火控雷达抗欺骗干扰性能评估指标与仿真*1



火控雷达抗欺骗干扰性能评估指标与仿真*1

李亚南，韩壮志

(军械工程学院 电子与光学工程系，河北 石家庄050003)

摘要：在现代战争中，火控雷达在火力控制系统中发挥着至关重要的作用, 其抗欺骗干扰性能的优劣对于雷达整体性能乃至整个武器系统效能有着重要影响。当前，对于雷达抗欺骗性干扰效果评估的研究相对较少。在这样的背景下，探讨了适用于火控雷达距离欺骗干扰性能评估的指标测试方法。结合对火控雷达的特点和欺骗干扰过程的分析，确定了抗欺骗干扰成功率评估指标和欺骗干扰信号模型，然后通过仿真对不同拖引速度下的雷达抗干扰能力进行了评估。结果表明，抗欺骗干扰成功率适合用来衡量火控雷达抗欺骗性干扰的性能，仿真中的指标测试方法对于研究现役火控雷达的抗欺骗干扰能力有一定的参考价值。

关键词：欺骗性干扰；评估指标；雷达抗干扰；抗欺骗干扰成功率

0引言

火控雷达是现代防空系统中的重要组成部分。在复杂电磁环境中，火控雷达的抗干扰能力成为了决定武器装备效能的关键因素之一，并在一定程度上影响了战争的进程和结局。

目前，有源欺骗性干扰是火控雷达面临的主要干扰方式之一。由于火控雷达自身系统的复杂性以及面临作战环境的多样性，雷达界尚未对火控雷达抗欺骗干扰性能的评估以及相关指标的选取形成统一的认识[1]。文献[2-4]对火控雷达的抗干扰方法进行了研究，定性分析评估了抗欺骗干扰效果；文献[5]建立了火控雷达抗干扰性能评估体系,给出了评估体系中各个指标因子的计算方法，但是在实际应用中可能难以对雷达的抗干扰性能作出准确的评价。本文结合火控雷达的工作特点和典型干扰信号环境，选取了合适的抗有源欺骗干扰性能评估指标，并研究了距离拖引干扰下指标的测试方法，最后以仿真手段对不同拖引速度下的抗干扰指标进行评估分析，并就如何提高火控雷达的抗欺骗干扰性能给出了一些建议。

1抗欺骗干扰性能评估指标

对火控雷达抗有源欺骗干扰性能进行评估的重要一环就是确定满足评估需要的评估指标。

1.1现有指标分析

(1) 雷达抗欺骗干扰有效概率

雷达抗欺骗干扰有效概率的表达式为[5]

P=1-PJ1PJ2PJ3PJ4(1-Pr1)(1-Pr2)(1-Pr3)，

(1)

式中：PJ1,PJ2,PJ3，PJ4分别为干扰方截获、分选、识别和模拟雷达信号的成功概率；Pr1，Pr2，Pr3分别为雷达在空域、时域对干扰识别成功的概率以及采用抗欺骗措施时对干扰的抗干扰成功概率。

此概率指标是统计指标，涉及到多种概率参数，它需要进行多次可重复实验才能获得，从而给评估带来了难度、费用和时间，从可操作性来看并不是一种理想的方法。

(2) 跟踪误差

欺骗性干扰的主要对象是跟踪雷达，用跟踪雷达的主要评估指标(如跟踪误差的变化等)来衡量抗干扰效果是最直接的。跟踪误差越小，表明抗干扰效果越好。因此，可用跟踪误差来度量抗欺骗干扰效果。

(3) 抗欺骗干扰成功率

设在某种特定欺骗性干扰条件下进行N次仿真或试验，若欺骗干扰成功的次数为M，则得到在此特定干扰下的抗欺骗干扰成功率[6]：

(2)

运用该指标的关键点在于如何判定欺骗干扰是否成功。该指标通常是通过统计试验得到的。

(4) 压制系数

压制系数的定义为：在规定跟踪误差ΔR下，雷达接收机输入端所需要的干扰-信号功率比为

(3)

式中：Ps为信号功率；Pj为干扰功率。

使雷达产生同等的跟踪误差时，所需的干信比越小，说明欺骗性干扰所产生的干扰效果越好，也说明雷达的抗欺骗干扰性能越差。该指标通常用来评估干扰机所产生的各种欺骗性干扰信号的优劣。

(5) 相对跟踪精度

雷达相对跟踪精度是指在欺骗性干扰下，雷达采取抗干扰措施后的测量精度与未采取抗干扰措施时雷达测量精度的比值，即

(4)

式中：MJo为欺骗性干扰环境下，雷达采取抗干扰措施后测量精度的系统误差分量；Mmo为欺骗性干扰环境下，雷达未采取抗干扰措施时测量误差的系统误差分量。

(6) 平均目标失锁时间(MTLL)

平均目标失锁时间(mean time of lost lock，MTLL)是指干扰方施放欺骗性干扰到雷达跟踪系统丢失目标所需要的时间。MTLL越小，即目标施放欺骗性干扰后使雷达跟踪系统越快丢失目标，说明干扰效果越好或雷达抗干扰效果越差。反之，雷达抗干扰效果越好。

1.2抗欺骗干扰性能评估指标

针对火控雷达抗欺骗干扰评估指标的选取，既要考虑评估的基本要求，更要考虑到实战情况下的具体可行性和适应性，所选取的评估指标应具有直接性、全面性、可比性和可测性，但不能对指标有过于理想化的想象；且抗欺骗干扰性能作为火控雷达一项重要战术指标，也应重点考查其战术参数[7]。

在前面介绍过的评估雷达抗欺骗干扰性能的指标中：抗干扰有效概率涉及到多个概率参数，需要有大量的统计试验且计算复杂；跟踪误差比较直接，但没有可比性，且难于测量；压制系数并非战术指标，通常用来评估欺骗性干扰信号的优劣；相对跟踪精度与跟踪误差相比更有可比性，但只适合衡量抗干扰措施的效能，而不是雷达整机的抗干扰效果；对于平均目标失锁时间，对时间的准确测量有很大的难度。

抗欺骗干扰成功率是基于效率准则的一个指标，概念性强，对各种欺骗干扰均适用，且可通过一定数量的仿真及试验来得到指标值，具有全面性和可操作性，适合用来衡量火控雷达抗欺骗性干扰的性能。因此，抗欺骗性干扰成功率作为评估火控雷达抗欺骗性干扰性能的指标是可行的。

2测试信号的选择和产生

火控雷达引导杀伤性武器对目标进行瞄准式攻击时，必须对目标的距离信息和角度信息进行精度跟踪。对于火控雷达的欺骗干扰可以分为以下2步骤：在雷达处于跟踪状态时，使用拖引干扰，破坏雷达对目标的跟踪；当雷达跟踪遭到破坏转入搜索状态时，干扰立即转入相干多电子假目标干扰，使雷达花更多的时间才能转入跟踪状态或者根本就不能对目标进行跟踪。一旦监测到雷达进入跟踪状态，干扰系统就立即转入拖引干扰。

目前火控雷达面临的欺骗性干扰主要是距离欺骗干扰，故这里仅讨论距离欺骗干扰信号，包括距离假目标干扰和距离波门拖引干扰。

2.1距离假目标干扰

距离假目标干扰也称为同步脉冲干扰[8]。设R，Rf分别为真实目标与假目标所在距离，则回波脉冲包络时延tr与干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延tf分别为

tr=2R/c，tf=2Rf/c.

(5)

当假目标距离与真实目标距离差大于雷达最小距离分辨单元时，即

(6)

便形成距离假目标干扰。

在一般情况下，干扰机无法确定Rj，所以tf是未知的，这就要求干扰机与被保护目标之间具有良好的空间配合关系，将假目标的距离设置在合适的位置，避免发生假目标与真目标的距离重合。因此，假目标干扰多于目标的自卫干扰，以便于同自身目标配合[9]。

距离假目标干扰仿真如图1所示。

图1　距离假目标干扰仿真Fig.1　Simulation of range false target jamming

图1说明了距离假目标干扰的过程，实际上，当火控雷达被假目标干扰，即距离跟踪波门捕获假目标信号后，雷达将丢失真目标。

2.2距离波门拖引干扰

距离波门拖引(range gate pull off，RGPO)是指干扰机先以尽量小的时延转发接收到的雷达信号，再逐渐增加时延将雷达距离跟踪波门从目标位置拖开，并最终使雷达丢失目标，达到干扰雷达正常工作和掩护目标的目的[10]。一般距离拖引周期包括停拖期、拖引期和关闭期3个阶段：

距离波门拖引干扰的干扰过程如图2所示。其中雷达发射信号为单载频脉冲信号，脉冲宽度为1 μs， 拖引开始时目标与雷达径向距离为20 km，

图2　距离波门拖引干扰拖引过程Fig.2　Pull process of RGPO jamming

目标运动速度为-50 m/s，干扰为匀速距离拖引，假目标拖引速度为300 m/s。

图2只说明了距离波门拖引的过程，实际上当火控雷达距离跟踪波门被干扰信号拖引上后，雷达将逐渐丢失目标信号。

3评估仿真

3.1评估仿真模型

运用抗欺骗干扰成功率作为评估火控雷达抗欺骗干扰性能的关键点在于如何判定欺骗干扰是否成功。

对火控雷达常用的距离欺骗干扰方式主要有距离假目标干扰和距离波门拖引干扰。前者对雷达的作用是对雷达形成距离假目标，掩护真目标，故判断该干扰方式对雷达是否欺骗成功的方法是看火控雷达距离跟踪波门是否被欺骗到了假的距离波门上[11]。后者对雷达的作用是周期性地拖住雷达距离跟踪波门后移或前移，使雷达丢失目标而重新回到搜索状态，导致火控雷达距离跟踪系统紊乱，故判断该干扰方式对雷达是否欺骗成功的方法是看该干扰能否成功拖引雷达产生超过规定的误差。只要雷达距离跟踪误差超过了一定值，即可判断欺骗干扰成功[12]。

下面以火控雷达最常见的距离波门拖引干扰为例，讨论火控雷达抗欺骗性干扰成功概率，即抗拖引干扰成功率的测试。

3.2仿真结果分析

用Matlab仿真对普通单脉冲火控雷达的距离波门拖引干扰效果，从而统计得出火控雷达的抗有源欺骗干扰性能评估指标——抗距离波门干扰成功率，并给出结果分析。仿真参数如表1所示。

表1　火控雷达距离波门拖引干扰仿真主要参数

干扰机发射距离波门拖引干扰信号的相对雷达信号转发延迟时间曲线如图3所示，图中给出了5个距离波门拖引周期的延迟曲线。从图3中可以看出，在一个拖引周期的拖引期内，在匀速拖引情况下，干扰信号的转发延迟时间成线性增加，表示了拖引距离逐渐增加。

图3　距离波门拖引信号转发延迟时间曲线Fig.3　Curve of RGPO retransmitted delay time

根据表1给定的参数，并假定欺骗干扰机能成功侦察并准确模拟了雷达发射信号，仿真得到有距离波门拖引干扰和无距离波门拖引干扰时的雷达对目标跟踪距离曲线，仿真结果如图4所示。

图4　有无距离波门拖引干扰时雷达对目标跟踪距离曲线Fig.4　Curve of radar tracking range with and　　　without RGPO

由图4中给出的5个距离波门拖引周期的仿真结果中，通过比较有距离波门拖引干扰和无距离波门拖引干扰时的雷达对目标跟踪距离曲线可以看出，每个距离波门拖引周期内对火控雷达距离跟踪波门的最大拖引距离达到了2 100 m。一般规定拖引干扰导致的距离误差超过距离波门宽度的一半时为拖引干扰成功。仿真结果表明，距离跟踪误差已经超过了半波门宽度(1 500 m)，则本轮仿真的拖引干扰成功率达到了100%，亦即火控雷达的抗拖引干扰成功率为0。出现这样看似比较绝对结果的原因是，该仿真试验中对雷达对抗环境模拟作了简化，如假定了欺骗干扰机侦察并完全模拟成功了被干扰雷达的各种信号参数等。该仿真结果表明，在成功侦察和模拟到雷达发射信号后，距离欺骗干扰机基本能够成功地对火控雷达实施距离波门拖引干扰。

干扰机接收到雷达发射信号后，以一定的延迟时间转发干扰信号，根据表2给出的3种拖引速度下转发延迟时间曲线如图5所示。

表2　不同距离拖引速度干扰仿真参数

图5　距离波门拖引干扰信号转发延迟曲线Fig.5　Curve of RGPO retransmitted delay time

在这3种拖引速度的距离波门拖引干扰下，雷达的跟踪曲线与无干扰时的跟踪曲线仿真结果如图6所示。

通过比较不同拖引速度的距离波门拖引干扰下雷达的跟踪曲线可以看出，不同的拖引速度下最大拖引距离不同。对于vd=50 m/s，最大拖引距离为500 m/s，而距离波门宽度的一半为750 m，这时目标信号还留在波门内，干扰失败；对于vd=300 m/s，最大拖引距离达到2 917 m/s，完全将波门拖离目标，待关闭干扰后，跟踪系统重新对目标进行搜索，干扰成功；对于vd=700 m/s，当拖引期开始Δt=1.362 s时，干扰到达波门后沿。此时，波门的移动速度为vG=408 m/s，仍然小于干扰速度。因此，干扰先于目标移出波门，最大拖引距离只有278 m，干扰失败。

图6　不同拖引速度干扰下雷达对目标的距离跟踪曲线Fig.6　Curve of radar tracking range with　　　different pull velocities of RGPO

在各5个周期干扰的仿真中，对于vd=50 m/s，雷达的抗欺骗干扰成功率为100%；对于vd=300 m/s，雷达的抗欺骗干扰成功率为0；对于vd=700 m/s，雷达的抗欺骗干扰成功率为100%。这个结果比较绝对，这是由于取值较为典型并且对对抗环境作了简化的结果。这个结果表明，如果干扰成功地模拟雷达发射波形并且拖引速度vd在成功拖引的范围内取值，那么，火控雷达抗欺骗干扰成功概率是非常低的。

4结束语

本文从火控雷达抗欺骗性能评估的需求出发，将雷达工作特点和干扰环境相结合，提出了以抗欺骗干扰成功率这一指标来表征火控雷达抗欺骗干扰性能的优劣。通过建模仿真，对火控雷达距离波门拖引干扰效果进行了分析，验证了火控雷达距离拖引干扰中的参数设计对仿真结果的影响。由于仿真中的模型参数选取简单，对应参数有所变动，仿真结果也会随之变化。在今后的研究工作中还会加入更真实的环境因素，从而获得更加准确真实的研究结果。

参考文献：

[1]张永顺，童宁宁.雷达电子战原理[M].北京：国防工业出版社，2006.

ZHANG Yong-shun, TONG Ning-ning. The Principle of Radar Electronic Warfare[M].Beijing: National Defense Industry Press,2006.

[2]王雪松.现代雷达电子战系统建模与仿真[M].北京：国防工业出版社，2008.

WANG Xue-song. Modeling and Simulation of Modern Radar and Electronic Warfare System[M].Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2008.

[3]汪连栋,胡明明,高磊,等. 电子信息系统复杂电磁环境效应研究初探[J].航天电子对抗,2013, 29(5):23-25.

WANG Lian-dong, HU Ming-ming, GAO Lei, et al. Preliminary Research of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System[J].Aerospace Electronic Warfare,2013, 29(5):23-25.

[4]李田,彭世蕤,王广学.机载SAR有源干扰分析与比较[J].雷达科学与技术, 2013,10(5):14-19.

LI Tian, PENG Shi-rui, WANG Guang-xue. Comparative Analysis of Active Jamming to Airborne SAR[J].Radar Science and Technology, 2013,10(5):14-19.

[5]杨作宾, 龚锐, 刘光明. 基于BP神经网络的火控雷达抗干扰效能评估[J]． 现代防御技术,2010,38(1):9-12.

YANG Zuo-bin, GONG Rui, LIU Guang-ming. Jamming Effectiveness Evaluation Based on BP Neural Network of Fire Control Radar[J]．Modern Defence Technology,2010,38(1):9-12.

[6]潘超. 雷达抗干扰效能评估准则与方法研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2006.

PAN Chao. Rules and Methods of Radar Anti-Jamming Effectiveness Evaluation[D].Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China,2006.

[7]张伟.火控雷达距离跟踪系统的干扰技术研究[D]. 太原：中北大学, 2008.

ZHANG Wei. Analysis of the Jamming Technology Against Range Tracking System in Fire Control Radar [D].Taiyuan: Zhongbei University,2008.

[8]林象平. 电子对抗原理[M]. 北京：国防工业出版社,1982.

LIN Xiang-ping. The Principle of Electronic Science[M]. Beijing: National Defense Industry Press,1982.

[9]葛青林，王莹莹，李静． 一种产生雷达多假目标的卷积调制法[J]． 现代防御技术，2012，40(1):137-139．

GE Qing-lin, WANG Ying-ying, LI Jing. A Kind of Convolution Modulation Method that Generate Radar Multi-False Target [J]．Modern Defence Technology,2012，40(1):137-139．

[10]张延彬, 高梅国, 袁起. 距离波门拖引干扰中的关键参数设计[J]． 现代防御技术，2009,37(4):114-117.

ZHANG Yan-bin, GAO Mei-guo, YUAN Qi. The Design of Critical Parameters by RGPO[J]．Modern Defence Technology,2009,37(4):114-117.

[11]李田,彭世蕤,王广学.机载SAR有源干扰分析与比较[J].雷达科学与技术,2013,10(5):14-19.

LI Tian, PENG Shi-rui, WANG Guang-xue. Comparative Analysis of Active Jamming to Airborne SAR[J].Radar Science and Technology,2013,10(5):14-19.

[12]BARTON D K, LEONOV S A. Radar Technology Encyclopedia[M].Boston: Artech House,1998.

Simulation on Fire-Control Radar Index of Anti-Jamming Ability against Deceptive Interference

LI Ya-nan，HAN Zhuang-zhi

(Ordnance Engineering College,Department of Electronics and Optics Engineering，Hebei Shijiazhuang 050003 , China)

Abstract:In modern warfare, fire control radars play a crucial role in the fire control system, and the anti-interference performance merits of deception for the overall performance of the radar and the whole weapon system performance has a significant impact. Currently, there are relatively few studies about radar for anti-deceptive jamming effect evaluation. In this context, the index test method applicable to fire control radar range deception jamming effect evaluation is discussed. First, the radar anti-interference ability deceptive evaluation indicators are introduced based on fire control radar characteristics and deception jamming process analysis to determine the evaluation index and the test signal model; then the radar anti-interference ability is evaluated by using the test model under different towing speeds. The result indicates that the index of deception jamming success rate has a significant performance of radar evaluation. The way to test the active radar jamming capability has some reference value.

Key words:deception jamming;evaluation index;radar anti-jamming;deception jamming success rate

中图分类号：TN974；TP391.9

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-05-0236-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.05.038

通信地址：050003河北石家庄军械工程学院电子与光学工程系E-mail：gilbert_g@126.com

作者简介：李亚南(1988-)，男，河北鹿泉人。硕士生，主要研究方向为雷达抗干扰。

基金项目：国家自然科学基金青年基金(51107147)

*收稿日期：2014-06-22；修回日期：2014-09-24