對(duì)空雷達(dá)靶場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建?

韋 卓 杜劍英 李鵬勃

（中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院 華陰 714200）

1 引言

在復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域，一直存在一個(gè)悖論，即“沒有干擾不了的設(shè)備，也沒有抗不住的干擾”。信息化設(shè)備在對(duì)抗某一種干擾時(shí)表現(xiàn)優(yōu)越，并不能說明該設(shè)備在對(duì)抗其他干擾時(shí)同樣優(yōu)越［1～3］?？陀^定量地對(duì)信息化設(shè)備的抗干擾性能進(jìn)行評(píng)估，是提高這類設(shè)備實(shí)戰(zhàn)能力的重要保證。但是由于國(guó)內(nèi)目前缺乏統(tǒng)一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)系統(tǒng)與評(píng)估準(zhǔn)則，給這些設(shè)備抗干擾性能評(píng)價(jià)帶來巨大困難［4～6］。按照接受影響的電子信息系統(tǒng)類型分類，戰(zhàn)場(chǎng)信息系統(tǒng)包括以下類型:雷達(dá)設(shè)備、雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備、通信設(shè)備、通信對(duì)抗設(shè)備、光電設(shè)備、光電對(duì)抗設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、導(dǎo)航對(duì)抗設(shè)備、敵我識(shí)別設(shè)備、敵我識(shí)別對(duì)抗設(shè)備、引信、引信對(duì)抗設(shè)備。對(duì)這么多電子信息系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@些裝備的作用方式是有明顯差別的，本文僅選取較有代表性的對(duì)空雷達(dá)設(shè)備，研究針對(duì)防空雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化干擾電磁環(huán)境與評(píng)估方法，構(gòu)建功能一體化、運(yùn)用體系化、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化的模擬設(shè)備，根據(jù)試驗(yàn)要求，能夠靈活改變輻射源信號(hào)頻率、樣式和工作狀態(tài)，并且減少設(shè)備數(shù)量，降低構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)條件的成本。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建原則

雷達(dá)由于其用途的不同，采取了不下于十種以上的制式，例如單脈沖雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、MIMO 雷達(dá)等，每一種制式因其探測(cè)對(duì)象的不同，面對(duì)的干擾環(huán)境會(huì)大為不同，其采取的抗干擾原理也大有所不同，例如有全相參、全固態(tài)、超低副瓣天線、數(shù)字波束形成、脈沖壓縮、捷變頻等技術(shù)。針對(duì)這么多制式和抗干擾措施一一構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)條件，不但繁雜，而且也會(huì)大量重復(fù)建設(shè)，浪費(fèi)資源，因此應(yīng)該從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，構(gòu)建一個(gè)可以普遍滿足所有雷達(dá)的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)電磁環(huán)境。針對(duì)特定的雷達(dá)開展復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的要求，從這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電磁環(huán)境的“貨架”上，選取滿足特定雷達(dá)抗干擾試驗(yàn)需要的電磁信號(hào)環(huán)境。

雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建=背景電磁環(huán)境逼真構(gòu)建+威脅電磁環(huán)境逼真構(gòu)建+目標(biāo)特性逼真構(gòu)建。由于復(fù)雜電磁環(huán)境要以電磁信號(hào)的形式表現(xiàn)出來，構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的實(shí)質(zhì)就是生成滿足要求的各種電磁信號(hào)［7～10］，因此，需要從理論源頭梳理所有雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的電磁信號(hào)參數(shù)，采用多臺(tái)套雷達(dá)模擬器和雷達(dá)干擾模擬器相組合的方式，覆蓋所有這些信號(hào)參數(shù)，并且在信息傳輸設(shè)備支持下，控制各信號(hào)模擬設(shè)備聯(lián)合生成樣式靈活、分布可調(diào)、功率動(dòng)態(tài)可變的電磁信號(hào)環(huán)境。隨著先進(jìn)脈沖發(fā)生器（APG）和高速直接數(shù)字合成器（DDS）技術(shù)的發(fā)展，使得電磁環(huán)境模擬器具備靈活生成多種雷達(dá)的電磁環(huán)境，再通過實(shí)時(shí)IR/EO 場(chǎng)景模擬器（RISS）和信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)（SMS）相結(jié)合，可以無縫協(xié)作，提供完整的寬頻段電磁模擬環(huán)境。通過對(duì)其作用空間、工作時(shí)間、工作頻率和輻射功率實(shí)施管理和控制，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)條件。另外為了對(duì)雷達(dá)的抗干擾性能進(jìn)行評(píng)估，還需要構(gòu)建能夠反映雷達(dá)探測(cè)對(duì)象參數(shù)的飛行目標(biāo)。

復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建陣地要選擇在性能優(yōu)良、配套齊全的試驗(yàn)靶場(chǎng)。一般選擇沒有人煙、背景電磁環(huán)境單一、地域空曠平坦、地面多徑反射小、具備飛行條件的場(chǎng)地，還要確保在試驗(yàn)陣地附近無大功率電臺(tái)等電磁干擾源。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建

3.1 干擾電磁場(chǎng)參數(shù)分析

雷達(dá)在戰(zhàn)場(chǎng)上面臨的電磁環(huán)境主要有民用電子設(shè)備的輻射以及自然電磁現(xiàn)象、雷達(dá)信號(hào)的互擾和敵方的威脅電磁環(huán)境。民用電子設(shè)備及自然電磁輻射產(chǎn)生的影響相對(duì)較弱而且不易控制，本文主要分析己方多部雷達(dá)在有限空間的互擾電磁環(huán)境，以及敵方威脅電磁環(huán)境兩個(gè)方面。

對(duì)己方多部雷達(dá)在有限空間的互擾電磁環(huán)境主要采用雷達(dá)信號(hào)模擬設(shè)備進(jìn)行構(gòu)建，一般要求具有以下功能:針對(duì)被試?yán)走_(dá)具有產(chǎn)生雷達(dá)信號(hào)的能力，可以產(chǎn)生多種體制雷達(dá)信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生多目標(biāo)的能力。

敵方威脅電磁環(huán)境主要采用雷達(dá)干擾信號(hào)模擬設(shè)備進(jìn)行構(gòu)建，一般要求具有以下功能:針對(duì)被試?yán)走_(dá)具有產(chǎn)生雷達(dá)干擾信號(hào)的能力，具有干擾引導(dǎo)能力，能設(shè)置干擾優(yōu)先級(jí)，能設(shè)置保護(hù)頻率。

雷達(dá)信號(hào)模擬器信號(hào)樣式可細(xì)分為連續(xù)波信號(hào)（非調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制）、常規(guī)脈沖信號(hào)、脈沖重復(fù)頻率參差信號(hào)、脈沖重復(fù)頻率捷變信號(hào)、脈沖重復(fù)頻率抖動(dòng)信號(hào)、頻率捷變（脈內(nèi)捷變、脈間捷變、脈組捷變）信號(hào)、頻率分集信號(hào)、脈沖壓縮信號(hào)（線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻及相位編碼）信號(hào)和脈沖編碼信號(hào)。其信號(hào)參數(shù)主要考慮工作頻率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、輸出信號(hào)樣式、最大輻射源數(shù)目、輸出信號(hào)功率、天線特性、掃描方式、連續(xù)工作時(shí)間。

干擾信號(hào)模擬器信號(hào)樣式可分為壓制式干擾和欺騙式干擾。壓制式干擾信號(hào)又可細(xì)分為射頻噪聲、噪聲調(diào)幅、噪聲調(diào)頻、噪聲調(diào)相、組合調(diào)制等幾種信號(hào)形式。欺騙干擾信號(hào)可細(xì)分為距離欺騙干擾，包括距離波門拖引干擾信號(hào)、距離假目標(biāo)干擾信號(hào)；速度欺騙干擾信號(hào)，包括速度波門拖引干擾、假多普勒頻率干擾和多普勒頻率閃爍干擾等信號(hào)；自動(dòng)增益控制電路干擾，包括通斷調(diào)制干擾、工作比遞減干擾等信號(hào)；還有密集多假目標(biāo)欺騙干擾和組合欺騙干擾信號(hào)形式。其信號(hào)參數(shù)主要有偵察頻率范圍、接收靈敏度、接收動(dòng)態(tài)范圍、適應(yīng)信號(hào)樣式、干擾信號(hào)頻率、干擾信號(hào)帶寬、頻率瞄準(zhǔn)誤差，干擾信號(hào)功率、角度覆蓋范圍、干擾信號(hào)樣式、干擾信號(hào)數(shù)目、干擾持續(xù)時(shí)間、干擾反應(yīng)時(shí)間、連續(xù)工作時(shí)間、天線特性、天線掃描方式。

雷達(dá)信號(hào)模擬設(shè)備和干擾信號(hào)模擬設(shè)備，根據(jù)其天線特性，又細(xì)分為線極化（水平極化、垂直極化、斜極化）、圓極化（左旋圓極化和右旋圓極化）和變極化三類。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以采用全極化天線，滿足所有極化方式。

3.2 目標(biāo)特性參數(shù)分析

合作目標(biāo)主要包括無人機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、飛艇等。目標(biāo)特性參數(shù)描述主要考慮目標(biāo)以雷達(dá)為參照物，描述其相對(duì)雷達(dá)的姿態(tài)、目標(biāo)散射特性、距離、飛行速度、加速度、高度等參數(shù)。

3.3 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建

雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)由被試?yán)走_(dá)、雷達(dá)信號(hào)模擬器、雷達(dá)干擾信號(hào)模擬器、合作目標(biāo)、電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高精度彈道跟蹤雷達(dá)、姿態(tài)測(cè)量跟蹤經(jīng)緯儀、氣象參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)以及整系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一裝置構(gòu)成。雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，小圓圈內(nèi)部分為被試?yán)走_(dá)所處的復(fù)雜電磁場(chǎng)。

圖1 雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)

在雷達(dá)立項(xiàng)時(shí)，需要根據(jù)其作戰(zhàn)場(chǎng)景想定，明確提出其抗干擾性能和指標(biāo)。根據(jù)雷達(dá)的抗干擾性能指標(biāo)，使用雷達(dá)信號(hào)模擬設(shè)備和雷達(dá)干擾信號(hào)模擬設(shè)備，生成雷達(dá)復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)需要構(gòu)建的電磁場(chǎng)信號(hào)。根據(jù)雷達(dá)的探測(cè)對(duì)象，選擇合適的空中合作目標(biāo)。

電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證沒有未知電磁信號(hào)進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)域，并且對(duì)營(yíng)造的干擾電磁場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，保證電磁信號(hào)營(yíng)造的準(zhǔn)確性；高精度彈道跟蹤雷達(dá)用于測(cè)量合作目標(biāo)的彈道、速度、加速度等參數(shù)；姿態(tài)測(cè)量跟蹤經(jīng)緯儀用于測(cè)量合作目標(biāo)在空中的姿態(tài)，對(duì)被試?yán)走_(dá)來說，不同姿態(tài)下目標(biāo)的RCS是不同的，對(duì)其跟蹤精度和距離都有影響；氣象參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量試驗(yàn)過程中的各類氣象參數(shù)；時(shí)間統(tǒng)一裝置將整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上，方便雷達(dá)抗干擾性能評(píng)估時(shí)對(duì)各測(cè)量參數(shù)進(jìn)行比較和計(jì)算。

4 評(píng)估技術(shù)

在典型戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下，不同的雷達(dá)肩負(fù)的職責(zé)不同，因此需要根據(jù)其設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化評(píng)估。對(duì)雷達(dá)進(jìn)行抗干擾性能評(píng)價(jià)時(shí)，必須根據(jù)雷達(dá)的使命任務(wù)及其工作的背景環(huán)境確定雷達(dá)的各種工作方式及其性能，即必須確定一套可行的系統(tǒng)級(jí)技術(shù)指標(biāo)，以說明雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)的全部功能。通過對(duì)雷達(dá)靶場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括雷達(dá)所處的干擾環(huán)境、雷達(dá)的合作目標(biāo)參數(shù)等。

復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)提供雷達(dá)試驗(yàn)的干擾電磁信號(hào)，采用電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量電磁信號(hào)的密度特征、強(qiáng)度特征、分布特征。密度特征反映了電磁環(huán)境中信號(hào)的疏密程度，強(qiáng)度特征決定了復(fù)雜電磁環(huán)境的功率大小，分布特征主要從時(shí)域、頻域、空域和能域四個(gè)方面描述了電磁信號(hào)在時(shí)空中的分布特點(diǎn)。

合作目標(biāo)參數(shù)特性主要采用靶場(chǎng)外測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。依靠雷達(dá)測(cè)出目標(biāo)的彈道、速度、加速度參數(shù)；姿態(tài)測(cè)量跟蹤經(jīng)緯儀測(cè)量目標(biāo)的實(shí)時(shí)姿態(tài)，并換算成目標(biāo)相對(duì)于被試?yán)走_(dá)的姿態(tài)，從而查表得出在被試?yán)走_(dá)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)目標(biāo)的RCS值。

將雷達(dá)在干擾條件下的戰(zhàn)術(shù)性能與系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)相比較，可直觀地反映雷達(dá)的抗干擾性能。主要從以下指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估:相對(duì)探測(cè)距離、相對(duì)速度探測(cè)、相對(duì)角度分辨力、相對(duì)速度分辨力、相對(duì)距離分辨力、相對(duì)角度精度、相對(duì)速度精度、相對(duì)距離精度、真目標(biāo)跟蹤概率及假目標(biāo)剔除概率［11～12］。

5 結(jié)語

靶場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建一直是軍工行業(yè)研究的熱點(diǎn)，但是到目前為止，有關(guān)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建、指標(biāo)體系建立、考核方法的標(biāo)準(zhǔn)還不完備，在信息化裝備靶場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)方面，至今還沒有形成行業(yè)公認(rèn)的鑒定定型考核試驗(yàn)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)。本文獨(dú)辟蹊徑，提出了從信號(hào)層級(jí)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)干擾電磁場(chǎng)的構(gòu)想，為信息化裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估提供了一種新的思路。