LPI雷达无源定位暴露区评估方法∗

曾小东 陈 东 彭馨仪

（1.中国电子科技集团公司第十研究所 成都 610036）（2.陆军装备部航空军事代表局 成都 610036）

1 引言

机载雷达的主瓣信号由于发射功率大，容易被敌方的无源探测系统截获。为了实现低截获，机载雷达在天线，发射机以及信号处理等方面均采取了相应的技术措施[1]。在天线方面，进行幅度加权实现了低旁瓣天线[2]。在发射机方面，根据探测距离的远近，进行功率控制[3～4]。在信号处理方面，设计了相位编码、频率捷变、宽带线性调频等多种LPI波形[5～7]。机载雷达采取以上技术措施后，达到了一定的低截获效果，文献[8]用截获因子对雷达的低截获性能进行了评估。然而，机载雷达在面对敌方高灵敏度无源探测系统时，主瓣信号在一定距离上将不可避免被截获，为了破坏敌方在截获的基础上进一步对我方实施定位跟踪，需要破坏对方多站无源定位的共视条件，以减小被定位的可能性。因此，本文在前人研究的基础上，定义并推导了无源定位暴露区，以评估各种LPI措施对抗多站无源定位的有效性。

2 无源定位暴露区建模

以多站无源定位系统同时侦收机载雷达信号，满足无源定位共视条件，定义无源定位暴露区为

式中，(θminθmаx)为无源定位的威胁角域，RI(θ)为威胁角θ方向的截获距离。Pt为机载雷达发射功率，Gt(θ)为威胁角θ方向的发射增益。Gr为接收增益。λ为信号波长。δ为无源探测系统灵敏度。

3 LPI雷达无源定位暴露区分析

从无源定位暴露区的表达式，可以看出无源定位暴露区与本机发射功率，本机天线增益、无源定位系统接收机灵敏度、无源定位系统的布站构型以及作用距离均有关[9～10]，其中与本机雷达相关的参数有本机发射功率和本机天线增益。为了减小无源定位暴露区，LPI雷达通过窗函数设计低副瓣天线、采用功率控制降低发射功率、设计LPI波形造成无源定位系统接收失配三种措施实现。

3.1 低副瓣天线

低副瓣天线通过窗函数方式，可以改变机载雷达的天线方向图，降低威胁角域内的天线副瓣电平，进而减小无源定位暴露区。采用窗函数后，F(θ)改写为

式中，w为窗函数，不同的窗函数有不同的表达式。

汉明窗的表达式如下：

式中，α为汉明窗函数因子。M为点数。

汉宁窗的表达式如下：

式中，β为汉宁窗函数因子。

低副瓣设计后的无源定位暴露区SL_SL为

不同窗函数加权实现的天线低副瓣。不同的窗函数，可以实现的低副瓣效果不同。通过窗函数设计，副瓣电平可以有很大降低，最高可以降低到-40dB以下。

3.2 功率控制

功率控制通过自适应方式，可以有效降低机载雷达的发射功率。功率控制设计后的无源定位暴露区SL_PC为

式中，ΔP为功率控制量。

3.3 LPI波形

LPI波形通过采用宽带波形的方式[11～12]，可以增加无源定位系统接收失配损失，降低进入截获接收机的信号能量。LPI波形设计后的无源定位暴露区为

式中，Bs为信号带宽。Bc为接收机信道带宽。常见的LPI信号设计方法有线性调频、相移键控、频移键控以及复合调制信号等。线性调频信号可以有效扩展信号带宽；相移键控和频移键控通过伪随机编码调制，增加了信号的不确定性；复合调制信号结合了多种调制的优点，低截获效果最佳。

4 无源定位暴露区仿真验证

为了验证机载雷达各种LPI措施的无源定位暴露区缩减效果，设计了如下仿真实验。仿真参数为作用距离R取150km，无源定位系统基线长度L和D分别取50km、30km，张角α取120°。窗函数取 Hamming、Bartlett、Triangular、Hann 和 Gaussian。功率控制量 ΔP取2dB、4dB、6dB、8dB和10dB。天线阵元数N取30。阵元间距d取λ2。通过LPI设计后，无源定位暴露区缩减量p表示为

表1 低副瓣天线的无源定位暴露区缩减量

由表1可以看出，用不同窗函数进行加权设计，天线方向图不同，因此无源定位暴露区缩减量不同，Gaussian窗的效果最好，可以缩减无源定位暴露区79.7%。

表2 功率控制的无源定位暴露区缩减量

由表2可以看出，随着功率控制量的增加，无源定位暴露区缩减量增加。当功率控制量达到10dB时，可以缩减无源定位暴露区88.7%。

表3 LPI波形的无源定位暴露区缩减量

由表3可以看出，不同的LPI波形，信号带宽不同，随着信号带宽的增加，无源定位暴露区缩减量增加。当信号带宽达到200MHz时，可以缩减无源定位暴露区91.4%。

5 结语

本文从LPI雷达对抗多站无源定位系统的需求出发，提出了无源定位暴露区的概念，并研究了LPI雷达采用低副瓣天线、功率控制和LPI波形，可以显著降低副瓣的被截获距离，从而破坏多站无源定位系统的共视条件，使之不能完成有效定位，因此无源定位暴露区减小。从仿真分析来看，LPI雷达采用单项措施后，无源定位暴露区有所减小，下一步的工作将重点研究多项措施复合使用后的效果以及开展试验验证。