對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核指標體系

孫希東

(解放軍91404部隊,　河北 秦皇島 066001)

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對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核指標體系

孫希東

(解放軍91404部隊,河北 秦皇島 066001)

復雜電磁環(huán)境已成為現(xiàn)代戰(zhàn)場的主要特征之一，導致復雜電磁環(huán)境適應性考核成為電子信息裝備發(fā)展的必然要求。針對對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核設計需求，首先，分析了對空情報雷達面臨的威脅電磁環(huán)境、背景電磁環(huán)境和組合電磁環(huán)境；然后，給出了對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核的技術指標；最后，提出了系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標，為開展復雜電磁環(huán)境適應性考核提供技術支持。

情報雷達；復雜電磁環(huán)境；適應性；考核；指標體系

0　引　言

現(xiàn)代電子信息裝備面臨的戰(zhàn)場環(huán)境十分復雜：一是用頻裝備種類繁多，加上各類電磁干擾系統(tǒng)，使得電磁環(huán)境復雜多變，難以整體把握；二是頻譜使用重疊，自擾互擾嚴重；三是裝備部署統(tǒng)籌難度大，頻譜沖突加劇。復雜電磁環(huán)境已成為現(xiàn)代戰(zhàn)場的主要特征之一，電子信息裝備效能的發(fā)揮，與其對復雜電磁環(huán)境的適應性息息相關，這就要求在電子信息裝備論證、建設和試驗中，必須著重突出復雜電磁環(huán)境適應性的相關要求，以實現(xiàn)己方參戰(zhàn)裝備在復雜電磁環(huán)境下正常協(xié)同工作，充分發(fā)揮現(xiàn)代電子信息裝備的效能。以美國為首的西方軍事強國，廣泛開展了面向復雜電磁環(huán)境的武器裝備試驗與評價技術研究和能力建設，制定了一系列相關的標準、規(guī)范和程序來規(guī)范和指導武器裝備研制中復雜電磁環(huán)境適應性設計、研制、試驗與評價、考核[1-2]。在復雜電磁環(huán)境條件下開展試驗活動，是對電子信息裝備進行全面、科學試驗新的要求[3-4]。

文獻[5]研究了復雜電磁環(huán)境下火控雷達試驗方法；文獻[6]研究了復雜電磁環(huán)境下導彈末制導雷達試驗指標體系；文獻[7]研究了機載雷達抗干擾評估試驗方法。對空情報雷達主要分為警戒雷達、引導雷達和目標指示雷達，用于發(fā)現(xiàn)和探測中、高空遠距離目標，并測定其方位和距離坐標，評估指標的確立是進行雷達抗干擾性能評估的首要問題[8]，所以如何檢驗和提高其復雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)效能已經(jīng)成為亟待解決的難題。目前未見到對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核方法公開的文獻。本文首先，分析了對空情報雷達面臨的威脅電磁環(huán)境、背景電磁環(huán)境和組合電磁環(huán)境；然后，分析了對空情報雷達復雜環(huán)境適應性的技術指標；最后，給出了系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標。

1　對空情報雷達面臨的電磁環(huán)境

對空情報雷達可以提供對空情報，用于發(fā)布防空警報、引導殲擊機攔截敵方飛機和為防空武器系統(tǒng)提供指示目標。對空情報雷達面臨的電磁環(huán)境構成如圖1所示，主要包括威脅電磁環(huán)境和背景電磁環(huán)境。

圖1　對空情報雷達面臨的電磁環(huán)境構成

1.1威脅電磁環(huán)境

根據(jù)主要作戰(zhàn)對手電子干擾裝備及技術發(fā)展的情況，對空情報雷達面臨的威脅電磁環(huán)境主要分為以下4類：

1)有源壓制式干擾環(huán)境

有源壓制式干擾環(huán)境主要包括瞄準式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾環(huán)境。其中，瞄準式干擾和阻塞式干擾環(huán)境描述參數(shù)包括干擾有效輻射功率、干擾作戰(zhàn)使用方式(自衛(wèi)、隨隊、支援等)、干擾波束寬度、干擾極化方式、干擾帶寬、電子戰(zhàn)飛機的典型航線高度、干擾施放的距離、噪聲產(chǎn)生方式、噪聲調(diào)制方式，掃頻式干擾環(huán)境描述參數(shù)除瞄準式干擾參數(shù)外，還應包括掃頻范圍、掃頻速度和掃頻方式。

2)有源欺騙式干擾環(huán)境

有源欺騙式干擾環(huán)境包括密集假目標干擾和航跡欺騙干擾環(huán)境，其中，密集假目標干擾環(huán)境描述參數(shù)包括干擾有效輻射功率、干擾作戰(zhàn)使用方式(自衛(wèi)、隨隊、支援等)、干擾波束寬度、干擾極化方式、假目標數(shù)目、假目標距離間隔、假目標距離范圍、假目標幅度調(diào)制方式、假目標運動速度范圍、電子戰(zhàn)飛機的典型航線高度、干擾施放的距離、干擾產(chǎn)生機理，航跡欺騙干擾環(huán)境描述參數(shù)包括干擾機有效輻射功率、干擾作戰(zhàn)使用方式(自衛(wèi)、隨隊、支援等)、干擾波束寬度、干擾極化方式、干擾機測頻與頻率跟蹤速度、航跡類型(直線、圓周等)、航跡數(shù)量、航跡假目標調(diào)制方式、航跡假目標運動速度、干擾產(chǎn)生機理。

3)箔條干擾環(huán)境

箔條的使用方式有自衛(wèi)干擾和形成干擾走廊兩種，描述參數(shù)包括有效反射面積、頻率響應(通常采用半波長振子)、頻譜標準差(譜寬)、平均多普勒頻移、極化特性、形成時間、持續(xù)時間和空間分布。

4)強電磁脈沖和高功率微波環(huán)境

強電磁脈沖環(huán)境描述參數(shù)主要是脈沖波形，高功率微波環(huán)境描述參數(shù)主要是等效輻射功率、波形、裝載平臺。在實際中應根據(jù)裝備實際情況，確定考核時是否需要設置強電磁脈沖環(huán)境。

1.2背景電磁環(huán)境

對空情報雷達面臨的背景電磁環(huán)境主要包括以下4類環(huán)境:

1)有源背景噪聲環(huán)境。主要包括雷達工作平臺、雷達所處地區(qū)噪聲環(huán)境，描述參數(shù)主要是雷達工作平臺噪聲電平(機載、艦載、球載、飛艇載)、雷達所處地區(qū)噪聲電平。

2)無源雜波干擾環(huán)境。主要包括地雜波、海雜波和氣象雜波，描述參數(shù)主要是雜波強度、雜波譜標準差。

3)己方互擾環(huán)境。己方互擾環(huán)境為己方用頻裝備之間造成的互擾，描述參數(shù)主要是干擾強度、信號形式。

4)雷電環(huán)境。雷電有直接效應和間接效應兩種，描述參數(shù)主要是波形。

2　對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核指標體系

對空情報雷達的技術性能主要包括：干擾感知能力、抗截獲能力和抗干擾能力。從系統(tǒng)層次測試評估來講，雷達的戰(zhàn)術性能指標主要包括檢測距離和作用范圍、雜波下可見度和速度響應、目標截獲時間、分辨率、角跟蹤響應、角跟蹤精度、目標識別等[9]。依據(jù)其主要用途和復雜電磁環(huán)境影響，構建對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核指標體系如圖2所示，主要包括技術指標體系和系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標體系。

圖2　對空情報雷達復雜電磁環(huán)境適應性考核指標體系

技術指標的測試包括具體參數(shù)和功能測試，主要為支撐系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標的實現(xiàn)，圖2中所列的技術指標僅具有代表性，隨著新體制雷達干擾感知、抗截獲、抗干擾能力的不斷提升需要不斷補充。而在各種復雜電磁環(huán)境條件以及組合條件下，對雷達系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標體系測試包含(但不限與)各系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標體系，還應該包括各技術指標對系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標的具體效用。

2.1技術指標

2.1.1干擾分析

1)干擾方式識別能力。是指對不同干擾類型和干擾方式的正確識別率。干擾類型主要包括連續(xù)波噪聲壓制干擾、脈沖式的欺騙干擾以及復合干擾。

2)干擾源偵察容量。對空情報雷達具有噪聲壓制式干擾源指向選通錄取功能，并提供干擾方位、仰角、干擾強度和時標信息。干擾源偵察容量是指360°方位內(nèi)可以形成的干擾源指向線的最大數(shù)量。

3)干擾源偵察距離。是指對于遠距離支援式干擾，在給定瞄準或掃頻式噪聲干擾等效功率密度的情況下，能夠檢測干擾源獲得干擾指向的干擾機最大距離。

2.1.2干擾源定向

1)干擾源定向精度。是指干擾源指向線錄取精度，包括方位精度和仰角精度。

2)干擾源指向分辨率。是指在一定分辨概率的情況下，在方位和仰角上分辨兩個干擾源的能力。

3)干擾源指向虛警率。是指沒有干擾源的情況下，給出干擾源指向的概率。

2.1.3扇區(qū)靜默

扇區(qū)靜默主要包括可設置的最小扇區(qū)范圍、可設置的最大扇區(qū)組數(shù)和扇區(qū)設置精度等指標。

2.1.4波形/波束/頻率捷變

波形捷變包括波形組數(shù)、捷變參數(shù)(脈寬、帶寬、信號調(diào)制方式、捷變時間)等指標。波束捷變指波束掃描捷變的隨機性。頻率捷變包括自適應頻率捷變和偽隨機頻率捷變，其中自適應頻率捷變的參數(shù)有變頻方式(脈間、脈組捷變)、變頻準確度(頻率捷變到干擾功率密度最小的頻點的概率)、捷變頻時間(由當前受干擾頻點捷變到干擾功率密度最小頻點的時間)，偽隨機頻率捷變的參數(shù)有變頻方式(脈間、脈組捷變)和變頻隨機性。

2.1.5頻率分集

頻率分集主要包括頻率分集帶寬和頻率分集數(shù)等指標。

2.1.6重頻調(diào)制

1)變化方式。主要包括重頻參差、重頻滑動、重頻抖動、成組重頻參差、成組重頻參差抖動的種類。

2)變化組數(shù)。主要包括成組重頻參差、成組重頻參差抖動的變T組數(shù)。

3)重頻抖動范圍。是指重頻值變化量比平均重頻值相對變化量。

4)重頻參差比。是指重頻參差周期變化值比平均重頻值相對變化量。

2.1.7副瓣對消

副瓣對消主要包括副瓣電平、干擾抑制比、信噪比得益和可同時對付的干擾源數(shù)目等指標。其中，副瓣電平指第一副瓣電平和平均副瓣電平，干擾抑制比指副瓣對消前后干擾強度的比值，信噪比得益指對消后信噪比/對消前信噪比。

副瓣電平通過常規(guī)天線方向圖測試即可得到；干擾抑制比和信噪比得益需要考慮分析靜態(tài)固定角度和動態(tài)全方位兩種情況。干擾抑制比通常通過A顯等類似方法讀取得到，一般情況下只能讀到靜態(tài)固定角度的干擾抑制比值；而信噪比得益則需要雷達自身模擬全方位目標，并在目標功率和干擾功率滿足一定條件的基礎上由雷達記錄的回波、點航跡文件得到。

2.1.8副瓣匿影

副瓣匿影包括副瓣保護概率、有效扇區(qū)范圍和主瓣損失概率。副瓣保護概率是指在假定正常工作環(huán)境下，施放欺騙式干擾后，從副瓣進入的欺騙式干擾數(shù)為 P1，采取副瓣匿影措施后，雷達副瓣區(qū)域剩余的欺騙式干擾數(shù)為P2，則定義副瓣保護概率為

(1)

有效扇區(qū)范圍指采取副瓣匿影措施后，假目標被有效抑制的方位扇區(qū)范圍，即在多大的扇區(qū)內(nèi)副瓣匿影起作用。在進行副瓣保護概率和有效扇區(qū)范圍的實際統(tǒng)計分析過程中，首先，要充分考慮雷達近程雜波對統(tǒng)計結果的影響，盡量選擇清潔區(qū)進行統(tǒng)計分析；其次，應該根據(jù)不同雷達的波束寬度對主瓣進入的干擾數(shù)進行剔除；然后，對于存在剩余的部分角度應該明確這些扇區(qū)的統(tǒng)計方法。

主瓣探測概率的損失在副瓣匿影設計和檢驗過程中需要參考考慮，是指在假定正常工作環(huán)境下，雷達正常跟蹤真實目標數(shù)N1，采取副瓣匿影措施后，雷達正常跟蹤的真實目標數(shù)N2，則定義主瓣損失概率參考指標為

(2)

2.1.9集能方式

主要包括集能區(qū)域信噪比得益、集能后信噪比/集能前信噪比等指標。

2.2系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標

系統(tǒng)級戰(zhàn)術指標為雷達在典型環(huán)境下的總體性能，文獻[10]中對雷達抗干擾效能評估指標的分類和評估指標的建立原則作出了科學的闡述，指標的典型分類包括抗壓制式干擾評估指標、抗欺騙式干擾評估指標、抗組合干擾評估指標，根據(jù)指標的不同分類選取不同的評估準則得到的可量化指標是有區(qū)別的。通常情況下對抗壓制式干擾評估選取的是功率準則，其對應可量化指標為自衛(wèi)距離、作用距離(或信噪比)得益比、目標跟蹤質(zhì)量；對抗欺騙式干擾評估選取的是效率準則，其對應可量化指標為目標跟蹤質(zhì)量、假目標剔除率；由于組合干擾包含了壓制性干擾和欺騙性干擾，所以對組合干擾評估指標在內(nèi)涵上也應該包含壓制性干擾和欺騙性干擾的評估指標。

2.2.1自衛(wèi)距離

1)自衛(wèi)距離定義

自衛(wèi)距離包括主瓣自衛(wèi)距離和副瓣自衛(wèi)距離。主瓣自衛(wèi)距離可以通過多次試驗取均值得到，也可以基于發(fā)現(xiàn)概率得到。當干擾從雷達不同方位的副瓣進入時，雷達的自衛(wèi)距離也是相應變化的，因此雷達自衛(wèi)距離是一個區(qū)間。特定角度的自衛(wèi)距離可以通過同主瓣自衛(wèi)距離相同的方式得到，而其他角度副瓣自衛(wèi)距離可以通過特定角度的自衛(wèi)距離和信噪比得益結合副瓣對消測試中的干擾抑制比得到。

2)作用距離(或信噪比)得益比

(3)

該指標將抗壓制式干擾性能與雷達本身固有的能力關聯(lián)起來，不同體制雷達的抗干擾能力可以進行統(tǒng)一比較。

如果要衡量雷達固有的抗干擾能力，即不采取任何抗干擾措施時的抗干擾能力，公式(3)可以簡化為

ηR=Rdj/Rmax

(4)

(5)

同樣，如果要衡量雷達固有的抗干擾能力，即不采取任何抗干擾措施時的抗干擾能力，式(5)可以簡化成

(6)

2.2.2目標跟蹤質(zhì)量

目標跟蹤質(zhì)量可分為兩個方面來考核,一方面為基于雷達檢測跟蹤概率的跟蹤質(zhì)量，另一方面為基于真值分析點跡精度的跟蹤質(zhì)量。

對目標跟蹤質(zhì)量的性能指標體現(xiàn)為干擾環(huán)境下雷達對真實目標的檢測跟蹤能力，檢驗時需要目標機配合進行多次飛行。假定一批目標在規(guī)定區(qū)域沿規(guī)定航線連續(xù)飛行，沒有干擾的情況下，雷達對該目標的正常檢測跟蹤概率為P0；在該區(qū)域施放干擾，雷達沒有采取抗干擾措施的情況下，雷達對該目標的正常檢測跟蹤概率為P1；在該區(qū)域施放干擾，雷達綜合采取抗干擾措施后，雷達對該目標的最優(yōu)正常檢測跟蹤概率為P2。由此可以定義基于目標跟蹤質(zhì)量的抗干擾性能指標

DM1=(P2-P1)/(P0-P1)

(7)

其中，雷達的檢測跟蹤概率定義為

(8)

式中：M為目標機在規(guī)定航線的飛行過程中雷達自動或半自動錄取并正常跟蹤的點數(shù)；N為目標機在規(guī)定航線的飛行過程中雷達總的觀測點數(shù)?；谡嬷捣治鳇c跡精度的考核主要考核指標距離、方位、俯仰的均方根誤差。

2.2.3假目標剔除概率

1)假目標點跡剔除率

假定沒有干擾的情況下，雷達正常工作環(huán)境下某一規(guī)定區(qū)域的顯示畫面點跡數(shù)為A0；在該區(qū)域施放密集假目標干擾，未采取任何抗干擾措施的情況下，該區(qū)域點跡數(shù)為A1；在該區(qū)域施放密集假目標干擾，雷達綜合采取抗干擾措施后，該區(qū)域最小點跡數(shù)為A2。定義假目標剔除概率性能指標為

DM2=(A1-A2)/(A1-A0)

(9)

抗密集假目標干擾性能檢驗以基于對真目標跟蹤概率的性能指標為最終準則，如果該指標實施中有困難，可以考慮采用假目標提出概率性能指標進行檢驗。

2)真假目標航跡識別率

針對假目標航跡剔除率的考核主要基于抗航跡欺騙干擾性能，采用真假目標聯(lián)合識別概率指標進行評估，檢驗時需要有多批(≥1批)目標配合飛行。假定沒有施放干擾，雷達正常工作環(huán)境下，在規(guī)定區(qū)域正常跟蹤(雷達自動或者半自動檢測錄取，跟蹤概率≥80%)的目標數(shù)為N0；在該區(qū)域內(nèi)施放多批(≥1批)虛假航跡欺騙干擾(航線與真實目標航跡不重合)后，雷達正常跟蹤的虛假目標數(shù)為P1，對真目標的跟蹤應不受影響；雷達綜合采取抗干擾措施后，在該區(qū)域正常跟蹤的最小虛假目標數(shù)為P2，正常跟蹤最大真實目標數(shù)為N2。定義抗航跡欺騙干擾性能真假目標聯(lián)合識別概率指標為

(10)

該指標是雷達對真假目標的聯(lián)合識別概率。

3　結束語

本文通過分析對空情報雷達面臨環(huán)境的電磁環(huán)境，探討得出復雜電磁環(huán)境下對空情報雷達適應性考核指標體系，為開展雷達裝備復雜電磁環(huán)境適應性考核設計提供支撐?；谠撝笜梭w系，后續(xù)可深入研究相關測試方法，通過科研試驗、訓練演練、戰(zhàn)法檢驗相結合的方式可對武器裝備系統(tǒng)進行全面客觀的試驗評估鑒定。

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孫希東男，1977年生，本科，高級工程師。研究方向為電子對抗。

IndexSystemofComplexElectromagneticEnvironmentalAdaptabilityTestforAirSurveillanceRadar

SUNXidong

(Unit91404ofPLA,Qinghuangdao066001,China)

Complexelectromagneticenvironmentisoneofmainfeaturesinthemodernbattlefield,whichmadeitnecessaryforelectronicandinformationalequipmenttopassthecomplexelectromagneticenvironmentaladaptabilitytest.Asfortheneedsofcomplexelectromagneticenvironmentaladaptabilitytestdesignforairsurveillanceradar,theelectromagneticenvironmentfacingairsurveillanceradarisanalyzed,includingthreatenelectromagneticenvironment,backgroundelectromagneticenvironmentandcomprehensiveelectromagneticenvironment.Thetechnicalindexesofcomplexelectromagneticenvironmentaladaptabilitytestareproposedforairsurveillanceradar,andthenthecomprehensivetacticsindexisestablished,whichcansupportthecomplexelectromagneticenvironmentaladaptabilitytestofairsurveillanceradar.

surveillanceradar；complexelectromagneticenvironment；adaptability；test；indexsystem

孫希東Email：13933637588@163.com

2016-01-15

2016-03-18

TP95

A

1004-7859(2016)06-0078-05

·電子對抗·DOI：10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.06.019