舰载雷达干扰设备多目标干扰能力分析

李兵舰，冯丁舜，张殿友

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

舰载雷达干扰设备具有反应迅速、可控性好、资源消耗少和环境适应性强等优点，成为各国海军水面舰艇防空反导的重要武器装备之一，倍受重视。多目标雷达干扰设备典型技术体制有多波束、相控阵等[1-2]。

随着末制导雷达技术的发展，抗干扰手段日益丰富，抗干扰能力不断提高，传统的雷达干扰能力指标表征已经受到挑战，同时也给装备试验、用户日常训练等带来一些困惑。针对这一问题，本文分析研究了影响舰载雷达干扰设备多目标干扰性能的主要因素，基于干扰有效性前提，提出多目标干扰的有效性边界条件。

1 雷达干扰设备多目标干扰方式

雷达干扰设备多目标干扰是指用一部干扰设备同时干扰多部雷达。雷达干扰设备在干扰多目标时,一般可以使用分时、脉冲瞄准、宽带阻塞等方式[3]。

1.1 分时干扰方式

雷达侦察机与雷达干扰设备按照一定比例的时间片交替工作，在侦察时间片内，雷达侦察机实时截获、跟踪各雷达信号，并引导雷达干扰设备；在干扰时间片内，根据雷达信号的脉冲参数预测下一时刻雷达脉冲的到达时间(TOA)，实施干扰。干扰一段时间后,再对各雷达信号侦察和跟踪,并利用跟踪参数实时调整干扰参数；如此反复,实现对多目标的干扰。干扰设备仅在各个雷达信号脉冲出现的前后,分配一定的干扰时间对雷达实施干扰,如图1所示。

图1 分时干扰方式示意图

1.2 脉冲瞄准干扰方式

雷达干扰设备每侦收到一个脉冲,立即选出匹配的干扰信道和波束指向,并在相应的频率和方位上发射干扰信号,如图2 所示。

图2 逐个脉冲瞄准干扰方式

脉冲瞄准干扰方式要求雷达干扰设备有很快的反应速度,随着信号环境密度增大，干扰设备丢失脉冲的概率会增大，多目标干扰性能会明显下降。

1.3 宽带阻塞干扰方式

雷达干扰设备利用电子侦察(ESM)设备测得的雷达信号的到达方向(DOA)和射频(RF)等参数,引导干扰设备采用远大于雷达频谱的干扰频带对雷达实施干扰。由于干扰瞬时带宽大，干扰功率谱密度将大幅下降。宽带阻塞式干扰对时间、能量、频谱资源占用多，易被跟踪，多目标干扰能力有限。

2 影响多目标干扰能力的因素

影响雷达干扰设备多目标干扰能力的因素主要有时、频、空对准度，干扰设备有效辐射功率，雷达波束捷变、波形，收发隔离度及时分工作比，雷达匿影，高密度雷达目标环境。

2.1 功率域

影响干扰效果的最基本因素之一是干信比(J/S)，即进入雷达接收机的干扰信号与目标回波信号的功率比值。文献[4]第八章中论述了对常规雷达干信比J/S需达到3～5 dB，才能取得良好的效果；对脉冲压缩、脉冲多普勒等新体制雷达J/S至少达到10 dB时,才能有良好的效果。也就是说，影响舰载雷达干扰设备的效能与作战对象和掩护本平台的雷达截面积(RCS)特性等因素相关。

2.2 频域

采用数字技术的侦察接收机测频精度均能满足频率对准要求；干扰设备采用直接数字频率合成器(DDS)，频率切换速度快，可以保证在脉冲到脉冲的基础上实现频率置换；采用快速数字调谐振荡器(DTO)调谐技术，能满足对脉间频率捷变时的频率对准要求；采用数字射频存贮器(DRFM)技术[4]，对脉冲压缩、脉冲多普勒等雷达进行欺骗干扰，能够用存贮器的不同部分分别存贮不同的威胁信号，分别干扰多部雷达。由于雷达侦察设备共用前端瞬时宽开测频接收机，能够瞬时测量并瞄准雷达信号的频率，因此，频域资源不是限制干扰目标批数的瓶颈[5]。

2.3 空域

雷达侦察设备对目标辐射源进行测向，包括方位角测量和俯仰角测量，根据测量结果引导有源干扰设备对目标进行空间对准。目前无论多波束体制还是相控阵体制，方位均可以微秒级快速切换，因此能够确保在空域上实现多目标干扰。

2.4 时域

随着雷达抗干扰技术的发展，雷达对干扰信号的识别能力不断提高，为了保证干扰效果，允许漏失干扰的雷达脉冲越来越少；所以，干扰设备的多目标干扰能力主要的资源瓶颈在于时域。

(1) 收发隔离度[4]

由于舰载平台桅杆空间狭小，雷达侦察设备和干扰设备天线安装受到极大限制，收发隔离度很难达到要求。为避免雷达侦察设备和干扰设备间自激干扰，确保系统能够正常工作，雷达侦察设备和干扰设备须采用时分方式工作，干扰效能的发挥会受到影响。

(2) 雷达信号重频抖动

雷达信号重频抖动对干扰效果产生一定的影响，如果干扰时间段内辐射源信号的重频与干扰前侦察时间段内的重频不一样，而干扰设备仍按先期侦察到的重频预测脉冲到达时间对辐射源进行干扰，将导致部分脉冲得不到干扰，干扰效果下降。

在典型作战场景下，如果末制导雷达只能粗略确定方位和距离捕获范围，末制导雷达在目标搜索捕获过程中为避免距离模糊，重复周期不会大范围抖动，在捕获到目标进入目标跟踪状态后，为提高抗干扰性能，重复周期可以大范围变化。

末制导雷达从目标捕获状态到跟踪状态所花费的时间大约需2～3 s，雷达侦察设备难以截获到末制导雷达的旁瓣。当干扰设备发射干扰时，雷达已经处于跟踪状态，此时雷达脉冲重复周期抖动范围最高能达到100%，干扰设备很难预测下一个脉冲到达的精确时间，干扰设备会放宽干扰跟踪波门，从而占用较多时域资源。

(3) 雷达匿影

匿影的实质是限制雷达侦察设备处理测量脉冲信号的工作时间；再加上全时分工作时，只允许雷达侦察设备在较短的侦察时间内接收和分选雷达脉冲信号：这2种限制大幅缩短了雷达侦察设备工作时间，对侦察载频和重频都在捷变的雷达信号而言，雷达脉冲数少，载频、重频无规律变化，分选正确率将降低。

在雷达匿影脉冲期间，由于雷达侦察设备不处理雷达脉冲信号，将降低信号分选的正确性，降低雷达干扰脉冲覆盖率。雷达匿影脉冲越宽，影响越严重。匿影将严重影响雷达信号的侦收和干扰能力。

为确保对抗效果，匿影信号占空比需控制在一定的范围，通过仿真和一些实测数据给出了图3中不同占空比雷达匿影对干扰性能的影响。

图3 雷达匿影在时域上对干扰性能的影响

(4) 高密度信号环境

信号环境密度高，接收到的雷达脉冲前沿重叠率高，雷达脉冲频率、方位、脉冲宽度测量错误概率增高。

海面、舰船舱外建筑物的反射引起多路径效应，侦察方位增批严重，影响系统对来袭目标判别的正确性，影响对已分配干扰目标角度、频率等参数跟踪的稳定性。

雷达采用低功率发射时，雷达侦察设备对雷达信号脉冲测量起伏较大，参数测量精确度下降甚至测错。

从干扰有效性需求角度分析，雷达侦察设备需适应高密度信号环境，脉冲测量错误概率和丢失概率需控制在一定水平以内。

图4为信号密度为10万脉冲/s至60万脉冲/s环境下，雷达侦察机对相邻脉冲正确测量的最小间隔时间与脉冲测量错误概率之间的关系。

图4 几种密度条件下脉冲测量错误概率

从图4可以看出：为确保脉冲测量错误概率不大于10%，环境信号密度为50万脉冲/s时，相邻脉冲测量正确时的最小间隔时间不大于1.1 μs；60万脉冲/s时，不大于0.8 μs。

3 时分模式对干扰效能的影响分析

舰载雷达对抗系统一般具有时分和非时分工作模式，大多数情况下工作在时分模式。现代雷达干扰设备一般采用脉冲重频跟踪技术，利用重频跟踪器对雷达干扰设备进行时域和功率管理[6]，在时域上根据威胁目标出现时刻分配相应的干扰资源，利用有限干扰资源对多个威胁目标实施有效干扰，重频跟踪器利用信号分选得到的脉冲重频、频率、脉冲宽度等参数将来自同一辐射源的脉冲信号序列从密集复杂的脉冲流中分离出来，采用分时切换、开窗瞄准等方法，实现对多个不同频率、不同方位、不同类型的威胁辐射源的干扰[7]。

当多个辐射源脉冲信号混合在一起时,会产生脉冲重叠、交错，干扰设备在干扰一个脉冲期间,若有另外不同频率的辐射源脉冲信号进入,则这些不同频率的脉冲将得不到干扰而丢失; 在侦察时间段内，到达干扰设备的雷达脉冲也不能受到干扰而丢失；由于干扰设备对不同频率的脉冲干扰时进行频率转换需有一定的转换时间,有一部分脉冲将会丢失:由于部分辐射源脉冲信号被丢失得不到干扰而影响总的干扰效果,是造成干扰设备采用分时干扰方式效果下降的主要因素[8]。

为了提高同时干扰目标的批数，干扰设备应尽量采用低占空比的瞄准式干扰样式；但是，对于采用对数接收机体制的末制导雷达，检测雷达脉冲前沿的能力很强，干扰信号必须遮蔽雷达脉冲的前沿，采用覆盖脉冲样式进行干扰，大的抖动范围导致干扰波门至少展宽到雷达脉冲重复周期平均值的一半，干扰占空比很高。当系统的收发隔离度不足时，干扰设备在干扰该部雷达时，将遮蔽对另一部雷达的侦察接收和干扰发射，不可避免地漏失对部分脉冲的干扰。

对于具有大抖动范围的雷达信号，如果雷达信号处理采取了良好的抗干扰措施，容易实现干扰信号的剔除并进行记忆跟踪。干扰设备为了保证干扰效果，在时域上需要尽可能多地对雷达脉冲进行干扰覆盖，因此，重频跟踪器产生的干扰波门必须至少与雷达的重频抖动范围相同。因此在时域上，单通道干扰设备干扰重复周期大范围抖动的雷达能力受限。

在雷达干扰设备工作期间，需要侦察设备提供脉冲描述字(PDW)进行脉冲引导，在引导干扰时，侦察机优先保证连续提供被引导目标的PDW。对于雷达信号分选而言，跟踪所需脉冲数一般不超过5个。

在时分模式下，雷达侦察设备如果不能及时输出正确的雷达参数引导信息，干扰设备的重频跟踪器对于大抖动雷达信号将无法跟踪，漏失对部分雷达脉冲的干扰，干扰效能下降。

图5 时分模式下侦察、干扰、匿影控制时序图

在进行多目标干扰通道管理时，大波门(干扰时间窗)内以小波门(一般为雷达的同步脉冲)前沿为界，在雷达脉冲到达之前为干扰阶段1，在脉冲期间和脉冲之后为干扰阶段2，干扰阶段1和干扰阶段2中的干扰样式由装订的干扰参数决定。

设对1部雷达信号n进行干扰，信号重复周期为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，则雷达信号n被干扰的时间覆盖率为：

Pnj1=jn/Tn

(1)

无干扰的时间覆盖率为：

Pnj0=1-Pnj1

(2)

如果雷达干扰设备同时干扰N部雷达辐射源，则对一部雷达信号n的干扰时间覆盖率为：

(3)

定义：在多信号干扰时，单部雷达信号的干扰时间效率为N部雷达信号干扰时单部雷达信号的干扰时间覆盖率与单部雷达信号干扰时干扰时间覆盖率之间的比率：

η=Pnj/N/Pnj1×100%

(4)

Pnj/N/Pnj1×Ρs×Py×100%

(5)

式中：Ps为时分干扰时干扰时间占有率；Py为匿影时电子对抗时间占用率。

综上所述，时分模式下雷达干扰脉冲覆盖率下降，下降的程度取决于同时干扰目标的数量、被干扰雷达重复周期、本舰匿影信号占空比和时分工作比，在下节进行仿真分析。

4 基于时域的多目标干扰能力仿真分析

分时体制多目标干扰系统在同一时间仅能干扰一个目标，而利用多个干扰通道分时工作则能实现多目标干扰。下面研究在受雷达匿影影响条件下，对具备多通道干扰能力的干扰设备同时干扰多目标的能力进行仿真分析。

干扰脉冲覆盖率：针对指定的被干扰雷达，从干扰天线端口发射干扰脉冲覆盖被干扰雷达脉冲与雷达探测本平台发出的探测脉冲的比率。设雷达脉冲占有(或覆盖)时间为R，有效覆盖雷达脉冲的干扰脉冲的时间为N，定义干扰脉冲覆盖率P=R/N。

根据相关试验结论，干扰设备干扰每部雷达的脉冲覆盖率(P)不小于70%时,有较好的干扰效果，当干扰每部雷达时间覆盖率小于50%或雷达侦察脉冲丢失概率高于25%～30%时，干扰基本无效。

仿真场景：侦察与干扰时分工作比1∶9，雷达匿影信号占空比分别取10%、20%，单通道雷达干扰设备同时干扰2部典型载频捷变+重频抖动的末制导雷达，威胁等级高的雷达排在表中首行，按照高优先级优选分配资源原则，干扰高优先级雷达优先获得干扰时间资源。

对单通道雷达干扰设备进行多目标干扰能力仿真，得出不同的匿影占空比、重频抖动率对同时干扰多目标性能的影响，见表1～表4。

表1 匿影信号占空比10%，同时干扰2部大抖动雷达信号仿真结果

表2 匿影信号占空比20%，同时干扰2部大抖动雷达信号仿真结果

表3 同时干扰2部雷达信号，优先干扰1部重频小抖动雷达信号仿真结果

表4 同时干扰2部雷达信号，优先干扰1部重频大抖动雷达信号仿真结果

(1) 同时干扰2部大抖动雷达信号，匿影信号总占空比10%，重频抖动小的目标优先级低，对高优先级雷达干扰脉冲覆盖率大于70%，仿真结果见表1，时序如图6所示。

图6 匿影占空比10%条件下干扰2部 重频大抖动雷达时序图

(2) 同时干扰2部大抖动雷达信号，匿影总占空比20%，侦察信号丢失率明显提高，仅对高优先级雷达干扰脉冲覆盖率大于70%，仿真结果见表2，时序如图7所示。

图7 匿影占空比20%条件下干扰2部 重频大抖动雷达时序图

(3) 同时干扰2部雷达信号，一部抖动20%(高优先级)、一部抖动40%(低优先级)，匿影总占空比10%，侦察信号丢失率低，重频抖动小的目标优先级高，对2部雷达干扰脉冲覆盖率均大于70%，高优先级的雷达干扰脉冲覆盖率达到90%，仿真结果见表3，时序如图8所示。

(4) 同时干扰2部重频抖动雷达信号，一部大抖动40%(高优先级)、一部小抖动20%(低优先级目标)，匿影信号总占空比10%。侦察信号丢失率低，重频抖动小的目标优先级低，对高优先级干扰脉冲覆盖率达到90%，低优先级的不足60%，仿真结果见表4，时序如图9所示。

图9 匿影占空比10%，干扰1部重频 小抖动1部大抖动雷达时序图

根据上述仿真数据，当匿影信号占空比达到10%或20%时，同时干扰2部重频大抖动雷达(重频抖动率分别为40%、 60%)，对优先级高的雷达干扰脉冲覆盖率大于70%，优先级低的雷达干扰脉冲覆盖率低于40%。

同时干扰一部重频小抖动雷达(20%)和一部重频大抖动雷达(40%)时，干扰脉冲覆盖率均能够达到70%以上，同时干扰2部重频大抖动雷达(高于40%)的目标，仅能保证对优先级高的雷达干扰脉冲覆盖率大于70%。

雷达干扰设备同时干扰多部雷达时，优先干扰重频抖动量小的雷达能够使得干扰通道时间资源最大化利用。

当匿影信号占空比大于20%时，雷达侦察机脉冲丢失率显著增大，雷达侦察机的侦测性能和跟踪性能下降，系统干扰效能随之下降。

5 结束语

本文重点在时域上讨论了影响单通道舰载雷达干扰设备能力发挥的因素，进行了几种典型场景仿真，仿真结果表明当干扰频段内本舰雷达信号匿影占空比达到10%～20%时，同时干扰2部重频抖动率大于40%的雷达，能够有效干扰1部高优先级雷达；当本舰匿影信号占空比达到10%时，能够同时有效干扰2部重频抖动率不超过40%雷达；同时干扰多部雷达时，优先干扰重频抖动率小的雷达能够最大化利用系统干扰通道的时间资源；当匿影信号占空比大于20%时，ESM接收机脉冲丢失率明显增大，不足以支撑对雷达信号跟踪，同样会导致干扰性能下降。对于舰载多通道雷达干扰设备可依此类推分析。