匿影管理对舰载电子侦察装备影响的仿真

随着舰载装备信息化程度的提高,大量新型电子武器装备需要在相对狭小的海上平台同时工作,因此需要采用电磁兼容管理设备协调全舰电子武器装备的电磁兼容问题[1]。电磁兼容管理设备对舰载电子侦察装备的管理,在保障电子侦察装备与其他装备协调运行的同时,也会对电子侦察装备截获信号的能力造成影响,这种影响直接关系到舰艇作战时对敌方雷达信号的侦察能力[2]。

要在外场条件下检测电磁兼容管理设备对舰载电子侦察装备截获信号能力的影响,就需要较多参试装备,技术难度大且消耗时间长。为最大限度地降低消耗和提高效率,需要探索电子侦察装备信号侦收能力受电磁兼容管理设备影响的仿真方法。

1 电磁兼容管理原理

电磁兼容管理设备对舰载电子侦察装备的管理分为时域和频域2种方式。

1.1 频域管理

电磁兼容管理设备的频域管理主要是在电子侦察装备与本舰作战优先级更高的电子装备信号频段发生冲突时,对电子侦察装备使用滤波器进行滤波管理。由于电子侦察装备的侦收信号频域较宽,对装备全频段进行滤波的成本很高,因此对电子侦察装备的频域管理一般只少量应用于对本舰连续波或者高重频信号装备工作频带内的滤波,管理效果比较简单直观。

1.2 时域管理

电磁兼容管理设备的时域管理主要是匿影管理。匿影管理是在本舰雷达开机工作时,先由雷达向电磁兼容管理设备发送雷达开机报文,再由电磁兼容管理设备根据已开机雷达的时域参数产生匿影脉冲,匿影脉冲宽度一般不小于本舰雷达脉冲宽度。在匿影脉冲存在的时段内,电子侦察装备采用降低自身侦察灵敏度或者直接切断侦察通道的方法,减少本舰雷达信号对侦察分选识别的影响,以达到在本舰雷达工作时对电子侦察装备进行电磁兼容管理的目的[3]。匿影管理工作原理如图1所示。

图1 匿影管理工作原理示意图Fig.1 Schematic diagram of blanking management principal

2 模型关键参数分析

预设态势为目标雷达信号满足电子侦察装备灵敏度要求,并且电子侦察装备只在目标雷达理论波束角内接收信号。不考虑信号副瓣侦收能力[4]的目标雷达信号波束如图2所示。

图2 目标雷达信号波束示意图Fig.2 Schematic diagram of target radar signal beam

设目标雷达天线扫描周期为Ts,重复周期为Tc,波束宽度为α,脉冲宽度为τm,仿真运算次数为M。电磁兼容未管理时在目标雷达每个扫描周期内侦收到的理论脉冲数

(1)

由式(1)可见,电磁兼容管理前电子侦察装备对雷达侦收的理论脉冲数只与目标雷达天线扫描周期Ts、波束宽度α和重复周期Tc有关。

电磁兼容管理后,电子侦察装备的侦察窗口受本舰各雷达共同产生的匿影脉冲控制,只能在匿影脉冲之外的时间窗口侦收信号。设本舰雷达重复周期为Tb,脉冲宽度为τb,本舰涉及匿影管理的雷达为n部。由于本舰雷达匿影脉冲受本舰各雷达重复周期和脉冲宽度共同影响,因此本舰雷达匿影函数可表示为S(Tb1,τb1,…,Tbn,τbn)。由于目标雷达脉冲在时间轴上的长度和位置与目标雷达天线扫描周期Ts、重复周期Tc、波束宽度α、脉冲宽度τm都有关联,因此计算本舰匿影脉冲在时间轴上与目标雷达脉冲重叠数量的脉冲重叠函数可以表示为C(S,Ts,Tc,α,τm)。由于成功侦收到的脉冲数N0是在N的基础上减少了与本舰匿影脉冲发生重叠的目标雷达脉冲数,结合式(1),匿影管理后的脉冲数

(2)

当N0小于信号分选所需的最小脉冲数Nmin时,该扫描周期目标雷达信号侦收失败。统计态势下仿真失败次数Mf,可得出各态势下侦收失败率

(3)

由于脉冲重叠函数C的内部参数关系是未知的,在仿真中可以运用构建真实脉冲重叠场景的方法对函数C进行模拟,分析N0中各参数对侦收失败率影响的规律。

3 仿真实现

3.1 仿真环境

仿真环境是由本舰雷达和外界目标雷达两部分构成,在Windows操作系统下采用VC++.net进行仿真[5]。用布尔数组存储雷达信号,首先创建若干动态数组存储本舰雷达信号,然后根据本舰雷达信号时域特性动态创建与之对应的数组元素,通过循环法进行数据填充和逐个元素比对生成匿影数组,匿影数组与包含扫描周期、重复周期、脉冲宽度、波束宽度态势信息的外界信号数组进行比对运算,得出需要的仿真结果。

3.2 确定成功侦收的判别标准

设定电子侦察装备成功完成信号分选的最小脉冲数为Nmin,信号脉冲数小于Nmin则判定为侦收失败。

3.3 仿真参数设置

为便于进行时间统计,将目标雷达扫描周期单位定义为雷达天线完成1次转动的用时长度(s·r-1),变化范围设置为1～31 s·r-1,每次变化步长为1 s·r-1;重复周期变化范围为50～5 000 μs,每次变化步长为10 μs;选取9种脉冲宽度和3种波束角度。

表1 雷达重频和脉宽设置

按照表1所示的海战场复杂电磁环境中雷达信号时域特性分布的一般规律设置本舰雷达重复周期和脉冲宽度。

若本舰涉及匿影管理的雷达数量为n部,当雷达开机数量少于n部时,构建的匿影波形比n部雷达同时开机时占空比更小,理论上此时的电子侦察装备侦收失败率曲线大部分都将落在n部雷达同时开机的管理曲线与无电磁兼容管理时曲线之间的区域,所以对n部雷达同时开机的态势进行仿真即可得到最具代表性的影响效果数据。

4 仿真结果分析

图3所示为目标雷达扫描周期对电子侦察装备侦收能力的影响。电磁兼容未管理时,目标雷达扫描周期达到8 s·r-1已能使本舰电子侦察装备侦收的脉冲数不少于Nmin。电磁兼容管理时,一直到31 s·r-1仍有少数态势点侦收的脉冲数不少于Nmin。电磁兼容管理对电子侦察装备侦收失败率的影响总体上随扫描周期增大呈下降趋势,但在1～8 s·r-1的区间内不是如电磁兼容未管理曲线那样单纯下降,而是根据本舰雷达时域参数设定的不同在特定扫描周期点上有高低变化。

图3 失败率与扫描周期关系Fig.3 Relationship between failure rate and scanning period

图4所示为目标雷达的重复周期对电子侦察装备侦收能力的影响。电磁兼容未管理时目标雷达信号重复周期达到700 μs才有失败样本出现,电磁兼容管理时最小从260 μs起就已经有个别样本侦收失败,从460 μs起连续地出现侦收失败样本。

图4 失败率与重复周期关系Fig.4 Relationship between failure rate and repetition cycle

电磁兼容管理对电子侦察侦收失败率的影响总体上随重复周期增大呈上升趋势,影响程度波动变化较频繁。在对应本舰匿影信号重复周期的整数倍点上有完全阻止侦收的影响效果,所以当外界信号接近本舰雷达重复周期整数倍时,电磁兼容管理对侦收能力的影响程度很大。

图5所示为目标雷达的脉冲宽度对电子侦察装备侦收能力的影响。电磁兼容未管理时侦收失败率基本没有变化,说明在没有电磁兼容管理的情况下脉冲宽度的改变对到达本舰的脉冲数影响不大。电磁兼容管理时侦收失败率总体上随脉冲宽度增大呈上升趋势,影响程度基本无上下波动,对应本舰雷达时域参数设定的影响程度会有所改变。

图5 失败率与脉冲宽度关系Fig.5 Relationship between failure rate and pulse width

图6所示为目标雷达的波束宽度对电子侦察装备侦收能力的影响,电磁兼容管理状态下侦收失败率比未管理状态下高。目标雷达的波束宽度越小,电磁兼容管理对电子侦察装备的影响程度就越明显。电磁兼容管理对电子侦察装备侦收能力的影响总体上随波束宽度增大呈下降趋势。

图6 失败率与波束宽度关系Fig.6 Relationship between failure rate and beam width

5 结语

本文研究了电子侦察装备在电磁兼容时域管理条件下对侦收能力构成影响的主要因素,给出了研究舰载电磁兼容管理设备的匿影控制对电子侦察装备侦收能力影响的仿真方法。电子侦察装备的侦察能力是电子对抗系统预警和干扰作战能力的基础[6],面对越来越复杂的全舰复杂电磁环境,电子侦察装备的电磁兼容设计变得越来越重要,必须在方案设计阶段就予以足够的重视。

参考文献:

[1] 林汉年.电磁兼容原理分析与设计技术[M].北京:中国水利水电出版社,2016.

LIN Hannian.Principle analysis and design technology of electromagnetic compatibility[M].Beijing:China Water and Power Press,2016.

[2] ADAMY D L.电子战原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2011.

ADAMY D L.Principles and applications of electronic warfare[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2011.

[3] 张亮.电磁兼容技术及应用实例详解[M].北京:电子工业出版社,2014.

ZHANG Liang.The electromagnetic compatibility technology and its application examples[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2014.

[4] 王国玉,汪连栋.雷达电子战系统数字仿真与评估[M].北京:国防工业出版社,2004.

WANG Guoyu,WANG Liandong.Digital simulation and evaluation of radar EW system[M].Beijing:National Defense Industry Press,2004.

[5] 金伟新.大型仿真系统[M].北京:电子工业出版社,2004.

JIN Weixin.Large-scale simulation system[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2004.

[6] 赵国庆.雷达对抗原理[M].2版.西安:西安电子科技大学出版社,2012.

ZHAO Guoqing.Radar countermeasure principle[M].2nd ed.Xi’an:Xidian University Press,2012.