雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究*

刘江波

(91404部队 秦皇岛 066000)

雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究*

刘江波

(91404部队 秦皇岛 066000)

研究雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验问题。在分析了开展适应性试验重要意义的基础上,从复杂电磁环境对雷达装备的影响与主要构建方法,适应性试验的指标体系、试验方法与评估方法研究等方面,重点分析了雷达装备适应性试验研究的主要内容,最后针对当前试验现状存在的一些问题,对适应性试验提出了一些建议。

雷达装备; 复杂电磁环境; 适应性试验

1 引言

雷达的军事应用十分广泛,既是对空、对海情报的主要来源,承担着警戒引导、目标跟踪、瞄准制导、航行保障等任务,同时又为指挥员作战指挥以及组织对空对海预警探测、战术机动、火力打击等行动提供支撑,为指挥员进行战场态势感知和对各种武器装备作战使用做出决策提供手段。雷达在复杂电磁环境下的作战能力将直接对作战的进程甚至结局产生重要影响。

雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验研究就是在这样一个背景下提出的,其主要研究目的是对雷达装备在复杂电磁环境下的作战能力进行考核,为雷达装备的研制和发展提供对策建议。

2 适应性试验的基本概念

一般来讲,环境适应性是指设备在其寿命周期内可能会遇到的各种极端应力的作用下实现其预定的所有功能、性能和必备防破坏的能力,是设备重要的质量特性之一[1]。环境条件包括气候环境、机械环境、电磁环境、核辐射环境、生物环境、化学环境、运输环境、贮存环境的噪声环境等。电磁环境适应性是指装备、系统以及平台受电磁环境影响时的适应能力[2]。

从以上概念中可以看出,适应性是一种交互性的表达,强调通过装备在特定环境条件下的响应来反映其作战能力[3]。因此,可以将雷达装备在复杂电磁环境下的适应能力定义为雷达装备在特定电磁环境条件下完成作战任务的能力。雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验主要考查雷达装备对各种复杂电磁环境态势的适应能力,在各种复杂电磁环境下雷达装备各项功能是否正常、各项性能指标能否满足研制总要求规定等。

3 雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究的重要意义

1) 是作战能力提升的技术基础

对雷达装备复杂电磁环境适应性试验进行研究,就是要通过模拟装备可能面临的复杂电磁环境,并在这种环境条件下测试装备性能参数,从而弄清楚我军现有雷达装备在复杂电磁环境下的适应力如何、长处和短处是什么,只有这样才能有的放矢,为研究如何提高复杂电磁环境下雷达装备的作战能力奠定基础。

2) 是武器装备发展的必然要求

我军雷达装备的研制起步较晚,装备性能和美国等发达国家相比差距仍较大。雷达装备复杂电磁环境适应性试验研究的目的之一就是为雷达装备试验鉴定方法改进提供对策建议,使装备研制方从研制初期就重视装备的复杂电磁环境适应性。可以说,雷达装备复杂电磁环境适应性试验研究将从根本上推动雷达装备的研制和发展。

3) 是军队发展趋势的客观要求

现代几场高科技战争,让我们看到了和美国等军事强国之间的差距,也看到了雷达装备在战争中发挥的巨大威力。因此,我军要想实现跨越式发展,必须加紧开展雷达装备复杂电磁环境适应性试验研究,努力提高装备在复杂电磁环境下的作战能力。

4 雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究的主要内容

4.1 复杂电磁环境对雷达装备性能的影响分析

复杂电磁环境是指在一定的空域、时域和频域上,电磁信号纵横交叉、连续交错、密集重叠,功率分布起伏变化,对相应的电磁活动产生重大影响的电磁环境[4]。战场复杂电磁环境对雷达作战能力的影响主要可分为以下四个方面的内容[5]。

1) 影响目标探测的稳定性

雷达在战场上会遇到地物杂波、云雨杂波、海杂波等多种杂波的影响。过强的杂波会使雷达回波的信噪比降低、接收机饱和、杂波频谱展宽从而导致雷达对目标的探测距离下降、信号处理效果变差。同时由于海上及陆上大气波导的存在使正常传播条件下接收不到的、位于视距之外的陆地杂波和海浪杂波呈现在雷达显示器上从而增加雷达的杂波强度降低雷达对目标的探测能力,造成雷达显示画面混乱,出现虚警,导致目标跟踪不稳定。

2) 影响目标信息的真实性

同型号雷达之间产生的相互干扰在频谱分布上基本重合,突出表现在干扰方向较多且不确定、干扰时段集中和干扰频段阻塞三个方面,这不仅使雷达的探测能力大幅度降低,无法完成探测任务还难以确定干扰源方向以至连受干扰的真实情况都不能准确判定。同时来自对手的有源的压制性干扰、欺骗性干扰和无源的遮蔽式干扰、假目标干扰也是严重影响雷达探测性能的主要因素,而高功率微波和反辐射攻击则是雷达自身生存所面临的最严重威胁。

3) 影响目标航迹处理的可靠性

由于受到战场复杂电磁环境的影响,雷达目标航迹处理录取到的目标点迹中存在大量的虚假点迹,这样会给准确航迹的建立带来很大的困难,并且还容易出现“航迹过载”的现象。航迹建立的不准确将会影响航迹的外推与滤波,进而影响目标跟踪的质量,并最终影响主航迹表的生成。航迹处理的不可靠将对雷达在实际作战时的目标跟踪、制导拦截产生严重影响。

4) 限制了雷达的作战使用

在战场复杂电磁环境条件下,由于己方的各种电子装备充斥于狭小的战场空间内,各种样式电磁信号交织在一起,大大增加了己方互扰的概率。为了使各种电子装备协同工作,同时减低被对手探测的概率必须进行电磁频谱管控,对雷达的开机时间、开机时长、开机时序进行严格的控制,这就限制了雷达在战场上的作战使用使其效能发挥受到制约。

4.2 雷达装备面临的复杂电磁环境构建方法研究

雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验具有很强的实践性[6]。为了满足各类型装备试验鉴定的需求,对复杂电磁环境构建也有特殊的需求,主要是条件已知,可调可控,分层分级。在对复杂电磁环境分析的基础上,更加体现试验设计的主观性。

复杂电磁环境的构建方法有很多,主要包括:全数字化计算机环境仿真、内场半实物环境仿真、外场全实物电磁环境模拟等[7]。

在内场试验中,通常采用全数字化计算机环境仿真或半实物环境仿真的方式,通过控制复杂电磁环境的参数构建相应的试验态势。这种构造方法方便、灵活,具有很高的可重复性,可较好地适用于开展雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验研究。在外场试验中,通常采用全实物电磁环境模拟的方式,用典型装备构建典型战场电磁环境。这种构造方式能真实地反映实际情况,但是成本较高,可重复性差,可以作为内场试验的补充,对内场试验结果进行验证。

4.3 雷达装备复杂电磁环境下适应性试验指标体系研究

雷达装备对复杂电磁环境适应性试验指标体系的研究一方面应保留和优化原有内容,主要是对单个指标的细化深化,增加条件设置的因素集,提高指标体系的涵盖能力。另一方面要充分考虑复杂电磁环境的影响,增加适应性考核的定性和定量描述,从整体角度实现有效融合。

其中,原有的指标主要包括固有技术性能指标、战术性能指标、作战平台协调能力指标等。对固有技术性能指标、战术性能指标的改进方法主要是在原有的试验考核方法基础上,增加电磁环境条件的设置。作战平台协调能力反映装备在实际装载平台上,与己方电子信息系统在使用时的相互协调性,这类指标的考核对试验场地、试验条件等要求较高,数据搜集获取难度较大,因此主要进行定性分析。

指标体系研究的重点是,针对复杂电磁环境对装备的影响,在指标体系中增加“雷达装备对复杂电磁环境适应性指标”,主要从电磁环境对装备的影响出发,通过合理的抽取,结合具体装备的工作原理和流程,设置相关的指标项。

4.4 雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验方法研究

构建基于作战想定的典型电磁环境,研究雷达装备复杂电磁环境适应性指标的试验方法和数据获取方法,为修订雷达装备试验相关的标准提供建议。

根据雷达装备工作原理及其在未来战场中面临的电磁环境情况,运用工程化的方法,可以从电子对抗侦查环境适应性、电子干扰环境适应性、电子摧毁环境适应性、目标超低空环境适应性和目标隐身环境适应性五个方面,对雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验方法进行研究。

4.5 雷达装备在复杂电磁环境下适应性评估方法研究

在对雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验数据进行分析评估时,可以采用图表、曲线和三维图形方式[8],对结果数据进行横向和纵向的比较,分析不同装备作战使用特点,相同装备不同条件下响应与规律,进行指标的一致性验证,以及为内外场试验结果的一致性研究提供依据。

同时,由于指标体系呈现出多层次结构,任一层次的能力可能由其多个下层能力聚合而成。因此可以采用层次分析方法(AHP)进行指标聚合[9],并引入基于区间数的模糊层次分析法计算各指标的权重,从而对复杂电磁环境下的雷达装备适应能力进行综合评估。

5 雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验的研究现状

当前,我军雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究取得了初步成绩,主要表现在以下方面[10]:

1) 研究意识正在增强。

随着全军信息化建设的全面展开,战场复杂电磁环境研究的深入发展,各单位逐渐意识到开展雷达装备复杂电磁环境适应性试验研究的重要性。

2) 相关试验正在起步。

近年来,各科研单位、院校和试验单位都加大了对复杂电磁环境研究的力度。部分单位相继成立了专门的仿真试验中心等机构,模拟战场复杂电磁环境进行雷达装备试验,为雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验研究积累了一定的经验和数据。

3) 人员训练正在开展。

各试验单位逐渐从单一的装备试验向试、训一体转变,在完成试验任务的同时,越来越多地承担起了复杂电磁环境训练任务,定期组织短期培训,帮助使用单位适应复杂电磁环境条件下雷达装备的作战使用。

但同时仍存在一些问题:

1) 试验理论研究明显落后。

电磁环境的复杂性给雷达装备适应性试验研究带来了很多困难,各科研单位大都各自为战,没有形成整体效应,在复杂电磁环境构建方法、适应性指标体系、试验方法以及数据分析等方面的理论研究不够系统。

2) 试验条件有限。

复杂电磁环境构建难以贴近实战,试验设计难以满足实际作战需求,部分试验数据难以获取。

3) 相应的考核标准尚未确立。

复杂电磁环境适应性试验只作为考察试验项目,受到试验条件限制,态势设置较为单一,不能全方位、多层次地考核武器装备的作战性能,无法真实反映雷达装备在复杂电磁环境下的适应能力。

6 雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验的发展趋势及几点建议

未来雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究的发展趋势主要有以下几个方面:

1) 更加注重顶层设计,从顶层制定复杂电磁环境下雷达设计、试验标准体系,强化科研开发,提高雷达对抗复杂电磁环境干扰的能力,从源头上提高雷达的作战能力。

2) 建立面向复杂电磁环境的装备研制程序与标准规范,将电磁环境效应作为装备研制重要因素进行考量,全面建立电磁环境适应性相关标准规范。

3) 着眼作战使用需求,着重改进装备试验方法,包括复杂电磁环境构建方法、作战想定设计等,使试验设计更贴近实战,重点考核雷达装备在复杂电磁环境下的适应性指标,试验结果更有实用价值。

针对目前现状存在的问题及发展趋势,提出以下建议:

1) 抓好雷达装备的科研立项、研制、考核定型等环节,将复杂电磁环境适应性贯穿在装备全寿命全周期阶段。

2) 开展基础理论和技术方法研究,从分析装备的工作原理出发,结合过去的试验经验和数据,研究开发复杂电磁环境的构建和运用方法,构建各类型雷达装备在复杂电磁环境下的适应性指标体系,并通过进一步试验对该指标体系进行完善。

3) 构建配套齐全的试验设施,重点是试验与评估需要的基础设施,建设能模拟未来可预见的战场复杂电磁环境,严格测试雷达装备在此环境下的作战能力和作战、保障能力降级情况,为准确、全面评定雷达装备综合作战性能提供依据,同时,也为未来部队在战场复杂电磁环境作战使用提供经验。

4) 充分利用各试验基地的资源,组织相关人员进行训练,帮助雷达装备使用单位了解复杂电磁环境,适应复杂电磁环境,掌握在复杂电磁环境条件下雷达装备的作战使用方法。

7 结语

本文主要研究了雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验,首先阐述了雷达装备在复杂电磁环境下适应性试验研究的重要意义,然后从复杂电磁环境对雷达装备性能的影响、复杂电磁环境构建方法、适应性试验指标体系、试验方法、评估方法等方面,重点研究了适应性试验需要研究的主要内容,最后给出一些合理性的建议,为更好的开展雷达装备在复杂电磁环境下的适应性试验打下一定的理论基础。

[1] 张宝珍,张丽星,尤晨宇.国外武器装备电磁环境适应性试验与评价技术及能力发展综述[J].计算机测量与控制,2015,23(3):677-684.

[2] 彭新潮,沈明强.通信电子战系统电磁环境适应性分析[J].通信对抗,2008(2):53-55.

[3] 李娟慧,沈明,季权,等.雷达侦察系统复杂电磁环境适应性分析[J].航天电子对抗,2012,28(2):55-58.

[4] 王玉明,谭志良,毕军建.复杂电磁环境对雷达与指控系统的影响[J].装备环境工程,2013,10(3):12-15.

[5] 王伟中,罗小明,王洪.复杂电磁环境对雷达作战能力的影响及应对措施[J].四川兵工学报,2011,32(3):154-156.

[6] 李文臣,张政超,陆静,等.电磁环境复杂度等级评估模型[J].中国电子科学研究院学报,2012,7(4):427-431.

[7] 吴小强,彭博.舰艇武器装备试验复杂电磁环境构建[J].指挥控制与仿真,2013,35(6):81-85.

[8] 崔超,马良,苏琦,等.基于复杂电磁环境度量的舰载雷达作战效能评估方法[J].四川兵工学报,2015,36(6):48-52.

[9] 陆静,郭克成.无源定位系统复杂电磁环境适应能力评估方法[J].战术导弹技术,2013,(4):90-95.

[10] 王鑫,张夫龙,孙希东,等.武器装备电磁环境适应性试验与评价技术综述[J].现代防御技术,2015,43(4):7-12.

Radar Equipment Adaptability Test under Complex Electromagnetic Environment

LIU Jiangbo

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao 066000)

Radar equipment adaptability test under complex electromagnetic environment is researched. Firstly the signification of adaptability tests is analyzed, then the influence on radar equipment and the main construction method of complex electromagnetic environment is studied, the index system, test method and evaluation method of adaptability test are also studied. In the end aiming for problems in the current test status, some suggestions for adaptability test are proposed.

radar equipment, complex electromagnetic environment, adaptability test

TN974

2016年9月3日,

2016年10月21日

刘江波,男,硕士,工程师,研究方向:雷达信号处理。

TN974

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.03.019