针对相控阵雷达的自适应干扰样式调度准则研究

戴少怀，李 旻，杨革文，张思霈，吴向上

（上海机电工程研究所，上海201109）

0 引言

自适应干扰样式调度是指干扰方根据雷达工作状态及其变化自适应选择最优雷达干扰样式的过程。对相控阵雷达进行自适应干扰样式调度，能够充分利用干扰资源，提高干扰效能。然而，目前自适应干扰样式调度策略研究还是一种基于“理想”的雷达工作流程的调度准则，没有考虑到相控阵雷达按照其自身调度模板进行工作状态切换的情况，这将导致在实际对抗过程中产生大量错误的干扰样式选择结果。

为适应相控阵雷达的工作模板调度状态、提高对雷达工作状态变化判断的准确率，本文在现有雷达信号侦收参数的基础上增加对脉冲幅度和脉冲数量2 参数的侦收，提出了基于雷达工作模板侦收的自适应干扰调度策略，对自适应干扰样式选择准则进行了修正。

1 自适应干扰样式调度基本原理

1.1 自适应干扰工作流程

自适应干扰主要是应用在自卫干扰设备上，通过侦察接收和频谱分析，自动地将干扰频率调谐到雷达工作频率上；通过对信号的连续时频分析，识别雷达的工作状态；根据被干扰雷达的当前工作状态及变化情况，从干扰样式库中自动选择最优干扰样式，并可以改变干扰参数。自适应干扰的工作流程如图1所示。

图1 自适应干扰工作流程

雷达在不同工作状态下具有不同的工作参数，为自适应干扰进行雷达工作状态判断和干扰效果分析提供了依据。一般而言，搜索状态时雷达信号的谱宽较窄，跟踪状态时为提高测距精度，跟踪信号谱宽大于搜索信号谱宽，成像状态时雷达所需的信号谱宽最大。

通过对雷达信号时频特性的持续分析，可推断出雷达的工作状态。而从雷达工作状态的转移，又可评估所施放的干扰对雷达的干扰效果。例如，当雷达工作于跟踪状态时，受到干扰后工作状态可能出现如下2 种情况：1）继续跟踪或进入成像状态；2）失跟或转入搜索。

前一种情况表示干扰无效，这可能是因为干扰样式不匹配或雷达采用了有效的抗干扰措施，这时，应改变干扰样式或干扰参数，使雷达无法继续跟踪或转入成像状态。后一种情况表示干扰有效，可继续使用当前的干扰样式和干扰参数。

由于干扰效果可从雷达工作状态转移的事实来判断，而雷达工作状态又可通过雷达信号时频参数进行识别，因此，雷达信号脉宽、脉冲重复频率、调制方式、调频带宽可作为识别雷达工作状态的主要依据。

1.2 自适应干扰样式选择准则

在自适应干扰样式库中，包含了压制性干扰、欺骗性干扰和成像干扰等多种干扰样式。干扰样式选择准则如下：

1）连续搜索状态：保持当前干扰样式不变，并对当前干扰样式进行加分。

2）连续跟踪状态：保持当前干扰样式不变，当跟踪脉冲持续个数超过“跟踪脉冲积累数”后，切换到下一种干扰样式；若轮转结束，则保持在第一种干扰样式。

3）连续成像状态：保持当前干扰样式不变，当成像脉冲持续个数超过“成像脉冲积累数”后，切换到下一种干扰样式；若轮转结束，重新开始轮转。

4）搜索转跟踪或搜索转成像状态：对当前的干扰样式进行减分，若分值小于其它干扰样式，更换干扰样式。

5）跟踪转成像/搜索后再转跟踪状态：切换到下一种干扰样式。

2 相控阵雷达工作流程

多功能相控阵雷达可利用自身提供的丰富资源空间，通过对其工作模式、工作参数的合理管理，包括改变发射信号波形的脉冲宽度、重复频率、信号带宽、脉冲串长度、信号调制方式，以及天线波束形状、波束驻留时间等，以达到某种工作状态的最优性或次优性。

现代相控阵雷达资源调度都采用自适应调度策略，以确保能根据当时面临的目标环境状况以及目标类型，在满足系统能量资源和设计约束的限制条件下，对雷达的各种工作方式进行调度和分配，使整个系统资源在多个目标之间合理分配。由于每一种工作方式都占用一定的资源，而雷达系统的资源是有限的，因此程序的设计必然受到雷达资源的约束，主要包括：时间资源约束、能量资源约束、计算机资源约束以及雷达硬件条件的约束。

典型的相控阵雷达资源调度模板如图2 所示，L为远程监视，S 为近程监视，T 为跟踪或核查，C 为校准和性能监测（每第18 或第20 个资源交替）。

图2 相控阵雷达资源调度工作模板

多功能相控阵雷达跟踪目标的方法有2 种：边跟踪边搜索（TWS）和跟踪与搜索（TAS）。TWS 方法在规定空域内不需要另外分配能量就能完成搜索任务，常用于对空中目标进行监视。当确定某些目标需要进行TAS 跟踪时，雷达即可将目标位置参数指定给TAS 滤波器作为建立跟踪的初值。通常情况进行设计时，空中目标划分为一般目标、重要目标和危险目标。跟踪过程中，对一般目标采用TWS 方法，对重要目标和危险目标采用TAS 方法。

由于存在目标回波起伏、目标机动、干扰等非理想因素，在整个跟踪过程中，目标可能会丢失。首先确定判断跟踪丢失的判别准则，如连续次检测不到目标则认为跟踪丢失。一旦确定目标丢失，让跟踪滤波器进入到记忆跟踪状态，进行外推跟踪。在记忆跟踪过程中，如果目标再次出现，则系统转为正常的跟踪状态；如果在规定的记忆时间内目标仍然没有出现，则判断为目标丢失，系统结束跟踪状态，返回到搜索状态，重新去截获目标。

3 改进的自适应干扰调度准则

3.1 现有自适应干扰样式调度准则存在的问题

自适应干扰发挥其干扰优势的前提假设是：

1）雷达按照“搜索-跟踪-成像”的工作过程辐射信号并对接收到的目标回波进行处理。所谓的“自适应”，是指干扰机可以跟随雷达的工作状态的变化而自评估干扰效果并自主调整干扰样式，使干扰效果达到最优。

2）评估干扰效果为“好”的依据，是雷达发生了“成像-跟踪”、“跟踪-搜索”的状态变化。

3）评估干扰效果为“坏”的依据，是雷达进入或继续保持在“成像”或“跟踪”状态，没有发生逆向变化。

因此，目前的自适应干扰样式调度准则，是一种基于“理想”的雷达工作流程的调度准则。如果相控阵雷达按其实际情况进行工作，则干扰设备将发现雷达的工作状态变化与假设情况不同，导致判断错误，使得自主决策的干扰样式没有达到最优化。存在以下的问题：

1）雷达工作状态为“成像-跟踪”、“跟踪-搜索”，无法证明是自适应干扰起的作用，还是相控阵雷达根据其工作模板进行了状态转移；

2）雷达工作状态保持不变，或为“跟踪-成像”、“搜索-跟踪”，无法证明自适应干扰没有起作用，也可能是相控阵雷达根据其工作模板进行了强行的工作状态变化。

3.2 改进后的雷达工作状态判断准则

为确定雷达工作状态，使用了雷达脉冲的脉宽、重复周期、脉内线性调频带宽3 个参数。为适应相控阵雷达的工作模板调度状态，在确定雷达工作状态时，在现有的侦察参数基础上还需要增加2 个参数：1）脉冲幅度：到达干扰设备侦察通道的雷达脉冲幅度；2）脉冲数量：一段时间内，到达干扰设备侦察通道的雷达脉冲数量。

在雷达工作状态识别时，补充判断当前时刻雷达是以主瓣还是以副瓣照射目标，以及雷达在同一波位上停留的时间是否已满足雷达脉冲积累处理的要求。在补充了脉冲幅度和脉冲数量2 个新参数后，雷达工作状态判断准则调整如下：

1）检索雷达脉冲描述字中的脉冲幅度数据，进行主瓣/旁瓣照射判断。如果雷达是以旁瓣照射干扰机的被掩护目标，则干扰设备无需实施干扰，以免暴露自身；如果雷达是以主瓣照射干扰设备，则需要实施自适应干扰。

2）检索雷达脉冲描述字中的脉宽、重复周期、脉内线性调频带宽数据，与雷达数据库中的先验信息进行比对，确定当前脉冲的工作状态性质，初步给出“搜索”、“跟踪”、“成像”的判断结果。

3）将当前雷达工作状态判断结果与历史积累的雷达工作状态序列进行比对分析，判断雷达工作状态变化速率是处于快变还是慢变。如果出现快变，保持原有雷达工作状态不变；如果出现慢变，更新雷达工作状态。

4）将当前接收到的雷达脉冲描述字进行统计处理，如果出现某个时间段内脉冲个数急剧增大的现象，表明雷达很可能进入了跟踪积累状态，此时，尽管收到的脉冲还可能是搜索波形，但雷达已进入了跟踪状态。

5）根据以上分析，最终综合确认雷达工作状态，而不是仅靠单一脉冲来判断雷达的工作状态。

3.3 改进后的干扰样式选择准则

根据新的雷达工作状态判断结果和相控阵雷达的工作特点，将自适应干扰样式选择准则修改如下：

1）旁瓣照射状态：干扰设备保持侦察状态不变，不需要施放干扰，以免暴露自身。

2）单一或连续搜索状态：保持搜索干扰样式不变。对当前的搜索干扰样式进行加分。

3）单一跟踪状态：选用当前的跟踪干扰样式。

4）连续跟踪状态：以“脉冲积累数”设置值为准，连续的跟踪脉冲数小于设置值，保持同一种干扰样式；大于设置值，切换到下一种跟踪干扰样式；干扰样式轮转完一遍后，从第一种干扰样式开始继续轮转。

5）连续成像状态：在连续的成像脉冲期间保持一种干扰样式，超过“成像脉冲积累数”后，切换到下一种干扰样式。成像干扰样式轮转一遍后，从第一种干扰样式开始继续轮转。

6）搜索转跟踪状态：对当前的搜索干扰样式进行减分，若分值小于其它干扰样式，则调整搜索干扰样式优先级。

7）跟踪转搜索状态：对当前的跟踪干扰样式进行加分，若分值大于其它干扰样式，则调整跟踪干扰样式优先级。

8）跟踪转成像状态：对当前的跟踪干扰样式进行减分，若分值小于其它干扰样式，则调整跟踪干扰样式优先级。

9）成像转跟踪状态：对当前的成像干扰样式进行加分，若分值大于其它干扰样式，则调整成像干扰样式优先级。

改进后的自适应干扰样式选择准则如图3 所示。

图3 改进后的自适应干扰样式选择准则

4 干扰样式选择准则试验方法

自适应干扰是一种“闭环”干扰。由于自适应干扰是对雷达的每个发射脉冲产生实时干扰，因此，检验自适应干扰的干扰效果，不但要按时序记录干扰数据，而且要同步记录雷达脉冲信号参数，作为评价自适应干扰是否按照干扰样式选择准则运行的依据。

在进行试验数据分析时，首先是检验相控阵雷达工作调度模板的侦收结果准确度，检验干扰设备能否识别出雷达工作调度模板序列。

其次，检验干扰机对雷达工作状态判断的准确度，是否已突破了雷达工作调度模板带来的混淆，不会被雷达工作模板所引起的雷达工作状态快速切换的假象所误导。

最后，检验修正后的干扰样式选择结果是否符合干扰样式选择准则，是否能根据雷达的真实工作状态变化而自适应改变干扰样式。

5 结束语

本文提出了一种基于雷达工作调度模板的自适应干扰调度策略。通过增加脉冲幅度和脉冲数量2 个参数，提高对相控阵雷达工作状态变化的判断准确率。在此基础上，根据雷达工作调度模板调整了自适应干扰样式选择准则，并且给出了新准则的试验方法，深化了相控阵雷达自适应干扰调度策略研究。