理［M］．北京:解放軍出版社，2003．

［9］楊學(xué)永，宋國棟，錢軼，等．現(xiàn)代雷達(dá)信號分選跟蹤的幾種方法［J］．現(xiàn)代雷達(dá)，2014，36(3) : 43－47．

［10］余強(qiáng)，畢大平，沈愛國，等．ELINT/ESM系統(tǒng)與有源對抗技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀綜述［J］．航天電子對抗，2014，30(6) :57－61．

［11］林志遠(yuǎn)．雷達(dá)截獲系統(tǒng)電子攻擊技術(shù)研究［D］，西安:空軍工程大學(xué)，2004．

［12］王柏杉，楊連洪．脈沖多載頻調(diào)制的雷達(dá)反偵察［J］．艦船電子對抗，2006，29(5) : 15－17．

［13］張國利，畢大平，楊謝．信道化接收機(jī)的梳狀譜干擾效果分析［J］．電子信息對抗技術(shù)，2013，28(4) : 47－50．

［14］張國利，畢大平，李磊．噪聲干擾對雷抗偵察系統(tǒng)截獲能力影響分析［J］．航天電子對抗，2013，29(3) : 51－53．

［15］張國利，畢大平，沈愛國，等．雷達(dá)偵察比幅測向系統(tǒng)干擾技術(shù)［J］．火力與指揮控制，2013，38(6) : 48－50．

［16］林志遠(yuǎn)，陶本仁．雷達(dá)截獲系統(tǒng)電子攻擊布站研究［J］．航天電子對抗，2006，22(1) : 45－47．

Active CESM techniques of shipborne radar

Jiang Qiao1，Hou Qingyu2，Huang Heguo2
(1．Unit 92785 of PLA，Qinghuangdao 066000，Hebei，China; 2．No．8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Abstract:The low probability of intercept (LPI) techniques，belonging to‘defence’counter electronic support measure (CESM) technology，such as frequency agility，complex PRF，broadband high-gain pulse compression，low side-lobe antenna and flexible beam control technique，are used to improve the CESM ability and anti-jamming ability of shipborne radar．According to the characteristics of electronic reconnaissance system，and the probability of being jammed，active CESM techniques are proposed to cooperate with the shipborne radar and improve its electronic countermeasures ability．

Key words:shipborne radar; radar countermeasures; counter electronic support measure(CESM) ; active jamming

作者簡介:江橋(1976－)，男，工程師，主要研究方向?yàn)殡娮訉埂?/p>

收稿日期:2015－09－30; 2015－11－10修回。

中圖分類號:TN973; TN974

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A