基于GUI的雷达信号低截获性能分析

高健健，羊 彦，温 琼，薛培培，李澜涛

（西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安 710129）

低截获概率雷达的目的是尽量使敌方侦察接收机不能检测到雷达信号，即使检测到了也只能是部分信息，不能够有效地分选，使其无法全面对抗，进而给雷达足够的生存空间[1-2]。

通过LPI雷达的作用目的来看，对低截获雷达信号的LPI性能验证可以分为两个方面：第一，计算低截获雷达的截获因子，根据截获因子α的定义，在雷达信号进行侦察时，要保证截获因子α＜1，这是满足低截获雷达不能被敌方检测的条件；第二，计算低截获雷达发射信号被敌方截获后的分选识别程度，如果该信号满足使分选识别程度低，那么才能保证雷达的低截获性能[3]。

1 雷达信号低截获性能的验证

1.1 计算截获因子对信号低截获性能的验证

由截获因子[4]：

式中：Pt为发射信号峰值功率；kT0为常数项，其中k为波尔兹曼常数，T0为标准室温 29 （K）；Fr，FI分别为雷达接收机的噪声系数和侦察接收机的噪声系数；Lr，LI为雷达和侦察接收机的损耗因子；Gt，Gr分别为雷达发射和接收天线的增益；GrI为雷达发射天线在侦察接收机方向上的增益，GI为侦察接收机在雷达方向的天线增益；Dr＝(S/N)omin为雷达检测因子，即达到一定发射概率和虚警概率时输出端所需的最小信噪比；DI=(S/N)Imin为侦察接收机达到一定发现概率和虚警概率时输出端所需的最小信噪比；λ为雷达工作波长；τ为雷达脉冲宽度；BI为侦察接收机的有效带宽；σ为雷达检测目标的雷达散射面积。截获因子由侦察雷达作用距离与雷达作用距离的比值，是个无量纲的量。

由α的定义式子可知，α与3个因素有关：1）雷达特性。波束形状、时宽带宽积、波形复杂度系数、信号处理其功能以及接收机性能等。2）目标的特性。目标RCS越大，接收到的回波功率越大，使得实现LPI技术越容易。验证时需要按照目标RCS的大小分类进行，即区分隐身目标及非隐身目标情况下的LPI技术。3）侦察接收机的特性[5]。虽然LPI雷达设计人员无法改变ESM系统基本能力，但根据其使用常所判断其类型，从而有针对性的选择雷达参数还是比较明智的。例如，用于ELINT系统的ESM设备的侦察能力远远高于战斗机载的ESM系统（即平台式ESM），无需以最复杂的波形对抗后者，因为随着发射信号波形的复杂化，后续的处理设备变得异常复杂和庞大。通过以上分析，得出对截获因子的验证流程如图1所示：选择同步频率捷变(SIMFAR)和PRI抖动信号为例。

对截获因子的计算是通过输入相控阵雷达的参数和假设的ESM平台侦察参数得到不同发射波形情形下截获因子，与常规波形的截获因子相互比较，得出LPI信号对截获因子的改善程度，并且显示LPI信号在哪几个方面对截获因子进行了改善。将这几个方面对截获因子的改善相加就得到总的改善程度。

图1 截获因子验证方法Fig.1 Calculate intercept-function

第1步：设定雷达参数；第2步：设定侦察平台类型，例如，电子情报侦察(ELINT)、电子支援侦察(ESM)或者雷达寻的告警平台(RHAW)；第3步：衡量LPI信号性能。

1.2 信号分选对雷达信号低截获性能的验证

雷达脉冲信号的分选是电子对抗的一项关键技术。同时，分选是截获接收机处理雷达信号的重要步骤，因此，通过对分选过程的仿真，我们可以对信号进行分选的验证，进一步对信号的低截获性能评价，这样就可以在不需要搭建硬件平台的前提下，更逼真、完整地仿真信号分选的整个过程。MATLAB图形用户界面具有很强的交互性，操作方便，利用GUI搭建平台，可以方便地对雷达脉冲信号产生形式进行选择，对分选参数进行修改。

对雷达信号识别的前提是对信号参数的准确测量，难于检测就意味着难于识别。另外复杂的信号波形(包括频率变化以及脉冲的其他参数的变化)也会给ESM系统带来识别的难题。因此复杂雷达信号波形的验证通过分选来评价LPI波形的复杂度，对应某种波形给出相应的复杂度因子，定量描述LPI波形的分选难度，给出使用的可行性。

分选经过主分选和预分选，第1步是匹配疏化过程，第2步是聚类分选过程。将需要验证的雷达信号经过信号库后进行匹配疏化。如果输入的信号是信号库中的雷达信号，那么仅仅通过匹配疏化阶段就能将其分选，直接跳过聚类分选的步骤，进行分选的准确率的计算，然后对该信号的复杂度进行评估。如果不是信号库中的雷达信号，经过匹配疏化后进行直方图（或者聚类）分选，然后从分选结果中计算分选的结果准确率。

界面中使用的分选算法是模糊聚类算法，聚类分析是按照相似(相关)性将数据分类，相似的归一类，不相似的归另一类 。由于科学技术中的分类往往具有模糊性，所以采用模糊数学方法来进行聚类分析会显得更加自然和有效，这就是模糊聚类分析。一般经过一下3个步骤：1）数据标准化。实际问题中，不同数据有不同量纲。为使不同量纲的量能进行比较，需将数据压缩到区间[0，1]上，以相同量级参与分类，此为数据标准化。2）建立模糊相似矩阵。确定相似系数，建立模糊相似矩阵，有很多方法，本例中使用的是直接距离法。3）聚类。模糊相似矩阵经过转换成具有传递性的模糊等价矩阵后根据一定的水平参数将各个脉冲描述字的相似程度进行聚类。

在相同的分选条件下，对所设计的LPI信号和常规雷达信号进行分选处理，分选结果从分选时间、分选识别程度和分选结果准确率几个方面进行对比，显示所设计LPI信号的优势。综合考虑所设计LPI信号的分选结果和波形特点给出LPI波形的复杂度评价。如图2所示。

图2 分选验证流程Fig.2 De-interleaving method

图中分选流程包括初分选和主分选，初分选是根据测得的脉冲描述字(PDW)的到载频(RF)和脉冲宽度(PW)将脉冲流稀释疏化，主分选是模糊聚类分选算法，将经过稀释后的各部脉冲流模糊聚类，最后根据先验信息得出分类后的雷达脉冲型号。最后根据分选时间，分选识别程度和分选准确率综合评价雷达波形的复杂程度。分选算法流程如图3所示。

图3 分选算法流程Fig.3 De-interleaving process

2GUI设计

GUI[6]是通过各种控件组成的图形用户界面，包括文本编辑框，静态文本框，下拉菜单，单选框等控件。通过鼠标和键盘的操作设计功能丰富的人机交互界面，输入并且修改参数，实时显示程序运行结果，方便演示和计算。

文中设计的GUI窗口如图4所示，界面主要包括雷达信号选择和参数设置、ESM平台选择、分选结果显示和截获因子的计算。文中主要对同步频率捷变信号(SIMFAR)和PRI抖动信号进行了低截获性能的计算验证，结果中包括了截获因子的变化和分选结果的表示。界面中能够选择SIMFAR信号的载频数目，并且能够在界面上调整PRI抖动信号的抖动范围，进而比较不同PRI抖动下的分选结果。分选结果包括分选时间、分选识别程度和分选复杂度的计算。截获因子的计算结果包括截获因子的改善程度，比较不同灵敏度下截获因子随脉冲积累个数的慢变过程，用曲线图形表示。

图4 雷达低截获性能验证界面Fig.4 GUI of analysising radar LPI

3 仿真实验

由上式可知，复杂度C是LPI信号的特征参数 (α，T和S）与常规雷达信号特征参数的比值，所以是无量纲的参数。

先对常规雷达信号进行仿真，计算其截获因子(侦察雷达作用距离与雷达作用距离的比值，无量纲)，根据分选结果计算分选时间T0（单位为秒s）和分选识别程度S0（正确分选的脉冲个数与总的输入脉冲个数比值，无量纲），定义常规脉冲的复杂度为1。然后设定两部低截获雷达同步频率捷变雷达（SIMFAR）和PRI抖动雷达，依次计算两部雷达信号的截获因子（α1、α），分选时间（T1、T2）和分选识别程度（S1、S2）。 根据下式计算两种低截获信号的复杂度C：

表1 计算对比表Tab.1 Results of the calculation

由表格对比可知，相对于常规雷达信号而言，SIMFAR信号和PRI抖动信号都有较好的低截获性能：截获因子和分选识别程度明显下降，分选所需时间和复杂度明显增加。

4 结束语

利用GUI将雷达信号低截获性能验证的程序，包括对截获因子的计算，分选过程有机的结合起来，在一个可视化的图形用户界面中，具有很容易的交互能力，而且方便了演示，同时具有通用性。在通过文中计算了两种低截获信号对比常规信号的低截获性能改善程度，在实际的应用中可以验证其他雷达信号的低截获性能。

[1]张明友，旺学刚.雷达系统[M].2版.北京：电子工业出版社，2006.

[2]丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].3版.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]罗景青.雷达对抗原理[M].北京：解放军出版社，2003.

[4]张永顺，董宁宁，赵国庆.雷达电子战原理[M].北京：国防工业出版社，2006.

[5]葛建军.低截获概率雷达系统实现及其性能[J].现代电子，1998（3）：6-9.GE Jian-jun.The realization and performance oflow probability intercept radr[J].Modern Electronic，1998（3）6-9.

[6]张志涌.精通matlab6.[M].5版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.