对搜索雷达的噪声压制干扰效果评估

张 磊，熊 波

(海军航空工程学院 a.研究生管理大队;b.兵器科学与技术系，山东 烟台 264001)

噪声压制干扰就是利用噪声干扰信号遮盖或淹没有用信号，使敌方接收机的信噪比大大下降，难以检测出有用信号的一种有源干扰方式。根据干扰信号中心频率、干扰带宽、被干扰设备接收机中心频率、接收机带宽之间的关系，可分为瞄准式干扰、阻塞式干扰和扫频式干扰［1］。

影响噪声压制干扰效果的因素很多，包括:雷达功率、噪声功率、噪声带宽、接收机带宽、干扰噪声样式、雷达虚警概率、雷达信号处理方式等。噪声压制干扰效果评估准则包括功率准则和效能准则［2-4］。效能准则是功率准则在现实作战环境下的一种概率反映，两者实质是相同的。因此，噪声压制干扰效果评估的基本准则仍然是功率准则。而功率准则中的众多指标之间有怎样的关联，如何进行选取，就是噪声压制干扰效果评估要解决的主要问题。

1 噪声环境下的雷达目标检测

1.1 有源干扰条件下的雷达方程

雷达接收到目标功率为

其中:Pt为雷达发射功率;G 为雷达天线增益;λ 为雷达波长;σ 为目标雷达反射面积;R 为目标距离。

雷达接收干扰信号功率为

其中:Pj为干扰机功率;Gj为干扰机天线增益;Gr＇为雷达天线对准干扰机方向的增益;Rj为干扰机机距离雷达距离;Δf为雷达接收机带宽;Δfj为干扰信号带宽。

在自卫干扰的条件下，Rj=R，G'r=Gr，σj=σ。

为了发现目标，要求Pr/Prj足够大，并达到检测所需要的信杂比(Pr/Prj)s，此时对应的作用距离为雷达的最大作用距离

从式(3)可以看出，雷达最大作用距离与最小可检测信杂比有关。因此，问题的关键在于如何确定最小可检测信杂比。

1.2 恒虚警雷达检测

通常，加到接收机中频滤波器上的噪声是宽带高斯噪声，其概率密度函数为

高斯噪声通过窄带中频滤波器后加到包络检波器，输出端概率密度函数为

其中r 为检波器输出端噪声包络的振幅值，其概率密度函数是瑞利分布的。

现代雷达系统的信号检测通常采用奈曼—皮尔逊准则:将虚警概率约束在一指定常数范围内的情况下，使检测概率达到最大［5］。

虚警概率为

其中UT为检测门限电平。

可进一步得到

可见，在噪声功率一定的情况下，检测门限由虚警概率唯一确定。

假设振幅为A 的正弦信号同高斯噪声一起输入到中频滤波器，包络检波器输出包络的概率密度函数为［6］

其中I0(z)是零阶修正贝赛尔函数

发现概率Pd为

从式(10)可以看出，雷达发现概率是虚警概率、信号功率、噪声功率、噪声样式的函数;结合雷达方程，信号功率与目标特性、雷达性能参数有关，而噪声功率与干扰机功率、目标距离有关。当雷达参数、干扰机参数确定以后，恒虚警条件下的雷达发现概率就是目标距离的函数。当发现概率Pd=0.1 时对应的距离，就是干扰吊舱的烧穿距离，也称作最小有效干扰距离或雷达的自卫距离，实际上都是一个概念。

2 对搜索雷达的噪声压制干扰效果评估

与噪声压制干扰效果评估有关的指标主要包括:

1)压制系数。搜索状态下雷达发现概率Pd下降到Pd=0.1 时，对应的干扰/信号功率比即为压制系数。压制系数可以用来比较各种干扰信号的优劣，压制系数越小，表明对雷达的有效干扰所需的干扰信号功率越小，说明干扰效果越好。由于压制系数仅考虑了干扰信号与目标回波信号之间的关系，因此用它来衡量干扰机的干扰性能不全面。

2)检测因子。检测因子是指满足所需检测性能(以检测概率Pd和恒虚警概率Pfa表征)时，检波器输入端单个脉冲需要达到的最小信号/干扰功率比。检测因子与所需要满足的检测性能、雷达脉冲积累方式有关，与具体信号无关，也无法用来对干扰机的干扰效果进行全面评估。

3)雷达最大作用距离。雷达最大作用距离是指雷达满足所需检测性能时，对应的作用距离。该指标一般用来描述雷达在考虑接收机热噪声的情况下，对目标的最大探测距离。

4)雷达发现概率。雷达发现概率是指在满足一定的恒虚警条件下，雷达的检测出目标信号的概率。雷达发现概率与干扰信号、目标回波信号、雷达信号处理方式有关，可以反映干扰机的干扰效果。但发现概率是随目标和干扰机距离变化，作为干扰效果评估指标描述起来不方便。

5)烧穿距离。雷达最小作用距离是指雷达检测概率下降到Pd=0.1 时，对应的作用距离，该距离是在压制干扰的情况下，雷达能够发现目标的最大作用距离，也称作最小有效干扰距离或雷达的自卫距离。

搜索雷达的主要功能是探测发现目标，其主要性能指标是雷达探测距离。通过以上分析可以看出，烧穿距离能比较全面地描述噪声压制干扰效果，在噪声压制干扰的条件下烧穿距离就是雷达的最大作用距离。因此，选取烧穿距离作为噪声压制干扰的评估指标，既符合功率准则，又能反映搜索雷达的主要功能。

3 计算机仿真

假设载机采用自卫干扰，干扰信号样式为射频噪声干扰。雷达功率为1 MW，干扰机功率为200 W，雷达天线增益为20 dB，干扰机天线增益为15 dB，雷达接收机带宽为1 MHz，干扰机带宽为100 MHz，脉冲积累数为20，目标雷达反射面积为20 m2，雷达恒虚警概率为10-6。

1)采用远距离支援干扰

采用远距离支干扰时，假设干扰机距离为50 km，干扰机对准雷达主瓣方向，计算得到恒虚警检测的门限电平为0.297 mV。

雷达接收机信杂比随距离变化关系如图1 所示。

雷达发现概率随目标距离变化如图2 所示。

从图1、图2 可以看出，干扰机对雷达的最小有效干扰距离为13.3 km，对应的信杂比为2.5 dB。

图1 信杂比随目标距离变化情况

图2 雷达发现概率随目标距离变化情况

2)采用自卫干扰

采用自卫干扰时，门限电平随距离的变化关系如图3所示。

图3 恒虚警门限电平随距离变化情况

雷达接收机信杂比随距离变化关系如图4 所示。

图4 雷达接收机信杂比随距离变化情况

在恒虚警条件下，采用自卫干扰时，雷达发现概率随距离的变化关系如图5 所示。

图5 雷达反现概率随距离变化关系

从图4、图5 可以看出，干扰机对雷达的最小有效干扰距离为3.6 km，对应的信杂比为2.5 dB。

4 仿真结果分析

从仿真结果可以看出:

1)不管是远距离支援干扰还是自卫干扰，在满足恒虚警概率的条件下，当雷达发现概率为0.1 时对应的信杂比都是2.5 dB，说明压制系数或检测因子是相同的。如果采用压制系数或检测因子作为干扰效果评估指标就无法反映真实的干扰效果。

2)2 种干扰方式下，雷达发现概率都是随目标和干扰机距离变化的，也不适合作为干扰效果评估指标。

3)2 种干扰方式对应的烧穿距离不同，自卫干扰的烧穿距离要小于远距离支援干扰的烧穿距离，这显然是符合客观实际的。因此采用烧穿距离作为干扰效果评估指标，能比较准确地反映出噪声干扰下雷达探测能力的下降程度。

5 结束语

本文对噪声压制干扰条件下雷达目标检测原理及其相关指标进行了详细分析，最终选取雷达烧穿距离作为搜索雷达的噪声压制干扰效果评估指标，既符合功率准则，又能描述搜索雷达的主要性能。通过对远距离支援干扰和自卫干扰2 种情况下噪声压制干扰效果进行计算机仿真，验证了理论分析的正确性。

［1］赵惠昌，张淑宁.电子对抗理论与方法［M］.北京:国防工业出版社，2010:63-70.

［2］贺志强，赵锋，赵帮绪，等.噪声干扰下雷达目标检测概率计算模型研究［J］. 现代防御技术，2012，40（1）:119-123.

［3］唐政，高晓光，张莹.机载自卫有源压制干扰效果评估模型研究［J］. 系统工程与电子技术，2008，30（2）: 236-239.

［4］丁一，李小宁，杨志祥，等.电子对抗中噪声干扰效果评估［J］.舰船电子对抗，2009，32（6）:40-42.

［5］Mark A.Richards.Fundamentals of Radar Signal Processing［M］.北京:电子工业出版社，2010:221-222.

［6］丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理［M］.北京:电子工业出版社，2011:222-232.