DBF体制侦察系统对相控阵雷达平均截获时间估计

李 艇,赵 泉,柴 恒

(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

为提高生存能力,现代雷达辐射源重点发展低截获能力。传统雷达采用高峰值功率窄脉宽波形获得较远的探测距离和良好的距离分辨率,而现代雷达则采用如下技术手段:

(1) 低副瓣天线

机载雷达低副瓣天线不仅可以获得低截获能力,还能够抵制地杂波的影响,提升雷达获得下视能力。图1为低副瓣天线方向图。

图1 低副瓣天线方向图

(2) 大脉宽、低峰值功率波形

雷达大脉宽低峰值功率波形如图2所示。

图2 大脉宽低峰值功率波形示意图

雷达采用具有超宽带的宽带调制波形。典型脉内瞬时带宽达到100 MHz,其频谱如图3所示。脉冲压缩的处理增益达到37.5 dB。

图3 大带宽波形

(3) 功率管理

功率管理技术一般应用在隐身技术中。当雷达截获目标后,随即根据测量的目标距离及目标上电子情报设备及告警设备的灵敏度降低辐射功率,使得侦察设备无法截获其高价值目标模式。

通过上述技术的组合,侦察系统为完成对低截获概率雷达的截获侦收,灵敏度相对于传统的侦察系统提高40 dB以上。因此新体制的侦察系统一般采用相控阵天线加数字波束形成的方案获得灵敏度的提高。数字波束形成(DBF)受限于数字采样技术和大规模波束形成的算力需求,带宽受限。

在DBF瞬时带宽受限条件下,本文分析了侦察系统截获概率的主要影响因素和解析计算方法,并对不同驻留时间对相控阵体制雷达的平均截获时间进行了仿真。

1 侦察系统截获的分析域

在做截获分析时,可以从空域、频域和时域3个方面进行。只有3个域同时满足截获条件才能实现辐射源的截获。截获类型及与侦察机及雷达辐射源的活动关系如表1所示。

表1 截获类型

常规的侦察系统可以通过多面阵覆盖全空域范围,由于采用DBF 体制,因此可以实现对雷达旁瓣的截获,默认空域全截获,因而空域无窗口函数。

在频域,DBF 体制侦察系统带宽受限,而当前相控阵体制雷达频率捷变已经成为其常规抗干扰手段,因此频域截获具有2个窗口函数。

在时域,辐射源发射控制进行猝发工作是相控阵雷达频率隐身的重要手段,采用一个窗口函数对其进行分析。最小截获时间决定于分析的目的,对雷达辐射源进行截获、测量、识别和规律统计等需要的最小截获时间不同。本文分析了10 ms～10 s不同驻留时间对应的平均截获时间。少量的脉冲丢失不影响对辐射源的测量、识别等任务,因此忽略丢失脉冲的影响。

2 平均截获时间估计的数学模型

研究截获问题的一个便捷方法是使用窗口函数表示侦察系统接收和雷达辐射源的活动。一个关键假设是窗口函数独立。基本的窗口函数及其时间重叠如图4所示,其中(1)表示雷达天线扫描活动;(2)表示侦察机天线扫描活动;(3)表示侦察机的频域搜索活动;(4)表示雷达辐射源发射控制活动。

图4 基本窗口函数及其时间重叠

在多窗口的情况下,侦察系统采用搜索驻留方式进行信号截获。驻留时间为,平均截获时间的公式如下:

式中:为窗口的个数;T为窗口的周期;τ为窗口的宽度;为驻留时间。

3 截获概率的同步效应

传统机械扫描雷达的转速为3,6,9,10 r/s。显然,一个具有相同转速或者该转速分数/倍数的侦察系统会遇到同步问题。雷达转速与侦察系统转速之比表示为周期比。在最坏的情况下,永远不会出现窗口的重叠,即不会产生截获。脉冲串的脉冲同步问题需要采用蒙特卡洛仿真的理论分析方法进行分析。对于脉冲串相位非随机的情况,通过该蒙特卡洛仿真方法可以对截获概率进行完整而准确的描述。通过扫描窗口的抖动机制可以消除截获概率空间中的最差情况,获得一种相对优化的搜索策略。

4 典型目标仿真

针对典型机载相控阵雷达和地面多功能雷达,假设DBF的瞬时带宽为500 MHz,频率覆盖为2～18 GHz,机载相控阵雷达的捷变带宽为4 GHz,地面多功能雷达捷变带宽为500 MHz,侦察系统的驻留时间为10 ms～10 s。典型截获时间随驻留时间的变化如图5所示。

图5 典型截获时间随驻留时间的变化

由图5可以看出,在16 GHz范围内对典型目标进行截获所需要的平均截获时间非常大。因此在实际设计使用时,需要增加DBF 的瞬时频率覆盖,以降低截获时间;并根据不同功能需求,灵活配置当前的驻留时间,以优化侦察系统的截获性能。

5 结束语

本文针对DBF体制侦察系统对相控阵雷达的平均截获时间进行了模型分析,并仿真计算了对典型目标的截获时间。结果表明,大频率覆盖的条件下,所需要的截获时间长,需要增加DBF 的瞬时频率覆盖,并根据功能需求灵活配置时间,以优化侦察系统的整体性能。