雷达对抗装备最小干扰距离试验仿真

(解放军91404部队,河北 秦皇岛 066001)

现代高科技战争中,高性能雷达与雷达对抗装备的对抗与反对抗对战场局势影响越来越大[1],因此世界各国非常重视雷达对抗装备的试验鉴定,力求在逼真作战环境下充分检验雷达对抗装备的性能[2]。本文对典型场景下雷达对抗装备最小干扰距离试验中的能量与干信比进行计算,获得雷达跨界距离。最后,比较了高斯噪声干扰样式和非高斯噪声干扰样式的干扰效能。

1 遮盖性干扰原理

雷达干扰的目的是扰乱或破坏雷达对真实目标信息的检测。遮盖性干扰又称压制性干扰,作战意图是通过发射类似噪声或者噪声干扰信号来压制或遮盖敌方雷达检测目标回波信号,阻碍或破坏敌方雷达对目标平台的发现和参数测量[3]。

雷达获取目标信息的过程如图1所示。雷达发射电磁波信号ST(t),电磁波在目标处反射,受到目标的角度、距离、速度等参数特性的调制形成回波信号SR(t),雷达接收机对回波信号进行放大、滤波和解调从而获取目标的角度、距离、速度等信息。遮盖性干扰通过在回波信号SR(t)中引入人为噪声或类似噪声来降低雷达检测目标信噪比(SNR),在给定虚警概率的条件下,检测概率会随SNR降低而降低[4],从而造成雷达目标检测的困难。

2 最小干扰距离试验分析

2.1 试验简介

最小干扰距离是雷达与雷达对抗装备安装平台间的最小距离。最小干扰距离试验主要在外场进行,要求雷达对抗装备采用压制性干扰样式。若安装平台为舰船,试验的主要步骤如下所示:

图1 雷达探测原理示意图Fig.1 Diagram of radar detection principle

(1)试验舰船处于漂泊状态,并保持一舷面向配试雷达。

(2)配试雷达跟踪试验舰船。

(3)雷达对抗装备对配试雷达实施压制性干扰,同时两者运行使相对距离变小,记录配试雷达发现试验舰船的距离。

(4)对每次发现试验舰船距离求均值即可得到该型雷达对抗装备对配试雷达的最小干扰距离。

2.2 干信比计算分析

最小干扰距离试验中雷达对抗装备需使用遮盖性干扰方式。

衡量干扰机能力的主要因素[5]为有效工作带宽及有效辐射功率(ERP),有效辐射功率

(1)

式中:PJ为干扰机峰值功率;GJ为干扰机天线增益;LJ为干扰机总损耗。

自卫干扰[6]是指雷达对抗装备为保护安装平台所实施的主瓣干扰。设雷达的峰值功率为Pt,发射天线增益为Gt,辐射电磁波波长为λ,脉冲宽度为τ,天线孔径为dr,工作带宽为Br,接收机损耗为L。若有一个目标的雷达散射截面积(RCS)为σ,与雷达距离为R,则雷达接收到该目标的脉冲功率

(2)

若该目标上安装有源干扰机,并对雷达实施自卫干扰,则雷达接收到的有源干扰功率

(3)

式中:BJ为干扰机工作带宽。已知雷达天线孔径dr与雷达接收天线增益Gr、雷达辐射电磁波波长λ有关,如下所示:

(4)

将式(4)代入式(3)可得

(5)

由式(2)和式(5)可得自卫干扰时雷达接收信号的干信比为

(6)

对于同一雷达,有

Gt=Gr=G

(7)

则式(6)为

(8)

当雷达使用脉压体制时,设雷达时间带宽积[7]为Gpc。Gpc计算式如下所示:

Gpc=Brτ

(9)

将式(9)代入式(8)可得

(10)

若干扰样式采用高斯噪声样式,在雷达接收机端需要以处理雷达噪声功率相同的方式处理干扰信号[8],此时干信比为

(11)

式中:T0为等效噪声温度;k为玻尔兹曼常数;N为噪声强度。

由于雷达对抗装备发射到雷达的干扰电磁波是单程传输的,雷达接收的目标回波是双程传输的,因此随着雷达与目标之间的距离不断减小,干信比逐渐降低。干信比为1时雷达与目标之间的距离称为跨界距离[9],跨界距离是最小干扰距离试验航路设计的重要参数。高斯噪声干扰样式下跨界距离

(12)

同理,可计算得到非高斯噪声干扰样式下跨界距离。

在最小干扰距离试验中,航路设计时要求雷达与雷达对抗设备平台的最小距离小于跨界距离,最大距离的设计需考虑雷达正常跟踪平台的情况。

3 仿真分析

在最小干扰距离试验中,假设雷达的峰值功率Pt=40 kW,天线增益G=35 dB,辐射电磁波载频f=10 GHz,波长λ=3 cm,脉冲宽度τ=50 μs,工作带宽Br=6.32 MHz,接收机损耗L=0.01 dB,时间带宽积Gpc=25 dB,平台目标的RCS为10 000 m2,干扰机峰值功率PJ=200 kW,干扰机天线增益GJ=10 dB,干扰机带宽BJ=10 MHz,干扰机总损耗LJ=0.1 dB。雷达与目标之间的距离从50 km减小到0.1 km,采用非高斯噪声干扰样式,航行示意图如图2所示。

图2 最小干扰距离试验航路示意图Fig.2 Diagram of minimum jamming distance test

目标与雷达之间距离和信号强度关系如图3所示,并算得跨界距离为5.07 km。在不同距离条件下的干信比如图4所示。随着雷达与目标之间距离减小,干信比迅速减小。在航路中的某一临界距离,雷达能够滤除压制性干扰影响并发现目标,临界距离对应的干信比即压制系数。

图3 信号强度和雷达与目标之间距离的关系(非高斯噪声)Fig.3 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

若使用高斯噪声干扰样式,设定等效噪声温度T0=25 ℃,可得相同情景条件下目标回波信号和目标与雷达之间距离的关系,如图5所示,同时算得跨界距离为5.07 km。在不同距离条件下的干信比如图6所示。通过干信比数据发现,非高斯噪声干扰样式和高斯噪声干扰样式的干信比相差不大,干扰样式对试验过程中的能量数据影响较小。

图4 干信比和雷达与目标之间距离的关系(非高斯噪声)Fig.4 Relationship of JSR and distance between radar and objective (non-Gaussian noise)

图5 信号强度和雷达与目标之间距离的关系(高斯噪声)Fig.5 Relationship of signal intensity and distance between radar and objective (Gaussian noise)

4 结语

干信比是雷达对抗装备最小干扰距离试验需要考虑的重要因素之一,本文对典型试验情景下的干信比、跨界距离等数据进行计算,研究结果可用于试验航路规划和设计。仿真结果表明,非高斯噪声干扰样式和高斯噪声干扰样式下雷达接收信号的干信比相差不大,干扰样式对试验过程中能量数据的影响较小。

图6 干信比和雷达与目标之间距离的关系(高斯噪声)Fig.6 Relationship of JSR and distance between radar and objective (Gaussian noise)

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