电子干扰机干扰效果评估

亓 亮，李圳峰，李 鹏

(1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101；2.解放军63969部队，江苏 南京 210000)

0 引 言

电子对抗装备效能评估模型和方法建立在电子战设备的指标体系基础上。因雷达与电子战具有对偶性，是对抗矛盾的2个方面，其表现在指标体系上就是大多数表征雷达抗干扰能力的指标，也是电子战干扰效能的指标[1]。例如雷达的自卫距离，也是干扰的压制距离。雷达和电子战同时也共用一个对抗模型，共用典型场景，是这两方面必不可少的组成要素。可以在雷达的相关指标体系研究的基础上，对电子战的效能指标进行归纳，同时雷达的抗干扰指标也要参考电子战的效能指标。在此基础上，利用对偶互易原理，参考雷达的抗干扰效能评估方法，建立电子战设备的抗干扰效能的评估模型和方法。电子对抗装备效能评估的模型和方法始终贯穿于整个军事装备研制的过程中，在复杂电磁环境中，对装备作战效能客观、准确的评估具有重要意义[2]。

1 效能评估方法

在此拟结合典型对抗场景，采用基于检测性能变化的压制性干扰效果评估方法、基于主客观结合的压制干扰效果评估方法、基于有源假目标特征的欺骗干扰效果评估方法以及基于多维隶属度函数的组合干扰效果评估方法。电子战评估方法框图如图1所示。

同时，紧密结合模型和验证方法，对干扰效果评估的关键指标进行多层分解，并结合干扰对抗中涉及的截获、跟踪等关键环节，区分指标的重要程度，采用逻辑分析法、系统分析法、模糊综合法进行归纳梳理，最后形成一套体系对抗的综合评估方法。

图1 电子战评估方法

2 采用的评估模型

经查阅国军标、国防文献、专家调研并总结多年来模拟仿真成果，电子干扰机干扰效果评估的量化指标主要包括：干扰频率范围、干扰压制范围、干扰压制系数、作用距离、测量精度、目标跟踪稳定性、目标航迹(跟踪)维持率、发现概率、虚警率、信号相似度、抗压制干扰性能、抗欺骗干扰性能及综合效果等。

2.1 干扰压制系数

压制干扰系数数学模型为：

(1)

式中：KJ为在所模拟雷达与电子干扰机功率/频率/信号波形、目标反射截面某一状态条件下，电子干扰机对所模拟雷达的干扰压制系数；PJmin分搜索雷达和跟踪雷达2种情况(作为搜索雷达时为发现概率Pd从0.9下降至0.1时所需的最小干扰功率；作为跟踪雷达时为压制干扰下的距离或速度测量精度δXJ，超过无干扰下的测量精度δXNJ3倍时所需的最小干扰功率)；PS为目标回波功率。

干扰压制系数KJ采用对真实目标探测的基本试验场景，其评估步骤如下：

(1) 固化测试条件。需固化的条件参数包括：①工作模式、工作方式、信号波形(脉宽、脉重和脉冲积累数)、工作频率状态；②电子干扰机功率和天线增益状态；③目标反射截面。

(2) 测量目标回波/杂波/干扰。具体为：①目标机(舰船)避开试验区域，试验区域外设置辐射禁止区，而后系统采用杂波图控制手段，测量试验区域无源信标载船位置方向角度分辨单元的海杂波功率PC；②将无源信标载船驾驶到预定位置，探测无源信标得到无源信标回波信号功率值PS=PS+C-PC(PS+C为信杂总功率)；最后电子干扰机释放干扰，探测无源信标得到干扰信号功率值PJ=PS+C+J-PS+C(PS+C+J为信杂干总功率)。

(3) 测量干扰压制系数与发现概率(测量精度)及干/信比关系。具体为：系统按最大发射功率在作用距离范围内探测目标，而后电子干扰机在系统视距临界位置释放压制干扰，系统探测目标并持续衰减发射功率，直至发现概率从0.9降低到0.1或距离/速度测量精度从保精度指标降低3倍，即是干扰压制临界点，此时无源信标干扰压制系数为：

(2)

式中：L为发射功率衰减系数。

试验后通过数据处理也得出了发现概率(测量精度)与干/信比关系。

(4) 换算成模拟雷达型号干扰压制系数。按照下列公式所示的数学模型，将本系统干扰压制系数转换为主要国外模拟雷达型号的干扰压制距离、干扰压制系数。

干扰压制距离为：

(3)

转换调整系数模型：

(4)

式中：KJ_SWDX为电子干扰机对所模拟雷达型号的干扰压制系数；KR0为压制距离比；KPt为发射功率比；KGt为天线增益比；Kσt为典型的目标反射截面比；KBn为接收机噪声带宽比；KJ_WYXB为电子干扰机对系统的干扰压制系数；R0_SWDX为电子干扰机对所模拟雷达型号的干扰压制距离门限；KLs为系统损耗比；R0_WYXB为电子干扰机对系统对真实目标探测工作模式的干扰压制距离门限(注：比值分子为真实目标探测值，分母为所模拟雷达型号值)。

2.2 干扰压制扇区

干扰压制扇区在对仿真目标探测试验场景下进行,具体为：按照天线方向图间隔5°规划纵向跑道航线，按照上节方法确定每个干扰压制临界距离位置，试后通过数据处理得到主瓣、副瓣、主瓣+副瓣3种情况的干扰压制扇区。

2.3 欺骗干扰成功比率

欺骗干扰成功比率数学模型为：

(5)

式中：nJ为样本中欺骗干扰成功次数；ns为样本数。

欺骗干扰成功比率PJ测试分为静态目标、动态目标的测试，其测试方法为：系统跟踪目标后，电子干扰机释放欺骗式干扰，系统采取抗欺骗干扰手段抗距离、速度欺骗干扰，统计400～500点内成功欺骗比率。

2.4 欺骗干扰相似度

欺骗干扰相似度实质为目标回波信号与欺骗干扰信号的皮尔逊相关系数，其数学模型为：

(6)

式中：n为样本数，取值400～500；S为回波信号；J为欺骗干扰信号。

欺骗干扰相似度评估方法为：在无干扰条件下系统跟踪真实目标，采用杂波图控制手段取得目标回波信号；随后电子干扰机释放欺骗干扰，记录不同波形下的400～500个样本数据并采集、记录信/干信号；在试后处理中按照相消原理从信/干信号中剥离出干扰信号，而后利用数学模型求取相关系数。

2.5 目标航迹(跟踪)维持率

目标航迹(跟踪)维持率数学模型为：

(7)

式中：nJ.HJ为样本中形成航迹或跟踪目标的点数；ns.HJ为航迹或目标点数。

目标航迹维持率KHJ测试分为静态目标、动态目标的测试，其测试方法为：系统采用边搜索边跟踪工作方式粗跟目标或采取跟踪加搜索、单目标跟踪工作方式精跟目标，而后电子干扰机释放干扰，系统采取抗干扰手段维持目标跟踪，统计400～500点内粗跟形成航迹或维持精跟的点数。

2.6 目标跟踪稳定性

目标跟踪稳定性是对目标跟踪(分为粗跟和精跟)精度的一种定量指标，需结合探测威力和范围，参照GJB403 A-98舰载雷达通用规范、GJB74 A-98军用地面雷达通用规范方法，设置测量精度试验方法，处理试验数据，最终形成“坐标测量精度-时间曲线、表格”，借以通过精度起伏情况来评估固化场景条件下的目标跟踪稳定性。

2.7 作用距离

作用距离是对目标探测威力的一种定量指标，参照GJB403 A-98舰载雷达通用规范、GJB74 A-98军用地面雷达通用规范方法，结合探测威力和范围，设置作用距离试验方法，处理试验数据，得到固化场景条件下的作用距离下降指标[3]。

2.8 发现概率和虚警率

统计目标探测威力和范围条件下的目标发现次数(nfx)、目标试验点数(nm)，经数据处理得到目标虚警率(nxj)，按照(nfx-nxj)/nm得到固化场景、固化输出信噪比条件下的目标发现概率[4]。

抗压制干扰性能通过干扰频率范围、干扰压制范围(暂定：有效空域)、干扰压制系数、作用距离、测量精度、目标跟踪稳定性、目标航迹(跟踪)维持率、发现概率、虚警率等指标，加以综合评判。

抗欺骗干扰性能通过信号相似度、测量精度、发现概率、虚警率、目标航迹(跟踪)维持率、目标跟踪稳定性、欺骗干扰成功比率等指标，加以综合评判。

干扰综合效果通过抗压制干扰性能、抗欺骗干扰性能加以综合评判。

3 干扰效果评估流程设计

根据系统设计要求等任务输入，系统对电子干扰机进行的效能评估试验分成试验准备、试验实施和试验总结3个阶段，其工作流程如图2所示。

电子干扰机性能及干扰效果评估试验准备，按照试验任务分解、仿真态势场景规划准备、系统准备、全系统联调4个递归环节进行。

试验任务分解，待试验任务明确的前提下，制定电子干扰机性能及干扰效果评估试验大纲，结合试验场和系统资源，拟制效能评估试验方案和工作计划，对试验大纲进行操作层面上的分解。

仿真态势场景规划准备，需结合电子干扰机性能及干扰效果评估试验方案、工作计划中关于对仿真目标探测的安排情况，首先对所模拟雷达、探测背景、承载平台运动特性、模拟目标特性等参数(表所示)进行配置，而后通过软件配置项对态势规划加以合理性功能验证。

系统准备，需结合效能评估试验方案中关于雷达承载平台、试验区域、试验工作方式、试验批次安排等有关事宜，一是做好运输/吊装/架设、定位定向测量/装订、辐射禁止区测量/装订、场地不平度测量/装订等试验场进驻工作；二是检验系统的技术状态，完成开机初始化、通信建链、功能检查、雷达标校、真实目标探测、本地操控等6类工作。

图2 电子干扰机性能及干扰效果评估试验工作流程

表1 系统态势规划项目

整个系统试验准备采用远程操控方式，带动试验场参试设备，完成对真实目标探测、对仿真目标探测、信号辐射3种工作模式下的整系统状态确认工作。

电子干扰机性能及干扰效果评估试验分主瓣压制、主瓣欺骗、副瓣压制、副瓣欺骗、组合干扰5个试验场景。对于每类试验场景，需按照方案中有关样本数、测试范围要求，本着“对真实目标探测求线、对仿真目标探测求面”的原则来安排各类试验。为保证试验充分性，每轮试验一般安排数据分析、回归试验环节。待每类试验完成后，要按照电子干扰机性能及干扰效果评估方法，依靠雷达显控台干扰效果评估软件配置项，进行单类综合数据处理、试验小结和结论确认，得出初步指标评估值与可供支撑的试验状态和图表数据。

电子干扰机性能及干扰效果评估试验总结建立在单项试验数据进行综合深加工的基础上，对于某类试验中可能存在的“数据样本数不足、指标估计值置信度低”等值得商榷的问题，通过具体回归试验加以弥补，最终得到系统、全面的指标评估结论，及内容翔实、表述准确、证据充分的试验报告。

4 干扰效果评估手段设计

综合考虑经济性、组织试验协调等因素，电子干扰机性能及干扰效果评估采用“对真实目标探测有限验证、对仿真目标探测全面检验、仿真态势场景规划校验”三者结合的工程手段。

对于主瓣压制、副瓣压制、主瓣欺骗和副瓣欺骗类、主瓣压制/欺骗组合、副瓣压制/欺骗组合的干扰样式场景，可采取对真实目标探测单目标跟踪、对仿真目标探测单目标跟踪手段。

对于主瓣和副瓣组合的干扰样式场景，可采取对真实目标探测边搜索边跟踪、对仿真目标探测、对仿真目标探测模拟国外雷达某一型号的手段。

对于真实目标探测的有限验证、电子干扰机性能及干扰效果评估试验对真实目标有限验证的基本试验场景如图3所示。电子干扰机天线法线、目标与仿真雷达天线法线连续之间的张角θ，可结合主瓣、副瓣和主瓣+副瓣组合干扰方式，在0～360°变化。

图3 电子干扰机性能及干扰效果评估试验对真实目标有限验证基本试验场景

在电子干扰机性能及干扰效果评估雷达外场试验中，针对主瓣压制/欺骗、副瓣压制/欺骗干扰2种基本试验场景，待完成“电子干扰机天线法线、目标与系统天线法线连线之间张角θ”的设置后，系统可通过对真实目标探测、对仿真目标探测2种工作模式下的单目标跟踪工作方式加以完成；针对主瓣和副瓣组合干扰试验场景，系统可通过对真实目标探测、对仿真目标探测两种工作模式下的边搜索边跟踪、跟踪加搜索工作方式加以完成。

图4 电子干扰机性能及干扰效果评估外场对仿真目标探测试验场景

对于仿真目标探测的全面检验，电子干扰机性能及干扰效果评估对仿真目标探测的基本试验场景，如图4所示。电子干扰机天线法线、目标与仿真雷达天线法线连线之间的张角θ，可结合主瓣、副瓣和主瓣+副瓣组合干扰方式，在0～360°变化。

对仿真目标探测的基本试验场景，除目标回波为模拟目标外其他基本相同。为保证系统与电子干扰机射频闭环，系统对干扰机方向辐射探测信号，同时接收杂波和电子干扰信号，经变频、放大、滤波、A/D采样、数字下变频及功率匹配变换(所模拟雷达型号)后，形成的杂波和干扰数据(和/俯仰差/方位差/副瓣接收4路I+JQ，依坐标测量体制)与目标模拟器产生的模拟数据(和/俯仰差/方位差3路I+JQ)进行信号合成，形成合成和/俯仰差/方位差/副瓣接收4路I+JQ数据，在进行后续信号处理、信息处理、显示、人机交互、资源调度、时序控制、抗干扰、数据采集等与雷达外场试验相同的处理环节。

鉴于系统在对仿真目标探测工作模式下，发射信道按照正常功率进行对外辐射，所接收的环境杂波、电子干扰信号受“环境场地条件、清场、场景”等因素的限制存在着质量不稳定的问题，加之电子干扰信号远远大于环境杂波，其目标模拟器具有的杂波生成功能可替代真实环境杂波。

内场仿真态势规划校验，为保证对仿真目标探测试验场景设置的合理性，系统设有全数字功能仿真工作模式。该工作模式用于仿真态势场景规划最后环节，就电子干扰机、所模拟雷达型号、模拟载机(载船)、模拟目标、射频辐射、工作方式、反射截面、位置坐标等特性参数，进行动态功能性仿真，借以检查仿真态势规划所得到的场景，是否满足对仿真目标探测试验场景的需求。

5 干扰效果评估应用

本系统具有较为完整的空间、频域和接收处理抗干扰措施，将有效规避电子对抗技术风险。

在空间对抗方面，设有副瓣消隐、副瓣对消2项抗支援干扰措施，结合电子干扰机性能及上述干扰效果评估试验场景，副瓣接收天线采用喇叭天线，波束覆盖主天线前向180°，增益大于主天线副瓣1.5 dB，副瓣消隐和动目标显示兼容性设计，副瓣对消采用中频矢量对消机制，对消比大于11 dB。

本系统采用有源相控阵体制，代表今后海用雷达的主流产品，使得电子干扰机性能及干扰效果评估数据、结果更具有典型指导意义。

系统在真实目标探测工作模式时，可结合仿真目标探测工作模式在电子干扰机性能及干扰效果评估中，无法安排单纯主瓣干扰、单纯副瓣干扰2个场景的弊端，设置边搜索边跟踪(TWS)、单目标跟踪(STT)2种基本工作方式，使其使用2种基本场景：一是采用边搜索边跟踪(TWS)工作方式，在对真实目标进行探测的过程中，嵌入主瓣和副瓣交替出现的各种组合干扰场景；二是采用单目标跟踪(STT)工作方式，在对真实目标进行探测的过程中，嵌入主瓣压制、主瓣欺骗、副瓣压制、副瓣欺骗4种工作场景。

同时为弥补仿真目标探测工作模式无法方便安排单纯主瓣干扰、单纯副瓣干扰2个场景的问题，在仿真目标探测工作模式对13种雷达型号进行模拟的基础上，通过模拟真实目标探测波形、设置边搜索边跟踪(TWS)、单目标跟踪(STT)2种工作方式，使其能够方便地安排单纯主瓣或副瓣干扰场景，提高整系统对电子干扰机性能及干扰效果评估的适应能力。

为弥补电子干扰机性能及干扰效果评估中样本数不足，同时也便于按照工作流程分头调试、仿真态势规划合理性检验，系统在设定“对真实目标探测、对仿真目标探测、信号辐射”3种工作模式的基础上，增加全数字仿真探测工作模式。系统在全数字仿真探测工作模式下，不向外辐射射频信号，不接收雷达回波，环境好，无电子干扰信号，实现舱内主要设备(含定时控制与波形生成分机、模拟与采集分机、显示子系统、数据处理分机)的全数字仿真探测闭环。

在实际应用中，系统进行电子干扰机性能及干扰效果评估时，可借助探测自然和电子干扰评估自然背景、人机交互显控画面，选择采取频率域、空间域、波形域、功率域和信号处理域等抗干扰措施。系统抗干扰策略选择可参照图5。

图5 系统抗干扰策略选择框图

电子干扰机性能及干扰效果评估任务由雷达显控台显控计算机完成，其图形用户界面如图6所示。

图6 电子干扰机性能及干扰效果评估图形用户界面

电子干扰机性能及干扰效果评估图形用户界面上，设有软件标识、菜单、文件列表、数据处理4个区间。标识区位于显示屏幕顶部，用以显示软件版本号、当前数据文件、当前实施功能。菜单区位于显示屏幕次行，具有文件管理、数据质量检查、压制干扰数据处理、欺骗干扰数据处理、综合干扰数据处理、软件配置切换共6类菜单项，可分别完成数据文件管理、试验数据有效性检查、压制干扰评估数据处理、欺骗干扰评估数据处理、综合干扰数据处理、雷达/干扰效果评估/退出软件配置切换等操作。数据处理区位于显示屏幕中央，用于显示和操控数据质量检查、干扰数据处理过程和结果。

6 结束语

本文对电子干扰机干扰效果评估分为主瓣压制、主瓣欺骗、副瓣压制、副瓣欺骗、组合干扰5个试验场景进行。本着“对真实目标探测求线、对仿真目标探测求面”的原则，对于每类试验场景，按照有关样本数、测试范围要求完成后，依靠雷达显控台干扰效果评估软件配置项，进行单类综合数据处理、试验确认，得出初步指标评估值。对于某类试验中可能存在的“数据样本数不足、指标估计值置信度低”等问题，通过具体回归试验加以弥补，最终得到系统、全面的指标评估结论。对于电子对抗系统中的效能评估的实现具有重要的参考价值。