孫中杰，王 聰，劉正成

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

電子對(duì)抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的一種重要手段，主要包括電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾等。其中電子偵察是其他對(duì)抗手段實(shí)施的重要基礎(chǔ)和必要條件，而對(duì)敵方雷達(dá)輻射源的威脅排序是電子偵察的一個(gè)重要目標(biāo)。傳統(tǒng)上對(duì)雷達(dá)輻射源的威脅排序主要有以下3步：(1)識(shí)別接收信號(hào)的特征參數(shù)，如載頻、重復(fù)頻率和脈寬等；(2)將識(shí)別出的特征參數(shù)與偵察系統(tǒng)識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中的既有數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一比對(duì)，若兩者匹配則將其判定為威脅目標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)給出威脅等級(jí)；(3)若數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有能夠與之匹配的數(shù)據(jù)，則將其判定為未知威脅目標(biāo)，由操作人員人工判定其威脅等級(jí)。

在實(shí)際的現(xiàn)代海戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)上，電磁環(huán)境極其復(fù)雜，電子對(duì)抗的重要性更加凸顯，同時(shí)偵察目標(biāo)的難度增加[1]。對(duì)于水面艦艇來(lái)說(shuō)，末端制導(dǎo)導(dǎo)彈是一種高威脅殺傷武器。但是末制導(dǎo)雷達(dá)在載頻、重復(fù)頻率和脈寬等主要特征參數(shù)上與機(jī)載火控雷達(dá)和艦載火控雷達(dá)具有較大的相似性；而且敵方往往會(huì)改變末制導(dǎo)雷達(dá)的信號(hào)特征，造成我方數(shù)據(jù)庫(kù)失效，不能有效地對(duì)雷達(dá)輻射源進(jìn)行威脅排序。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的輻射源威脅等級(jí)判定方法不能很好地滿足水面艦艇的作戰(zhàn)需求[2]。

1 雷達(dá)輻射源模糊威脅等級(jí)判定特點(diǎn)

對(duì)于雷達(dá)輻射源的威脅等級(jí)，可以給出如下定義：在當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)條件下，作戰(zhàn)敵方的雷達(dá)輻射源及其提供服務(wù)的武器系統(tǒng)能夠?qū)ξ曳阶鲬?zhàn)單位造成損失或威脅能力的量化表達(dá)。從這個(gè)定義可以看出，雷達(dá)輻射源的威脅等級(jí)是一個(gè)定性概念。偵察系統(tǒng)截獲的雷達(dá)輻射源信號(hào)的載頻(RF)、脈寬(PW)、重頻(PRF)、方位等都能夠部分地反映雷達(dá)輻射源的威脅性。由于決定雷達(dá)輻射源威脅性的各要素都處在一個(gè)不斷變化的過(guò)程中，雷達(dá)輻射源的威脅等級(jí)判定并不是若干雷達(dá)輻射源特征參數(shù)定性或定量處理后的簡(jiǎn)單疊加，而是將截獲的雷達(dá)輻射源特征參數(shù)進(jìn)行合理的定性或定量處理后有機(jī)結(jié)合起來(lái)的分析過(guò)程。

本文提出的基于多參數(shù)聯(lián)合模糊處理的雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)判定技術(shù)具有關(guān)聯(lián)性和模糊性，能夠有效地將影響輻射源威脅等級(jí)的各種因素有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，同時(shí)對(duì)輻射源的威脅性進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源的威脅等級(jí)判定。相較于傳統(tǒng)方法，這種方法能夠更加全面、準(zhǔn)確地判定雷達(dá)輻射源的威脅等級(jí)，同時(shí)也提高了工作效率。

2 威脅性模糊綜合分析評(píng)價(jià)方法

偵察系統(tǒng)截獲的輻射源信號(hào)的特征參數(shù)可以從不同側(cè)面反映雷達(dá)輻射源的威脅性，各項(xiàng)特征參數(shù)是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，相互依賴，相互影響；因此對(duì)于雷達(dá)輻射源的威脅性評(píng)價(jià)分析，不能將這些參數(shù)單獨(dú)割裂開(kāi)來(lái)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[3]。各個(gè)特征參數(shù)的物理意義和其所表征的雷達(dá)輻射源特性都不相同，它們對(duì)雷達(dá)輻射源的威脅性分析評(píng)價(jià)的影響也不相同。在設(shè)計(jì)威脅性評(píng)價(jià)的方法時(shí)，會(huì)根據(jù)不同特征參數(shù)的影響力度不同而有所側(cè)重，因此各個(gè)特征參數(shù)的威脅性影響因子指數(shù)也不相同。

下面給出雷達(dá)輻射源威脅性等級(jí)評(píng)價(jià)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，如圖1所示。

圖1 雷達(dá)輻射源威脅性等級(jí)評(píng)價(jià)流程

圖1中的威脅性評(píng)價(jià)因子是指影響偵察系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)判定的因素，通常情況下威脅性判定因子有：載頻、脈寬、重頻、方位等。判定因子選取得越多，威脅性等級(jí)判定就越全面。確定威脅性判定因子后，就要對(duì)上述判定因子進(jìn)行量化，從而獲得威脅性評(píng)價(jià)影響指數(shù)。量化級(jí)別越是密集，威脅性等級(jí)判定結(jié)果就越準(zhǔn)確[4]。

2.1 建立雷達(dá)輻射源威脅性評(píng)價(jià)的分析結(jié)構(gòu)

根據(jù)雷達(dá)輻射源的分析特點(diǎn)，將雷達(dá)輻射源威脅性判定問(wèn)題分解為3個(gè)層次，依次為目標(biāo)層(M層)、威脅性判定因子層(W層)和方案層(F層)，如圖2所示。

M層為評(píng)價(jià)目標(biāo)層，是雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)判定的結(jié)果，由W層的各威脅性判定因子不同程度的威脅性綜合決定。威脅性判定因子包括載頻、脈寬、重頻和方位。F層針對(duì)具體的威脅等級(jí)判定因子給出定量測(cè)試或定性評(píng)價(jià)，進(jìn)而得到雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)的判定結(jié)果。

圖2 評(píng)價(jià)因子指標(biāo)

2.2 構(gòu)造模糊判斷矩陣并計(jì)算威脅性判定因子權(quán)重向量

采用0～1五標(biāo)度構(gòu)造各威判因子對(duì)雷達(dá)輻射源威脅性影響力度，其具體內(nèi)涵如表1所示。

表1 威判因子權(quán)重標(biāo)度含義

根據(jù)威判因子對(duì)目標(biāo)層M雷達(dá)輻射源威脅性的不同影響程度構(gòu)造影響權(quán)重判斷矩陣(n為元素個(gè)數(shù))：

(1)

根據(jù)：

(2)

將其按行求和，再根據(jù)：

(3)

進(jìn)行變換得到模糊一致矩陣(n為元素個(gè)數(shù))：

(4)

2.3 輻射源威判因子威脅隸屬度函數(shù)的確定

威脅等級(jí)的“高”與“低”是2個(gè)相互對(duì)立的模糊概念，難以利用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行直觀描述，解決這一問(wèn)題的有效途徑是模糊集理論。

(1) 威判因子重頻威脅隸屬度函數(shù)

輻射源的重頻w1在0.1 kHz以內(nèi)時(shí)，威脅性很小，通?？梢哉J(rèn)為威脅性為0。但是當(dāng)輻射源的重頻大于0.1 kHz時(shí)，輻射源的威脅性大小與重頻的數(shù)值呈正相關(guān)關(guān)系。所以，重頻的威脅性隸屬度函數(shù)可以確定為：

(5)

(2) 威判因子方位威脅隸屬度函數(shù)

通常情況下，輻射源方位w2的變化方式有3種：方位不變、方位快變和方位慢變。輻射源方位不變，在大多數(shù)情況下表示作戰(zhàn)敵方雷達(dá)已跟蹤到我方目標(biāo)，因此其威脅性最大隸屬度函數(shù)值取1；輻射源方位快速變換通常是敵方機(jī)載目標(biāo)對(duì)我方目標(biāo)進(jìn)行搜索，其威脅性較大隸屬度函數(shù)值取0.8；輻射源方位慢變通常是敵方艦載目標(biāo)對(duì)我方目標(biāo)進(jìn)行搜索，其威脅性較小隸屬度函數(shù)值取0.6。所以，方位的威脅性隸屬度函數(shù)可以確定為：

(6)

(3) 威判因子脈寬威脅隸屬度函數(shù)

雷達(dá)輻射源的脈沖寬度值w3與其威脅性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，脈沖寬度越小對(duì)應(yīng)輻射源的威脅性越大，脈沖寬度越大對(duì)應(yīng)輻射源的威脅性越小。所以，方位的威脅性隸屬度函數(shù)可以確定為：

(7)

(4) 威判因子載頻威脅隸屬度函數(shù)

一般情況下，輻射源的載頻w4包括15,10,6,3和1.4 GHz 5個(gè)范圍。其中載頻為15 GHz和10 GHz的輻射源威脅性最高，其隸屬度函數(shù)取值1；載頻為6 GHz和3 GHz的雷達(dá)輻射源威脅性較高，其隸屬度函數(shù)取值0.7；載頻為1.4 GHz的雷達(dá)輻射源威脅性較低，其隸屬度函數(shù)取值0.4。所以，方位的威脅性隸屬度函數(shù)可以確定為：

(8)

2.4 構(gòu)造多參數(shù)聯(lián)合威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)

記威脅性評(píng)價(jià)矩陣為Φ(w)=diag{μ(w1)μ(w2)μ(w3)μ(w4)}，則各威判因子對(duì)于目標(biāo)層M的評(píng)價(jià)比例向量V(w)=IB·Φ(w)。將目標(biāo)層M的評(píng)價(jià)比例向量的元素對(duì)應(yīng)到坐標(biāo)軸上，形成一個(gè)如圖3所示的評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)。由于不同的威判因子對(duì)威脅性等級(jí)判定的影響大小不同，因此在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中圍成的四邊形具有不規(guī)則性。計(jì)算出實(shí)際圍成的四邊形面積S(V)即為雷達(dá)輻射源的威脅性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

圖3 威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)

按照雷達(dá)輻射源威脅性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的大小，來(lái)判定雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)。在實(shí)際偵察系統(tǒng)中，輻射源威脅等級(jí)按照威脅性由高到低被劃分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，其具體劃分標(biāo)準(zhǔn)為：

(9)

其中0.75是依據(jù)火控雷達(dá)參數(shù)計(jì)算出的報(bào)警最小值，0.45是依據(jù)艦載機(jī)搜索雷達(dá)的參數(shù)計(jì)算得到的。

3 應(yīng)用舉例

偵察系統(tǒng)收到3批輻射源信號(hào)r(r=1,2,3)，它們的重頻(w1)、方位(w2)、脈寬(w3)和載頻 (w4)的參數(shù)值如表2所示。

表2 輻射源特征參數(shù)表

運(yùn)用論文中提出的方法，對(duì)這3批目標(biāo)的威脅等級(jí)進(jìn)行判定，首先確定這3批信號(hào)的威判因子隸屬度μ(w1)，μ(w2)，μ(w3)，μ(w4)，其具體數(shù)值如表3所示。

表3 威判因子隸屬度表

根據(jù)V(w)=IB·Φ(w)，計(jì)算出輻射源信號(hào)的評(píng)價(jià)比例向量如下：

將V(w1)，V(w2)，V(w3)的元素對(duì)應(yīng)到多參數(shù)聯(lián)合威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)中，得到的雷達(dá)輻射源威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

根據(jù)雷達(dá)輻射源威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算得出3批信號(hào)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)輻射源威脅性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)S(Vr1)=1.06，S(Vr2)=0.79，S(Vr3)=0.47，結(jié)合式(9)可以判定第1批目標(biāo)威脅等級(jí)為2級(jí)，第2批和第3批目標(biāo)威脅等級(jí)均為3級(jí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在常規(guī)輻射源威脅等級(jí)判定方法的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，優(yōu)化了威判因子的權(quán)重計(jì)算方法，提出了新的威脅等級(jí)判定方法。該方法對(duì)威判因子的模糊性和關(guān)聯(lián)性都進(jìn)行了有效處理，使威脅等級(jí)判定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性得到了改善，為雷達(dá)輻射源的威脅等級(jí)判定提供了新的有效途徑。

圖4 雷達(dá)輻射源威脅性評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)