雷達(dá)對(duì)抗裝備最小干擾距離試驗(yàn)仿真

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中,高性能雷達(dá)與雷達(dá)對(duì)抗裝備的對(duì)抗與反對(duì)抗對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)局勢(shì)影響越來(lái)越大[1],因此世界各國(guó)非常重視雷達(dá)對(duì)抗裝備的試驗(yàn)鑒定,力求在逼真作戰(zhàn)環(huán)境下充分檢驗(yàn)雷達(dá)對(duì)抗裝備的性能[2]。本文對(duì)典型場(chǎng)景下雷達(dá)對(duì)抗裝備最小干擾距離試驗(yàn)中的能量與干信比進(jìn)行計(jì)算,獲得雷達(dá)跨界距離。最后,比較了高斯噪聲干擾樣式和非高斯噪聲干擾樣式的干擾效能。

1 遮蓋性干擾原理

雷達(dá)干擾的目的是擾亂或破壞雷達(dá)對(duì)真實(shí)目標(biāo)信息的檢測(cè)。遮蓋性干擾又稱壓制性干擾,作戰(zhàn)意圖是通過(guò)發(fā)射類似噪聲或者噪聲干擾信號(hào)來(lái)壓制或遮蓋敵方雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)回波信號(hào),阻礙或破壞敵方雷達(dá)對(duì)目標(biāo)平臺(tái)的發(fā)現(xiàn)和參數(shù)測(cè)量[3]。

雷達(dá)獲取目標(biāo)信息的過(guò)程如圖1所示。雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)ST(t),電磁波在目標(biāo)處反射,受到目標(biāo)的角度、距離、速度等參數(shù)特性的調(diào)制形成回波信號(hào)SR(t),雷達(dá)接收機(jī)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)從而獲取目標(biāo)的角度、距離、速度等信息。遮蓋性干擾通過(guò)在回波信號(hào)SR(t)中引入人為噪聲或類似噪聲來(lái)降低雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)信噪比(SNR),在給定虛警概率的條件下,檢測(cè)概率會(huì)隨SNR降低而降低[4],從而造成雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的困難。

2 最小干擾距離試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

最小干擾距離是雷達(dá)與雷達(dá)對(duì)抗裝備安裝平臺(tái)間的最小距離。最小干擾距離試驗(yàn)主要在外場(chǎng)進(jìn)行,要求雷達(dá)對(duì)抗裝備采用壓制性干擾樣式。若安裝平臺(tái)為艦船,試驗(yàn)的主要步驟如下所示:

圖1 雷達(dá)探測(cè)原理示意圖Fig.1 Diagram of radar detection principle

(1)試驗(yàn)艦船處于漂泊狀態(tài),并保持一舷面向配試?yán)走_(dá)。

(2)配試?yán)走_(dá)跟蹤試驗(yàn)艦船。

(3)雷達(dá)對(duì)抗裝備對(duì)配試?yán)走_(dá)實(shí)施壓制性干擾,同時(shí)兩者運(yùn)行使相對(duì)距離變小,記錄配試?yán)走_(dá)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)艦船的距離。

(4)對(duì)每次發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)艦船距離求均值即可得到該型雷達(dá)對(duì)抗裝備對(duì)配試?yán)走_(dá)的最小干擾距離。

2.2 干信比計(jì)算分析

最小干擾距離試驗(yàn)中雷達(dá)對(duì)抗裝備需使用遮蓋性干擾方式。

衡量干擾機(jī)能力的主要因素[5]為有效工作帶寬及有效輻射功率(ERP),有效輻射功率

(1)

式中:PJ為干擾機(jī)峰值功率;GJ為干擾機(jī)天線增益;LJ為干擾機(jī)總損耗。

自衛(wèi)干擾[6]是指雷達(dá)對(duì)抗裝備為保護(hù)安裝平臺(tái)所實(shí)施的主瓣干擾。設(shè)雷達(dá)的峰值功率為Pt,發(fā)射天線增益為Gt,輻射電磁波波長(zhǎng)為λ,脈沖寬度為τ,天線孔徑為dr,工作帶寬為Br,接收機(jī)損耗為L(zhǎng)。若有一個(gè)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積(RCS)為σ,與雷達(dá)距離為R,則雷達(dá)接收到該目標(biāo)的脈沖功率

(2)

若該目標(biāo)上安裝有源干擾機(jī),并對(duì)雷達(dá)實(shí)施自衛(wèi)干擾,則雷達(dá)接收到的有源干擾功率

(3)

式中:BJ為干擾機(jī)工作帶寬。已知雷達(dá)天線孔徑dr與雷達(dá)接收天線增益Gr、雷達(dá)輻射電磁波波長(zhǎng)λ有關(guān),如下所示:

(4)

將式(4)代入式(3)可得

(5)

由式(2)和式(5)可得自衛(wèi)干擾時(shí)雷達(dá)接收信號(hào)的干信比為

(6)

對(duì)于同一雷達(dá),有

Gt=Gr=G

(7)

則式(6)為

(8)

當(dāng)雷達(dá)使用脈壓體制時(shí),設(shè)雷達(dá)時(shí)間帶寬積[7]為Gpc。Gpc計(jì)算式如下所示:

Gpc=Brτ

(9)

將式(9)代入式(8)可得

(10)

若干擾樣式采用高斯噪聲樣式,在雷達(dá)接收機(jī)端需要以處理雷達(dá)噪聲功率相同的方式處理干擾信號(hào)[8],此時(shí)干信比為

(11)

式中:T0為等效噪聲溫度;k為玻爾茲曼常數(shù);N為噪聲強(qiáng)度。

由于雷達(dá)對(duì)抗裝備發(fā)射到雷達(dá)的干擾電磁波是單程傳輸?shù)?雷達(dá)接收的目標(biāo)回波是雙程傳輸?shù)?因此隨著雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離不斷減小,干信比逐漸降低。干信比為1時(shí)雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離稱為跨界距離[9],跨界距離是最小干擾距離試驗(yàn)航路設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。高斯噪聲干擾樣式下跨界距離

(12)

同理,可計(jì)算得到非高斯噪聲干擾樣式下跨界距離。

在最小干擾距離試驗(yàn)中,航路設(shè)計(jì)時(shí)要求雷達(dá)與雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備平臺(tái)的最小距離小于跨界距離,最大距離的設(shè)計(jì)需考慮雷達(dá)正常跟蹤平臺(tái)的情況。

3 仿真分析

在最小干擾距離試驗(yàn)中,假設(shè)雷達(dá)的峰值功率Pt=40 kW,天線增益G=35 dB,輻射電磁波載頻f=10 GHz,波長(zhǎng)λ=3 cm,脈沖寬度τ=50 μs,工作帶寬Br=6.32 MHz,接收機(jī)損耗L=0.01 dB,時(shí)間帶寬積Gpc=25 dB,平臺(tái)目標(biāo)的RCS為10 000 m2,干擾機(jī)峰值功率PJ=200 kW,干擾機(jī)天線增益GJ=10 dB,干擾機(jī)帶寬BJ=10 MHz,干擾機(jī)總損耗LJ=0.1 dB。雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離從50 km減小到0.1 km,采用非高斯噪聲干擾樣式,航行示意圖如圖2所示。

圖2 最小干擾距離試驗(yàn)航路示意圖Fig.2 Diagram of minimum jamming distance test

目標(biāo)與雷達(dá)之間距離和信號(hào)強(qiáng)度關(guān)系如圖3所示,并算得跨界距離為5.07 km。在不同距離條件下的干信比如圖4所示。隨著雷達(dá)與目標(biāo)之間距離減小,干信比迅速減小。在航路中的某一臨界距離,雷達(dá)能夠?yàn)V除壓制性干擾影響并發(fā)現(xiàn)目標(biāo),臨界距離對(duì)應(yīng)的干信比即壓制系數(shù)。

圖3 信號(hào)強(qiáng)度和雷達(dá)與目標(biāo)之間距離的關(guān)系(非高斯噪聲)Fig.3 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

若使用高斯噪聲干擾樣式,設(shè)定等效噪聲溫度T0=25 ℃,可得相同情景條件下目標(biāo)回波信號(hào)和目標(biāo)與雷達(dá)之間距離的關(guān)系,如圖5所示,同時(shí)算得跨界距離為5.07 km。在不同距離條件下的干信比如圖6所示。通過(guò)干信比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),非高斯噪聲干擾樣式和高斯噪聲干擾樣式的干信比相差不大,干擾樣式對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的能量數(shù)據(jù)影響較小。

圖4 干信比和雷達(dá)與目標(biāo)之間距離的關(guān)系(非高斯噪聲)Fig.4 Relationship of JSR and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

圖5 信號(hào)強(qiáng)度和雷達(dá)與目標(biāo)之間距離的關(guān)系(高斯噪聲)Fig.5 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (Gaussian noise)

4 結(jié)語(yǔ)

干信比是雷達(dá)對(duì)抗裝備最小干擾距離試驗(yàn)需要考慮的重要因素之一,本文對(duì)典型試驗(yàn)情景下的干信比、跨界距離等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,研究結(jié)果可用于試驗(yàn)航路規(guī)劃和設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,非高斯噪聲干擾樣式和高斯噪聲干擾樣式下雷達(dá)接收信號(hào)的干信比相差不大,干擾樣式對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中能量數(shù)據(jù)的影響較小。

圖6 干信比和雷達(dá)與目標(biāo)之間距離的關(guān)系(高斯噪聲)Fig.6 Relationship of JSR and distance between radar and objective (Gaussian noise)

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