地空导弹制导雷达反干扰能力综合评估

2015-12-21王小念张树杰申文峰

航天电子对抗 2015年3期

余巍，王小念，赵勇，张树杰，申文峰

（防空兵学院，河南郑州450052）

0 引言

地空导弹制导雷达是用于引导和控制地空导弹飞行、使之按预定弹道准确飞向目标的雷达，是地空导弹制导系统的重要组成部分［1］。在日趋复杂的战场电磁环境中，地空导弹制导雷达反干扰能力的强弱直接影响甚至决定着地空导弹武器系统工作效能的发挥。对地空导弹制导雷达反干扰能力进行正确的评估，能为不同型号装备的反干扰性能优劣比较、装备的规划研制、设计改进及部队的作战运用等提供依据和参考，具有较重要的意义。

1 制约反干扰能力评估的因素

在复杂电磁环境下，对地空导弹制导雷达反干扰能力的评估是一个复杂的系统问题［2-6］，存在许多制约因素，主要体现在以下几点：

一是虽然通过做大量对抗试验，测取相应的数据，再依据统计法来评价反干扰能力，得出的结果数据可靠、结论可信，但在现有条件下，受到复杂电磁环境的构设、试验经费、试验时间、空地协调组织等各种因素的制约，基于统计法的对抗试验难以有效地大量进行。

二是随着现代战争电子对抗日趋激烈，战场空间电磁环境日趋复杂，电子干扰技术和样式越来越多，对应的地空导弹制导雷达反干扰措施也发展十分迅速。由于不同干扰对同一种反干扰措施的干扰效果不同，而同一种干扰对不同反干扰措施的干扰效果也不相同，干扰样式与反干扰措施之间的关系非常复杂。因此，对地空导弹制导雷达的反干扰能力给出一个非常完善、精确的数学模型十分困难。

三是评估问题本身具有很大的不确定性和复杂性。首先，影响反干扰能力的因素繁多；其次，各种因素在反干扰过程中所起的作用，以及反干扰效果本身均具有不确定性或者模糊性，难以进行严格的界限划分，因而不能简单地使用二值逻辑去描述它们。

四是地空导弹制导雷达反干扰能力的评估，是对多种反干扰因素综合评估的结果，而目前既有经过严格理论推导出的定量因素，也有难以直接度量的定性因素，同时存在大量的经验数据和专家意见，合理地综合利用这些定量因素和定性因素，是比较困难的。

2 反干扰能力评估准则和指标分析

2.1 信息损失准则及指标

实施干扰的目的就是为了压制或破坏雷达正常检测目标信号、获取目标信息的能力。雷达对目标的检测是在随机噪声中进行的，具有不确定性。从信息论的角度，衡量随机变量不确定性的量是“熵”［7］。因此，常用“熵”值来评价雷达的反干扰能力和最佳的干扰波形。该准则概念清晰、理论严密，但计算复杂，目前未能得到广泛使用。

2.2 功率准则及指标

这是通过干扰条件下信号功率与干扰功率之比的变化来评估反干扰能力，常用雷达自卫距离、压制系数等作为度量指标。该准则体现了雷达对抗即功率对抗的传统思想，其物理意义明确，容易量化描述，是使用最多、应用最广泛的反干扰能力评估模型之一。但该准则主要适用于评估反压制性干扰能力，不能概括雷达所有的反干扰技术。

2.3 战术应用准则及指标

该准则可分为两大类，一类是从作战的总体效果出发，将雷达和相关联的武器系统联系起来，以干扰条件下雷达所支持的武器系统完成作战任务的程度来评价反干扰能力，可用突防概率、毁伤概率等作为度量指标，以综合评估雷达与电子干扰系统对抗的整体效果；另一类是以雷达的作用距离、测量精度、跟踪精度等战术参数的变化作为衡量指标，回避了雷达配属不同防空武器系统所带来的变化。战术运用准则具有直接性、全面性以及可测性等优点，是在试验及解析分析中都被广为采用的模型。

2.4 概率准则及指标

该准则是指用雷达完成某种给定任务的概率来衡量反干扰技术的效果。常用的指标有雷达反欺骗干扰概率、虚警概率、发现概率等，该准则突出体现了雷达对各种战场信息的获取能力，直观方便，但必须建立在大量实战或试验的统计数据基础上，较难获得和计算。

2.5 时间准则及指标

在特定条件下，武器系统的各个环节完成任何一项工作都需要一定的时间，雷达发现、识别、截获、跟踪目标等都需要时间。反应时间的早晚能够直观地反映出武器系统性能的优劣。因此，时间准则是一种直观且有效的评估准则。常用的有探测时间比、跟踪时间比、航迹起始时间差等。需要注意的是，对于自动化程度不高的雷达，反应时间和操作手的操作熟练程度有很大关系，在计算中需要区分。

2.6 显示准则及指标

通过干扰破坏雷达目标回波的某些显示特征，可影响观察或降低目标信号的能见度，增大发现目标的难度；严重时，可使雷达显示器上只能看到扫描线，无法进行搜索、截获和跟踪目标的操作；干扰还可产生大量的假目标，进行欺骗，使操纵手不易正确地识别和判断，造成错情、漏情，延误作战时机。常用指标是干扰强度，一般分为I、II、III三级［8］。该准则突出体现了干扰和反干扰对雷达操纵手观察显示器的影响程度，是作战部队常用的评价准则，缺点是对欺骗性干扰和反干扰能力量化评估不够准确。

3 地空导弹制导雷达反干扰能力建模和评估

3.1 建立评估方案集

评估方案集V 包括三种不同型号的地空导弹制导雷达，即V＝｛V1，V2，V3｝。在同一种干扰环境下对评估方案集的雷达反干扰能力进行综合评估。

3.2 确定主要属性及评估模型

3.2.1 分辨力属性

高分辨力不仅能使雷达的发射功率大部分投射到目标上，还可以减小进入雷达接收机的干扰信号功率［6］。用分辨力属性因子U1评价雷达的分辨力大小，U1越大表明雷达的反干扰能力越强。

式中，To为雷达信号持续时间；Bs为雷达系统瞬时带宽；Gt为雷达天线主瓣增益。

3.2.2 功率属性

进入雷达接收机的实际干信比与雷达正常工作所需最小干信比的数值关系，可以衡量发射功率和干扰功率对雷达工作的影响程度。用功率属性［9］因子U2来评价雷达在功率方面的反干扰能力，表达式为：

式中，Prj、Prs分别为雷达接收到的干扰信号功率和目标回波功率；Kj为雷达正常工作所需的干信比。干信比可用下式计算：

式中，Pj为干扰机的发射功率；Gj为干扰机天线主瓣方向上的增益；γj为干扰信号对雷达天线的极化系数，一般取γj＝0.5；Rj为干扰机与雷达之间的距离；Δfj为干扰机带宽；Pt为雷达的发射功率；Gt为雷达天线主瓣方向上的增益；σ 为目标有效反射面积；Rt为目标与雷达之间的距离；Δfr为雷达接收机带宽；G′t为雷达天线在干扰机方向上的天线增益。

3.2.3 频率属性

频率对准与否是对雷达实施有效干扰的关键。可用频率属性［9］因子U3来评价干扰机频率和雷达信号频率的对准程度，U3越大说明频率的对准程度越低，雷达反干扰能力就越强。

式中，［fr1，fr2］为雷达的工作频率区间；［fj1，fj2］为干扰机的工作频率区间；d（［fr1，fr2］∩［fj1，fj2］）为两个频率区间交集的长度。

3.2.4 制导方法属性

地空导弹制导雷达采用的制导控制方法和制导雷达的设计有十分重要的关系，常用的制导方法有波束制导、指令制导、寻的制导和复合制导，其中寻的制导包括主动、半主动和被动制导三种，复合制导常见的有指令修正的捷联惯性导航、TVM 制导等方式［10-11］。用精确值来衡量不同制导方法的具体反干扰能力是比较困难的。可以借鉴专家定性的意见，按照各种制导方法反干扰能力的强弱排序，赋予一个在［0，1］范围内的值［12-14］（见表1），以体现不同制导方法的反干扰能力（制导方法属性因子U4）。随着制导方法的发展和反干扰评估的完善，可以对表1进行补充和调整。

表1 不同制导方法反干扰能力值

3.2.5 制导技术属性

为了完成跟踪制导功能，制导雷达可以采用不同技术（或称工作体制）具体实现。在文献［14］分析常用制导雷达工作体制对雷达抗干扰能力贡献度的基础上，列出不同制导技术反干扰能力值（见表2）。为了提高复杂电磁环境下反干扰能力，地空导弹制导雷达经常同时采用多种制导技术，此时该项属性因子值U5为多项能力值之和。

表2 不同制导技术反干扰能力值

3.2.6 反干扰技术措施属性

文献［9］列出了雷达常用的11 种反干扰技术措施，并为了分析方便，把每种反干扰技术措施对雷达反干扰能力的影响认为是相同的，但实际上这种影响程度是大不同的。文献［14］按照影响程度越大反干扰能力值越大的思路，分析了12种制导雷达采用的反干扰措施对反干扰能力的贡献度。随着反干扰技术的快速发展，上述反干扰措施不能涵盖装备的实际情况。本文列出地空导弹制导雷达常用的20种反干扰技术措施及其反干扰能力值（见表3），同时采用了多种反干扰技术措施，该项属性因子值U6为多项能力值之和。

3.3 确定各属性权重

采用AHP法［15］中的1-9标度，由专家建立了这六种评估属性重要性的两两比较判断矩阵：

表3 不同技术措施反干扰能力值

对上述判断矩阵计算最大特征值所对应的特征向量，即为各评估属性相对于整体反干扰能力的权重系数。经计算，各属性权重系数为（0.05，0.05，0.09，0.22，0.37，0.22）。经检验，该矩阵具有满意的一致性。也可由多名专家分别建立判断矩阵，分别计算权重后取平均值。

3.4 确定决策模型

多属性决策模型有很多种［16］，可根据不同的问题选择不同的决策模型。由于各属性在综合评判中均起到一定作用，故采用线性加权模型进行综合处理，每个评估方案的值为：

式中，Ui为各属性因子的归一化值，wi为各属性因子的权重。

4 模型应用

以美军战斗机装备的AN／ALQ-171型内置式干扰机对评估方案集中的地空导弹制导雷达进行自卫干扰为例，应用评估模型对各雷达的反干扰能力进行评估。AN／ALQ-171 型干扰机工作频率为2.0～16.0GHz，噪声阻塞干扰的频谱密度为20 ～30W／MHz，计算时取中间值；战斗机RCS取2m2，距离雷达80km；雷达性能参数略。结合评估模型进行计算，可得出评估方案集中各雷达属性因子值，对U1、U5、U6这三个属性因子值进行归一化处理，方法是将该属性因子中的最大值作为1，其它归一化值为其实际值除以最大值，计算结果见表4。

表4 评估方案反干扰能力值

利用决策模型进行综合计算，得评估方案集反干扰能力值为V ＝｛V1，V2，V3｝＝｛0.74，0.53，0.81｝，各型地空导弹制导雷达反干扰能力优劣排序为：V3＞V1＞V2，其中V1和V3型雷达反干扰能力相差不明显，但明显强于V2型雷达。

5 结束语

本文根据地空导弹制导雷达的技术特点，采用多属性决策的方法，把雷达的反干扰能力分解成若干个子属性，对每个属性选用适当的评估准则进行评估，再采用适当的方法进行综合评估，既可以利用严格理论推导出的定量因素，又可以综合难以直接度量的定性因素、经验数据和专家意见，是一种合理可行的评估方法。评估模型所计算的结果，更多反映的是地空导弹制导雷达的静态反干扰能力，对于动态对抗条件下的反干扰能力评估，还有待深入研究。■

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