对空情报雷达网密集假目标干扰机理分析*

赵 源，熊 英，唐 斌

(电子科技大学 电子工程学院，成都 611731)

1 引言

对空情报雷达组网是指对应于某个特定监视空域(通常称为该雷达网的责任区)，通过对多部对空情报雷达适当部署，将各雷达站所探测到的信息加以“网”状收集，最后传输到情报中心站进行数据融合处理，并对各雷达站统一有序控制的雷达系统［1］。传统针对于单部雷达的假目标干扰信号主要是基于数字射频存储(Digital Radio－ Frequency Memory，DRFM)技术产生，该干扰信号与雷达发射信号高度相关，能够在雷达信号处理中获得较高处理增益［2］。由于网络化雷达广泛采用数据关联技术，常规针对单站雷达的转发式干扰对于网络化雷达的干扰效果较差。数据与信息的融合主要建立在目标检测层面，几乎没有进行多部雷达信号处理域参数层数据融合，对通过协同产生在各个雷达站都具有相同空间分布的高逼真假目标的识别问题同单部雷达相比无显著改善［3］。目前，比较有效的方法是同时产生大量高度关联的密集假目标对网络化雷达实施干扰。文献［4］探讨了距离多假目标欺骗干扰技术对抗组网雷达的可行性，但仅考虑距离维干扰会导致较为分散的假目标被雷达网剔除。文献［5］针对双基雷达描述了一种多假目标干扰的产生方式，然而对于雷达站的定位精度可能会影响干扰效果。针对单基雷达网的高逼真多假目标干扰［6－10］研究需要对雷达网各子站的工作参数和布站方式进行精准估计，然而目前的研究并没有分析在进行多假目标干扰时估计误差对干扰效果的影响。

为解决这一问题，本文在借助文献［11］提出的角度干扰基础上研究网络化雷达在目标数据处理的薄弱环节，分析单部干扰机和多部干扰机对于对空情报雷达网密集假目标干扰的作用机理以及影响干扰效果的因素，并通过仿真试验进行验证。

2 对空情报雷达网数据处理分析

目前网络化雷达信号包括相干式和非相干式，其中，非相干式主要包括双/多基雷达组网，存在时间与相位同步的限制，不利于接收站进行相参积累。因此，目前雷达组网系统仍以单基地雷达组网为主。组网系统的拓扑结构通常分为集中式、分布式和混合式，文献［6］给出了3 种系统的结构。对于集中式组网系统，需要判断各个雷达节点之间的量测误差是否超过同源检测门限，其优点是可以形成较为精确的关联，但数据互联较为困难，计算量较大。对于分布式组网系统，每个雷达节点有独立的处理系统，独立地收集点迹信息并送至融合中心作关联处理。融合中心在做进一步处理之前对数据进行时间对齐和空间校准，判断量测是否来自同一个目标核心问题为点迹关联。混合式系统兼具集中式和分布式组网系统的优点，但拓扑结构通常比较复杂。

本文假设对空情报雷达网系统为3 部单基雷达组网，利用多个雷达站点扫描特定空域检测特殊空情，各个雷达站为两坐标机械扫描雷达。为保证量测精度与数据量采用集中式组网结构，即各雷达站将探测信息统一送至融合中心进行数据关联，中心站数据关联采用加权融合算法［6］。

根据跟踪滤波理论，定义Xi(k)=为雷达站i(i∈［A，B，C，…］)在k 时刻某观测目标的真实状态，其中雷达A 为融合中心站，x、y 为目标的空间坐标，为目标的速度;并定义为目标在时刻k 雷达站i 对目标的状态估计。

定义时刻k 对目标的状态估计误差为

Pi(k|k)为雷达站i 在时刻k 的误差的协方差矩阵。

定义雷达节点i∈［B，C，…］和融合中心站之间状态估计误差为

为简化分析，仅考虑3 部雷达组网的情况。加权融合算法假设雷达节点和融合中心对同一目标的状态估计误差独立，则式(2)的协方差矩阵为

加权算法采用的检验统计量为

利用检测统计量将关联问题转换为门限检测问题。

定义H0表示雷达节点和融合中心的观测值判定为来自同一个目标，H1表示雷达节点和融合中心的观测值判定为来自不同目标，则检验判决可表示为

式(4)～(5)中，αAi服从自由度为nx的χ2分布，nx为目标状态向量的维数;门限α0=(1－P{H1/H0})，其中P{H1/H0}为错误关联概率。由式(2)、式(4)和式(5)可知，关联概率受到各个雷达站量测精度影响。

对空情报雷达网目标关联的核心利用真假目标在组网雷达的观测空间中状态差异来进行目标鉴别，是组网雷达对真假目标甄别的理论依据。当仅考虑距离维干扰时，虚假目标分布在干扰机与被干扰雷达连线上。此时，单部雷达数据处理表征为多目标，但在融合中心处对应空域的假目标并不存在，表征为假目标的检验判决接受H1，即融合中心将假目标剔除。若同时引入距离维、多普勒维及角度维干扰，并通过调制使假目标对应的检验统计量低于判决门限，则可形成雷达网难以剔除的假目标。

3 对空情报雷达网密集假目标干扰机理分析

为了降低网络化雷达网内波形信息交叉干扰，对于同频雷达组网体制，常采用相位编码波形体制;对于异频雷达组网体制，各站雷达采用异频简单脉冲、线性调频、相位编码等波形。因此，网络化雷达网内各个雷达节点在工作体制、波形和极化方式等具有较大差异性。要有效实现对网络化雷达的欺骗干扰，首要解决的是欺骗目标对于网内不同雷达节点欺骗效果一致性问题。

根据上一节的分析，利用关联算法仅停留在数据处理层面上这一薄弱环节，令网中各雷达对假目标观测空间的状态差异保持在检验门限范围内，组网雷达系统就不能有效地剔除假目标。为了实现对网络化雷达有效的欺骗式干扰，必须满足以下基本条件:一是截获各个子站雷达发射信号;二是干扰机天线主瓣对准各子站雷达接收机天线方向;三是干扰信号频率瞄准雷达信号工作频率;四是干扰信号和回波信号相似，又同时带有一定的虚假信息［2］。同时，密集转发的假目标必须满足在各个子站数据处理空间分布的一致性，避免在关联后被剔除。

对空情报雷达通常对远距离的目标进行探测，具有目标指示功能和目标跟踪功能，其功能更多为对来袭的目标(主要包括飞机和导弹)进行预警，而不需要像制导雷达或者火控雷达给出精确追踪，对空情报雷达测量精度通常较低。与此同时，由于大空域数据率的限制，对空情报雷达多采用两坐标体制，在俯仰向采用较宽的波束进行扫描。对空情报雷达网利用多部雷达探测同一空域，并在数据融合中心进行点迹关联以降低虚警并具有隐身目标探测能力，但其高功率、大主瓣宽度的特征常使其暴露在干扰方的干扰下，并可通过密集转发时延、多普勒调制后的假目标在其感兴趣的空域产生多假目标。

3.1 单部干扰机对空情报网密集假目标干扰产生机理

假设对网络化雷达实施随队支援干扰，即干扰方利用单部干扰机(电子干扰机、无人机或气球等)伴飞，为降低雷达方探测性能、保护突防目标，在目标对应空域产生大量转发式干扰或利用发射波形特征产生新体制干扰。

单部干扰机采用自适应多波束形成体制，干扰机同时形成不同指向的宽波束，以实现对雷达网的多假目标欺骗干扰并可以有效抑制交叉干扰。干扰机每截获到一个脉冲，估计其载频和脉内调制特性参数，这些参数与脉冲重复频率、到达角、到达时间共同构成了脉冲描述字，用于信号分选。本文假设干扰方已知雷达网的拓扑结构。

单部雷达干扰步骤如下:

Step 1:干扰方通过截获的信号估计各个雷达节点的脉冲描述字，利用对雷达波形特征、脉冲宽度等确定各子站工作参数，通过到达角度、到达时间估计确定雷达网拓扑结构;

Step 2:针对雷达网的拓扑结构，以某部雷达为坐标原点设置假目标位置。为产生相互关联的假目标，需要满足式(5)。因此，该问题转化为非线性最优化问题，即

Step 3:求解方程(6)得到相关参数，干扰机对截获的雷达信号做时延、角度和多普勒调制加工。假设网络化雷达拓扑结构如图1 所示，干扰机距离雷达网融合中心为RT(图中AT)，干扰机参考角度为∠TAC。假目标距离雷达网融合中心为Rj(图中AJ)，角度为∠JAC，vj为假目标相对于雷达网融合中心的速度。为了在雷达B 中形成相关联的假目标，应对截获的雷达B 波形分别作距离维时延调制、方位维时延调制和速度维多普勒调制，则

式中，RTB为干扰方估计的干扰机距离雷达B 的距离，RJB为假目标距离雷达B 的距离，雷达B 主瓣宽度为θ0，θj为干扰方估计的雷达在干扰机的方位，β为假目标的运动方向。

不断改变预设假目标位置，重复步骤1～3 即可产生密集假目标。

图1 假目标干扰示意图Fig.1 False target jamming diagram

由式(5)和式(6)可知，对雷达组网系统干扰的干扰性能主要由干扰方对雷达网络节点距离、角度和速度估计精度决定。单部干扰机定位精度较差且功率有限，当多部雷达组网时，干扰机资源不足，难以形成功率及位置优势，限制了单站干扰机的应用。

距离调制可通过对截获信号进行时延转发产生。现代干扰机天线通常采用相控阵天线，当雷达站锁定突防目标处于跟踪模式下，根据文献［5］描述的方法，对雷达接收天线波束进行幅度和相位的调制，产生主瓣的方位维时延。速度维多普勒调制可通过在时域上对截获信号乘积作用一个多普勒调制因子产生。

3.2 多干扰机对空情报网密集假目标干扰产生机理

为解决单部干扰机资源不足问题并提高测距测向精度，常使用多部干扰机对抗网络化雷达系统。多干扰机可以实施1 部干扰机干扰1 部雷达、1 部干扰机通过波束形成干扰网中的多部雷达和多部干扰机对多部雷达进行协同干扰的干扰模式，产生以下几种干扰信号:

(1)超出雷达信号处理系统处理能力的密集假目标干扰信号，使得雷达处理系统饱和;

(2)部分干扰机采用压制式干扰，另外部分采用欺骗式干扰，降低采用恒虚警检测的网络化雷达网检测概率;

(3)多部干扰机转发，且内部进行信号层面的转发，可以形成单个或多个高度逼真的假目标干扰，造成异常空情。

前两种干扰类型利用功率优势，从能量的角度降低网络化雷达正确检测目标的概率;第三种干扰类型利用时频空复杂度换取功率优势，与雷达信号在时域频域高度重叠从而产生难以剔除的假目标。干扰机不仅可以转发本机截获的信号，也可以转发其他干扰机截获的信号;对于空间分布在被保护目标和雷达之间的干扰机，在雷达波束照射到干扰机后将信号传递到其他的干扰机，在雷达波束下次扫描之前，产生具有负时延的假目标(即假目标分布在真实目标之前)。干扰步骤和单部雷达干扰类似，首先将雷达网中的发射信号进行数字分离、测向、相对时差测量及信号参数测量，估计各雷达站的发射波形并反演雷达网中各站雷达几何关系。

为了节约干扰资源，常采用干扰总功率最小准则作为干扰策略。干扰机最小发射功率为

式中，Rj为干扰机距雷达距离，γj为极化失配因子，Lj为干扰机馈线和大气损耗，Gj为干扰机发射天线增益，Gr为雷达接收天线增益，λ 为信号波长，ξ 为由于DRFM 采样的量化失真和发射机功放失真带来干扰信号和脉冲失配影响因子，为雷达i 灵敏度。

在干扰总功率最小准则下，干扰网调配策略转化为无约束线性优化问题，即

3.3 对空情报网密集假目标干扰的作用机理

在干扰情况下，各站雷达接收机接收到的是回波和干扰混合信号，而由于干扰机采用DRFM 体制，其转发波形和雷达发射波形高度相似。干扰方基于式(6)、式(7)及式(9)通过多次转发形成密集假目标干扰信号。干扰信号经过匹配滤波处理可获得脉压增益，因此干扰及回波均会形成目标指示。雷达通过恒虚警检测完成目标识别，各个雷达站将点迹信息送至融合中心，融合中心对每一个量测做数据关联检验。假设各个雷达站检测到Ni个量测，则共需要∑iNA·Ni次数据关联检验，当网络化雷达受到密集假目标干扰时，超密集的量测将超过雷达网信号处理能力，降低正确关联的速度。由于干扰机对雷达的定位存在误差，因此通过调制转发的密集假目标在各个雷达站形成的量测存在状态误差，若误差满足式(5)，将形成雷达网难以剔除的密集假目标。

4 干扰仿真分析

由于对空情报雷达网对目标点迹关联停留在数据层，干扰性能主要受到干扰机量测精度和波形相似度影响。为了验证干扰效果，进行了网络化雷达干扰仿真实验。仿真中假设雷达网由3 部两坐标机械扫描雷达组成。为避免信号的混叠，单部雷达站采用异频线性调频信号，3 部雷达关注同一空域，选取雷达站A 作为融合中心。选取雷达A 为坐标原点，采用大地地心坐标系，各雷达的相关参数如表1所示。对于较近的目标，对空情报雷达网主要工作在跟踪模式下。此时，假目标主要影响雷达网的跟踪性能，破坏航迹形成，扰乱已经形成的航迹。

表1 雷达网预设参数Table 1 Parameters of radar network

(1)实验1:仿真验证单部干扰机干扰雷达网的干扰效果

假目标分布在统一坐标系下x∈ (8000，9000)、y∈(11000，13000)的空域范围内随机分布。仿真验证干扰效果如图2 所示。

图2 密集假目标干扰效果Fig.2 Jamming effect of dense false target

由图2 可知，通过本文所描述的方法产生的假目标会在各个雷达站产生量测误差，经过融合中心后会剔除检验统计量高于门限的假目标。

(2)实验2:仿真验证由于定位精度导致的预设假目标在各个雷达节点距离、角度误差对成功干扰概率的影响

距离误差从0 变化到200 m 并具有5 m 的步长;角度误差从0°变化到1.4°，并具有0.1°的步长。经过200 次蒙特卡洛仿真，得到如图3 和图4 所示干扰性能曲线。

图3 距离误差－成功干扰概率关系曲线Fig.3 Jamming probability curve versus range error

图4 角度误差－成功干扰概率关系曲线Fig.4 Jamming probability curve versus angle error

由图3 和图4 可得知，网络由3 部雷达组成比由2 部雷达组成对于干扰方的精度要求更高，否则相同条件下产生的假目标更容易被融合中心剔除。对于仿真中的3 部雷达组网，当假目标距离误差大于80 m、角度误差大于1°时，将很容易被网络化雷达系统剔除。

5 结束语

对空情报雷达网的密集假目标欺骗干扰是现代电子战在进攻编队突防中亟需解决的问题之一。本文在分析干扰产生机理的基础上给出了假目标在空间中的误差对干扰效果的影响，该研究结果对干扰参数的设置以及干扰方侦查精度提出了约束。

需要指出的是，本文的结论假设雷达网中各子站雷达没有采用抗干扰技术，且数据关联算法仅仅停留在目标层。同时，本文的局限性在于假设各雷达子站扫描方式固定，且已知雷达网的拓扑结构和各子站的工作参数，这些问题都需要进一步研究，以获得更好的对抗对空情报雷达网的效果。

［1］郦能敬，王被德，沈齐，等.对空情报雷达总体论证——理论与实践［M］.北京:国防工业出版社，2008.LI Nengjing，WANG Beide，SHEN Qi，et al.Air surveillance radar system analysis principles and practice［M］.Beijing:Nation Defense Industry Press，2009.(in Chinese)

［2］Madni A M，Endler H M.Solid－state multiple deception jamming system for ECM applications［C］//Proceedings of 1998 IEEE Aerospace Conference.Big Sky，MT:IEEE，1998:331－343.

［3］姜秋喜.网络雷达对抗系统导论［M］.北京:国防工业出版社，2010.JIANG Qiuxi.Introduction to network radar countermeasure system［M］.Beijing:National Defense Industry Press，2009.(in Chinese)

［4］朱宇，罗景青，田玮.对组网雷达的多假目标欺骗干扰技术［J］.电光与控制，2013(9):93－98.ZHU Yu，LUO Jingqing，TIAN Wei.Research on Multi－False－Target Jamming Against Netted Radar［J］.Electronics Optics ＆ Control，2013(9):93－98.(in Chinese)

［5］孙云辉，吕栋雷，徐晓东，等.针对T/R－R 型双基地雷达的多假目标干扰研究［J］.电子信息对抗技术，2011，26(1):64－68.SUN Yunhui，LYU Donglei，XU Xiaodong，et al.A Study on Multiple False Targets Jamming Against T/R－R Bistatic Radar ［J］.Electronic Warfare Technology，2011，26(1):64－68.(in Chinese)

［6］杨海东，解凯.集中式组网雷达假目标干扰建模［J］.指挥控制与仿真，2008，30(5):90－95，105.YANG Haidong，XIE Kai.Jamming Modeling of False Targets for Data Processing Algorithm of Centralized Netted Radar［J］.Command Control ＆ Simulation，2008，30(5):90－95.(in Chinese)

［7］孙伯明，梁修华，吴付祥，等.多波束雷达干扰机作战效能分析［J］.舰船电子对抗，2007，30(5):40－42.SUN Boming，LIANG Xiuhua，WU Fuxiang.Operation Effectiveness Analysis of Multi－beam Radar Jammer.［J］Shipboard Electronic Countermeasure，2007，30(5):40－42.(in Chinese)

［8］杨波.雷达组网的电子对抗［D］.成都:电子科技大学，2007.YANG Bo.Electronic Countermeasures of Radar Network［D］.Chengdu:University of Electronic Science and Technology of China，2007.(in Chinese)

［9］马亚涛.对雷达网的欺骗干扰技术研究［D］.西安:西安电子科技大学，2013.MA Yatao.Research on Deception Jamming against the Network System of Radars［D］.Xi'an:Xidian University，2013.(in Chinese)

［10］曹菲，刘庆云，辛增献，等.交叉眼干扰数学建模［J］.现代雷达，2013，35(6):69－72.CAO Fei，LIU Qingyun，XIN Zengxian，et al.Mathematical Modeling of Cross－ eye Jamming［J］.Modern Radar，2013，35(6):69－72.(in Chinese)

［11］何友.多传感器信息融合及应用［M］.北京:电子工业出版社，2010.HE You.Multisensor Information Fusion With Applications［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2010.(in Chinese)

［12］陈开林.有源干扰机组网技术分析［J］.电子对抗技术，2002，16(1):10－13.CHEN Kailin.Analysis of Active Jammer Networking Technique［J］.Electronic Warfare Technology，2002，16(1):10－13.(in Chinese)