韓曉東，譚智，舒汀， 郁文賢

（1.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所，上海 200090）

復(fù)雜電磁環(huán)境下有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)與效能評(píng)估技術(shù)研究

韓曉東1，譚智2，舒汀1， 郁文賢1

（1.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所，上海 200090）

通過(guò)有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備對(duì)抗過(guò)程建模仿真和半物理對(duì)抗射頻仿真試驗(yàn)，建立導(dǎo)引頭抗干擾效能評(píng)估方法。系統(tǒng)級(jí)的全面評(píng)估導(dǎo)引頭抗干擾效能，以滿足實(shí)際軍事應(yīng)用的需要。試驗(yàn)可以對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭系統(tǒng)技術(shù)、抗干擾算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行工程化驗(yàn)證。對(duì)導(dǎo)引頭抗干擾性能進(jìn)行內(nèi)場(chǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)，支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型前的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性摸底試驗(yàn)，為部隊(duì)提供高水平的裝備，也能為有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭抗干擾性能提供有力的試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估。

電磁環(huán)境；相控陣；雷達(dá)導(dǎo)引頭；抗干擾試驗(yàn)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，空域防御是重要內(nèi)容，而空域防御中的重要武器是導(dǎo)彈[1]，其電磁裝置是雷達(dá)導(dǎo)引頭，是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的組成部分。它在完成任務(wù)的過(guò)程中遇到的電磁干擾環(huán)境是復(fù)雜的，不僅有人為干擾（包括功率型干擾和欺騙式干擾），還有自然干擾（如地雜波、海雜波和氣象雜波等），同時(shí)還存在無(wú)線電設(shè)備間的電磁兼容問(wèn)題。復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境對(duì)導(dǎo)引頭的工作造成嚴(yán)重影響。

為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)需要，提高武器系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用性能，采用先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)（Active Phased Array Radar，簡(jiǎn)稱APAR）技術(shù)的導(dǎo)引頭將成為未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本都相繼研制出了APAR導(dǎo)引頭。該體制雷達(dá)具備多項(xiàng)抗干擾措施，可以有效對(duì)抗多種電磁干擾模式，在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境中完成對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤，有效提高了武器裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存能力。為了檢驗(yàn)雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用性能，充分反映雷達(dá)的實(shí)際作戰(zhàn)效能，開展復(fù)雜電磁環(huán)境下APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)與效能評(píng)估技術(shù)研究。以戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境為研究背景，通過(guò)構(gòu)建類似靶場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境的復(fù)雜電磁環(huán)境，確定復(fù)雜電磁環(huán)境下APAR導(dǎo)引頭試驗(yàn)與評(píng)估方法，對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下APAR導(dǎo)引頭的作戰(zhàn)性能進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)定[2，3]。

1 抗干擾試驗(yàn)技術(shù)研究

對(duì)APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)與效能評(píng)估技術(shù)的研究，主要通過(guò)利用屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺(tái)、輻射陣列等環(huán)境設(shè)備，同時(shí)配備各類復(fù)雜電磁環(huán)境（目標(biāo)、干擾、雜波、雷達(dá)輻射源等）模擬設(shè)備，構(gòu)建了APAR導(dǎo)引頭對(duì)抗試驗(yàn)系統(tǒng)，仿真APAR導(dǎo)引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備在各種電磁環(huán)境下的對(duì)抗過(guò)程，豐富的干擾樣式與抗干擾策略，能夠輔助快速建立各類對(duì)抗試驗(yàn)，逼真的模擬外場(chǎng)靶試環(huán)境，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)或事后對(duì)APAR導(dǎo)引頭抗干擾效能進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)評(píng)估，全面考核導(dǎo)引頭抗干擾技術(shù)在各電磁環(huán)境條件下的對(duì)抗性能。

1.1 工作原理

APAR導(dǎo)引頭與電子戰(zhàn)設(shè)備對(duì)抗試驗(yàn)系統(tǒng)由屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺(tái)、輻射陣列、復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)、射頻仿真實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀、演示驗(yàn)證仿真計(jì)算機(jī)評(píng)估系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)和實(shí)物APAR導(dǎo)引頭等設(shè)備組成，其構(gòu)成框圖如圖1所示。

圖1 APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)框圖

復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)中目標(biāo)模擬與雜波模擬設(shè)備接收導(dǎo)引頭同步信號(hào)，模擬出與雷達(dá)相參的目標(biāo)信號(hào)與雜波信號(hào)；復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)中ESM設(shè)備由喇叭陣列偵收雷達(dá)信號(hào)，送與干擾模擬設(shè)備做樣本，模擬出各種所需的欺騙干擾與壓制干擾；復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)中雷達(dá)輻射源模擬設(shè)備能夠自主模擬各種雷達(dá)信號(hào)，輔助模擬出逼真的電磁環(huán)境，同時(shí)也能考核導(dǎo)引頭抗同步異步干擾的性能；以上模擬的信號(hào)經(jīng)過(guò)空間輻射，由安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上的APAR導(dǎo)引頭接收，其中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)用于模擬導(dǎo)彈的三軸運(yùn)動(dòng)，天線接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)接收通道進(jìn)入處理機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，搜索跟蹤目標(biāo)的信息在顯控畫面上顯示；同時(shí)通過(guò)記錄儀記錄下雷達(dá)接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行事后分析與評(píng)估。

簡(jiǎn)要試驗(yàn)流程，如圖2所示。

圖2 簡(jiǎn)要試驗(yàn)流程圖

1.2 電子對(duì)抗過(guò)程參數(shù)與信號(hào)建模、仿真技術(shù)研究

開展APAR導(dǎo)引頭作戰(zhàn)環(huán)境和對(duì)抗的理論研究，針對(duì)電子對(duì)抗的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究復(fù)雜電磁環(huán)境的仿真模擬、APAR導(dǎo)引頭對(duì)抗性能評(píng)估、電子對(duì)抗過(guò)程設(shè)定等關(guān)鍵問(wèn)題，驗(yàn)證對(duì)抗模型的合理性[4]，如圖3所示。

具體針對(duì)APAR導(dǎo)引頭所面臨的干擾環(huán)境進(jìn)行干擾策略的研究，一般所面臨的干擾環(huán)境主要包括：干擾源的數(shù)量、空間分布、總功率；干擾信號(hào)的樣式、參數(shù)；干擾的形式及干擾方式的運(yùn)用等[5，6]。

根據(jù)APAR導(dǎo)引頭的情報(bào)參數(shù)，可以將APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)所需電磁環(huán)境典型化為以下幾種：

a）自衛(wèi)干擾（壓制性噪聲干擾、欺騙干擾等）；

b）隨隊(duì)干擾（壓制性噪聲干擾、假目標(biāo)干擾、欺騙干擾等）；

圖3 仿真建模研究流程圖

c）遠(yuǎn)距離支援干擾（壓制性噪聲干擾、假目標(biāo)干擾等）；

d）隨隊(duì)干擾和自衛(wèi)干擾；

e）遠(yuǎn)距離支援干擾和隨隊(duì)干擾；

f）遠(yuǎn)距離支援干擾、隨隊(duì)干擾和自衛(wèi)干擾。

1.3 復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬技術(shù)研究

各種電磁信號(hào)充斥于導(dǎo)彈作戰(zhàn)空間，呈現(xiàn)出“頻域密集交疊、空域縱橫交錯(cuò)、時(shí)域突發(fā)多變、能域強(qiáng)弱多樣”的特點(diǎn)，形成了復(fù)雜的電磁環(huán)境。只有在逼真的電磁環(huán)境信號(hào)（目標(biāo)、干擾、雜波、ESM）下，才能準(zhǔn)確分析復(fù)雜電磁環(huán)境的多樣性、密集性、動(dòng)態(tài)性等對(duì)APAR導(dǎo)引頭性能的影響[7]。

目標(biāo)信號(hào)模擬器能夠自主產(chǎn)生高質(zhì)量的各種類型的目標(biāo)回波信號(hào)，通過(guò)陣列系統(tǒng)輻射，形成目標(biāo)環(huán)境，以考核APAR導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的搜索跟蹤性能。

雜波信號(hào)模擬器用于產(chǎn)生地、海雜波等射頻雜波信號(hào)，由陣列饋電系統(tǒng)通過(guò)空間輻射被導(dǎo)引頭接收，以考核APAR導(dǎo)引頭在背景雜波下的搜索跟蹤能力。

干擾模擬器及信號(hào)偵察系統(tǒng)主要由信道化接收機(jī)、寬帶瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)、干擾產(chǎn)生單元（包括欺騙干擾信號(hào)和壓制干擾信號(hào)）、信號(hào)分選和干擾決策單元組成，用于模擬對(duì)抗設(shè)備的ESM和ECM，以考核APAR導(dǎo)引頭抗干擾能力。

輻射源模擬器用于實(shí)時(shí)產(chǎn)生各種復(fù)雜的輻射源信號(hào)，模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下偵查設(shè)備所接收到的信號(hào)總和?？梢越?jīng)過(guò)陣列饋電系統(tǒng)進(jìn)行空間輻射，以考核APAR導(dǎo)引頭的同頻異步干擾性能。

1.4 APAR導(dǎo)引頭與電子干擾設(shè)備對(duì)抗射頻仿真試驗(yàn)技術(shù)研究

首先APAR導(dǎo)引頭進(jìn)行抗干擾試驗(yàn)時(shí)，需要提出一些明確的要求，依據(jù)這些要求去制定試驗(yàn)計(jì)劃或仿真試驗(yàn)工作以進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施[8]?？垢蓴_試驗(yàn)系統(tǒng)的研制是復(fù)雜的，將耗費(fèi)相當(dāng)多的人力物力，因此抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)必須進(jìn)行嚴(yán)格詳細(xì)的論證與測(cè)試試驗(yàn)，以避免不完善的試驗(yàn)掩蓋的缺陷，導(dǎo)致APAR導(dǎo)引頭抗干擾能力評(píng)估的錯(cuò)誤。

在描述APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)方案的試驗(yàn)要求時(shí)，對(duì)試驗(yàn)方案中所采用的APAR導(dǎo)引頭和干擾的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)都要做特別的規(guī)定。試驗(yàn)方案的給出必須考慮特定的戰(zhàn)情條件，針對(duì)指定的干擾樣式來(lái)評(píng)估APAR導(dǎo)引頭，并通過(guò)APAR導(dǎo)引頭抗多種干擾樣式盡可能全面地評(píng)估導(dǎo)引頭抗干擾性能。

本技術(shù)的抗干擾射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)由屏蔽暗室、轉(zhuǎn)臺(tái)、輻射陣列、復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)、射頻仿真實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀、演示驗(yàn)證仿真計(jì)算機(jī)評(píng)估系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)和實(shí)物APAR導(dǎo)引頭等設(shè)備組成，如圖1所示。

首先利用通用儀器對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)模擬系統(tǒng)輸出的信號(hào)準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其輸出信號(hào)功率進(jìn)行定標(biāo)；其次利用校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)射頻輻射陣列進(jìn)行角精度校準(zhǔn)測(cè)試；最后利用現(xiàn)有抗干擾性能定型過(guò)的產(chǎn)品對(duì)抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，充分驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)的有效性、準(zhǔn)確性與可靠性。試驗(yàn)時(shí)，雷達(dá)以小功率發(fā)射，只要ESM設(shè)備接收到的功率優(yōu)于其工作靈敏度即可。同時(shí)，還要對(duì)射頻仿真實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)的控制進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)研究與測(cè)試研究。

2 抗干擾效能評(píng)估技術(shù)研究

APAR導(dǎo)引頭與干擾設(shè)備進(jìn)行對(duì)抗是一個(gè)動(dòng)態(tài)的非平穩(wěn)過(guò)程。因此，APAR導(dǎo)引頭抗干擾效果評(píng)估也是一個(gè)非平穩(wěn)的過(guò)程，其評(píng)估效果具有很強(qiáng)的時(shí)效性。要想得到一個(gè)可信的量化結(jié)果，應(yīng)從以下方面著手[9，10]：

a）分析評(píng)估對(duì)象，對(duì)所要評(píng)估的APAR導(dǎo)引頭進(jìn)行深入的分析，熟悉所采用的各種抗干擾措施的抗干擾性能，明確評(píng)估所要達(dá)到的目的，獲得相應(yīng)的評(píng)估數(shù)據(jù)；

b）建立符合實(shí)際戰(zhàn)術(shù)意義的干擾環(huán)境背景；

c）建立APAR導(dǎo)引頭干擾效果評(píng)估指標(biāo)體系，確立的指標(biāo)體系既要考慮評(píng)估的基本要求，也要考慮到實(shí)戰(zhàn)情況下的具體可行性和適應(yīng)性，不能是對(duì)指標(biāo)體系過(guò)于理想化的想象；

d）建立綜合評(píng)估模型，在對(duì)每一個(gè)指標(biāo)評(píng)估的基礎(chǔ)上，最后將所有指標(biāo)納入一個(gè)數(shù)學(xué)或邏輯體系，形成定量的、綜合的評(píng)估指標(biāo)體系，即形成綜合評(píng)估模型；

e）建立APAR導(dǎo)引頭干擾措施選取體系，不同的抗干擾措施對(duì)干擾的響應(yīng)是不一樣的，評(píng)估的結(jié)果也不一樣，因而選取評(píng)估特征指標(biāo)不一樣，評(píng)估的結(jié)果也不一樣，應(yīng)對(duì)每一指標(biāo)的評(píng)估構(gòu)建合理的模型并采用適當(dāng)?shù)乃惴ā?/p>

根據(jù)以上幾點(diǎn)，在不同的層面上對(duì)APAR導(dǎo)引頭進(jìn)行抗干擾效果評(píng)估，最終進(jìn)行綜合，從而得出總體效果。分析評(píng)估結(jié)果的可行性.并對(duì)其進(jìn)行修改和改進(jìn)，給出APAR導(dǎo)引頭抗干擾能力的最終結(jié)論。

然而，如何評(píng)價(jià)APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能優(yōu)劣及其相關(guān)指標(biāo)的選取，卻至今缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前的研究主要從功率準(zhǔn)則、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則、概率準(zhǔn)則等角度出發(fā)，提出了抗干擾改善因子（EIF）、干擾壓制系數(shù)、雷達(dá)干擾條件下的信息熵、雷達(dá)測(cè)量精度、雷達(dá)抗干擾欺騙成功率、雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率等評(píng)估指標(biāo)。盡管上述指標(biāo)從不同角度實(shí)現(xiàn)了APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能從定性評(píng)估到定量評(píng)估的轉(zhuǎn)化，但在實(shí)際應(yīng)用中，某些指標(biāo)，如雷達(dá)干擾條件下的信息熵、雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別概率等難以實(shí)際測(cè)量；而另一些指標(biāo)，如天線的低副瓣、脈沖壓縮、寬-限-窄等抗干擾技術(shù)，作為系統(tǒng)的固有組成部分，不需要也無(wú)法進(jìn)行獨(dú)立操作。因此，對(duì)APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能進(jìn)行評(píng)估，需要選取具備代表性和可測(cè)性的評(píng)估指標(biāo)。從干擾/抗干擾技術(shù)的角度出發(fā)，將與APAR導(dǎo)引頭抗干擾評(píng)估有關(guān)的性能指標(biāo)分層處理，而后按照層次關(guān)系對(duì)各層指標(biāo)自上而下進(jìn)行系統(tǒng)分析，最終得到APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能的綜合評(píng)價(jià)。綜合考慮評(píng)價(jià)體系的復(fù)雜性和指標(biāo)的可測(cè)性。綜合考慮約簡(jiǎn)后的評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，如圖4所示?；谝陨侠碚撆c原則，建立合適的評(píng)估系統(tǒng)。評(píng)估系統(tǒng)軟件主要包括兩部分：一體化評(píng)估和分類評(píng)估，如圖5所示，可以系統(tǒng)級(jí)地評(píng)估APAR導(dǎo)引頭抗干擾效能。

圖4 評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

圖5 抗干擾效能評(píng)估軟件流程圖

隨著導(dǎo)彈接收到的電磁信號(hào)更加密集，面臨的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，對(duì)APAR導(dǎo)引頭的性能和正常工作造成愈加嚴(yán)重的影響。因此，通過(guò)開展復(fù)雜電磁環(huán)境下APAR導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)與性能評(píng)估技術(shù)的研究，可以對(duì)APAR導(dǎo)引頭總體技術(shù)、抗干擾算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行工程化驗(yàn)證。對(duì)APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能進(jìn)行內(nèi)場(chǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)，支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型前的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性摸底試驗(yàn)，為部隊(duì)提供高水平的裝備，也能為APAR導(dǎo)引頭抗干擾性能提供有力的試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估。

[1] 陳曉霞.防空雷達(dá)導(dǎo)引頭抗干擾技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

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Study on Anti-jamming Test and Performance Evaluation of Active Phased Array Radar Seeker in Complex Electromagnetic Environment

HAN Xiao-dong1， TAN Zhi2， SHU Ting1， YU Wen-xian1
（1.Key Laboratory of Intelligent Sensing and Recognition，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 200090，China）

Presented a model which describes the process of Active Phased Array Radar（APAR）seeker against electronic warfare equipment.Then by setting up a half physical confrontation radio frequency simulation test，established an anti-jamming performance evaluation method for APAR seeker.This method can meet the needs of the actual military applications.The test can verify the key technology of APAR seeker，such as system technology，anti-jamming algorithm and so on.Tested the anti-jamming performance of APAR seeker in laboratory to support the baseline test before finalizing the product design in complex electromagnetic environment，which providing the high level equipment for the array and providing powerful anti-jamming performance test and evaluation for APAR seeker.

electromagnetic environment；phased array；radar seeker；anti-jamming test

TJ765.331

A

1671-0576（2014）03-0001-05

2014-06-24

韓曉東（1981-），男，博士，主要從事相控陣?yán)走_(dá)陣列信號(hào)處理和雷達(dá)射頻綜合仿真技術(shù)研究；譚 智（1962-），男，研究員，主要從事主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭系統(tǒng)技術(shù)研究；舒 ?。?981-），男，博士，主要從事雷達(dá)與電子戰(zhàn)射頻綜合仿真、雷達(dá)實(shí)時(shí)信號(hào)處理技術(shù)研究。