机载雷达告警系统对敌雷达测向性能分析

王敬强，骆鲁秦，张晓杰

(空军航空大学研究生队，吉林长春 130022)

现代战争中，战机受到的威胁种类和数量越来越多，为了在复杂电磁环境中尽早发现威胁，及时启动干扰等对抗措施，保障飞机安全。世界各国都把机载雷达告警系统作为了一个发展重点，机载雷达告警系统的告警性能，对战机的生存能力关系重大。文中对雷达告警系统的测向功能进行了讨论。

1 机载雷达告警系统功能

机载雷达告警系统就是在复杂的电磁信号环境中探测、截获和识别敌威胁信号，根据信号的重频、功率、脉宽等参数信息确定威胁目标的等级并显示其方向和大致距离，以灯光或声音向飞行员发出威胁告警信号，以便采取相应的电子干扰或其它战术对抗措施。告警对象及功能主要有:对警戒雷达、跟踪雷达信号的告警;对导弹制导雷达信号进行告警;对脉冲多普勒雷达等特殊雷达的告警和测向;对主动、半主动雷达制导的空空、地空导弹制导信号的告警和测向及距离估计;实时对主动、半主动雷达制导导弹的逼近告警、定位，并根据目标特性通知飞行员或主动采取最合理的对抗措施等[1]。

2 雷达告警系统组成及测向性能分析

告警机的功能包括发现并定位辐射雷达，测重频、功率、脉宽等信息确定辐射雷达型别，确定最危险雷达并向飞行员进行告警。

2.1 机载雷达告警系统组成

机载雷达告警设备主要包含:各种天线、接收机、数字信号分析器、控制盒以及显示器四通道高频变换器、电源控制和部件故障显示盒等部件，如图1所示。其中天线结构对告警精度具有较大影响。

图1 机载雷达告警设备组成框图

对于测向天线来说，为能够对任意方向进入的信号进行接收，要求天线能够对水平360°方向的信号进行接收，并具备较宽的工作频带。由于平面螺旋天线的波束形状不随频率的变化改变，且能对大角度方位内各种极化的电磁信号进行接收，这里以平面螺旋天线为例进行分析。采用4个螺旋天线，分别安装在与飞机机身轴向成45°的4个方向上，其测向范围水平方向覆盖360°，俯仰方向范围为 -30°～30°，如图2和图3所示。

2.2 目标方位角的确定

2.2.1 粗方位区域判断

为便于分析，把天线1、2、3、4方位比幅测向系统的波束覆盖图等效为如图4所示。首先以相邻天线波束的交点和天线波束轴线为界将水平方向360°分成8个区域。通过比较4个天线波束接收到的同一雷达信号的大小，可确定信号方位角所位于的区域，从而粗略指示雷达方位角。将8个区域分别用3位粗方位码表示，则粗方位区域的判断可由表1确定[2]。

图4 4天线全方位覆盖

图5 相邻天线方向图

表1 粗方位数码判断准则

2.2.2 信号精确方位的确定

雷达信号经过粗略判定入射区域之后，将相应的相邻两天线的输出信号进行幅度比较，求取信号的精确方位。具体为:4天线将接收到的信号送入各自接收通道，在通道内经过视频对数放大分别加到两个减法器上进行比幅处理，然后经过A/D变换变换电路、信号处理，得到目标的精确角度[3-5]。

2.2.3 系统测角误差分析

假设天线方向图F(θ)满足对称性，如图4和图5所示。若以ki表示第i通道的振幅响应，A(t)为雷达信号的振幅调制，θs为相邻天线的张角，则各通道输出对数脉冲包络为

(1)系统误差。设各天线振幅响应ki相等，对两通道的电压做对数比R，并整理得系统误差dφ

由图6，图7和式(2)可以看出，测角误差与波束宽度、天线张角、相邻通道输出信号的对数电压比有关，在波束正方向时R最大，对测角误差的影响也最大;在等信号方向影响最小。同时测角误差还与天线的数目有直接关系，天线数目越多，测角越精确。

(2)随机误差。随机误差是由测向系统内部噪声引起，由于不同通道内的内部噪声不相关，相邻通道在进行比幅测向时，内部噪声的通道输出不能相互抵消，导致通道失衡，造成测角误差。即当考虑内部噪声时，两天线信号幅度相等的交叉点偏离实际的辐射源方向，误差角设为Δθ0，此时两天线信号相等的条件变为

式中，A为信号经接收通道后的振幅响应;A1噪、A4噪分别为1、4通道中的噪声电压;θ0.5为两波束交点到天线轴线方向的角度。把式(3)在θ=θs/2进行泰勒级数展开整理可得噪声所引起的测角误差为

可得在θ=θs/2处测角误差的均方根值σθ0为

通过式(5)可以看出，在θs/2±(θ0.5/2)区间内测角误差的均方根值与θ0.5成正比，与2倍信噪比的平方根成反比。

3 典型的机载雷达告警系统

自第一代机载雷达告警系统AN/APR-25问世以来，如今已经发展到了第四代。随着制空权夺取与反夺取战争的越演越烈，现代战争对机载告警系统的要求越来越高。机载告警系统主要朝两个方向发展:一方面为了提高系统决策的准确度、增强系统的快速反应能力、提高作战效率，机载告警系统逐步发展成了综合告警系统;另一方面，机载告警系统与其他机载自卫电子对抗系统高度综合，发展成为集电子支援、告警、干扰措施控制于一体的综合对抗系统，比如有AN/ALQ-211(V)系列的综合射频对抗(SIRFC)系统，不仅能够实现威胁告警，还能对威胁目标的威胁等级进行快速评估，并自动启动相应的干扰措施。

4 结束语

机载告警系统能够从复杂的电磁环境中及时发现、识别威胁目标，极大地提高了飞机的存活概率。全向比幅测向系统对目标信号具有极高的方位截获概率，设备简单轻便。然而系统测角误差较大，波束宽度、天线张角、信噪比以及通道的平衡程度都对系统的方位角确定有影响。实际中应尽量增加天线数目，提高通道之间平衡程度和信噪比，把系统的侧角误差降到最低程度。

[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社，1998.

[2]郁洋.机载四比幅测向矫正算法改进[J].电子信息对抗技术，2007(22):24-26.

[3]丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].北京:电子工业出版社，2009.

[4]董蓉霞.某机载雷达伺服带宽的工程设计[J].现代电子技术，2003(9):83-84.

[5]胡军，严德斌.低空抗干扰技术[J].现代电子技术，1997(4):25-27.