李 艇，趙 泉，柴 恒

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

為提高生存能力,現(xiàn)代雷達(dá)輻射源重點發(fā)展低截獲能力。傳統(tǒng)雷達(dá)采用高峰值功率窄脈寬波形獲得較遠(yuǎn)的探測距離和良好的距離分辨率，而現(xiàn)代雷達(dá)則采用如下技術(shù)手段：

(1) 低副瓣天線

機載雷達(dá)低副瓣天線不僅可以獲得低截獲能力，還能夠抵制地雜波的影響，提升雷達(dá)獲得下視能力。圖1為低副瓣天線方向圖。

圖1 低副瓣天線方向圖

(2) 大脈寬、低峰值功率波形

雷達(dá)大脈寬低峰值功率波形如圖2所示。

圖2 大脈寬低峰值功率波形示意圖

雷達(dá)采用具有超寬帶的寬帶調(diào)制波形。典型脈內(nèi)瞬時帶寬達(dá)到100 MHz，其頻譜如圖3所示。脈沖壓縮的處理增益達(dá)到37.5 dB。

圖3 大帶寬波形

(3) 功率管理

功率管理技術(shù)一般應(yīng)用在隱身技術(shù)中。當(dāng)雷達(dá)截獲目標(biāo)后，隨即根據(jù)測量的目標(biāo)距離及目標(biāo)上電子情報設(shè)備及告警設(shè)備的靈敏度降低輻射功率，使得偵察設(shè)備無法截獲其高價值目標(biāo)模式。

通過上述技術(shù)的組合，偵察系統(tǒng)為完成對低截獲概率雷達(dá)的截獲偵收，靈敏度相對于傳統(tǒng)的偵察系統(tǒng)提高40 dB以上。因此新體制的偵察系統(tǒng)一般采用相控陣天線加數(shù)字波束形成的方案獲得靈敏度的提高。數(shù)字波束形成(DBF)受限于數(shù)字采樣技術(shù)和大規(guī)模波束形成的算力需求，帶寬受限。

在DBF瞬時帶寬受限條件下，本文分析了偵察系統(tǒng)截獲概率的主要影響因素和解析計算方法，并對不同駐留時間對相控陣體制雷達(dá)的平均截獲時間進(jìn)行了仿真。

1 偵察系統(tǒng)截獲的分析域

在做截獲分析時，可以從空域、頻域和時域3個方面進(jìn)行。只有3個域同時滿足截獲條件才能實現(xiàn)輻射源的截獲。截獲類型及與偵察機及雷達(dá)輻射源的活動關(guān)系如表1所示。

表1 截獲類型

常規(guī)的偵察系統(tǒng)可以通過多面陣覆蓋全空域范圍，由于采用DBF體制，因此可以實現(xiàn)對雷達(dá)旁瓣的截獲，默認(rèn)空域全截獲，因而空域無窗口函數(shù)。

在頻域，DBF體制偵察系統(tǒng)帶寬受限，而當(dāng)前相控陣體制雷達(dá)頻率捷變已經(jīng)成為其常規(guī)抗干擾手段，因此頻域截獲具有2個窗口函數(shù)。

在時域，輻射源發(fā)射控制進(jìn)行猝發(fā)工作是相控陣?yán)走_(dá)頻率隱身的重要手段，采用一個窗口函數(shù)對其進(jìn)行分析。最小截獲時間決定于分析的目的，對雷達(dá)輻射源進(jìn)行截獲、測量、識別和規(guī)律統(tǒng)計等需要的最小截獲時間不同。本文分析了10 ms～10 s不同駐留時間對應(yīng)的平均截獲時間。少量的脈沖丟失不影響對輻射源的測量、識別等任務(wù)，因此忽略丟失脈沖的影響。

2 平均截獲時間估計的數(shù)學(xué)模型

研究截獲問題的一個便捷方法是使用窗口函數(shù)表示偵察系統(tǒng)接收和雷達(dá)輻射源的活動。一個關(guān)鍵假設(shè)是窗口函數(shù)獨立。基本的窗口函數(shù)及其時間重疊如圖4所示，其中(1)表示雷達(dá)天線掃描活動；(2)表示偵察機天線掃描活動；(3)表示偵察機的頻域搜索活動；(4)表示雷達(dá)輻射源發(fā)射控制活動。

圖4 基本窗口函數(shù)及其時間重疊

在多窗口的情況下，偵察系統(tǒng)采用搜索駐留方式進(jìn)行信號截獲。駐留時間為

d

，平均截獲時間的公式如下：

(1)

式中：

M

為窗口的個數(shù)；

T

為窗口的周期；

τ

為窗口的寬度；

d

為駐留時間。

3 截獲概率的同步效應(yīng)

傳統(tǒng)機械掃描雷達(dá)的轉(zhuǎn)速為3，6,9，10 r/s。顯然，一個具有相同轉(zhuǎn)速或者該轉(zhuǎn)速分?jǐn)?shù)/倍數(shù)的偵察系統(tǒng)會遇到同步問題。雷達(dá)轉(zhuǎn)速與偵察系統(tǒng)轉(zhuǎn)速之比表示為周期比。在最壞的情況下，永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)窗口的重疊，即不會產(chǎn)生截獲。脈沖串的脈沖同步問題需要采用蒙特卡洛仿真的理論分析方法進(jìn)行分析。對于脈沖串相位非隨機的情況，通過該蒙特卡洛仿真方法可以對截獲概率進(jìn)行完整而準(zhǔn)確的描述。通過掃描窗口的抖動機制可以消除截獲概率空間中的最差情況，獲得一種相對優(yōu)化的搜索策略。

4 典型目標(biāo)仿真

針對典型機載相控陣?yán)走_(dá)和地面多功能雷達(dá)，假設(shè)DBF的瞬時帶寬為500 MHz，頻率覆蓋為2～18 GHz，機載相控陣?yán)走_(dá)的捷變帶寬為4 GHz，地面多功能雷達(dá)捷變帶寬為500 MHz，偵察系統(tǒng)的駐留時間為10 ms～10 s。典型截獲時間隨駐留時間的變化如圖5所示。

圖5 典型截獲時間隨駐留時間的變化

由圖5可以看出，在16 GHz范圍內(nèi)對典型目標(biāo)進(jìn)行截獲所需要的平均截獲時間非常大。因此在實際設(shè)計使用時，需要增加DBF的瞬時頻率覆蓋，以降低截獲時間；并根據(jù)不同功能需求，靈活配置當(dāng)前的駐留時間，以優(yōu)化偵察系統(tǒng)的截獲性能。

5 結(jié)束語

本文針對DBF體制偵察系統(tǒng)對相控陣?yán)走_(dá)的平均截獲時間進(jìn)行了模型分析，并仿真計算了對典型目標(biāo)的截獲時間。結(jié)果表明，大頻率覆蓋的條件下，所需要的截獲時間長，需要增加DBF的瞬時頻率覆蓋，并根據(jù)功能需求靈活配置時間，以優(yōu)化偵察系統(tǒng)的整體性能。