跟踪制导雷达抗干扰性能评估指标体系研究

马冬冬,郭新民

(92785部队，河北 秦皇岛 066000)

0 引 言

在现代复杂多变的战场环境下，电磁环境日趋复杂，跟踪制导雷达的环境适应性已成为制约地空导弹武器系统性能的关键。基于武器系统的需求，跟踪制导雷达抗干扰及杂波的技术也在不断进步。本文主要分析地空导弹武器系统跟踪制导雷达(以下简称“跟踪制导雷达”)的抗有源干扰性能，仅考虑单部雷达的抗干扰性能，不考虑通过红外测向及激光测距配合使用改善雷达性能的因素。构建跟踪制导雷达抗干扰性能指标体系(以下简称“指标体系”)是评估雷达抗干扰性能的基础。文献[1-3]基于不同的角度分别构建了评估指标体系，进一步推动了雷达抗干扰评估工作。然而，在典型战场态势下，不同功能的雷达将对抗不同样式的电子干扰，因此有必要进一步细化评估指标体系。本文针对跟踪制导雷达将对抗的噪声、距离-速度拖引、距离拖引-角度欺骗等多种干扰，基于系统设计指标、工作体制、抗干扰技术、及外场测试，分别构建不同的评估指标体系。

1 系统设计指标

跟踪制导雷达在噪声干扰环境下的探测距离[4]、测距精度及测角精度[5]的公式为

(1)

(2)

(3)

T′s=Ts+Tj

(4)

式中，Rj为雷达在噪声干扰环境下的探测距离，tf为雷达的相干处理间隔，Gr为雷达接收天线的增益，Pav为雷达的平均功率，Gt为雷达发射天线的增益，σ为目标的雷达截面积，λ为雷达波长，Ft为发射路径的方向图传播因子，Fp为雷达天线的极化因子，Flens为透镜因子，Fr为接收路径的方向图传播因子，T′s为噪声干扰下的雷达输入端噪声温度，k为玻尔兹曼常数，Lt为发射馈线损耗，La(Rmj)为雷达天线到干扰机的大气吸收损耗，Dx(n′)为有效检测因子，k1、k2均是大约为1的常数，tr为脉冲上升时间，δTR为雷达的回波信号时延精度，J为干扰信号的功率谱密度，δθ为目标的角度精度，E为雷达回波信号的能量，N0为噪声的功率谱密度，θB为雷达的波束宽度，Ts为无干扰时的雷达输入端噪声温度，Tj为外界噪声干扰下的雷达输入端等价噪声温度。当噪声干扰信号强度远远大于接收机内部噪声时，Tj≫Ts，可忽略雷达波长对雷达探测距离的影响。

由公式(1)可知，在噪声干扰环境下的雷达发现距离Rj与雷达平均发射功率Pav、天线发射增益Gt及系统相干处理间隔tf3个参数乘积的四次方根成正比。因此，增大雷达的平均发射功率Pav、天线的发射增益Gt及系统的相干处理间隔tf对提高雷达探测距离的贡献相对较小。另一方面，限于功耗、散热、体积、质量、成本等因素，跟踪制导雷达的发射功率和天线增益不会设计得很高。因此，为提高跟踪制导雷达的抗干扰性能，通常采取多种有效的抗干扰措施以抑制干扰，提高雷达信干比。

2 抗干扰技术

在复杂电磁环境下，当跟踪制导雷达对抗敌方干扰时，雷达系统首先对干扰信号进行分析、识别，然后系统自动启用或通过人工方式启用相应的抗干扰策略。跟踪制导雷达的抗干扰技术主要有以下4方面。

2.1 反侦察

跟踪制导雷达实现反侦察的途径主要有两点：一是控制雷达开机时机，在不影响完成作战任务的前提下尽量减少雷达信号对外辐射的时间；二是采用复杂波形、波形捷变、频率捷变、重频捷变等方式降低雷达设备被敌方侦察设备截获的概率或者增加敌方干扰机引导干扰的时间。然而，遗憾的是，雷达个别工作方式与有些反侦察措施不能同时使用，如脉冲多普勒工作方式与脉间频率捷变无法同时使用，只能与脉组频率捷变同时使用。这在一定程度上降低了雷达反侦察的能力。

2.2 干扰分析与识别

跟踪制导雷达通过在时域、频域等方面分析雷达感兴趣的目标回波信号与干扰信号的特性差异，以识别干扰信号。[6]在多数情况下，干扰信号与目标回波信号的频谱特性存在差异。当目标受距离拖引或速度拖引时，雷达距离波门或速度波门被干扰信号捕获，雷达收到的信号幅度会突然增大，进而影响、控制雷达接收机内部的自动增益控制电路，基于上述特性信息可识别干扰信号。

2.3 抗压制干扰

跟踪制导雷达跟踪干扰源主要有3种方式。第1种为“烧穿”工作方式。雷达采用降低天线旋转速率(机械扫描)、增大脉冲扫描速率等方式增大脉冲驻留时间以提高雷达发射信号能量，进而提高雷达接收机输出信干比，增大目标检测概率，提高雷达测距、测角精度。第2种为被动跟踪方式。跟踪制导雷达将自卫干扰机的干扰信号作为目标信号，对目标实施角度跟踪，然而除角度信息外雷达无法获取目标其他信息。第3种为交替跟踪方式。在强干扰时跟踪制导雷达采用被动跟踪方式，在干扰强度较弱时切换为主动跟踪模式，雷达在这两种工作模式下交替工作，直至自卫干扰机无法掩护目标。

2.4 抗欺骗干扰

针对跟踪制导雷达的欺骗干扰主要是基于转发式干扰技术或者基于数字射频存储技术通过跟踪波门拖引的方式来破坏、扰乱雷达对目标的跟踪。跟踪制导雷达通常会采用以下两种方法来对抗有源欺骗干扰：(1)通过采取脉间频率捷变、脉间重频抖动等方式，增大敌方干扰系统侦察、分析跟踪制导雷达信号的难度；(2)当跟踪制导雷达采用特定的技术、手段检测到已受干扰时，通过采取记忆跟踪、脉冲前沿跟踪等方式对抗干扰，防止跟踪制导雷达被诱骗。

2.4.1 抗距离拖引干扰

抗距离拖引干扰的主要技术为脉冲前沿跟踪、记忆跟踪的跟踪方式，以及重频捷变、频率捷变、波形捷变等变换雷达信号参数的方法。脉冲前沿跟踪是对目标的脉冲回波信号前沿进行检测和跟踪，对前波门信号优先加权，由此可以获得10 dB左右的增益，以检测真实目标。然而，另一方面，脉冲前沿跟踪所要求的带宽比雷达通常的跟踪距离波门要宽，这就增大了雷达受噪声干扰的概率。当雷达目标跟踪速率发生突变时，雷达根据需要可转入记忆跟踪状态，待距离拖引干扰信号离开距离波门时，雷达再转入正常跟踪状态，该技术也称为取样-保持-平滑技术。快速改变雷达工作参数，可降低雷达信号被截获的概率，使欺骗干扰信号总是滞后于目标回波信号，使干扰机只能实现距离波门后向拖引或者无法有效实施干扰。

2.4.2 抗速度拖引干扰

抗速度拖引干扰的主要技术是将目标多普勒频率对应的速度与目标距离变化率求取的速度值进行比较，若两者不一致，则判定为速度拖引干扰。另一种技术是双频发射，通过同时发射两个不同频率信号，使得雷达接收机能完成对真正目标回波信号频率和速度波门拖引信号的鉴别。速度拖引干扰主要是针对脉冲多普勒雷达，或雷达采用脉冲多普勒工作模式，此时雷达才可能受到速度拖引干扰。

2.4.3 抗角度欺骗干扰

重频抖动、频率捷变等技术可使干扰机难以对准雷达信号，使干扰信号的变换总是滞后于雷达信号，降低角度欺骗干扰概率。在对抗由交叉极化引起的角度欺骗干扰时，因平板阵列天线对交叉极化反应不敏感，雷达可采用平板阵列天线等技术在一定程度上抑制交叉极化干扰，也可采用交叉极化对消器等方式抑制干扰。

3 工作体制

3.1 圆锥扫描

圆锥扫描雷达易被自卫式调幅干扰所影响。例如，逆增益干扰，它通过对干扰信号的幅度进行调制，使其调制速率等于圆锥扫描雷达的波束扫描速率，且使干扰信号相位与雷达回波信号形成180°的相位差，从而对雷达系统产生测角偏差。隐蔽圆锥扫描雷达在对抗这种类型的干扰时存在一定的优势。但是，这种类型的雷达也容易受到干扰。通过在逆增益干扰机的基础上增加一个低频扫描电路，当侦收到雷达信号时即可对其实施干扰。由于圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达很容易受到干扰，且目标跟踪精度相对较低，现代跟踪制导雷达很少采用这两种体制。因此，本文对上述两种体制不作考虑。

3.2 单脉冲

与圆锥扫描雷达相比，单脉冲雷达对目标信息的测量更加精确，而且不易受到诸如逆增益干扰及调幅干扰的影响。单脉冲雷达基于同时产生的多波束计算出目标角度误差信号，因此不会受到因目标回波信号幅度不稳带来的测角偏差。单脉冲雷达采用多信道接收对回波进行处理，就可计算出目标的角跟踪误差信息，抗单点源干扰能力较强，且单脉冲雷达的这一特性可使其有效跟踪敌方的噪声干扰信号。

3.3 相控阵

相控阵雷达在反侦察方面可以无惯性地快速波束扫描，即采用随机扫描而不是周期扫描。电磁情报侦察设备不能与相控阵天线的扫描同步，这就使得敌方的电子侦察飞机难以获取足够数据以分析雷达特征信息以攻击其弱点。另一方面，相控阵雷达的接收方向图与发射方向图很可能不同，这就使相控阵天线方向图进一步难以获取或测量。因此，干扰机对相控阵雷达形成有效干扰的难度进一步增大。

在主动抗干扰方面，相控阵雷达可利用很多同类的阵元放大器在给定的方向上形成单个波束，产生很高的平均功率，提高雷达的搜索、截获及跟踪性能。相控阵天线可根据外部的干扰信号进行自适应处理，以在天线方向图中将对应于外部噪声源的方向置于零点，可在很大程度上抑制从旁瓣进入的干扰信号。

4 外场测试

外场测试是通过组织跟踪制导雷达对抗特定的干扰，以检验其实际的战术性能。将雷达受干扰时的战术性能与无干扰时的战术性能相比较以衡量雷达的抗干扰性能。为评估跟踪制导雷达分别对抗噪声干扰、距离-速度拖引干扰、距离-角度欺骗干扰的性能，本文定义下列指标：相对探测距离是雷达在噪声干扰环境下的最大探测距离与无干扰时雷达作用距离的比值；相对角度/距离分辨力是雷达在无干扰环境下角度/距离分辨力与雷达在干扰环境下测得的角度/距离分辨力的比值；相对角度/距离精度是指雷达在无干扰环境下的角度/距离精度与雷达在干扰环境下测得的角度/距离精度的比值；抗距离/速度/角度欺骗成功概率是指在一定的干扰试验次数前提下跟踪制导雷达仍能稳定跟踪真实目标的次数与总的欺骗干扰试验次数的比值。

5 评估指标体系的构建

跟踪制导雷达在面临不同样式的干扰时将采取不同的抗干扰技术，因此需要根据雷达的使命任务以及作战场景选取评估指标，同时必须充分把握独立性、完备性、可用性3个原则。距离拖引干扰实现方式较为简单，适用于任何脉冲体制的跟踪制导雷达。本文充分考虑跟踪制导雷达可能对抗的干扰样式，对其抗干扰性能评估指标体系进行细化。针对跟踪制导雷达将面临的噪声干扰、距离-速度拖引、距离拖引-角度欺骗干扰，分别选取最有效的抗干扰技术与战术指标构建评估指标体系。

5.1 跟踪制导雷达抗噪声干扰性能评估指标体系

跟踪制导雷达抗噪声干扰主要是通过采取多种方式增强雷达发射信号能量或者抑制干扰信号能量，进而增强雷达信干比，提高雷达目标检测能力与跟踪精度。可通过采取自适应变频方式寻找雷达工作带宽内干扰功率谱密度最小的频点，使雷达接收干扰能量最小。通过旁瓣对消、旁瓣匿隐等方式，抑制从雷达天线副瓣进入的干扰信号。通过采用烧穿模式、动目标显示、动目标检测等方式增大回波信干比，增强雷达目标探测能力。主动探测无法探测目标的情况下可采用被动跟踪的方式获取威胁目标的角度信息。跟踪制导雷达抗噪声干扰性能评估指标体系如图1所示。

图1 跟踪制导雷达抗噪声干扰性能评估指标体系

5.2 跟踪制导雷达抗距离-速度拖引干扰性能评估指标体系

跟踪制导雷达抗距离拖引干扰的方式主要是通过采取重频抖动、频率捷变等方式快速改变雷达参数，使干扰信号总是滞后于目标回波，进而雷达可采取脉冲前沿跟踪的方式提取目标距离信息。跟踪制导雷达抗速度拖引干扰的方式主要是通过将目标多普勒频率求取的速度与目标距离变化率求取的速度值比较，或者通过双频发射方式及记忆跟踪方式，使雷达完成对真正目标回波信号和速度波门拖引信号的鉴别。跟踪制导雷达抗距离-速度拖引干扰性能评估指标体系如图2所示。

图2 跟踪制导雷达抗距离-速度拖引干扰性能评估指标体系

5.3 跟踪制导雷达抗距离拖引-角度欺骗干扰性能评估指标体系

单脉冲跟踪雷达基于同时产生的多波束计算出目标角度误差信号，对逆增益干扰等幅度调制的干扰信号不敏感，对抗单干扰源角度欺骗干扰具有较好的性能。针对交叉极化干扰引起的角度欺骗，可以采用交叉极化对消器、平板阵列天线、极化屏蔽等技术抑制交叉极化分量进入雷达天线。跟踪制导雷达抗距离-速度拖引干扰性能评估指标体系如图3所示。

图3 跟踪制导雷达抗距离-角度欺骗干扰性能评估指标体系

6 结束语

本文提出了跟踪制导雷达抗干扰性能评估指标体系。基于战术应用准则与概率准则，针对噪声干扰、距离-速度拖引、距离拖引-角度欺骗干扰分别提出了跟踪制导雷达抗干扰性能评估指标体系。该方法对跟踪制导雷达抗干扰性能评估进行细化，针对3种典型的干扰样式分别进行评估，选取合适的战技指标分别构建了评估指标体系，具有更强的操作性。