一种新的雷达告警器虚警机理❋

王洪迅❋❋，王红卫

（空军工程大学航空航天工程学院，西安710038）

一种新的雷达告警器虚警机理❋

王洪迅❋❋，王红卫

（空军工程大学航空航天工程学院，西安710038）

雷达告警器（RWR）多用“告警小盒”法进行威胁鉴别，虚警率高是影响雷达告警器效能发挥的关键问题之一。提出了一种新的告警器虚警机理，即对于RWR中相同频段内、方向也近似相同的多个脉冲序列组成的信号流中，虽然这些序列各自不相关，且任何单一序列均与某“告警小盒”指标相差很大，但可能有某些组合片段符合该“小盒”告警判决条件，从而产生虚警。仿真结果表明了这种告警机理的存在，而且在某些条件下这种虚警率也相当高。

雷达告警；威胁识别；告警小盒；虚警率

1 引言

现代战争中的空战是在复杂电磁环境中进行的，取胜或生存的关键在于对战场电磁态势的感知，这是机载雷达告警（Radar Warning Receivers，RWR）的核心功能。随着战场电磁环境日益复杂，过去10年中信号环境密度提高了约一个数量级，从每秒50～200万个脉冲提高到每秒100～1 000万个［1－4］。然而，虚警是影响RWR效能的最大障碍，尤其是复杂电磁环境中较高的虚警使得飞行员无法判别真伪，严重干扰了其对电磁态势的判断，进而影响了作战能力的发挥。

传统上多采用“辐射源相似”理论来解释RWR的虚警，认为由于环境中存在很多辐射源，辐射与某威胁相似的射频信号，从而导致RWR虚警［5］。然而实践也表明：即使某一特定环境中不存在与威胁相似的辐射源，RWR仍会产生虚假告警。这是该理论所无法解释的。由于本方面资料文献较为匮乏，尽管检索了相当的文献资料，只有部分文献里有“采取某种技术降低RWR虚警率”的描述，但未见有相关文献提及该种RWR虚警原因。为此本文结合RWR实际，对此进行探讨。

2 雷达告警器简介

RWR侦收空间宽开，侦收频域宽开，反应时间短。RWR一般结构如图1所示［1－4］，空间的雷达信号首先被天线接收，经过频段滤波、射放、检波，对数视放，然后数字化得到信号脉冲描述字（PDW），其中包含频段（FB）、方位（DOA）、脉宽（PW）、脉幅（PA）、到达时间（TOA），进而得到脉冲重复周期（PRI）。最后经信号处理鉴别出威胁，发出告警信息。

图1 雷达告警器结构示意图Fig.1 RWR system structure

RWR具有如下特点：

（1）一般采用4宽带天线正交配置，完成平台360°方位覆盖；多数采用比幅法测向，使得RWR可获得最短的反应时间；

（2）频率覆盖很宽，多数不进行高精度的频率测量，一般采用晶体视频接收机（CVR）体制，分频段滤波获得威胁频段；

（3）多数RWR采用CVR提取信号时间信息，进而获得脉冲重复周期（PRI）和脉宽（PW）信息；

（4）为了能够及时告警，RWR一般不采用复杂算法，且尽量减少告警参数，以免使计算量大大增加，延误告警时间；

（5）一般情况下认为虚警代价仅是使飞行员紧张，而漏警代价可能造成机毁人亡，故RWR优先考虑减少漏警而非虚警。

3 “告警小盒”法概述

RWR采用多次“告警小盒”法［3，6］进行威胁鉴别的告警依据是：在某个考察时间段内，同一雷达的脉冲，其若干参数的变化有限。故对于某雷达的脉冲参数，若事先知道其变化范围，可以把所测信号参数与之比较，若满足条件则认为该威胁雷达存在。考虑到一方面仅依靠单个参数进行单次判决错误概率较大，另一方面参数过多则会使RWR的计算量大大增加，使告警延迟，贻误作战时机，故RWR通常采用多个参数（通常采用3个）、多次判别方法。多次“告警小盒法”的关键只有以下几个因素：参数种类、参数范围、满足条件次数n。

3.1 告警参数的选取

RWR中可用于告警的主要参数有以下几个。

频域——所在频段RB。RWR要求实时告警，当前的RWR主要是提取雷达信号所在的频段FB。

时域——到达时间（TOA）和脉冲宽度（PW）。从TOA可分析得到脉冲重复间隔（PRI）（其倒数为重复频率（PRF）），一般雷达PRF范围从数十至数百千赫。

空域——到达角（DOA），包括方位角和俯仰角。因为无论雷达还是测量一方均难以改变脉冲角度信息，所以一般认为DOA最可靠。但RWR测向精度一般不高，约为10°～30°。

RWR进行威胁鉴别一般所采用的3个主要参数为信号所在频段FB、脉冲重复周期PRI和脉冲到达角DOA。虽然脉宽PW是脉冲参数之一，但RWR对PW的测量一般并不准确，况且多一个参数会大大增加计算量，延迟告警时间，故一般PW不作为RWR一个关键参数，故此后续讨论略去该参数，就三参数多次“告警小盒”法进行探讨。

3.2 多次“告警小盒”法的数学描述

为了进行危险识别，首先把威胁特征加载到RWR数据库中，假设其中第k个雷达的特征参数为

若对某一测量参数序列Si，设为

则对于RWR，三参数告警条件可以表述为：当输入的连续n个脉冲满足

则认为该序列Si与参数Rk适配，满足第k类雷达的告警条件。

以上为“告警小盒”中心值、散布差的表示方法，另外一种表示方法是最值表示方法。定义：

则公式（3）可以表述为

3.3 鉴别次数的选取

一方面若单次鉴别满足条件就进行告警，RWR虚警率将会很高；另一方面鉴别次数也不可能过多，如果确认一个威胁需要的鉴别次数过多，则会导致较高的漏警，因此鉴别次数的选取必须合理。经验要求鉴别次数大于3，一般取值范围约为5～9。

4 一种新的虚警机理

公式（4）或（5）所示的多次“告警小盒”法实际上是模式识别中简单的模板匹配法，实际上RWR面临的电磁环境极为复杂，而RWR被动接收信号，那么对于公式（2）的测量序列，虽然来自同一雷达的可能性较大，但也无法排除是来自其他辐射源。而且由于对某些雷达（如己方雷达）RWR不设置告警条件，但这并不意味着RWR不接收这些雷达辐射的脉冲信号。综合来看，RWR可能存在如下告警机理。

4.1 虚警条件假设

显然，RWR要告警，则必须满足告警条件。文献［4－5，7］中提出一种电子侦察中脉冲重叠概率的机理及分析，受此启发构造如下假设序列，则会使告警公式（3）、（5）得以满足，系统即会告警。

条件1：存在a个雷达辐射源集中于RWR一个方位上，且a＞n，这使得公式（3）得以满足。通常由于雷达探测目标时其信号是双程衰减，而雷达信号到达告警器是单程衰减，RWR作用距离约为雷达作用距离的1.5倍［5］，当前技术条件下RWR作用距离很容易超过200m。且由于RWR测向误差大，即使按作用半径120 km进行计算，在RWR某一方位10°范围内，覆盖面积可达1 256 km2。在这么大的区域内，雷达数量为十几甚至数十个是正常的。

条件2：在a个雷达中，有b个雷达处于同一频段；其中b＞n。这使得公式（3）得以满足。由于雷达告警器频率覆盖非常宽，一般划分为2～4个，在前一个条件下的十几甚至数十个雷达中，虽然它们的工作频点不同，但是其中有若干个处于同一频段也是很可能的。

条件3：RWR中未加载或者未完全加载以上雷达特征。RWR威胁特征一般飞行前地面加载，尽管加载参数时尽可能地覆盖所有威胁信息，但由于种种原因，比如是己方雷达或友方雷达，或事先不掌握这些威胁参数，都有可能不加载这些信息，从而使得RWR对这些雷达不告警。

4.2 产生机理分析

在条件1、2假设下，RWR鉴别条件仅剩公式（2）了。设RWR数据库中某一装订威胁的PRI为Tref，其PRI容差表示为η·τref（η为一百分数）。对于任意两个重复周期不同且相近的脉冲信号ta、tb，

如果从某一已经发生完全重叠的脉冲i开始，下一个脉冲将不重叠，两个信号脉冲之间将拉开距离Δt＝｜ta－tb｜，且Δt≪Tref；再经过一个周期信号脉冲之间将再拉开Δt，那么再经过k个脉冲后，这两个脉冲序列之间的距离将为k·Δt。那么总存在一个k值，使条件｜k·Δt－Tref｜＜Tref·η得以满足，即使公式（2）成立。

换言之，若告警器收到来自雷达1的脉冲P1－k1后，经过Tref收到来自雷达2的脉冲P2－k2，再经过Tref收到来自雷达3的脉冲P3－k3，…，又经过Tref收到来自雷达n的脉冲Pn－kn，从而使得告警条件2得以满足。虽然实际上没有重频间隔为Tref的威胁，但RWR仍将发出告警。

由于这种虚警是RWR从接收多个不同雷达脉冲序列中合成了某些脉冲差值恰好满足告警条件，且恰好积累达到告警次数需求，因此将这种虚警机理称之为累差虚警。

5 JSR建模与仿真分析

由于本文目的仅是从理论上探讨这种虚警机理的可能性，因此结合实际对某些条件进行了简化，采用仿真方法进行验证。

5.1 仿真条件与流程

设判别次数n＝3，仿真总时间为1 s，同一频段内、同一方向上有4种雷达，其PRI分别为ta，tb，tc，td。对于RWR数据库中装订的某一威胁R的Tref，根据文献［7］虚警条件可以描述为公式（7），该公式连续成立3次，系统发出R告警1次。

其中，mod（α，β）表示α除β所得正余数，i表示ta序列的某一个脉冲，a，b，c，d互不相等。仿真流程如图2所示，可分为4个阶段。

图2 仿真流程图Fig.2 Simulation flow diagram

阶段1：生成来自多个雷达的脉冲序列复合而成的测试序列。首先生成多个雷达的仿真序列，为了仿真简便，这里都是固定PRI的简单雷达脉冲；然后将之合并，并按脉冲到达时间进行排序；由于在某些条件下脉冲会重合，其表现就是到达时间相同，故最后是将复合序列中相同数值的脉冲剔除。

阶段2：设定仿真条件。设定τref、η的仿真步长以及最小值、最大值。

阶段3：按照不同的τref、η的取值组合，根据公式（7）进行告警判定。其中k为复合序列中脉冲的序数，需要指出的是，当不满足告警条件时k值每次增量为1，当满足告警条件其增量应为n；

5.2 仿真结果与分析

假设1中假设满足条件1、2、3的雷达PRI分别为ta＝103μs、tb＝107μs、tc＝120μs、td＝137μs，结果如图3所示。

图3 条件1下NF与τref及η的关系图Fig.3 Relations of NFwithτrefandηin scenario 1

假设2则为ta＝100μs，tb＝105μs，tc＝110μs，td＝115μs，结果如图4所示。

图4 条件2下NF与τref及η的关系图Fig.4 Relations of NFwithτrefandηin scenario 2

图3和图4均表明，虽然在题设条件下RWR测量序列中不存在脉冲重复周期为PRIRef（即假定的辐射源中不存在威胁特征为PRIRef的威胁K）的信号，RWR仍然能够产生多次威胁K存在的告警信息，因此这些告警均是虚警。

另一方面，尽管不同条件下给定的序列不同，所得仿真图形的形状也不同，但是它们的变化趋势基本相同，即虚警次数主要集中于图形的右上部分。这意味着NF会随着容差、所加载到雷达告警数据库中的威胁特征PRI的增大而增大。而且两种假设下雷达的虚警次数是相当高的，1s内的虚警次数可达数千次，应该说这个数值非常大。

当然，这种仿真结果与简单化的题设条件以及所描述的RWR技术体制有关，例如实际上n＝3数值较小，PW也可能成为RWR鉴别参数之一，而且实际雷达数量、它们的扫描情况及其各自的脉冲特性均不相同，因此所得仿真数据应依据具体情况进行修正，这些修正会使特定体制RWR的累差虚警次数会大大降低。但需要说明的是：考虑到实际的RWR告警数据库尽管能装订成百上千个威胁特征，然而总有某些威胁特征不能完全覆盖，实际环境中某些区域内雷达的数量也可能远远告警判别次数n，依据前述的累差虚警机理，这些因素综合作用又会使RWR的虚警率得以提升。

6 结束语

本文仿真结果从理论上证明了累差虚警的存在，它解释了这种现象：尽管实际雷达中没有告警库中装定的威胁，但在某些特定的条件下RWR仍然可能产生该威胁存在的虚警，并且虚警会随着装订威胁参数与RWR实际测量的参数不同而不同。当然，这种虚警机理在所述的RWR中表现较为明显些，但这并不意味着其他体制的RWR不存在这种虚警，但影响程度应进行后续研究。这种累差虚警机理的分析，可为对降低RWR虚警率的研究提供参考，RWR需要采取某些技术措施，避免这种虚警的发生。

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王洪迅（1977—），男，河北吴桥人，2006年获通信与信息系统专业博士学位，现为讲师，主要研究方向为信号处理；

WANGHong-xun was born in Wuqiao，Hebei Province，in 1977.He received the Ph.D.degree in 2006.He is now a lecturer.His research concerns signal processing.

Email：whxwhxwhx＠126.com

王红卫（1974—），男，河南平顶山人，副教授，主要研究方向为电子对抗。

WANG Hong-weiwas born in Pingdingshan，Henan Province，in 1974.He is now an associate professor.His research direction is electronic warfare.

A New False Alarm M echanism of Radar W arning Receiver（RWR）

WANG Hong-xun，WANG Hong-wei
（Aeronautics and Astronautics Engineering School，Air Force Engineering University，Xi′an 710038，China）

“Warning Box”is often used in RadarWarning Receivers（RWR）for identification threats，but high False-Warning-Ratio is one of key defects which affect RWR’s efficiency.A new kind of RWR false warning mechanism is introduced.For the combined flow by several radars pulse-series which are in the same waveband，same orientations，but far different for a specific“Warning Box”and have no relativity for each other，there do exist combining pieces in the series flow thataccord with the Box，thus falsewarning is produced.Simulation indicates such kind of false warningmechanism with a remarkable high ratio in given conditions.

RWR；threat discrimination；Warning Box；false warning ratio

TN971

A

1001－893X（2013）02－0156－06

10.3969/j.issn.1001－893x.2013.02.009

2012－07－30；

2012－11－09 Received date：2012－07－30；Revised date：2012－11－09

陕西省自然科学基金资助项目（2012JQ8019）；陕西省电子信息系统综合重点实验室基金资助项目（201113Y01）

Foundation Item：The Natural Science Foundation of Shannxi Province（2012JQ8019）；Electronic Information System Integration Key Laboratory Foundation of Shannxi Province（201113Y01）

❋❋通讯作者：whxwhxwhx＠126.com Corresponding author：whxwhxwhx＠126.com