复杂电磁环境下雷达探测能力的定量描述

胡 进

(空军驻沪宁地区军事代表室，江苏 南京 210039)

复杂电磁环境下雷达探测能力的定量描述

胡 进

(空军驻沪宁地区军事代表室，江苏 南京 210039)

在概述雷达面临的复杂电磁环境的基础上，分析了复杂电磁环境对雷达主要探测能力的影响，提出了复杂电磁环境下雷达探测能力的构成要素，即电磁环境感知能力、电磁环境应对能力和电磁环境对抗能力；给出了复杂电磁环境下雷达探测能力的评估原则，即战术指标定量评估原则、比对原则和通用性原则；构建了复杂电磁环境下雷达探测能力的定量评估指标体系，共三大类15项指标；最后对指标适用性进行了分析并给出了结论。

雷达；复杂电磁环境；探测能力；定量描述

0 引言

复杂电磁环境是现代和未来战场最突出的特征之一，武器装备的作战能力应是复杂电磁环境下的实战能力。作为电子信息装备，雷达的探测能力更受到电磁环境的严重制约。研究、建立复杂电磁环境下雷达探测能力的评估与试验方法显得十分重要，并应随着雷达有源干扰技术和相应的雷达抗干扰技术的快速发展不断改进完善。本文旨在分析雷达可能面临的复杂电磁环境及其对雷达探测能力的影响，进而提出复杂电磁环境下雷达探测能力构成要素、探测能力评估原则，并构建探测能力定量评估指标体系。

1 雷达面临的复杂电磁环境

未来雷达面临的复杂电磁环境包括无源干扰和有源干扰两大类。无源干扰包括地(海)杂波干扰、气象杂波干扰等无意干扰和箔条、角反射器等假目标故意干扰。雷达反杂波处理技术的进步，特别是AMTD、PD等技术的应用，使得无源干扰对雷达探测能力的影响大大降低，一般情况下已不成为主要威胁。有源干扰包括工业、通信等无意干扰和敌方施放的多场景、多样式故意干扰。前者可以通过选择雷达使用阵地或电磁管控剔除，后者则是构成雷达复杂电磁环境的主要威胁源。本文主要讨论分析由有源故意干扰构成的雷达复杂电磁环境和雷达在此环境下作战能力的评估方法。

雷达面临的复杂电磁环境可以描述为敌方以多种作战平台、多种作战方式施放的全空域、全样式有源故意干扰的组合，包括干扰场景和干扰样式两个方面。典型有源故意干扰场景按干扰源承载平台可分为空气动力飞行器载干扰、弹道导弹弹载干扰、临近空间空天飞机机载干扰及可能出现的卫星星载干扰等。其中空气动力飞行器含各类有人无人作战飞机、飞艇、系留留空气球、巡航导弹等。按作战方式，空气动力飞行器施放的典型干扰场景包括远距离支援干扰、随队干扰、自卫干扰及组合场景干扰等，未来多平台、全空域组网干扰也将投入实战；弹载干扰主要为突防伴飞干扰；空天飞机机载干扰可能为机载自卫干扰和突防伴飞干扰；卫星星载干扰可能为星载远距离支援干扰和自卫干扰；按雷达探测视角可分为天线主瓣干扰、天线副瓣干扰及组合场景干扰。远距离支援干扰为副瓣干扰，机载自卫干扰、空天飞机自卫干扰、星载自卫干扰等均为主瓣干扰；而机载随队、弹载与空天飞机伴飞干扰则主要为主瓣干扰，一定条件下转化为副瓣干扰，例如伴飞一段时间后，由于速度差异，弹头与干扰机距离拉开。

典型有源电子干扰样式类别包括压制性干扰、欺骗性干扰和组合样式干扰三大类。其中压制性干扰包括瞄准式干扰、阻塞式干扰和扫频式干扰等样式；欺骗性干扰包括密集假目标干扰和虚假航迹干扰等样式；密集假目标干扰又包括直接转发式和切片转发式、静止密集假目标和运动密集假目标等样式；虚假航迹干扰包括主瓣虚假航迹欺骗和副瓣虚假航迹欺骗两类。组合样式干扰为压制干扰和欺骗干扰的任意组合。值得关注的是，变极化压制干扰、变极化密集假目标干扰已在西方国家得到越来越多的应用，这些全新的干扰样式可使雷达副瓣对消、副瓣匿影等反干扰措施的效能大大降低，甚至完全失效。

2 复杂电磁环境对雷达探测能力的影响

雷达的探测能力以其战术指标体系表征，主要包括威力、精度、分辨力、情报连续性等。其中威力定义为雷达在规定目标、规定虚警概率、规定数据率前提下达到规定发现概率的距离、方位、仰角和高度覆盖范围；精度定义为在指定威力范围内雷达距离、方位、仰角、高度及速度测量误差的均方根值或最大值；分辨力定义为在指定威力范围内满足规定分辨概率时雷达能分辨两个目标的最小距离、方位、仰角和速度单元；情报连续性定义为精度满足要求的目标连续发现点数(距离)或连续跟踪时间。对于正在快速发展的第四代雷达而言，目标识别能力也是其最重要的战术性能之一。复杂电磁环境下雷达的探测能力将受到严重影响，使得雷达的威力、精度、分辨力、情报连续性以及目标识别能力大大降低，干扰场景越复杂、干扰样式越多样、干扰功率越大这种影响将越大。

复杂电磁环境下雷达抗有源干扰的本质是能量对抗，先进的雷达技术体制是最有效的抗干扰手段，窄波束、低副瓣、大功率口径积、超宽带、数字波束形成、多波段集成、有源无源一体化、多传感器一体化、点迹融合、信号级融合等技术体制的应用将极大提升情报雷达对复杂电磁环境的适应能力。此外，各种专项抗干扰措施的应用，如自适应零点、副瓣对消、副瓣匿影、盲源估计、点迹过滤等，包括单项使用、组合使用和自适应使用，将进一步提升雷达对复杂电磁环境的适应能力。任何抗有源干扰手段和措施都旨在降低进入雷达接收机的干扰功率，提高信号干扰功率比(或发现概率)，即提高满足规定发现概率的探测威力。从这一角度看，因为雷达精度、分辨力、情报连续性三项探测能力均为达到规定发现概率(信干比)时的精度、分辨力和情报连续性，那么复杂电磁环境对雷达探测能力的影响可以归结为只对威力的影响。换句话说，复杂电磁环境下满足规定发现概率的威力范围大大降低了，但在这一满足规定发现概率的威力范围内，雷达的精度、分辨力和情报连续性三项作战能力不受影响。同理，由于雷达的方位、仰角覆盖不会因复杂电磁环境而变化，而高度覆盖范围又取决于仰角和距离覆盖范围，故复杂电磁环境对威力范围的影响又只需考虑对雷达探测距离的影响。

有些抗干扰措施，如副瓣对消，可能造成雷达波束畸变，即使发现概率达到规定值，测角精度也会降低。对于这些情况，可以通过进一步提高信干比和发现概率，抵消波束畸变对精度的影响，保证精度达到要求。

3 复杂电磁环境下雷达探测能力构成要素

复杂电磁环境下现代雷达的探测能力至少应由电磁环境感知能力、电磁环境应对能力和电磁环境对抗能力三个要素构成。电磁环境感知能力是指雷达利用自身资源对进入雷达的各类有源干扰进行测量、分析，识别出干扰源的数量、位置、承载平台和干扰样式的能力。电磁环境应对能力是在感知的前提下，雷达选择并施加最佳对抗措施的能力。除由技术体制决定的固有抗干扰能力外，为应对复杂电磁环境，现代雷达均具有多种针对特定干扰场景和干扰样式的抗干扰措施，但战场环境瞬息万变、战机稍纵即逝，雷达系统只有自适应自动选择最佳抗干扰措施方可避免贻误战机。电磁环境对抗能力是指雷达采取的抗干扰措施的有效性或对干扰的抑制能力，即采取抗干扰措施后相对不采取抗干扰措施时雷达作战性能得益，包括威力、精度、分辨力、情报连续性等方面的得益，根据第2节分析结果，可以只考虑探测距离得益。从使用方便角度看，情报连续性得益更直观，故也可将探测距离得益转换为情报连续性得益来表征。

4 复杂电磁环境下雷达探测能力评估原则

复杂电磁环境下雷达探测能力评估应遵循战术指标定量评估原则、比对原则和通用性原则。正如正常环境下雷达的作战能力可以用威力、精度、分辨力、情报连续性等战术指标定量描述一样，其复杂电磁环境下的探测能力也应构建相应的战术指标体系进行定量描述，以方便作战使用。所谓比对原则是指应将复杂电磁环境下雷达采取抗干扰措施后的探测能力与不采取抗干扰措施时的探测能力以及正常环境下的探测能力进行比对，给出战术指标的变化量，以便评估抗干扰措施的有效性；所谓通用性原则是指评估复杂电磁环境下雷达探测能力的战术指标体系应具有通用性，即构建的战术指标体系能够通用于任何抗干扰措施。雷达单项抗干扰措施或措施组合都是针对某具体干扰场景和样式而设计的，随着对抗双方的技术博弈和发展，雷达抗干扰措施将越来越多，如果针对每项抗干扰措施均构建探测能力指标体系，不仅使得指标体系极为复杂，给评估工作带来巨大工作量，同时也无法覆盖各种抗干扰措施，难以评估雷达系统的总体作战能力。

5 复杂电磁环境下雷达探测能力定量评估指标体系

依据第3节分析结果和第4节确定的评估原则，可以按感知能力、应对能力和对抗能力三个方面构建复杂电磁环境下雷达探测能力评估指标体系。

5.1 复杂电磁环境感知能力指标

电磁环境感知能力是实现雷达复杂电磁环境下探测能力的基础和前提，描述该能力的指标属雷达系统级指标，也是其他系统级指标的共用指标。从使用角度看，电磁环境感知能力指标应至少包括干扰源定向能力和干扰源识别能力两个方面。

5.1.1 干扰源定向能力指标

1) 干扰源指向线最大数量。能在雷达显示器上显示的干扰源所在方位、仰角位置指向线的最大数量，也即雷达能够定向并给出指向的干扰源最大数量。每个干扰源指向线包括中心位置指向线和给定干扰强度的方位、仰角扇区指向线。干扰强度以干噪比表征，例如干噪比5～10dB为1级，11～20dB为2级，21～30dB为3级，31dB以上为4级。

2) 干扰源指向成功率。给定干噪比或干扰强度时，雷达能够正确给出干扰源指向线的成功率。

3) 干扰源指向精度。给定干噪比或干扰强度时，雷达给出的干扰源中心位置指向线的精度，含方位精度和仰角精度。

4) 干扰源指向分辨力。满足指定分辨概率时，雷达能够分辨出两个干扰源间的最小角度，含方位分辨力和仰角分辨力。

5) 干扰源指向虚警率。无干扰或干扰强度达不到1级时，雷达给出干扰源指向线的概率。

5.1.2 干扰源识别能力指标

1) 干扰源承载平台识别成功率。雷达能够识别出干扰源承载平台的成功率，即识别出机载、弹载、星载等平台的成功率。通过指纹库的长期积累，未来雷达不仅可能识别干扰源承载平台，还可能识别具体承载平台的机型或弹型。

2) 干扰样式分类识别成功率。雷达能够识别出干扰源干扰样式类别的成功率，即识别出压制干扰、欺骗干扰还是组合干扰的成功率。

3) 干扰样式识别成功率。雷达能够识别出干扰源具体干扰样式的成功率，即能识别出瞄准式、阻塞式、扫频式压制干扰以及干扰谱，直接转发式密集假目标欺骗、切片转发式密集假目标欺骗，静止密集假目标欺骗、运动密集假目标欺骗，主瓣虚假航迹欺骗、副瓣虚假航迹欺骗等干扰样式的成功率。

5.2 复杂电磁环境应对能力指标

电磁环境应对能力可归结为最佳抗干扰措施选择能力和有效抗干扰扇区定位能力两个方面，以下列指标表征：

1) 最佳抗干扰措施选择成功率。针对某特定干扰场景、干扰样式，在规定的时间内雷达自动正确选择最佳抗干扰措施或措施组合工作的成功率。所谓最佳抗干扰措施是指能使抗干扰效果最佳(指标达到最优)的措施或措施组合；所谓规定的时间是指从作战角度看从雷达受到干扰到自动正确选择出最佳抗干扰措施或措施组合不能超过的最长时间，最佳抗干扰措施选择时间一般不应大于3～5个雷达数据更新周期。最佳抗干扰措施选择成功率一般不应低于95%。

2) 有效抗干扰扇区定位成功率。针对某一特定抗干扰措施，雷达在规定的时间内正确定位其有效扇区并工作的成功比率。对情报雷达而言，某种抗干扰措施可能在一些方位扇区内有效，另一些扇区没有效果甚至效果为负，未来雷达应能自动选择有效果的扇区采取抗干扰措施工作，而其他扇区则不采取抗干扰措施。例如副瓣对消只在干噪比大于20dB的受干扰扇区内效果较好。有效抗干扰扇区通常是以干扰源为中心或干噪比较大的方位为中心的一个方位扇区。所谓规定的时间一般是指最佳抗干扰措施实施后1～2个雷达数据更新周期。

5.3 复杂电磁环境对抗能力指标

复杂电磁环境对抗能力指标主要体现雷达在复杂电磁环境下的探测能力，由下列指标构成：

1) 自卫距离。规定的干扰场景、干扰样式、干扰功率谱及带宽下，且不采取抗干扰措施时，满足规定发现概率和虚警概率时雷达对已知RCS配试目标或精确标定RCS模拟目标的探测距离并折合为雷达战术指标规定的RCS目标的探测距离。该项指标体现了由技术体制和功率口径积决定的复杂电磁环境下雷达的固有探测能力。

2) 自卫距离得益。采取抗干扰措施后雷达自卫距离增加值相对无干扰时雷达作用距离的百分比，即采取抗干扰措施后挽回的雷达作用距离百分比。若无干扰时雷达对目标的作用距离为R0，自卫距离为Rz，采取抗干扰措施后雷达自卫距离为Rz1，则自卫距离得益Gz=(Rz1-Rz)/R0×100%。自卫距离得益体现了复杂电磁环境下雷达采取抗干扰措施后探测能力的提升幅度。自卫距离及自卫距离得益应通过多次试验统计得出满足规定置信度和置信区间的指标值。该自卫距离得益应理解为保精度自卫距离得益，如果采取抗干扰措施后雷达的测量精度允许有限降低，则可以用限制精度自卫距离得益来表征。

3)目标航迹连续性得益。配试目标或模拟目标在雷达采取抗干扰措施后比采取抗干扰措施前全程航迹点增加数相对于无干扰时总航迹点数的百分比。若无干扰时目标全程航迹点数为N0，有干扰不采取抗干扰措施时为N1,采取抗干扰措施后为N2，则目标航迹连续性得益Gh=(N2-N1)/N0×100%。其物理意义是采取抗干扰措施后，由于干扰能量被抑制，挽回的目标航迹点数相对无干扰时总航迹点数的百分比。统计目标航迹点时应剔除外推航迹点。

4) 航迹连续性得益。重点方位扇区内或全方位范围内抗干扰措施对航迹连续性的贡献率。若无干扰时雷达跟踪的总航迹数为T0，有干扰不采取抗干扰措施时总航迹数为T1,采取措施后为T2，则航迹连续性得益g=(T2-T1)/T0，也即采取抗干扰措施后挽回的航迹数占无干扰时总航迹数的百分比。

5) 虚假航迹抑制比。若无干扰时目标航迹数为T0，有干扰时未采取抗干扰措施时虚假航迹数为F1(此时目标航迹数仍为T0)，雷达采取抗干扰措施后虚假航迹数降至F2，目标航迹数为T2(目标航迹因采取抗干扰措施可能有损失，T2≤T0)，则虚假航迹抑制比Df=(F1-F2)T2/F1T0。该指标既体现了雷达抗干扰措施对虚假航迹的抑制能力，也体现了该措施对真实目标航迹造成的损失，虚假目标全部剔除、真实目标没有损失的理想情况Df=1。

6 复杂电磁环境下雷达探测能力定量评估指标适用性分析

第5节所构建的复杂电磁环境下的雷达探测能力指标体系中，感知能力与应对能力两类指标适用于所有干扰场景、干扰样式和抗干扰措施。对抗能力指标中自卫距离、自卫距离得益、目标航迹连续性得益三项指标不仅适用于评估各种抗主瓣、副瓣和组合场景压制干扰措施，同样也适用于各种抗主瓣、副瓣和组合场景密集假目标欺骗干扰措施，因为密集假目标或造成雷达自动检测门限的抬高，所以导致目标发现概率降低、作用距离的下降，或造成虚警率的上升，雷达误跟假目标造成航迹中断。航迹连续性得益指标既适用于各种场景的抗密集假目标干扰措施，也适用于抗压制性干扰措施，因为压制性干扰同样造成虚假点迹大量增加、真航迹被压制。而虚假航迹抑制比指标仅适用于抗虚假航迹干扰措施，并通用于主瓣、副瓣和组合干扰场景。

超宽带数字相控阵体制的抗干扰能力，体现在脉压后信干比得益即发现概率得益上，完全可以用自卫距离(不用宽带时)、自卫距离得益(相对窄带工作时)和目标航迹连续性得益三项指标评估。多波段集成体制、有源无源一体化体制、多类传感器一体化体制及其相应的点迹、信号级融合技术，均旨在受干扰条件下提高目标点迹的发现概率和航迹的连续性，其抗干扰得益也完全可以用自卫距离(单雷达头工作时)、自卫距离得益(多波段雷达头或多类传感器同时工作并点迹、信号级融合相对单雷达头工作时)和目标航迹连续性得益(相对单雷达头工作时)三项指标评估。

7 结束语

本文构建的复杂电磁环境下雷达探测能力战术指标体系涵盖了电磁环境感知能力、应对能力和对抗能力三个要素，可以在不用关心具体干扰场景、干扰样式和采用何种抗干扰措施的条件下用于定量评估复杂电磁环境下雷达总体探测能力。单项抗干扰措施的探测能力评估指标可以引用该指标体系中指标，也可以单独提出。■

[1] 胡进，李建勋，刘笑.地面情报雷达抗有源干扰能力的定量描述[J].现代雷达，2015,37(10):5-10.

Quantitative description of radar detection capability in complex electromagnetic environment

Hu Jin

( Shanghai and Nanjing Area Air Force Representative Office，Nanjing 210039, Jiangsu, China)

Based on an overview of radar’s complex electromagnetic environment, the influence of complex electromagnetic environment on the main detection capability of radar is analyzed. Firstly, the components of radar detection capability in complex electromagnetic environment are proposed, namely, electromagnetic environment sensing capability, electromagnetic environment coping capability and electromagnetic environment counterwork capability. Secondly, the evaluation principles of radar detection capability in complex electromagnetic environment are given, namely, the principle of quantitative evaluation of tactical principle, comparison principle and general principle. Thirdly, the quantitative evaluation index system of radar detection capability in complex electromagnetic environment is constructed, which contains fifteen indicators in three categories. Finally, the applicability of the indicators are analyzed and the conclusion is given.

radar; complex electromagnetic environment; detection capability; quantitative description

2016-12-17；2016-12-28修回。

胡进(1962-)，男，高工，硕士，主要研究方向为雷达工程。

TN97

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