传感器协同射频隐身仿真系统性能评估

宋文彬，马　霞，杜　增

（中国西南电子技术研究所，成都　610036）

传感器协同射频隐身仿真系统性能评估

宋文彬，马霞，杜增

（中国西南电子技术研究所，成都610036）

传感器协同射频隐身是未来战机取得空战优势至关重要的一种能力，它不仅与我方传感器的探测能力有关，还与敌方被动传感器的探测能力有关，同时受到具体对抗过程的影响，故对它的科学评估非常有难度。在详细分析了无源传感器截获有源传感器辐射过程的基础上，提出了传感器级、传感器协同级以及全过程系统级隐身对抗性能评价指标体系，并搭建了相应的射频隐身仿真评估系统，详细阐明了其工作原理和评估流程，为射频隐身系统的论证与研制工作提供参考。

协同射频隐身仿真系统，综合信息处理，性能评估

0　引言

多传感器协同射频隐身仿真系统是相对于无源探测系统而言，能否隐身由机载雷达、数据链、无线电高度表、敌我识别和航管应答等辐射源隐身能力和敌方电子战探测能力共同决定［1-2］。机载射频隐身仿真系统主要完成机载射频传感器的数字建模，结合想定剧本场景，完成己方多平台多传感器协同隐蔽探测、对方无源传感器探测和组网定位等功能的仿真［3-4］，此系统主要用于分析和给出有源传感器级参数隐身能力和传感器协同级的模式和参数协同策略，对机载射频隐身系统作战方式提供参考。

隐身仿真系统能力评估指标集是评价传感器协同射频隐身仿真系统的处理能力是否达到期望隐身效果的有效手段。本文从无源截获有源的角度分析给出了单有源传感器的辐射特征的隐身性能，也给出了按照一定规则通过综合信息处理结果自动地选择传感器协同方式基础上给出对平台隐身性能指标。

1　传感器协同射频隐身仿真系统工作原理

传感器协同射频隐身仿真系统是在各种传感器数据仿真条件下，对传感器协同射频隐身仿真系统进行研究、开发、验证、评估，其数据流向图如图1所示。

图1　传感器协同射频隐身仿真系统数据流图

战场环境想定模块，根据作战任务需求，主要仿真红蓝交战双方平台部署位置和双方飞机飞行路径，以及作战双方的环境参数，战场想定模块是后端红蓝双方平台装备传感器的位置依据。

传感器报文模拟模块，根据红蓝双方交战场景描述，为地面台站和飞机平台搭载各种传感器设备，建立各种传感器测量模型，为后续的综合信息处理模块做准备。

综合信息处理模块，包括雷达组网探测功能、无源协同定位跟踪功能、有源/无源协同探测功能，综合信息处理模块是整个系统的核心。

性能分析评估模块主要用于评估各个射频有源传感器仿真系统的表征参数采用射频低被截获技术后的效果，同时也用于评估多传感器协同探测模式对射频低隐身性能影响。多传感器协同隐身探测模式包括有源传感器协同、无源传感器探测协同、无源引导有源探测协同。

视频演示接口模块主要用于提供数据记录和可视化的数据驱动接口。

2　评估指标及其主要的影响因素分析

2.1评估指标

多传感器协同射频隐身仿真系统分为两个层次隐身对抗仿真，首先是传感器级能力对抗仿真，即平台辐射源与无源截获机截获能力对抗仿真；其次是红蓝双方传感器协同对抗仿真，其本质是通过传感器协同决策和学习不断修正各传感器对目标协同探测与跟踪的行为，使协同探测性能满足要求时的被截获概率最小。因此，对传感器协同隐身性能评估指标应该从传感器级对抗能力和传感器协同级对抗选择合适的性能评估指标。另外还需要补充对抗作战全过程后系统级隐身性能指标。

多传感器协同射频隐身仿真系统性能评估指标如图2所示。

图2　多传感器协同射频隐身仿真系统性能评估指标

辐射能量，是射频传感器的自身特征参量，与雷达辐射、雷达脉宽、雷达脉冲数、探测目标个数有关系，辐射能量等于雷达幅度与脉宽乘积的平方乘以雷达脉冲数，然后对每个目标的辐射能量求和，得到一个脉冲积累时间的辐射能量。辐射总能量就是对一次仿真的辐射能量的累积。辐射总能量越小，相对被无源探测发现概率就越小。

辐射总时间是辐射源在一次仿真中累积工作时间。辐射总时间越小，相对被无源探测发现概率就越小。

无源探测对辐射源的截获距离是指无源探测的接收机的信号检测灵敏度刚好达到辐射源的电磁辐射到达截获接收机处的信号功率。机载平台的截获距离为机载雷达截获距离、机载数据链截获距离、机载IFF截获距离、ATC截获距离、ALT截获距离的最大值。

等效截获球半径是在截获接收机在特定的被预定的发现概率Pd或高于这个概率的情况下球体积等于发射机可能被探测到的三维空间的体积的球半径。

截获因子定义为截获接收机的截获距离与机载辐射源的作用距离之比。平台的截获因子为对各辐射源的截获因子的最大值。

截获概率是指当辐射源和无源探测接收机均处于工作状态，在一个给定时间内，截获接收机能够截获到信号并且通过检测门限的概率。

协同定位跟踪主要经过两个环节。首先，经过多站协同定位后得到射频目标的较粗略的位置；然后，在较长时间内对多次获得粗略的位置进行卡尔曼滤波跟踪得到射频目标的精确的位置。协同定位跟踪精度就是是指在三维空间中由协同定位跟踪确定的精确目标位置与目标实际位置之间的误差。

协同定位跟踪收敛时间是指无源定位系统从收到目标辐射观测值到满足定位跟踪精度的时间。

总截获概率是指被为从搜索开始直到某时刻为止，平台辐射源被对方任意目标检测到的概率。

协同搜索的决策周期是指一次传感器协同搜索规划过程中需要考虑的搜索决策时间的步长，在有引导的协同隐身搜索中，决策周期是由引导数据数据率和总搜索时长共同决定的。协同搜索的决策周期是传感器协同搜索到目标的最小反映时间。

协同跟踪的决策周期指一次传感器协同跟踪过程中需要考虑的跟踪决策时间步长，在有引导的协同隐身跟踪中，决策周期是由每个传感器采样周期和作战阶段共同决定的。

能量减缩比是从系统整体作战效果方面给出的性能指标，它指的是系统针对一次仿真采用协同多传感器探测与感知技术后的有源传感器的总辐射能量与系统针对相同一次仿真不采用协同多传感器探测与感知技术后的有源传感器的总辐射能量之比。

2.2评估指标影响因素

评定单个传感器隐身性能好坏的方法主要是使用现有装备LPI射频传感器系统与使用传统的射频传感器系统在隐身性能指标的对比，评定协同传感器隐身性能好坏的方法是采用协同传感器综合信息处理与不采用协同传感器系统在隐身性能指标的对比。

影响单个传感器的隐身性能指标主要由射频传感器特征参数和无源传感器的特征参数共同决定。从辐射总能量、辐射总时间、截获距离、等效截获球半径、截获因子、截获概率的定义和公式可以分析出主要隐身评估的影响参数。如表1所示。

表1　传感器级评估指标与影响因素映射关系表

协同传感器综合信息处理系统是由多个子系统组成的复杂大系统，传感器协同级评估指标影响因素不仅仅与传感器级射频特征参数有关，而且与传感器协同处理方法有关，有些因素可以量化，有些因素却难以量化。

定位跟踪精度与无源定位算法、跟踪滤波算法、测量数据率和导航误差有关，无法给出关系的解析表达式。

影响定位跟踪收敛时间的因素很多，如所选的射频信号及其测量误差、采样时间间隔、对辐射源运动情况的估计、观测站的布置和观测站自身位置估计的精度以及指定的跟踪精度等。

射频信号的截获必须满足功率、空域、频率、时域和极化方式等5个方面的条件。一般而言，接收机的极化天线与发射信号天线的极化完全匹配的，接收机总截获概率等于功率截获概率、空域截获概率、频率截获概率、时间截获概率的乘积。影响总截获概率的因素主要有平台辐射源辐射天线扫描次数、主瓣功率、旁瓣功率电平、截获接收机的检测概率、接收机的灵敏度等。

3　性能评估指标的工作流程

性能评估指标的工作流程示意图如下页图3所示。

1）根据红蓝双方对抗博弈过程形成任务目标需求的概念描述。

2）根据任务目标需求描述过程形成各功能作战活动，活动过程包括：发现目标、跟踪目标、识别目标、传输通信、综合信息处理、战场态势评估、战场决策处理等过程。

3）依据功能作战过程映射到传感器协同射频隐身系统的关键技术上，比如：ESM引导雷达搜索发现目标、编队雷达协同跟踪目标等等。

4）依据传感器协同射频隐身系统的关键技术，完成敌我双方平台传感器的装配和仿真，以及综合信息处理功能仿真。

图3　性能评估指标的工作流程示意图

5）单传感器仿真结果和综合信息处理的结果通过仿真管理控制模块共享给分析评估模块。

6）分析评估模块根据评估指标的相关参数进行指标的分析计算，并依据计算出性能指标给出对系统隐身性能的评判。根据评估结果系统对传感器级特征参数进行修改，对综合信息处理模块相关算法和协同策略进行调整。

4　结论

本文在传感器协同隐身仿真系统的框架下给出了隐身性能评估指标集，首次给出了传感器协同级的指标，其指标不仅仅与红方探测和定位蓝方目标能力有关，也与敌方被动传感器截获和探测红方目标的能力有关，而且是时变的指标，因而与作战对抗过程密切相关，加大了评估的难度。本文也探讨了射频隐身仿真系统在仿真环境下的评估思路，并给出了相关流程图，为相关射频隐身系统的论证与研制工作提供参考。

［1］张考，张云飞，马东立，等.飞行器对雷达隐身性能计算与分析［M］.北京：国防工业出版社，1997.

［2］LYNCH D.Introduction to RF Stealth［M］.North California：Sci Tech Publishing Inc，2004.

［3］胡来招.无源定位［M］.北京：国防工业出版社，2004：1-6.

［4］桑建华，陈益邻.发展中的飞行器射频隐身技术［J］.航空制造技术，2011，23（6）：48-50.

Study on Simulation Performance Evaluation for Cooperative Multi-sensor RF Stealth System

SONG Wen-bin，MA Xia，DU Zeng
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The capability of Cooperative Multi-Sensor RF Stealth is very important to the future aircraft for gaining air-combat advantages.It relates to the detectivity both of our sensors and the enemy's passive sensors.It can also be influenced by the definite offence-defense process.Therefore it is very difficult to give it a scientific performance evaluation.In the present study，based on the detailed analysis of the course of radiation interception coming from the passive sensors，a design of general assessment index system is proposed and a corresponding simulation system is constructed.The working principle and the performance evaluation flow are demonstated.We suggest it can provide some hints for the investigation and development of the system of RF Stealth.

cooperative multi-sensor RF stealth system，synthetic information process，performance evaluation

TP391

A

1002-0640（2016）07-0164-04

2015-06-12

2015-07-10

宋文彬（1981-），男，江西人，博士，高级工程师。研究方向：多目标跟踪、射频隐身等。