杜浩，畢大平，2，賀彬

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.安徽省電子制約技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230037）

一種基于目標(biāo)的雷達(dá)對(duì)抗偵察策略

杜浩1，畢大平1，2，賀彬1

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.安徽省電子制約技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230037）

傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)接收系統(tǒng)的搜索方式主要針對(duì)參數(shù)完全未知的敵方信號(hào)，通過在頻域、空域等各維度進(jìn)行大范圍的逐段重復(fù)搜索可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得較好的偵察效果，但不適合短時(shí)間內(nèi)對(duì)特定目標(biāo)群的搜索和驗(yàn)證。針對(duì)電子戰(zhàn)接收機(jī)存在的盲目偵察接收、與作戰(zhàn)目標(biāo)結(jié)合不緊密等問題，提出了一種基于作戰(zhàn)目標(biāo)的偵察策略，能夠智能引導(dǎo)超外差接收機(jī)進(jìn)行搜索截獲，有效提升了超外差接收機(jī)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)時(shí)截獲與準(zhǔn)確識(shí)別能力。

搜索策略，雷達(dá)對(duì)抗偵察，超外差接收機(jī)，資源調(diào)度

0　引言

雷達(dá)對(duì)抗偵察接收機(jī)作為電子戰(zhàn)中無線電信號(hào)的接收系統(tǒng)，可對(duì)敵雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行搜索、截獲，并從觀測(cè)到的信號(hào)參數(shù)中推斷敵雷達(dá)性能，在保持防御能力和防止突襲方面具有重要作用［1］。當(dāng)前，雷達(dá)對(duì)抗偵察接收機(jī)的偵察策略存在以下共性問題:①一般采用“傻瓜式”搜索、盲目偵察接收，既浪費(fèi)了時(shí)間和資源，又難以適應(yīng)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，且與實(shí)際作戰(zhàn)目標(biāo)結(jié)合不緊密。②接收機(jī)為開環(huán)系統(tǒng)，無法與信號(hào)環(huán)境進(jìn)行交互，無法隨信號(hào)環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)智能接收，且處理僵化。

為了提高電子戰(zhàn)接收機(jī)的偵察效率，Self和Smith［2］較早對(duì)雷達(dá)信號(hào)的截獲問題進(jìn)行了建模，分析了周期信號(hào)的截獲時(shí)間問題。Kelley［3］對(duì)雷達(dá)和電子戰(zhàn)接收機(jī)在都采用周期性搜索的情況下，對(duì)信號(hào)截獲過程中存在的同步問題進(jìn)行了研究，提出了減小同步概率的具體措施。Clarkson［4-5］對(duì)截獲概率和截獲時(shí)間的測(cè)算進(jìn)行了研究，并提出了基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的優(yōu)化搜索策略，提出了搜索每一個(gè)目標(biāo)的最佳周期時(shí)長(zhǎng)，但只能較好地避免同步問題的發(fā)生，搜索的靈活性不夠。Winsor［6］采用遺傳算法對(duì)搜索策略進(jìn)行了優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接收機(jī)每一次調(diào)諧的控制，但這種搜索策略的運(yùn)算量大，預(yù)備時(shí)間長(zhǎng)，不能根據(jù)目標(biāo)的變化作出適時(shí)調(diào)整。實(shí)際使用中，常采用瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)引導(dǎo)超外差接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)的偵察，但瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的靈敏度遠(yuǎn)小于超外差接收機(jī)，無法達(dá)到超外差接收機(jī)的偵察范圍。

在作戰(zhàn)目標(biāo)引導(dǎo)接收機(jī)工作的逆向思維指導(dǎo)下，本文提出一種新型的搜索策略，使接收機(jī)能夠根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)指令、威脅電子目標(biāo)、作戰(zhàn)環(huán)境等情況針對(duì)性地形成電子偵察策略，完成對(duì)感興趣電子目標(biāo)的智能接收，達(dá)到電子戰(zhàn)接收機(jī)直接與作戰(zhàn)相結(jié)合的目的，與現(xiàn)有的偵察手段互為補(bǔ)充，起到交叉驗(yàn)證的效果。由于超外差接收機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種電子戰(zhàn)接收機(jī)中，本文的搜索策略將重點(diǎn)針對(duì)超外差接收機(jī)進(jìn)行研究，發(fā)揮超外差接收機(jī)高頻率分辨率、高靈敏度、寬動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過優(yōu)化的搜索策略克服超外差接收機(jī)截獲概率偏低的缺點(diǎn)。基于目標(biāo)的偵察策略可以引導(dǎo)接收機(jī)的中頻帶寬選擇，使接收帶寬與目標(biāo)信號(hào)相匹配，達(dá)到對(duì)目標(biāo)的最佳接收。

1　基于作戰(zhàn)目標(biāo)偵察策略的基本思想

通過前期的信號(hào)偵察和情報(bào)搜集，我方可能已獲取敵方的雷達(dá)等電子設(shè)備的全部或部分參數(shù)特性，戰(zhàn)時(shí)需要對(duì)這些信號(hào)所屬的電子設(shè)備是否開機(jī)工作或設(shè)備的具體方位進(jìn)行高度關(guān)注。而傳統(tǒng)的搜索方式主要針對(duì)參數(shù)完全未知的敵方信號(hào)，通過在頻域、空域等各維度進(jìn)行大范圍的逐段重復(fù)搜索可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得較好的偵察效果，但不適合短時(shí)間內(nèi)對(duì)特定目標(biāo)群的搜索和驗(yàn)證。基于作戰(zhàn)目標(biāo)的偵察策略，能夠智能引導(dǎo)超外差接收機(jī)進(jìn)行搜索截獲，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)偵察策略的不足。

超外差接收機(jī)的工作原理是利用中放的高增益和優(yōu)良的頻率選擇特性，對(duì)本振與輸入信號(hào)變頻后的中頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和頻率測(cè)量［7］，如圖1所示。頻率搜索主要借助對(duì)變頻本振的調(diào)諧和控制。隨著頻率綜合器的采用和專門為電子戰(zhàn)設(shè)計(jì)的快速調(diào)諧本振的實(shí)現(xiàn)，技術(shù)體制的進(jìn)步已為新型偵察策略的實(shí)現(xiàn)提供了可能［8］。在新的偵察策略的引導(dǎo)下，調(diào)諧可以是不連續(xù)的，可以是經(jīng)常性地照顧到某幾個(gè)頻點(diǎn)而對(duì)頻段內(nèi)的其他頻率作一般性的掃描。同時(shí)考慮到偵察系統(tǒng)大多為采用機(jī)械掃描的方向性天線，方位變換的速度慢、慣性大。當(dāng)天線機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)到威脅目標(biāo)的方位附近時(shí)，接收機(jī)從常規(guī)的步進(jìn)調(diào)諧模式直接跳至與目標(biāo)對(duì)應(yīng)的本振進(jìn)行截獲，截獲過程不需要進(jìn)行精確分析測(cè)量，僅通過脈沖樣本圖比對(duì)即可快速完成（耗時(shí)只有幾個(gè)脈沖），完成該信號(hào)截獲后返回之前的步進(jìn)頻點(diǎn)繼續(xù)原有頻率掃描，當(dāng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)威脅目標(biāo)的方位時(shí)，重復(fù)上述過程，如圖2所示。

圖1　超外差接收機(jī)的頻率調(diào)諧控制方式

圖2　搜索策略示意圖

2　目標(biāo)優(yōu)先級(jí)制定

基于作戰(zhàn)目標(biāo)的偵察策略需要以目標(biāo)的先驗(yàn)信息為依據(jù)，針對(duì)不同的作戰(zhàn)目標(biāo)，制定不同的接收優(yōu)先級(jí)，當(dāng)待偵察目標(biāo)的方位相近時(shí)，依目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)逐個(gè)搜索。重點(diǎn)考慮以下4類目標(biāo):上級(jí)指定的目標(biāo)、待驗(yàn)證的目標(biāo)、可能出現(xiàn)但還未截獲的目標(biāo)、已驗(yàn)證的目標(biāo)等。上級(jí)指定的目標(biāo)具備接收的最高優(yōu)先級(jí)，這些目標(biāo)是在特定作戰(zhàn)條件下需要重點(diǎn)關(guān)注的作戰(zhàn)目標(biāo)。待驗(yàn)證的目標(biāo)是指在目標(biāo)的身份信息沒有確認(rèn)的情況下，需要進(jìn)一步加以驗(yàn)證的目標(biāo)，比如，通過其他途徑識(shí)別出當(dāng)前作戰(zhàn)環(huán)境中存在戰(zhàn)斗機(jī)，但是無法確定其型號(hào)，需及時(shí)加以確認(rèn)?？赡艹霈F(xiàn)但未截獲的目標(biāo)是指在特定的作戰(zhàn)區(qū)域，已經(jīng)明確的目標(biāo)遲遲沒有被截獲，需要形成對(duì)這些作戰(zhàn)目標(biāo)的偵察策略，引導(dǎo)接收機(jī)重點(diǎn)關(guān)注。已驗(yàn)證的目標(biāo)，在偵察策略形成時(shí)，可以適當(dāng)降低重訪目標(biāo)的頻率，以降低接收資源的消耗。在上級(jí)未作明確要求下，根據(jù)目標(biāo)的威脅等級(jí)和搜索耗時(shí)（本文采用目標(biāo)信號(hào)的脈沖重復(fù)周期）進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的制定。

將目標(biāo)群按照數(shù)據(jù)庫(kù)中的威脅等級(jí)和脈沖重復(fù)周期（PRI）分別進(jìn)行排序，得到威脅等級(jí)序列d1，d2，…，dN（滿足d1＜d2＜…＜dN）以及PRI序列pri1，pri2，…priN（滿足pri1＜pri2＜…＜priN）。目標(biāo)集合Tt中每一個(gè)目標(biāo)Ti的兩個(gè)參數(shù)di和prii是上述兩組排列中的兩個(gè)值，記為＜di，prii＞=＜dm，prin＞，目標(biāo)的最終優(yōu)先級(jí)p由參數(shù)＜m，n＞確定（p越小，目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)越高）。如果兩個(gè)目標(biāo)的m+n的值相等，選擇威脅等級(jí)高的目標(biāo)優(yōu)先偵察，優(yōu)先級(jí)計(jì)算表達(dá)式為

設(shè)計(jì)得到的優(yōu)先級(jí)表如圖4所示，表格中的數(shù)值表示該目標(biāo)的最終優(yōu)先級(jí)大小，數(shù)值越小表示目標(biāo)的優(yōu)先等級(jí)越大［9］。

圖3　目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)表

3　截獲概率分析

信號(hào)截獲概率的高低是衡量偵察方式是否有效的重要依據(jù)。根據(jù)文獻(xiàn)［10］，采用窗口函數(shù)模型對(duì)發(fā)射和接收系統(tǒng)進(jìn)行建模分析。

3.1雷達(dá)和接收系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

假設(shè)雷達(dá)的工作頻率固定、采用方向性天線進(jìn)行周期掃描，電子戰(zhàn)接收機(jī)的頻率搜索采用步進(jìn)搜索形式，方位搜索采用方向性天線進(jìn)行周期搜索。如圖4所示，以函數(shù)a、b、c分別表示雷達(dá)的方位掃描、接收機(jī)的方位搜索和接收機(jī)的頻率搜索。｛雷達(dá)掃描到接收機(jī)所在方位｝｛接收機(jī)掃描到雷達(dá)所在方位｝｛接收機(jī)工作頻率調(diào)諧到包含雷達(dá)的工作波長(zhǎng)｝各事件發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)的函數(shù)取值為1（事件的持續(xù)時(shí)間為），其余時(shí)間取值為0。當(dāng)搜索方式具有周期性時(shí)，對(duì)應(yīng)的函數(shù)為周期函數(shù)，周期為T。信號(hào)的截獲發(fā)生在上述3個(gè)窗口函數(shù)的峰值重合處，如函數(shù)d所示。

截獲概率P（kt）表示在t時(shí)間內(nèi)對(duì)指定的輻射源信號(hào)發(fā)生k次以上重合的概率。由于各次截獲概率事件滿足獨(dú)立性和無后效性，可采用泊松流描述［7］，其中平均重合周期T0的倒數(shù)即為重合事件發(fā)生的流密度。該事件包括①在起始時(shí)刻發(fā)生了一次截獲，在后續(xù)時(shí)間又發(fā)生了k-1次截獲；②在起始時(shí)刻未發(fā)生截獲，在后續(xù)時(shí)間又發(fā)生了k次以上截獲。截獲概率的表達(dá)式如下:

圖4　發(fā)射和接收系統(tǒng)的窗口函數(shù)

P0表示在任意時(shí)刻的各函數(shù)重合概率，T0表示平均各函數(shù)的平均重合周期，表達(dá)式分別為

其中，N為窗口函數(shù)的數(shù)目。當(dāng)k=1時(shí)，截獲概率可簡(jiǎn)化為

3.2無優(yōu)先級(jí)時(shí)的截獲概率分析

對(duì)于常規(guī)的搜索方式，信號(hào)的截獲需滿足頻率域和方位域的對(duì)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)N=3。得到:

對(duì)于本文的搜索方式，本振會(huì)智能調(diào)諧到目標(biāo)的相應(yīng)頻率進(jìn)行偵察，搜索時(shí)只需考慮接收機(jī)和雷達(dá)方位的一致性，對(duì)應(yīng)N=2。

在t＞0時(shí)，g（t）＞0，得到αeg（t）＞1，從而推得P（t）'＞P（t）。

當(dāng)截獲要求的重合時(shí)間為雷達(dá)的脈沖重復(fù)間隔的整數(shù)倍時(shí)，平均重合周期函數(shù)需改寫為:

同樣可以得到P（t）'＞P（t），（t＞0）。

3.3考慮優(yōu)先級(jí)時(shí)的截獲概率分析

對(duì)于空間位置相似的目標(biāo)，優(yōu)先級(jí)p=1，截獲概率可用P（t）'計(jì)算。若p＞1，則接收機(jī)的對(duì)應(yīng)窗函數(shù)的峰值時(shí)長(zhǎng)2發(fā)生改變。接收機(jī)會(huì)首先對(duì)高優(yōu)先級(jí)的目標(biāo)進(jìn)行截獲，假設(shè)截獲所需時(shí)長(zhǎng)為整數(shù)m倍的相應(yīng)目標(biāo)信號(hào)的PRI，p＞1的目標(biāo)函數(shù)的峰值時(shí)長(zhǎng)變?yōu)?':

截獲概率公式改寫為

P（t）''與P（t）進(jìn)行比較，只需計(jì)算α'eg（t）'。

由于T3和3對(duì)應(yīng)的是接收機(jī)的頻率域函數(shù)，，通常頻率測(cè)量范圍的量綱為GHz，瞬時(shí)帶寬的量綱為MHz，可以認(rèn)為T3＞＞3。則g（t）'可近似為

在t＞0時(shí)，α'＞1，g（t）'＞0，得到α'g（t）'＞1，從而推得P（t）''＞P（t）。

由此得到結(jié)論，空間位置相似的目標(biāo)采用本文的搜索方式，目標(biāo)的截獲概率因?yàn)閮?yōu)先級(jí)的不同會(huì)存在差異，但整體性能依然優(yōu)于傳統(tǒng)的搜索方式。

4　搜索策略形成

下面討論搜索策略的具體實(shí)現(xiàn)。首先將空域進(jìn)行均勻劃分，當(dāng)天線轉(zhuǎn)至每一個(gè)空域時(shí)，如果空域內(nèi)不存在先驗(yàn)信息已知的目標(biāo)則接收機(jī)按常規(guī)方式進(jìn)行搜索，如果該天線指向的空域內(nèi)存在需要偵察的重點(diǎn)目標(biāo)，則根據(jù)目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)，依次判斷天線在目標(biāo)方位處的停留時(shí)長(zhǎng)與偵察的用時(shí)要求，時(shí)間不滿足則將目標(biāo)送入延遲鏈表（待天線轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)再進(jìn)行搜索），時(shí)間滿足則將目標(biāo)持續(xù)送入執(zhí)行鏈表并提供引導(dǎo)信息給接收機(jī)控制器，完成信號(hào)的精確接收。

具體調(diào)度流程如圖5所示。

圖5　搜索策略流程圖

5　仿真實(shí)例

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)指令、威脅電子目標(biāo)、作戰(zhàn)環(huán)境等獲得敵地面11個(gè)固定站雷達(dá)的信號(hào)參數(shù)如表1所示，需要對(duì)這些目標(biāo)的存在情況進(jìn)行迅速核實(shí)。超外差接收機(jī)的天線波束寬度為3°，采用圓周掃描，轉(zhuǎn)速1 r/min，中頻帶寬為20 MHz，搜索范圍0.2 GHz～8 GHz，20 s可完成全頻率的步進(jìn)搜索。分別采用傳統(tǒng)的搜索方式和基于目標(biāo)的搜索方式進(jìn)行偵察，得到600 s內(nèi)對(duì)目標(biāo)的截獲概率情況如圖6所示。

表1　雷達(dá)信號(hào)參數(shù)

圖6　傳統(tǒng)搜索方式與優(yōu)化搜索方式的截獲概率對(duì)比

仿真得到各部雷達(dá)的截獲概率隨時(shí)間增長(zhǎng)趨勢(shì)相似，現(xiàn)對(duì)其中的5號(hào)和11號(hào)雷達(dá)的截獲概率隨時(shí)間變化曲線進(jìn)行分析。采用優(yōu)化的偵察策略，兩部雷達(dá)分別在350 s和400 s附近一次截獲概率達(dá)到100%，從而可以對(duì)雷達(dá)的存在情況給出明確判定。傳統(tǒng)搜索方式由于偵察的針對(duì)性不強(qiáng)，在相應(yīng)時(shí)間的截獲概率分別只能達(dá)到20%和26%，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，截獲概率呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)，在時(shí)間充裕的情況下最終也會(huì)獲得理想的截獲概率。另外，期望截獲概率的數(shù)值越大，兩種搜索方式的時(shí)間差異越明顯。

6　結(jié)論

本文對(duì)目標(biāo)方位和頻率信息都明確情況下的截獲概率情況進(jìn)行了詳細(xì)討論。文中的搜索策略可以推廣到方位和頻率信息不夠精確的情景:對(duì)于方位模糊、頻率明確的目標(biāo)，可以在一定寬度的方位區(qū)間內(nèi)，接收機(jī)的本振都優(yōu)先調(diào)諧至特定頻率進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于方位明確、頻率模糊的目標(biāo)，可以在天線轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)方位時(shí)，本振在相應(yīng)的頻率區(qū)間調(diào)諧驗(yàn)證。對(duì)于方位模糊、頻率模糊的目標(biāo)，通過在方位區(qū)間對(duì)特定頻率區(qū)間進(jìn)行優(yōu)先掃描，也能明顯提升目標(biāo)的截獲概率。

基于目標(biāo)的偵察策略能夠在執(zhí)行常規(guī)搜索任務(wù)的同時(shí)完成對(duì)特點(diǎn)目標(biāo)群的快速搜索驗(yàn)證。偵察策略可以根據(jù)目標(biāo)實(shí)時(shí)調(diào)整，從而與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境形成了閉環(huán)，使電子戰(zhàn)接收機(jī)初步具備了一定的認(rèn)知能力，為戰(zhàn)場(chǎng)上重點(diǎn)目標(biāo)的電磁信息獲取贏得了時(shí)間。該偵察策略充分考慮了目前裝備的技術(shù)條件，能夠很快投入實(shí)際使用。本文的討論主要針對(duì)固定站目標(biāo)，下一步將對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的搜索截獲問題進(jìn)行研究。

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An Optimal Radar Reconnaissance Search Strategy Based on Prior-knowledge of Emitters

DU Hao1，BI Da-ping1，2，HE Bin1
（1.Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China；2.Key Laboratory of Electronic Restriction，Anhui Province，Hefei 230037，China）

The traditional search strategy in electronic warfare is mainly aimed at signals whose parameters are totally unknown.The existing method can obtain good effect in the long run via repeated search pattern over the frequency domain，space domain and other dimensions.However，this approach is not suitable for specific target groups of search and verification within required time.This paper proposes a scenario examined in which a programmable，frequency-agile receiver is required to monitor a wide bandwidth for threat emitters from a known list.The novel search strategy based on prior knowledge demonstrates obvious improvement on real-time intercepting and accurate recognition ability for superheterodyne receivers.

search strategy，radar reconnaissance，superheterodyne receiver，resource scheduling

TN953

A

1002-0640（2016）06-0005-05

2015-05-07

2015-06-17

杜浩（1990-），男，山東濟(jì)南人，碩士研究生。研究方向：雷達(dá)對(duì)抗偵察系統(tǒng)。