机载自卫雷达干扰源干扰效果的等效模拟方法

储洁强，黄 晨

（电子工程学院，合肥 230037）

0 引 言

机载自卫雷达干扰系统是机载电子战装备的重要发展方向，几乎所有的先进作战飞机均装有这种系统设备。该类干扰系统对各种地基雷达构成了严重威胁，是陆战场电磁环境的主要研究对象之一。运用雷达干扰模拟器对敌方机载自卫雷达干扰系统进行模拟，是构建陆军合同战术训练电磁环境的重要环节。

已有的雷达干扰模拟器的干扰样式包括压制性干扰和欺骗性干扰，且工作频段覆盖范围广，能够模拟多种类型的雷达干扰信号。但是，为了保证模拟器的高性价比和便携性，模拟器的干扰功率通常比较小。因此，如何运用较小功率的模拟器模拟敌方机载自卫雷达干扰系统的干扰效果成为亟需解决的关键问题。本文以机载自卫雷达有源压制干扰系统为研究对象，探讨不同平台雷达干扰模拟器的干扰效果等效模拟方法。

1 车载模拟器的等效模拟方法

目前，车载模拟器因其调度灵活、效费比高、便于更新维护等优点被广泛应用，是雷达干扰模拟器的主要类型。车载模拟器搭载车辆在训练场地进行机动，其干扰功率无法实时微调，通常只能在准备实施干扰阶段进行粗略的调节。对于这类模拟器，应在整个干扰时域上调整其与雷达之间的配置距离，以模拟机载自卫雷达干扰系统的干扰效果。

根据功率准则，在压制性干扰条件下，干扰效果等效的充要条件是雷达接收机输入端的“干信比”相等。假设雷达的探测目标不变，且干扰信号带宽覆盖雷达接收机的带宽，根据干扰方程推算可知，敌机载自卫雷达干扰系统实施干扰时的雷达接收端干信比为：

式中：Pt、Pj、Pm分别为雷达、敌干扰系统、模拟器的功率，单位为 W；Δf r、Δf j、Δf m分别为雷达接收机、敌干扰系统、模拟器的带宽，单位为Hz；σ为敌机的有效反射面积，单位为m2；Rj、Rm分别为雷达和敌机之间、模拟器和雷达之间的距离，单位为km；Gt、Gj、Gm分别为雷达、敌干扰系统、模拟器的主瓣增益；Gt（β）为雷达天线在模拟器方向上的接收增益，其中β是雷达对敌机和模拟器的张角；γj、γm分别为敌干扰系统和模拟器的干扰信号对雷达天线的极化损失；L t、L j、Lm分别为雷达、敌干扰系统、模拟器发射信号的大气损耗。

那么，要使得模拟器与敌机载自卫雷达干扰系统的干扰效果等效，必须满足：

因此，在整个干扰过程中，模拟器与雷达之间的配置距离Rm（t）应为：

式中：Rj（t）为敌机至雷达的时间 －距离函数，单位为km；β（t）为雷达对目标和模拟器的时间 －张角函数，单位为°。

在进行模拟时，可以人为地设置模拟器的天线极化方式、带宽，使得γm＝γj，Δf m＝Δf j，所以：

显然，雷达天线主瓣方向会随着时间的推移，因雷达探测目标（敌机）空间位置的改变而变化，难以精确计算雷达天线在模拟器方向上的接收增益，只能用简化计算模型进行估算［1］。另外，敌干扰系统对地基雷达的干扰属于空对地干扰，而车载模拟器的干扰属于地对地干扰，干扰信号传播路径的不同导致了传播损耗的巨大差异，需要在实际应用时利用实测数据对大气损耗因子进行修正。这些因素对车载模拟器等效模拟敌干扰系统的逼真程度起到了负面的影响。

2 静止升降平台模拟器的等效模拟方法

静止升降平台模拟器是指在训练场地某固定位置建造升降塔，将雷达干扰模拟器置于升降平台上。运用该类模拟器进行模拟时，通过模拟器的匀速垂直机动模拟来袭敌机的运动特性；与此同时实时调整模拟器的干扰功率，来等效模拟机载自卫雷达干扰系统的干扰效果。

图1 静止升降平台模拟器等效模拟示意图

建立平面直角坐标系如图1所示，来袭敌机以速度v j向雷达所在位置O点方向做匀速运动，飞行高度为h，初始时刻处于F（x j，h）点，t时刻后到达F′（x′j，h）点，雷达波束的仰角由θ变为θ′。静止升降平台与雷达间距离为r。为等效模拟敌机的运动特性，使雷达波束仰角的变化速率相等，模拟器应向上作垂直运动，T0时刻应处于F点的替代点M，T1时刻后应到达F′点的替代点M′。因此，可得在T0到T1时刻之间，模拟器垂直运动速度的计算公式为：

由公式（6）可知，模拟器的垂直运动速度是由干扰时域、飞机起始位置、飞行高度、飞行速度及升降平台的位置共同决定的。根据第1节中对干扰效果等效充要条件的论述，可知在模拟器垂直运动的同时，应使其干扰功率Pm满足：

式中：干扰功率Pm（t）是以时间t为自变量的函数，T0≤t≤T1。

静止升降平台模拟器规避了雷达天线增益方向性及电波传播路径差异造成的负面效应，相比车载模拟器而言，能够更好地模拟敌方机载雷达干扰系统的干扰效果。但是静止升降平台必须搭建在固定的位置，无法根据训练实际需要而挪动，在效费比和使用的便捷性、灵活性方面不如车载平台模拟器。

3 低空直轨平台模拟器的等效模拟方法

静止升降平台模拟器仅适用于模拟朝雷达方向飞行的来袭敌机，对于横掠飞行的敌机，需要采用低空直轨平台模拟器进行模拟。低空直轨平台模拟器是指在训练场地某固定两点搭建高塔，在高塔之间拉起直线轨道，将模拟器吊挂在轨道上进行机动。运用该类模拟器进行模拟时，模拟器通过水平机动来模拟横掠飞行敌机的运动特性，与此同时，实时调整模拟器的干扰功率来等效模拟敌机载自卫雷达干扰系统的干扰效果。

图2 低空直轨平台模拟器等效模拟示意图

假设敌机飞行轨迹与直轨平行，建立三维直角坐标系如图2（a）所示：雷达位于O点，敌机以速度vj做水平匀速运动，飞行高度为hj，T0时刻处于F（x j，y j，h）点，T1时刻后到达F′（x′j，y′j，h）点；直轨的2个落脚点位置分别为（a，0，0）和（0，b，0），轨道高度为hm。要等效模拟敌机的运动特性，使雷达波束方位角的变化速率相等，模拟器应与敌机同向做水平运动，T0时刻应处于F点的替代点M，T1时刻应到达F′点的替代点M′。图2（b）为敌机及模拟器运动轨迹在oxy面上的投影，θ为T0时刻的雷达方位角，θ′为T1时刻的雷达方位角。根据三角形相似的几何原理，T0到T1时刻之间模拟器水平运动速度的计算公式为：

由公式（6）可知，模拟器的水平运动速度由飞机飞行高度、飞行速度及直轨的高度共同决定。根据第1节中对干扰效果等效充要条件的论述，可知T0到T1时刻之间模拟器干扰功率Pm应为：

4 客观条件受限时的等效模拟问题

在实际应用中，由于模拟器自身性能、模拟器平台机动能力、训练场地地理环境等客观因素的限制，以及敌方作战运用方式的多样性，上文给出的3种典型情况下的等效模拟方法未必适用。为了解决客观条件受限时的干扰效果等效模拟问题，这里提出一种折衷的等效模拟方法：定义“干信比偏离度”为干信比差值在整个干扰时域上的积分与敌方干扰系统实施干扰时干信比积分的比值，以字母X表示。首先针对具体情况列出可能的模拟方案，然后计算各个方案的干信比偏离度，对比选取偏离度最小的方案为此客观条件下的等效模拟方法。X的计算公式为：

下面以车载模拟器为例，形象化地说明这种方法：如图3所示，某型车载模拟器，无法任意调整其配置距离和干扰功率，只能在训练场地公路上匀速行进。建立三维直角坐标系，雷达位于O点，飞机初始时刻位于点F（x j，0，h），飞行轨迹为y＝0，z＝h（h为飞行高度），飞行速度为vj；车辆行进路线为y＝a＋bx，z＝0（a、b为常数）。

图3 某型车载模拟器等效模拟示意图

只有车辆初始位置、车辆行进速度是可调控的，因此，不妨假设初始位置为 （x0，a＋bx0，0），行进速度为vm。由几何知识可得t时刻后位置为根据式（10）计算可供选择模拟方案的干信比偏离度为：

显然，公式（11）为X关于车辆初始位置和行进速度的函数。在掌握各项参数、估算各项因子后，运用数学解析法或者计算机工具，可以求出使X取得最小值时的车辆初始位置和行进速度，以此作为模拟器的等效模拟方法。

［1］林象平.雷达对抗原理［M］.西安：西北电讯工程学院出版社，1985.

［2］邵国培.电子对抗作战效能分析［M］.北京：解放军出版社，1998.