舰载雷达有源干扰效能评估研究

邹　峰

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



舰载雷达有源干扰效能评估研究

邹峰

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

摘要：分析了舰载雷达有源干扰效能的现状,研究了影响反舰导弹效能的因素，论述了舰载雷达有源干扰对抗反舰导弹的基本流程，提出了一种基于雷达干扰系统作战任务和作战过程的干扰效能评估方法，建立了干扰效能评估数学模型和计算方法。

关键词：雷达有源干扰；反舰导弹；效能评估；数学模型

0引言

当今各国海军水面舰艇均列装了电子对抗系统，具备了自卫式雷达有源干扰能力，舰载雷达有源干扰手段仍然是对抗反舰导弹末制导雷达的有效手段之一，雷达有源干扰效果对战术决策和作战使用至关重要。

现今干扰效能评估技术和方法主要用于教学研究和靶场试验分析评估，对抗反舰导弹的干扰效能评估也大多基于事后评估、仿真分析和一些基本指标度量，如毁伤率、命中率、跟踪误差等。由于受战场环境、作战对象以及使用时机、方式等多种复杂因素影响，对抗效能指标的分析、确定是一个复杂的过程，存在诸多不确定的因素和约束条件，目前还没有一个权威的评估方法或指标来进行定量表征，对雷达有源干扰效能指标的研究仍然处于探索阶段。

目前，美国、俄罗斯、英国等军事强国均建立了相应干扰效能的学科，投入了大量的人力和资金，因有关该领域的技术研究及相关应用涉及各国军事机密，国内外学者在该领域公开发表的论文和报道较少[1]。文献[2]～[4]采用的评估方法是建立在末制导雷达受干扰前后工作状况知晓的情况下，在较理想条件下，通过计算机仿真得出评估结果。文献[5]从系统对抗流程出发，构建基于作战对手的评估参照系，提出基于作战过程的干扰能力评估标准建立方法。文献[6]通过分析压制性干扰和欺骗性干扰信号的统计特性，提出一种适合靶场测试的干扰效果评估指标——干扰效果因素QECCM，并讨论了QECCM与雷达其它工作性能指标的关系，对作战中有源干扰效能评估具有一定的参考价值。

1雷达有源干扰效能评估分析

1.1　雷达有源干扰效能的度量层次结构

雷达有源干扰效能的度量一般采用评估方法。“评估”问题本身具有人的主观价值标准，有很高的抽象性和非线性泛函映射等特点，相对于检测方法，要做到客观、准确的评估非常困难。

效能评估包括能力评估和能力与使用目标的比较。评估雷达对抗系统效能，实际上是评估系统在规定的条件下，执行侦察、干扰任务等的能力满足规定使用目标的程度。

效能评估准则用来衡量被评价系统的活动成果，是选择效能参数的理论依据。效能参数就是描述作战能力的名称，在效能的仿真评估中，一般用作效果表述作战能力，侦察、干扰效果属于作战效果。因此，评价侦察、干扰效果的准则可作为评价雷达对抗效能的评估准则。

根据雷达有源干扰系统所承担的任务，其效能评估需具有体系性和层次性。无论是攻击方还是防御方，其干扰和抗干扰效能都包含有层次性的问题。舰艇反导作战时的雷达有源干扰效能评估可分为3个层次：

(1) 干扰信号层次，从评价干扰信号的品质出发，评估干扰信号的潜在干扰能力，评估该干扰信号对特定雷达实施干扰时可能的干扰效果。

(2) 干扰机层次，通过分析干扰机工作方式，估量干扰机的干扰能力，从而评价该干扰机对特定雷达可能的干扰效果。

(3) 系统层次，电子对抗系统一般由雷达侦察机、系统控制设备和雷达干扰机等有机结合组成。基于对干扰系统各设备的效能估计，评估干扰对反舰武器完成最终作战任务的影响程度。

3个层次之间的特点分析对比如表1所示。

表1　3个评估层次特点分析比较

1.2　雷达有源干扰效能评估指标构建

根据电子对抗工作原理和作战指挥控制流程，雷达有源干扰效能评估指标需从干扰系统层来考虑和构建，主要包括3个方面(如图1所示，图中虚框内容表示雷达干扰系统隐性效能因子)：

(1) 系统指挥控制

在电子战系统指挥控制方面，主要根据侦察信息形成电磁威胁态势，进行对抗决策，形成干扰方案，执行干扰方案。因此，系统指挥控制效能主要包括对抗决策效能和系统过程控制有效性。

其中对抗决策效能由战术决策正确性、干扰样式选择有效性、干扰时机选择正确性等共同确定。

系统控制效能由系统控制时间响应性、过程控制准确性联合确定。此外，威胁目标数据库中装订的参数信息可信性对系统指挥控制有效的影响不容忽视，在功能上应加以考虑。

(2) 电子支援(ESM)效能

电子支援任务主要由雷达侦察功能完成。其效能由雷达侦察功能对威胁信号的截获概率、正确分选识别告警概率、在规定的环境条件下对需干扰的雷达引导并稳定跟踪的概率联合确定。

此外，电子支援效能的发挥还与先验情报信息获取的准确性有关，与执行并完成作战任务密不可分，在功能上应加以考虑。

(3) 电子干扰(ECM)实施效能

电子干扰效能实际上是对干扰机的效能评估，主要是干扰执行层面，主要包括压制性干扰有效性、欺骗性干扰有效性、组合干扰有效性、干扰机时间响应性和干扰距离等。

有源干扰对特定的反舰末制导雷达干扰，同一时刻只能采用压制性干扰、欺骗性干扰、组合干扰3种方式之一，因此电子干扰效能由压制性干扰、欺骗性干扰和组合干扰有效性3种之一与干扰机时间响应性和干扰距离效能共同确定。

图1　雷达有源干扰效能影响因素

2雷达有源干扰效能评估计算模型

根据雷达有源干扰基本条件，影响雷达有源干扰效能的主要因素有：雷达先验信息可信度、雷达侦察机对雷达信号的截获概率、雷达有源干扰机的可用度、雷达干扰机能够产生有效的干扰信号概率、本舰电磁频谱管控影响概率等。

雷达有源干扰机对抗机载火控雷达或反舰末制导干扰有效，需满足下列基本条件：

(1) 战前应根据作战对象获取雷达威胁信号特征参数信息、作战模式信息，分析推荐拟采用的干扰方式，并装订进系统威胁对抗数据库。满足该条件的概率可信度用Pa表示。

(2) 应在适当距离上获得来袭威胁平台雷达方位、频率特征参数、抗干扰性能等信息，满足该条件的概率可用Pb表示。

(3) 能够采用的雷达干扰机的可用度，即干扰资源可用度，满足该条件的概率可用Pc表示。

(4) 雷达干扰机能够产生被干扰雷达接收机所接收的信号，即在雷达接收机输入端能够产生有效的干扰信号，满足该条件的概率可用Pd表示。

(5) 舰上电子对抗系统与其它武器系统频率资源使用冲突，电磁频谱管控限制干扰发射的概率，用概率Pe表示。

由于概率Pa、Pb、Pc、Pd、Pe是相互独立事件概率，因此雷达有源干扰效能指标Pe为：

Pe=PaPbPcPdPe

(1)

2.1　先验信息可信度

雷达信号先验信息可信度决定了电子战系统对雷达信号截获、分选、告警和识别的准确率和虚警率，对雷达干扰系统的干扰决策正确率、引导干扰效率和信号跟踪稳定性有很大影响，从而最终影响干扰效果。

获取的雷达威胁信号参数主要包括技术体制、频率、调制特征、工作模式、发射功率、波瓣宽度、天线增益等。先验信息的获取途径是多方面的，主要通过直接的和间接的方式获取。

直接获取雷达信号参数信息一般是通过雷达侦察机日常侦察搜集获取的。直接法获取的雷达信号特征参数准确，但欠缺完整性。因为雷达工作模式与其执行的任务密切相关，执行不同的任务，雷达将采用不同的工作模式。常规雷达一般会有多种工作模式，一部典型的多功能雷达一般都有几十种工作模式。直接侦测法通过大量的侦测数据积累，分析提取出雷达的工作模式，以及在每种工作模式下的信号特征参数。

间接方式是通过第三方提供或技术资料获取，这种方式获取的雷达信号特征参数有好的完整性，但频率等技术特征参数准确度不如直接法。

通过直接法或间接法获取的雷达信号参数可信度一般不会太高，为提高获取先验信息的可性度，常常将直接法和间接法结合起来使用。

2.2　对雷达信号侦察概率[7]

雷达信号参数侦察概率由雷达侦察机的性能和舰上作战使用环境条件共同决定。雷达侦察机性能界定了适应信号的类型、信号环境密度和能量等。

雷达侦察机前端是一个在空域、时域、频域等多维信号空间中具有一定选择性的动态子空间。该动态子空间也称为其在多维信号空间中的搜索窗。被侦收的雷达辐射源信号则是多维信号空间中的动态点，只有当某一时刻，此动态点落入搜索窗内，才可能发生前端的截获事件。因此一般情况下，除了达到截获信号的能量条件之外，截获事件还需包括以下具体条件：

(1) 空域截获，一般指侦察天线的半功率波束指向雷达，雷达发射天线的半功率波束指向侦察接收机。全向侦察天线则只需雷达发射天线的半功率波束指向侦察全向天线；旁瓣侦察时，只需侦察天线的半功率波束指向雷达，雷达天线的主瓣或旁瓣指向侦察接收机。

(2) 频域截获，指雷达的发射脉冲载频落入侦察机瞬时测频宽带内，且其脉冲宽度满足侦察机测频条件。

(3) 其它条件，指雷达发射信号的其他参数能够被侦察机正常检测和测量。

由于各次截获事件满足独立性和无后性，可采用泊松流描述。根据该流的性质，在T时间内发生k次重合的事件包括：

(1) 在起始时刻发生1次重合，在后序时间内又发生k-1次重合；

(2) 在起始时刻未发生重合，在后序时间内发生k次重合。

该事件的概率为：

(2)

(3)

代入式(1)，得：

(4)

(5)

(6)

当k=1时，截获概率：

(7)

2.3　雷达有源干扰机的可用度[8]

对雷达产生有效干扰，最终需由雷达有源干扰机通过向雷达辐射有针对性的干扰射频信号来实现。因此，雷达有源干扰机的可用度是干扰效果的决定性因素之一，与以下条件有关：

(1) 干扰机的干扰频段能够瞬时覆盖雷达工作频率的概率Pc1；

(2) 干扰机必须有足够的有效辐射功率，功率有效度概率Pc2；

(3) 干扰机发射波束指向在方位上对准雷达天线的概率Pc3。

因此，在不考虑干扰机故障率和舰上电磁频谱管控限制条件下，雷达干扰机的可用度为：

Pc=Pc1Pc2Pc3

(8)

由于受舰上条件限制，通常电子侦察天线与雷达干扰天线收发隔离度不够。为确保对雷达信号参数的实时跟踪，电子对抗系统需工作在时分模式下。在一个干扰周期内，一部分时间内雷达干扰机不发射干扰信号，留给雷达侦察机对雷达信号及时观测，另一部分时间内雷达干扰机发射干扰信号。雷达干扰机可用度(可用概率)可定义为：

Pc=Pc1Pc2Pc3λ

(9)

式中：λ为时分工作比系数，0≤λ≤1。

由此看来，在开环干扰引导系统中，舰载雷达有源干扰机可用度Pc由侦察和干扰天线间的隔离度和雷达侦察机测向误差决定。

2.4　雷达干扰机能够产生有效干扰信号的概率

雷达干扰机产生有效干扰信号的概率与同时干扰目标数、被干扰雷达技术体制以及所采用的干扰方式等有关。被干扰雷达的技术体制决定了所采用的干扰方式。雷达侦察机侦测时存在着分选识别正确概率，所采取的干扰方式是在雷达侦察机正确测量、分选、识别雷达信号技术特征参数的基础上，由干扰决策根据先验知识确定干扰方式。干扰方式选择的有效性与先验知识、对作战对象的研究及日常训练有关，这些因素目前还难以给出定量描述。

可假定在上述因素确定的条件下，同时多目标干扰时在时域上分析雷达干扰机产生有效干扰信号的概率。

在高密集复杂电磁环境中，电子战系统接收到的脉冲流是多部雷达辐射信号的总和，是随机的，满足负指数分布。随着环境中辐射源数量和重频类型的增加，脉冲流具有平稳性(即到达脉冲的概率只与时间间隔有关，而与到达时刻无关)、普遍性(即在较小的时间间隔内同时到达2个或2个以上脉冲的概率很小)、无后效性(即脉冲在给定的瞬间，到达的概率与该瞬间前后有无信号无关)。雷达有源干扰的实质是在目标信号出现的时刻(即时间干扰窗内)将干扰激励信号发射出去，因此，假定雷达干扰机中时间干扰窗总能精确地预测目标的出现时刻，则时间干扰窗的总和是雷达侦察机接收到的脉冲流的子流。根据随机过程论可知，它同样具有平稳随机性。

根据概率论，对一部雷达信号n进行干扰，如果信号重频为Tn, 脉宽为τn，干扰选通时间为jn，jn是一个覆盖τn的干扰时间窗口，则该雷达信号n出现干扰的概率(干扰占空比)为：

Pnj1=jn/Tn

(10)

干扰不出现的概率为Pnj0=1-Pnj1。

如果雷达干扰系统同时干扰N部雷达辐射源，则对一部雷达信号能够产生干扰信号的概率为：

(11)

为了便于分析，在此引入干扰信号产生效率的概念，即在多信号干扰时，单部雷达干扰信号产生效率定义为多信号干扰时对单部雷达干扰信号产生的概率与单信号干扰时干扰信号产生概率的比率：ηnj=Pnj/N/Pnj1×100%

(12)

同理，多信号干扰时，总的可干扰概率为：

(13)

总的能够产生有效干扰信号的概率为：

(14)

总的不能产生干扰信号概率(干扰选通时间重叠)为：

(15)

则总的干扰信号产生效率为：

ηj=PNj1/PNj×100%

(16)

事实上，在多个信号的干扰时间窗重叠时，雷达干扰系统总是在重叠时间上选择一个信号进行干扰。假定重叠时信号的选择是按时间到达的先后进行选择，则每个信号被选中的概率是相同的，即是等概率的。公式(11)修改为：

(17)

假定重叠时信号的选择是按优先级进行选择，则每个信号被选中的概率是不相同的，与信号的优先级有关，公式(17)的第2项对于不同优先级的信号是不同的。

若N部信号的优先级各不相同，即有N个优先级，不妨规定信号序号与优先级号相同，则第n部信号的优先级为n，同时规定优先级n越小，优先等级越高，这样，对第n部信号的有效干扰信号产生概率为：

(18)

规定：

对于第1部信号，威胁等级最高，由公式(18)可得到信号的有效干扰概率为：

(19)

则根据公式(10)，若仅在时域上考虑，第1部信号的干扰效率为100%，显然与实际情况基本相符。

若N部信号中有M部信号的优先级相同，对于不同优先级信号，有效干扰概率同样由公式(18)算得；对于优先级相同的M部信号，它们在信号干扰时间重叠时的选取概率应该是相同的，假定比该信号优先级高的信号有K部，则能够产生有效干扰信号概率为：

(20)

2.5　本舰电磁频谱管控影响概率

舰艇在执行防空反导作战任务时，通常会调度全舰软硬武器系统和各种传感器资源，软硬武器同时使用，存在舰上用频设备间频率资源使用竞争问题，必须对舰上各用频设备在时域、频率上进行有效的管理。由于电子对抗系统频率宽的特点，一般需要给舰上其它武器系统避让必要的时间或频率资源，对雷达有源干扰机干扰效果造成不可忽略的影响。不同的舰艇配置的武器系统不同，所占用的频谱资源不同，影响的程度也就不同。

通常舰载雷达占用的频带在雷达有源干扰机的工作频带内时，电磁频谱管控的基本方式是：对雷达与雷达有源干扰机间电磁兼容性管控采用在时域或频域上匿影的方式。

在频域管控上，雷达干扰机在发射干扰信号时需避让某部雷达的工作频率，利用本舰电磁频谱管控提供的相关波门。简单起见，这里不考虑反舰导弹末制导雷达工作频带一部分在避让频带内、一部分不在的情况。如果来袭反舰导弹末制导雷达工作频率不在干扰机避让的频带内，则雷达干扰机发射干扰信号的概率为1;反之，需在相关波门内进行频率避让。

本舰电磁频谱管控对雷达干扰机发射干扰信号的影响概率为：

(21)

3结束语

从本质上说，电子战是一种互相对抗的科学。电子战包括对敌人所采取的电子措施进行侦察和干扰，而这些侦察、干扰措施就成为反侦察、反干扰的对象，反侦察、反干扰措施反过来又可能被对方所扰乱[9]。雷达技术在不断发展，电子战系统也在不断发展、更新。雷达有源干扰系统干扰效能指标研究是一个永恒的研究课题，本文根据笔者针对舰载雷达有源干扰系统干扰效能指标体系，从电子对抗系统作战角度出发，基于作战使用过程分析方法，分析了影响舰载雷达有源干扰系统干扰效能的主要因素，提出了干扰效能指标度量及计算方法。提出满足作战使用要求的雷达有源干扰系统干扰效能指标体系是一项艰巨而复杂的任务，还有很长的路要走。

有关有源干扰效能问题，从目前公开的资料报道来看，仍然是仁者见仁，智者见智，至少在作战层面，还没有形成一整套的理论体系，还有待于继续研究取得突破。

参考文献

[1]王雪松，肖顺平，冯德军,等.电子战系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]宋道军.综合电子战环境下的雷达对抗作战效能分析及仿真[D].西安：西北工业大学，2006.

[3]叶红军.雷达干扰效能评估[D].西安：西安电子科技大学，2006.

[4]叶立萍，李登峰.有源干扰影响反舰导弹命中概率的效能分析[J].舰船电子工程，2008(1):78-79.

[5]夏斌,蔡啸，高博，等.作战过程的电子对抗能力评估标准构建方法[J].火力与指挥控制，2014(8)：38-39.

[6]魏保华，吕晓雯，王雪松.一种新的雷达有源干扰效果评估准则的研究[J].现代雷达，1999(6):26-30.

[7]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[8]赵晓哲，沈治河.海军作战数学模型[M].北京：国防工业出版社,2004.

[9]阿尔弗雷·德普莱斯.美国电子战史(第3卷)[M].中国解放军总参谋部四部译.北京：解放军出版社，2002.

Research into Effectiveness Evaluation of Active Jamming to Shipboard Radar

ZOU Feng

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Abstract:This paper analyzes the current situation of active jamming effectiveness to shipboard radar,studies the factors to affect anti-ship missiles efficiency,discusses the basic flow that shipboard radar active jamming against anti-ship missile,puts forward a kind of jamming efficiency evaluation method based on combat mission and process of radar jamming system,establishes the mathematical model and calculation method of jamming effectiveness evaluation.

Key words:radar active jamming;anti-ship missiles;effectiveness evaluation;mathematical model

收稿日期:2015-07-06

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.05.012

中图分类号：TN972.1

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2015)05-0052-06