LPI雷達無源定位暴露區評估方法?

曾小東 陳 東 彭馨儀

（1.中國電子科技集團公司第十研究所 成都 610036）（2.陸軍裝備部航空軍事代表局 成都 610036）

1 引言

機載雷達的主瓣信號由于發射功率大，容易被敵方的無源探測系統截獲。為了實現低截獲，機載雷達在天線，發射機以及信號處理等方面均采取了相應的技術措施[1]。在天線方面，進行幅度加權實現了低旁瓣天線[2]。在發射機方面，根據探測距離的遠近，進行功率控制[3～4]。在信號處理方面，設計了相位編碼、頻率捷變、寬帶線性調頻等多種LPI波形[5～7]。機載雷達采取以上技術措施后，達到了一定的低截獲效果，文獻[8]用截獲因子對雷達的低截獲性能進行了評估。然而，機載雷達在面對敵方高靈敏度無源探測系統時，主瓣信號在一定距離上將不可避免被截獲，為了破壞敵方在截獲的基礎上進一步對我方實施定位跟蹤，需要破壞對方多站無源定位的共視條件，以減小被定位的可能性。因此，本文在前人研究的基礎上，定義并推導了無源定位暴露區，以評估各種LPI措施對抗多站無源定位的有效性。

2 無源定位暴露區建模

以多站無源定位系統同時偵收機載雷達信號，滿足無源定位共視條件，定義無源定位暴露區為

式中，(θminθmаx)為無源定位的威脅角域，RI(θ)為威脅角θ方向的截獲距離。Pt為機載雷達發射功率，Gt(θ)為威脅角θ方向的發射增益。Gr為接收增益。λ為信號波長。δ為無源探測系統靈敏度。

3 LPI雷達無源定位暴露區分析

從無源定位暴露區的表達式，可以看出無源定位暴露區與本機發射功率，本機天線增益、無源定位系統接收機靈敏度、無源定位系統的布站構型以及作用距離均有關[9～10]，其中與本機雷達相關的參數有本機發射功率和本機天線增益。為了減小無源定位暴露區，LPI雷達通過窗函數設計低副瓣天線、采用功率控制降低發射功率、設計LPI波形造成無源定位系統接收失配三種措施實現。

3.1 低副瓣天線

低副瓣天線通過窗函數方式，可以改變機載雷達的天線方向圖，降低威脅角域內的天線副瓣電平，進而減小無源定位暴露區。采用窗函數后，F(θ)改寫為

式中，w為窗函數，不同的窗函數有不同的表達式。

漢明窗的表達式如下：

式中，α為漢明窗函數因子。M為點數。

漢寧窗的表達式如下：

式中，β為漢寧窗函數因子。

低副瓣設計后的無源定位暴露區SL_SL為

不同窗函數加權實現的天線低副瓣。不同的窗函數，可以實現的低副瓣效果不同。通過窗函數設計，副瓣電平可以有很大降低，最高可以降低到-40dB以下。

3.2 功率控制

功率控制通過自適應方式，可以有效降低機載雷達的發射功率。功率控制設計后的無源定位暴露區SL_PC為

式中，ΔP為功率控制量。

3.3 LPI波形

LPI波形通過采用寬帶波形的方式[11～12]，可以增加無源定位系統接收失配損失，降低進入截獲接收機的信號能量。LPI波形設計后的無源定位暴露區為

式中，Bs為信號帶寬。Bc為接收機信道帶寬。常見的LPI信號設計方法有線性調頻、相移鍵控、頻移鍵控以及復合調制信號等。線性調頻信號可以有效擴展信號帶寬；相移鍵控和頻移鍵控通過偽隨機編碼調制，增加了信號的不確定性；復合調制信號結合了多種調制的優點，低截獲效果最佳。

4 無源定位暴露區仿真驗證

為了驗證機載雷達各種LPI措施的無源定位暴露區縮減效果，設計了如下仿真實驗。仿真參數為作用距離R取150km，無源定位系統基線長度L和D分別取50km、30km，張角α取120°。窗函數取 Hamming、Bartlett、Triangular、Hann 和 Gaussian。功率控制量 ΔP取2dB、4dB、6dB、8dB和10dB。天線陣元數N取30。陣元間距d取λ2。通過LPI設計后，無源定位暴露區縮減量p表示為

表1 低副瓣天線的無源定位暴露區縮減量

由表1可以看出，用不同窗函數進行加權設計，天線方向圖不同，因此無源定位暴露區縮減量不同，Gaussian窗的效果最好，可以縮減無源定位暴露區79.7%。

表2 功率控制的無源定位暴露區縮減量

由表2可以看出，隨著功率控制量的增加，無源定位暴露區縮減量增加。當功率控制量達到10dB時，可以縮減無源定位暴露區88.7%。

表3 LPI波形的無源定位暴露區縮減量

由表3可以看出，不同的LPI波形，信號帶寬不同，隨著信號帶寬的增加，無源定位暴露區縮減量增加。當信號帶寬達到200MHz時，可以縮減無源定位暴露區91.4%。

5 結語

本文從LPI雷達對抗多站無源定位系統的需求出發，提出了無源定位暴露區的概念，并研究了LPI雷達采用低副瓣天線、功率控制和LPI波形，可以顯著降低副瓣的被截獲距離，從而破壞多站無源定位系統的共視條件，使之不能完成有效定位，因此無源定位暴露區減小。從仿真分析來看，LPI雷達采用單項措施后，無源定位暴露區有所減小，下一步的工作將重點研究多項措施復合使用后的效果以及開展試驗驗證。