基于多参数联合模糊处理的雷达辐射源威胁等级判定

2020-04-27孙中杰刘正成

舰船电子对抗 2020年1期

孙中杰，王聪，刘正成

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州 225101)

0 引言

电子对抗是现代战争的一种重要手段，主要包括电子侦察与反侦察、电子干扰与反干扰等。其中电子侦察是其他对抗手段实施的重要基础和必要条件，而对敌方雷达辐射源的威胁排序是电子侦察的一个重要目标。传统上对雷达辐射源的威胁排序主要有以下3步：(1)识别接收信号的特征参数，如载频、重复频率和脉宽等；(2)将识别出的特征参数与侦察系统识别数据库中的既有数据进行逐一比对，若两者匹配则将其判定为威胁目标，根据数据库给出威胁等级；(3)若数据库中没有能够与之匹配的数据，则将其判定为未知威胁目标，由操作人员人工判定其威胁等级。

在实际的现代海战战场上，电磁环境极其复杂，电子对抗的重要性更加凸显，同时侦察目标的难度增加[1]。对于水面舰艇来说，末端制导导弹是一种高威胁杀伤武器。但是末制导雷达在载频、重复频率和脉宽等主要特征参数上与机载火控雷达和舰载火控雷达具有较大的相似性；而且敌方往往会改变末制导雷达的信号特征，造成我方数据库失效，不能有效地对雷达辐射源进行威胁排序。由此可见，传统的辐射源威胁等级判定方法不能很好地满足水面舰艇的作战需求[2]。

1 雷达辐射源模糊威胁等级判定特点

对于雷达辐射源的威胁等级，可以给出如下定义：在当前战场条件下，作战敌方的雷达辐射源及其提供服务的武器系统能够对我方作战单位造成损失或威胁能力的量化表达。从这个定义可以看出，雷达辐射源的威胁等级是一个定性概念。侦察系统截获的雷达辐射源信号的载频(RF)、脉宽(PW)、重频(PRF)、方位等都能够部分地反映雷达辐射源的威胁性。由于决定雷达辐射源威胁性的各要素都处在一个不断变化的过程中，雷达辐射源的威胁等级判定并不是若干雷达辐射源特征参数定性或定量处理后的简单叠加，而是将截获的雷达辐射源特征参数进行合理的定性或定量处理后有机结合起来的分析过程。

本文提出的基于多参数联合模糊处理的雷达辐射源威胁等级判定技术具有关联性和模糊性，能够有效地将影响辐射源威胁等级的各种因素有机地结合起来，同时对辐射源的威胁性进行整体评价，实现对辐射源的威胁等级判定。相较于传统方法，这种方法能够更加全面、准确地判定雷达辐射源的威胁等级，同时也提高了工作效率。

2 威胁性模糊综合分析评价方法

侦察系统截获的辐射源信号的特征参数可以从不同侧面反映雷达辐射源的威胁性，各项特征参数是一个有机统一的整体，相互依赖，相互影响；因此对于雷达辐射源的威胁性评价分析，不能将这些参数单独割裂开来进行分析评价[3]。各个特征参数的物理意义和其所表征的雷达辐射源特性都不相同，它们对雷达辐射源的威胁性分析评价的影响也不相同。在设计威胁性评价的方法时，会根据不同特征参数的影响力度不同而有所侧重，因此各个特征参数的威胁性影响因子指数也不相同。

下面给出雷达辐射源威胁性等级评价方法的实现过程，如图1所示。

图1 雷达辐射源威胁性等级评价流程

图1中的威胁性评价因子是指影响侦察系统对雷达辐射源威胁等级判定的因素，通常情况下威胁性判定因子有：载频、脉宽、重频、方位等。判定因子选取得越多，威胁性等级判定就越全面。确定威胁性判定因子后，就要对上述判定因子进行量化，从而获得威胁性评价影响指数。量化级别越是密集，威胁性等级判定结果就越准确[4]。

2.1 建立雷达辐射源威胁性评价的分析结构

根据雷达辐射源的分析特点，将雷达辐射源威胁性判定问题分解为3个层次，依次为目标层(M层)、威胁性判定因子层(W层)和方案层(F层)，如图2所示。

M层为评价目标层，是雷达辐射源威胁等级判定的结果，由W层的各威胁性判定因子不同程度的威胁性综合决定。威胁性判定因子包括载频、脉宽、重频和方位。F层针对具体的威胁等级判定因子给出定量测试或定性评价，进而得到雷达辐射源威胁等级的判定结果。

图2 评价因子指标

2.2 构造模糊判断矩阵并计算威胁性判定因子权重向量

采用0～1五标度构造各威判因子对雷达辐射源威胁性影响力度，其具体内涵如表1所示。

表1 威判因子权重标度含义

根据威判因子对目标层M雷达辐射源威胁性的不同影响程度构造影响权重判断矩阵(n为元素个数)：

(1)

根据：

(2)

将其按行求和，再根据：

(3)

进行变换得到模糊一致矩阵(n为元素个数)：

(4)

2.3 辐射源威判因子威胁隶属度函数的确定

威胁等级的“高”与“低”是2个相互对立的模糊概念，难以利用精确的数学语言进行直观描述，解决这一问题的有效途径是模糊集理论。

(1) 威判因子重频威胁隶属度函数

辐射源的重频w1在0.1 kHz以内时，威胁性很小，通常可以认为威胁性为0。但是当辐射源的重频大于0.1 kHz时，辐射源的威胁性大小与重频的数值呈正相关关系。所以，重频的威胁性隶属度函数可以确定为：

(5)

(2) 威判因子方位威胁隶属度函数

通常情况下，辐射源方位w2的变化方式有3种：方位不变、方位快变和方位慢变。辐射源方位不变，在大多数情况下表示作战敌方雷达已跟踪到我方目标，因此其威胁性最大隶属度函数值取1；辐射源方位快速变换通常是敌方机载目标对我方目标进行搜索，其威胁性较大隶属度函数值取0.8；辐射源方位慢变通常是敌方舰载目标对我方目标进行搜索，其威胁性较小隶属度函数值取0.6。所以，方位的威胁性隶属度函数可以确定为：

(6)

(3) 威判因子脉宽威胁隶属度函数

雷达辐射源的脉冲宽度值w3与其威胁性呈负相关关系，脉冲宽度越小对应辐射源的威胁性越大，脉冲宽度越大对应辐射源的威胁性越小。所以，方位的威胁性隶属度函数可以确定为：

(7)

(4) 威判因子载频威胁隶属度函数

一般情况下，辐射源的载频w4包括15,10,6,3和1.4 GHz 5个范围。其中载频为15 GHz和10 GHz的辐射源威胁性最高，其隶属度函数取值1；载频为6 GHz和3 GHz的雷达辐射源威胁性较高，其隶属度函数取值0.7；载频为1.4 GHz的雷达辐射源威胁性较低，其隶属度函数取值0.4。所以，方位的威胁性隶属度函数可以确定为：

(8)

2.4 构造多参数联合威胁性评价网络

记威胁性评价矩阵为Φ(w)=diag{μ(w1)μ(w2)μ(w3)μ(w4)}，则各威判因子对于目标层M的评价比例向量V(w)=IB·Φ(w)。将目标层M的评价比例向量的元素对应到坐标轴上，形成一个如图3所示的评价网络。由于不同的威判因子对威胁性等级判定的影响大小不同，因此在实际评价过程中围成的四边形具有不规则性。计算出实际围成的四边形面积S(V)即为雷达辐射源的威胁性综合评价指数。