雷达/通信电子战系统一体化及效能评估方法

2022-10-24刘建林

航天电子对抗 2022年4期

刘建林

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081）

0 引言

综合一体化电子战系统是现代战争的杀手锏，至今已发展到第4 代：第1 代为分立式系统，是一体化发展的原始阶段；第2 代为组合式系统，是一体化发展的初级阶段，也是目前仍广为应用的系统；第3 代为综合式系统，在单平台上实现功能的综合化和一体化，典型产品有美国海军的AN／SLQ-32（V）电子战系统等；第4 代为先进一体化系统，以美国“宝石台”计划为代表，统一电子网络，传感器系统一体化，系统向多平台综合发展。

综合电子战系统一体化目前还面临许多技术难题。本文介绍了雷达/通信综合电子战系统存在的问题，分析了一体化设计的必要性，指出了其中的关键技术，最后应用加权+模糊综合评判方法对一体化设计系统的综合作战效能进行了评估。

1 雷达/通信综合电子战系统一体化设计

1.1 一体化设计的必要性

综合电子战系统一体化设计的必要性有以下4 个方面：

1）提高作战性能的需要

对车载、机载等小型作战平台上而言，空间狭小，装备间相互干扰。同时，如果同一作战平台上安装多个分立的系统，使作战平台的RCS 增大，被敌发现概率增大。

2）降低成本的需要

电磁环境越来越复杂，平台安装的电子战设备越来越多，如有些作战飞机航电设备（含电子战系统）的成本已占载机造价的30%～50%，必须在满足需求的同时尽可能降低成本。

3）减轻操作员负担的需要

作战平台上的电子对抗装备数量越来越多，大大加重了电子对抗装备操作员的负担。

4）现有一体化模式已不能满足要求

当前，多数器件、组部件都已小型化，通过优选器件、组部件来减小体积的可能性很小，必须通过集成一体化方式来解决。

1.2 一体化设计的可行性分析

雷达/通信综合电子战系统集成一体化设计必要且可行。雷达、通信电子战系统的不少功能模块相同，都具有天线单元、发射单元、接收单元、信号处理模块等。若将相同功能部件合为一体，可降低系统的体积、质量。2 个系统的要求有所相同，对功能相同的部分可采用硬件实现，对各自独立的功能可采用软件无线电来完成，这就实现了集成一体化系统的架构。集成一体化真正将雷达、通信电子战系统的子系统集成到一起，并采用单一孔径实现接收/发送，可根据任务要求重组系统，比组合一体化更方便、有效。

1）雷达与通信侦察系统一体化可行性分析

①雷达与通信侦察系统的组成结构

典型雷达侦察系统的基本组成如图1 所示，主要由雷达侦察天线（测向天线阵、测频天线）、信号预处理、主处理（信号分选、信号识别）、显示控制器及其他支持组件（数据库、存储器）组成。测向天线阵和测频天线一般共用，测向接收机测量脉冲到达角，测频接收机完成对雷达脉冲检测和参数测量，上述测量参数构成脉冲描述字（PDW），送信号预处理。

图1 典型雷达侦察系统组成原理框图

典型的通信侦察系统组成如图2 所示，系统包括通信侦察天线、测频接收机、测向接收机、通信信号分析和处理单元、通信情报分析单元、通信链路控制和指控中心及其他支持组件（数据库、存储器）等组成。

图2 典型通信侦察系统组成原理框图

通信侦察天线及测频/测向接收机等与雷达侦察类似。通信信号分析和处理单元完成通信信号频率、带宽等参数测量及信号类型识别、信号解调解扩、信息破译和情报分析，以尽可能得到真实可靠的通信情报。

②雷达与通信侦察系统的对比分析

雷达与通信侦察系统的相同之处在于：功能结构上存在结构重叠，即测频接收机、测向接收机、显控、存储器、数据库等。由于信号形式不同，测频接收机和测向接收机的性能指标有所不同，但若动态范围足够大，可实现对雷达和通信侦察信号的兼容接收。

雷达与通信干扰系统的不同之处在于：信号频率、信号体制不一样，须通过合理的一体化设计、大动态范围硬件等方式解决；信号处理单元不同，雷达侦察信号处理只要分析雷达信号的调制类型，通信侦察信号处理除了分析通信信号的调制类型外，还要分析信号所携带的各类信息，对信号的信噪比要求较高。

2）雷达与通信干扰系统一体化可行性分析

①雷达和通信干扰系统的组成结构

雷达有源干扰系统的基本结构如图3 所示。雷达有源干扰系统主要由侦察、干扰和控制等3 部分构成，包括发射天线阵列及波束控制系统、干扰引导控制设备、干扰波形产生器、功率控制等，侦察结果送主控计算机用于引导干扰的实施。控制部分根据PDW 和信号识别结果确定目标威胁等级，制定并及时调整干扰决策，保持最佳干扰效果。

通信干扰系统工作原理与图3 所示典型雷达有源干扰系统组成原理框图类似。通信侦察引导设备主要完成信号截获、参数测量和识别，根据侦察结果引导干扰，完成对目标的跟踪，并根据目标状态更新及时调整干扰策略。

图3 典型雷达有源干扰系统组成原理框图

②雷达干扰和通信干扰系统的对比分析

雷达干扰系统和通信干扰系统的相同之处在于：都有侦察接收机、干扰发射机和系统控制部分，工作流程相似，发射天线可共用，发射的射频前端、中频部分可共用。

雷达干扰系统和通信干扰系统的不同之处：侦察的对象不同，系统所携带的处理软件就不同；干扰样式库不同。

对比雷达和通信的侦察与干扰信息处理体系结构，测向模块、测频模块、功率估计模块和干扰样式输出模块完全可以共用；调制方式识别模块、信息分析分类存储模块、作战目标识别模块、干扰任务生成与管理模块和干扰样式选择等在细化后可部分共用，进行一定的合并，可以提高雷达、通信的侦察、干扰一体化程度。

1.3 一体化设计的关键技术

1）雷达与通信电子战系统一体化系统组成结构

在现有技术条件下，通过扩大射频前端频率覆盖范围以及增大瞬时中频带宽等方法，降低噪声系数，并利用软件无线电技术实时重构统一信号处理硬件平台等，可实现系统的多功能、集成一体化。本文提出的集成一体化系统结构如图4 所示。

图4 综合电子战系统硬件结构图

共用孔径技术将多个天线的功能结合到一个孔径中，实现侦察、跟踪、干扰等，属于相控阵技术的范畴。本文提出的标准架构射频前端主要是指具有一定标准化架构、参数因侦察目标不同而异的射频前端，该射频前端通过编程可具有较大的动态范围。实现共用孔径及波控时，必须避免相控阵天线多波束形成时产生混乱。

共用信息处理平台主要采取模块化的结构体系，如基于FPGA 形式等，可以分为雷达/通信侦察处理器模块、雷达/通信干扰生成模块、一体化系统控制模块等。雷达/通信侦察处理器模块主要对雷达/通信辐射源信号的无源探测、信号特征进行提取并识别、辐射源定位，为雷达/通信干扰样式的生成提供技术支持和依据，及根据干扰效果及时调整干扰策略；雷达/通信干扰生成模块根据侦察结果产生相应的干扰信号。

2）雷达与通信电子战系统一体化系统关键技术

①共用孔径有源相控阵天线技术

宽带共用孔径天线技术是一体化实现的核心技术之一，只有将多个天线的功能集成到一个孔径中，才能把多个功能集成到一个硬件设备上。采用单个孔径来完成可能存在功能间协调、隔离和控制等问题，但电子对抗性能较好。典型的有美国的共享孔径计划。

②集成核心处理器技术

充分利用分布式实时操作系统、并行处理运算和共用处理模块等，集成核心处理器可集成很多先进技术，使各系统之间真正实现一体化。典型的有F-22 中的CIP。

③功能柔性组合技术

一体化设计所构成的系统框架和各功能模块应具有一定柔性，使系统具有可扩展性、可重构性。所谓可重构性，即在保持硬件架构不变或微小改动的情况下，通过加载不同的软件即可实现不同的功能。

④数据融合技术

数据融合技术是实现电子战系统一体化实现的关键技术之一。综合一体化系统所要处理的信号来自各类传感器，首先要确定各传感器数据中来自同一目标的数据，即数据合并和相关处理。数据合并一般采用最小距离法、贝叶斯法或最大似然方法，必须研究新的融合算法，将传感器数据送至处理中心合并，可根据电磁环境变化自适应改变数据传输量，且尽可能减少详细信息的损失。

⑤其他关键技术

其他一些技术同样是实现一体化的核心，如系统软件技术、数据传输总线技术等。系统软件的高性能将使各设备和模块形成高度的协调、统一。数据传输总线是一体化系统的信息传递枢纽，数据传输的速度和质量对信息充分利用和实时有效融合至关重要。

2 雷达/通信综合一体化电子战系统作战效能评估

为了对一体化系统进行深入研究及运用，须对其效能进行有效、合理的评估。雷达/通信综合一体化电子战系统作战效能由系统本身、可靠性和维修保障、一体化兼容性影响综合决定，取决于侦察能力、干扰能力、保障能力和一体化兼容性影响等。

2.1 雷达/通信侦察主要技术指标

1）雷达侦察主要技术指标

雷达侦察主要技术指标有灵敏度、动态范围、信号截获概率、参数测量精度（载频、脉宽、重频、方位等）、信号处理能力（脉冲密度、分选和识别、处理时间）、数据库能力等。

2）通信侦察主要技术指标

通信侦察主要技术指标有灵敏度、动态范围、频率范围、最小频率间隔、测频准确度、单频/多频选择性、侦察作用距离、瞬时处理带宽、测向精度、处理时间等。

2.2 雷达/通信干扰主要技术指标

1）雷达干扰主要技术指标

雷达有源干扰主要技术指标有干扰频率范围、接收机灵敏度、发射功率、干扰空域、同时干扰目标数、干扰雷达类型、信号流密度、系统反应时间、测频精度、测向精度、频瞄精度、储频精度、跟踪精度、最小干扰距离、有效干扰扇面、最大暴露半径等。

2）通信干扰主要技术指标

通信干扰主要技术指标有干扰频率范围、侦收灵敏度与锁定灵敏度、通信侦察能力、干扰引导能力、干扰样式、干扰输出功率、跳频干扰有效区域、系统反应时间、数据融合处理能力、数据库水平等。

2.3 可靠性、维修保障性及兼容性影响指标

一体化设计后，系统的可靠性及维修保障性可能发生较大变化。一方面，装备的组成大为减少，总的可靠性、备件和维修保障能力将得到较大提高；另一方面，出于一体化考虑，可能会对天线部分、信号形式、硬件结构、控制软件等进行部分兼容性设计，对某些技术指标有影响，进而影响作战效能。这是集成一体化设计与原来的主要区别。

3 综合电子战系统作战效能评估模型

本文在分析雷达/通信综合一体化电子战系统的基础上，根据一体化后系统的特点，提出了一种基于加权+模糊综合评判方法的作战效能评估模型。

3.1 综合电子战系统作战效能评估因素

本文建立的评价因素系统结构如图5 所示。

图5 综合一体化系统评估因素系统结构图

系统综合作战效能评估方法通常是各子系统的效能评估线性加权迭加，即：

式中，、、、为加权系数，由专家或专家系统确定，+2++=1；为系统总的效能因子，∈[0，1]；为侦察效能因子，∈[0，1]；为干扰效能因子，∈[0，1]；为兼容性影响效能因子，∈[0，1]；为可靠性、维修保障性效能因子，∈[0，1]。、、、这4 个效能因子的值通常由实际装备决定。

根据影响作战效能的主要技术指标，对于每一个功能模块又包含许多子模块。如侦察能力模块包含个子模块，干扰能力模块包含个子模块，可靠性、维修保障性模块包含个子模块，兼容性影响模块包含个子模块，则有：

式中，（∈[1，2]）、（∈[1，2]）、（∈[1，2]）、（∈[1，2]）为各子模块的作战效能因子，α、β、γ、λ为相应的加权系数。式中，=2、=2，表示只有“雷达侦察和通信侦察”或者“雷达干扰和通信干扰”2 种情形，、的取值由专家根据具体要求确定。

3.2 侦察能力效能评估因子分析

侦察能力效能评估因子的表达式为：

式中，、为权系数，+=1，由专家或专家系统确定；为雷达侦察效能因子，∈[0，1]；为通信侦察效能因子，且∈[0，1]。为了分析方便，这里仅考虑雷达侦察和通信侦察的分析。

根据雷达侦察主要技术指标，包含以下方面：(rf，Δrf)、(pw，Δpw，pri，Δpri)、(aoa，Δaoa)、、、、、、等。其中，(rf，Δrf)与雷达侦察设备的频率覆盖范围及频率测量精度有关；(pw，Δpw，pri，Δpri)与雷达侦察设备的脉宽、重频适应及测量能力有关；(aoa，Δaoa)与雷达侦察设备的测向精度有关；、、、、、分别与雷达侦察设备的电磁环境适应能力、截获概率、动态范围、信号分选能力、信号识别能力、灵敏度有关。

根据通信侦察主要技术指标，包含以下方面：(rf，Δrf)、(aoa，Δaoa)、、、、、、等。其中，(rf，Δrf)与通信侦察设备的频率覆盖范围及频率测量精度有关；(aoa，Δaoa)与通信侦察设备的测向精度有关、、、、、分别与通信侦察设备的电磁环境适应能力、截获概率、动态范围、信号分选能力、信号识别能力、灵敏度、跳频信号处理能力有关。

3.3 干扰能力效能评估因子分析

干扰能力效能评估因子的表达式为：

式中，、为加权系数，+=1，可由专家或专家系统确定；为雷达干扰效能因子，且∈[0，1]；为通信干扰效能因子，且∈[0，1]。为了分析方便，这里仅仅考虑了电子有源干扰和通信干扰。

根据前述雷达干扰主要技术指标，包含以下方面：、、、、、、、(rf，Δrf)、(aoa，Δaoa)、、、、、等，分别与干扰频率范围、接收机灵敏度、干扰发射功率、干扰空域、同时干扰目标数、干扰雷达的类型、信号流密度、系统反应时间、系统延迟时间、测频精度、测向精度、频率瞄准精度、储频精度、跟踪精度、最小干扰距离、有效干扰扇面、最大暴露半径等有关。

根据前述通信干扰主要技术指标，包含以下方面：、、、、、、、等，分别与干扰频率范围、侦收灵敏度与锁定灵敏度、通信侦察能力、干扰引导能力、干扰样式、干扰输出功率、跳频干扰有效区域、系统反应时间、数据融合处理能力、数据库水平等有关。