復雜電磁環境壓制干擾對機載警戒雷達的影響

王軍東

(中國飛行試驗研究院,西安 710089)

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復雜電磁環境壓制干擾對機載警戒雷達的影響

王軍東

(中國飛行試驗研究院,西安 710089)

復雜電磁環境對雷達作用的正常發揮提出了更高的要求,其直接影響雷達對目標的探測能力。文中分析了壓制性干擾對警戒雷達發現概率和探測距離兩個主要性能指標的影響，并對復雜電磁環境下警戒雷達探測性能進行了驗證。同時，提出了利用探測性能評估機載警戒雷達抗壓制干擾能力的方法。

復雜電磁環境; 壓制性干擾; 發現概率;探測距離

0 引 言

現代戰場上雷達的工作避不開復雜電磁環境的影響，因此，復雜電磁環境下雷達的抗干擾技術成為雷達領域的重要研究課題。雷達面臨的電磁環境越來越復雜，對雷達抗干擾能力的要求亦越來越高。如何評價復雜電磁環境下雷達的抗干擾能力，成為雷達設計廠所和部隊作戰使用部門共同關心的課題。

近年來，國內雷達領域的相關學者和工程技術人員，從理論到工程應用方面，對雷達抗干擾能力評估方面作了大量的研究，并取得了很好的成果[1-3]。但雷達抗干擾能力評估問題復雜，迄今為止沒有形成統一的方法和公認的標準。文獻[4-5]對噪聲干擾進行仿真，基于單獨的計算機仿真來模擬戰場環境，得出的結果在實踐中利用率并不高，也難以說明在戰場上的實際使用效果。本文主要研究雷達在未來戰場上面臨的敵方施放的有針對性的壓制性干擾而形成的電磁環境，評估機載警戒雷達的抗干擾性能。

1 復雜電磁環境下警戒雷達受壓制性干擾特性

警戒雷達受到敵方的電子干擾時，效能會受到削弱。由于警戒雷達工作方式為多目標的探測跟蹤，因此，受到的干擾主要為有源壓制性干擾，直接影響其發現概率和探測距離，最終縮短其預警時間，受到的威脅等級提高。

雷達有源壓制性干擾的主要目的是造成對雷達的目標信號的壓制，當雷達受到有源壓制干擾時，隨著干擾強度的增加，將會使雷達主瓣和副瓣扇面內背景增強，使得無法觀測和發現干擾區域內的目標，在雷達目標檢測中將會出現點跡混亂、航跡錯誤，以致無法探測或跟蹤到目標。各種干擾方式都是為了使雷達在規定發現概率和虛警概率條件下的發現距離下降。雷達抗有源壓制干擾就是與同時域、同頻域和同空域情況下力求減小干擾影響，即降低雷達發現距離的下降程度[6-8]。

壓制性干擾是用噪聲或類似噪聲的干擾信號遮蓋或淹沒有用信號,阻止雷達檢測目標信號。雷達對目標的檢測基于一定的概率，如果目標信號能量與噪聲能量相比,超過檢測門限,則可以保證在一定虛警概率的條件下達到一定的檢測概率，壓制干擾就是使強干擾功率進入雷達接收機,盡可能降低信噪比,造成雷達對目標檢測的困難。壓制性干擾效果表現為雷達或含有雷達的作戰系統由于受到干擾而造成的作戰性能的下降。

2 壓制性干擾對警戒雷達發現概率的影響

雷達信號的檢測性能由其發現概率和虛警概率來描述，發現概率越大，說明發現目標的可能性越大，與此同時希望虛警概率的值不能超過允許值。

在雷達性能參數確定的情況下，發現概率主要取決于雷達環境特性。對警戒雷達的壓制性干擾就是用噪聲或類似于噪聲的干擾信號壓制或淹沒有用信號，阻止雷達檢測到目標信息，造成雷達對目標檢測的困難。當信噪比降低到一定程度，雷達就將無法發現或者無法正確發現目標。因此，在虛警概率確定的情況下，雷達的發現概率是以信噪比為自變量的增函數，隨著信噪比的變化而變化。

通常雷達接收的干擾噪聲為寬帶高斯噪聲，接收機輸入端接收到干擾的概率密度函數為

(1)

式中：P(v)是寬帶高斯噪聲電壓的概率；σ2是其方差，噪聲干擾的均值為零。噪聲包絡的電壓幅度服從瑞利分布，概率密度函數為

(2)

式中：r表示噪聲包絡的振幅值。設置門限電平為VT，噪聲包絡電壓超過門限電平的概率就是虛警概率Pfa，可以得出虛警概率與門限電平VT的關系為

(3)

即

(4)

由式(3)可得，當噪聲分布函數P(r)一定時，虛警概率Pfa的大小完全取決于門限電平VT。

信號加噪聲超過門限的概率就是發現概率Pd，設信號頻率是中頻濾波器的中心頻率，包絡檢波器的輸出包絡的概率密度函數則為

(5)

式中：x為信號加噪聲的包絡；A為信號振幅；I0(z)是變量為z的零階修正Bessel函數，定義為

(6)

信號被發現的概率就是超過預定門限VT的概率，因此，發現概率Pd為

(7)

該式反應了發現概率Pd與門限電平VT及正弦波振幅A的關系，接收機信號電壓與功率的關系為

(8)

(9)

以信噪比為變量，以虛警概率為參變量分析檢測概率與信噪比的關系，可以得到雷達發現概率與信噪比、虛警概率之間的關系：當虛警概率一定時，信噪比越大，發現概率越大，即當門限電平一定時，發現概率隨信噪比的增大而增大。從另一方面來說，如果信噪比一定，則虛警概率越小，發現概率越??；反之，虛警概率越大，發現概率越大。當相對門限(VT/σ)提高時虛警概率降低，但發現概率也會降低，通?？偸窍Ｍ摼怕室欢〞r提高發現概率，只有提高信噪比才能辦到，因為門限電平對發現概率和虛警概率的作用是一致的。警戒雷達在作戰時受到的壓制性干擾，就是減少了雷達接收機的信噪比，從而降低了警戒雷達的發現概率。

3 復雜電磁環境下壓制性干擾對警戒雷達探測距離的影響

雷達探測距離是基于一定發現概率的，隨著雷達與目標間距離的變化，雷達接收機內的信噪比也隨之變化。所以在不同距離上雷達對目標的發現概率是不同的，一般警戒雷達對目標的發現概率Pd=50%的距離，可認為雷達能正常發現目標的距離，即為雷達的探測距離。

在無干擾情況下，到達雷達接收機的目標回波信號功率為

(10)

式中：Pt為雷達發射功率；Gt為雷達天線的主瓣增益；λ為雷達發射電磁波的波長；R為雷達與目標之間的距離；σ為目標等效反射面積；L為雷達系統功率損耗因子。

在無壓制性干擾時，雷達接收機輸出噪聲包括外部天線噪聲和接收機工作時產生的內部噪聲。外部天線噪聲包括地球表面反射的無線電噪聲、地球大氣輻射無線電噪聲以及宇宙背景輻射噪聲。

若接收機輸出噪聲功率為Pin，則無壓制性干擾信噪比可表示為

(11)

當雷達遭受有源壓制性干擾時，雷達接收機輸入端噪聲為熱噪聲和電子干擾機發射的干擾信號，根據干擾方程，可得到達雷達接收機的干擾信號功率為

(12)

式中：Pj為干擾機發射功率；Gj為干擾機的增益；Gt(θ)表示與雷達方向夾角為θ處的增益(雷達天線在干擾機方向上的增益)；Br為雷達接收機帶寬；Bj為干擾信號帶寬；Rj為干擾機與雷達的距離。

對于自衛式干擾形式，Rj=R,Gt(θ)=Gr(0)=Gt。干擾信號與目標信號同時進入雷達接收機，在壓制干擾條件下，接收機線性輸出端的信噪比(信干比)可近似表示為

(13)

此時雷達天線的主瓣對準干擾機，為了在這種情況下發現目標，要求Ps/PJ足夠大，并達到檢測所需要的信噪比SNRmin，此時相應的作用距離為

(14)

式中：RSJ即為雷達抗壓制干擾的自衛距離，當目標大于這個距離時雷達不能發現目標，小于這個距離時雷達具有相應防衛能力。

4 一種警戒雷達抗壓制性干擾試驗

雷達抗干擾性能應針對干擾機的某一確定技術狀態,由無干擾時的雷達性能和施加干擾時的雷達最大發現距離的差值來表征。雷達抗干擾能力強,則該值小,反之該值就大。

鑒于雷達探測性能試驗的目標機不具有干擾功能，因此，為便于比對干擾對警戒雷達的影響，試驗雷達目標機不變，利用干擾機和目標機緊密編隊的方式來完成警戒雷達抗壓制性干擾試驗。

在進行復雜電磁環境下警戒雷達抗干擾試驗時，已經完成該警戒雷達對特定目標機的對空探測性能試驗。同時，抗干擾試驗的雷達工作參數和工作剖面與特定目標機的對空探測性能試驗保持一致，只在抗干擾試驗中增加了干擾機，檢查警戒雷達受到壓制干擾后，警戒雷達對目標機的探測距離和探測概率變化情況。試驗中目標機緊隨干擾機，雙機編隊距離小于5 km，以隨隊自衛式對雷達主瓣實施噪聲壓制干擾，警戒雷達載機相對目標機和干擾機以迎頭方式進入，干擾機干擾方式為窄帶壓制式干擾，設定等效干擾功率譜密度保持不變，按以下公式設置等效干擾功率譜密度

(15)

式中：Pj為干擾機的發射機輸出功率；Gj為干擾機天線增益；Bj為干擾機輸出信號帶寬；L為干擾機系統損耗。雷達載機、干擾機和目標機位置示意圖，如圖1所示。

圖1 雷達載機、干擾機和目標機相對位置

試驗結果發現，在無壓制干擾和有壓制干擾兩種情況下，由發現概率隨探測距離變化的擬合曲線可得，該警戒雷達受到壓制性干擾后，探測距離有明顯下降。圖2給出在虛警概率恒定時，警戒雷達在無壓制干擾和有壓制干擾兩種情況下發現概率與探測距離變化曲線圖，圖中距離使用了歸一化處理。

圖2 雷達發現距離與發現概率曲線

假設，雷達與目標機進入距離為R0，則在某干擾功率譜密度情況下，發現概率為50%時，無干擾狀態警戒雷達對該目標機的探測距離為0.86R0，實施壓制干擾后警戒雷達對該目標機的探測距離為0.67R0，探測距離下降約22%。

5 結束語

從飛行試驗結果看出，強電磁干擾環境的存在，使警戒雷達作戰能力呈現明顯的下降，即戰場復雜電磁環境的存在，阻礙了雷達作戰能力的發揮。未來戰場上雷達對抗面臨的電磁環境會越來越復雜,因此，只有充分認知雷達工作面臨的戰場電磁環境，掌握其對雷達作戰能力的影響，采取相應的對抗措施，設法消減復雜電磁環境造成的不利影響，才能更好地發揮雷達在復雜電磁環境下的作戰能力。而對雷達抗干擾能力的評估，需要根據具體指標要求提出合理方法，來滿足作戰使用要求，這樣才能在未來戰場上發揮應有的作戰效果。

[1] 周萬幸.雷達抗干擾效能評估模型與指標體系研究[J].現代雷達，2013,35(11)：2-5.

ZHOU Wanxing.A study on model and index system of radar anti-jamming effectiveness[J].Modern Radar,2013,35(11)：2-5.

[2] 李波濤,李 明,吳順君.雷達抗干擾效能評估方法探討[J].現代雷達，2006,28(11)：16-19.LI Botao,LI Ming,WU Shunjun.A disquisition on radar ECCM capability[J].Modern Radar,2006,28(11)：16-19.

[3] 王志剛，王 芳，趙志強.戰場電磁環境客觀復雜性分析與評估[J].現代防御技術，2010,38(3)：19-25.

WANG Zhigang,WANG Fang,ZHAO Zhiqiang.Analysis and evaluation for external complexity of battlefield electromagnetic environment[J].Modern Deffence Technology,2010,38(3)：19-25.

[4] 蓋世昌,許 騰,侯 博,等.復雜電磁環境下搜索雷達探測概率仿真分析[J].指揮控制與仿真,2010,32(2)：81-83.

GAI Shichang,XU Teng,HOU Bo,et al.Radar detection probability simulation analysis under complicated electromagnetic environment[J].Command Control & Simulation,2010,32(2)：81-83.

[5] 賀志強，趙 鋒，趙幫緒，等.噪聲干擾下雷達目標檢測概率計算模型研究[J].現代防御技術，2012,40(1)：119-123.

HE Zhiqiang，ZHAO Feng，ZHAO Bangxu，et al.Research on computation model of radar target detection probability with noise interference[J].Modern Deffence Technology,2012,40(1)：119-123.

[6] 王小念,蘇 福,余 巍,等.復雜電磁環境下的雷達對抗問題[J].現代雷達,2008,30(4)：21-24.

WANG Xiaonian,SU Fu,YU Wei,et al.Radar countermeasure questionin complex electromagnetic environment[J].Modern Radar,2008,30(4)：21-24.

[7] 李淑華，黃曉剛，劉 平,等.復雜電磁環境下雷達抗干擾技術研究[J].現代雷達，2013,35(4)：1-5.

LI Shuhua，HUANG Xiaogang，LIU Ping,et al.A study on radar anti-jamming technology under complex electro-magnetic environment[J].Modern Radar,2013,35(4)：1-5.

[8] 郭淑霞,王亞鋒,單雄軍,等.復雜電磁環境下雷達探測效能的探索性分析[J].西北工業大學學報,2015,33(5)：837-842.

GUO Shuxia，WANG Yafeng，SHAN Xiongjun,et al.Exploratory analysis of radar detection effectiveness under complex electromagnetic environment[J].Journal of Northwestern Polytechnical University,2015,33(5)：837-842.

王軍東 男，1971年生，碩士，高級工程師。研究方向為雷達、電子戰試飛技術。

Complex Electromagnetic Environment Noise Barrage Jamming Effects on Airborne Warning Radar

WANG Jundong

(Chinese Flight Test Establishment,Xi′an 710089,China)

The complex electromagnetic environment propose a higher request to the normal display of radar function,it influences the airborne radar detection performaences directly.The influence of oppressive jam to the warning radar's detection probability and detection range is analyced.And detection performance is tested through flight test in complicated electromagnetic environment.In addition,the way of evaluation about airborne warning radar anti-oppressive jamming ability is given by detection performance.

complex eletromagnetic environment; oppressive jam; detection probability; detection range

??對抗·

10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.10.018

王軍東 Email：jefferyjundong@126.com

2016-07-12

2016-09-22

TN957

A

1004-7859(2016)10-0079-04