多任务约束下的机载火控雷达效能评估方法

臧伟旺 侯慧军 曹志亮 李贝

（1.中国电子科技集团公司第十四研究所 江苏省南京市 210039）

（2.中国联合网络通信有限公司研究院 北京市 100048）

1 引言

机载火控雷达是火力控制系统的首要传感器，是感知周围威胁的主要来源，担负着发现目标、敌我识别和制导攻击的使命，是现代战斗机必不可少的核心装备。对于现代战斗机而言，除了飞机平台外，机载火控雷达的效能直接影响到战斗机的作战效能。直面现在的局部战争，战斗机的作用举足轻重，而决定战斗机胜负的关键设备就是雷达。

现代信息战中交战双方在对抗中产生的密度高、类型多的电磁辐射信号，以及现代军事中电子设备的大量使用造成的相互影响及干扰，以至于形成在空域上纵横交叉、频域上拥堵重叠、时域上突发多变的电磁环境，在如此苛刻的环境下如何完成干扰的识别和剔除，快速发现目标，并持续完成对释放干扰、快速机动的单个或多个目标的稳定跟踪，最终完成高精度制导攻击，对雷达系统设计都提出了较高的要求。优化系统架构，充分利用相控阵雷达时间能量资源，设计先进的雷达工作模式，完成多任务同时高效处理才能全面提升效能。

在系统设计完成并逐步优化后，分析雷达需要同时处理的任务数量，需要考虑在多任务约束条件下的效能评估，目前主要的评估手段是试飞验证，并且一般是单项任务评估，需要试飞架次多，周期长，成本高，对于真实场景下多任务同时处理能力没有完全考核到，全面的效能评估误差较大，装备战斗力形成时间长且没有得到充分验证， 因而，研究多任务约束条件下对雷达的效能评估方法具有非常重要的实战应用及经济价值。

2 多任务的关键分支

对于雷达在工作中需要同时处理的功能任务进行剖析，重点包括以下几方面：

2.1 快速搜索发现能力

在一定虚警概率下，针对一定的空域，探测距离越远，发现目标越早，越能抢占战机，处于不败之地。影响雷达发现能力的主要参数由距离方程表征。雷达方程针对不同的用途，比如空空迎头、空空尾后、成像等都有不同的表达形式，典型方程如下：

L——系统损耗。包括：大气衰减损耗，天线罩损耗，天线波束形状损耗，处理损耗等。

从上面参数可知，功率、增益、噪声系数等决定了硬件的基本能力，他们和对每一个目标探测时间的分配和检测门限设置等一起决定了雷达的威力，其中后者的优化是效能增量提升的重要因素。

2.2 多目标跟踪和制导能力

在多目标跟踪的时候要求同步制导，任务多且复杂。时间资源的调度尤其重要，根据作战任务进行任务规划，系统接收上级中心下达的任务指令、工作参数，由资源调度决策中心综合各任务需求、目标态势及干扰/杂波等环境感知评估结果，进行综合调度决策，进而采用多种原则和策略，如图1 所示，采用了“最小期望时间和时间槽优先占用”的资源调度模型策略的原理框图，可以动态调整时间和能量资源，实现既能满足实时性和灵活性，又可达到优化调度的目的，在满足跟踪稳定性及一定跟踪精度的条件下，雷达在单个跟踪任务上花费的时间最少，期望达到最优匹配的时间能量资源管理。

图1： 雷达资源自适应调度原理图

2.3 抗干扰能力

电子对抗（ECM）技术的迅速发展，使雷达生存的电磁环境越来越复杂，雷达面临的干扰源数目越来越多，干扰源方向来自立体空间，强度越来越大、样式越来越复杂，如图2 所示。雷达必须具备足够的电子反对抗(ECCM)能力，以保证雷达的生存能力。

图2： 复杂干扰场景示意图

在雷达设计中，需要设计对抗复杂干扰总体架构，整体设计思路是“认知匹配、先进处理”对抗“复杂干扰”，采用认知、处理、效能评估的抗干扰架构，如图3 所示。

图3： 干扰抑制评估流程

2.4 反杂波能力

机载雷达与地面雷达相比，最重要不同就是雷达随飞机升空后，由于载机的运动使地杂波有多普勒频率，而且杂波谱展宽严重，对于不同态势的目标，落入的杂波区域不同，如图4 所示。需要动态的调整波形及采用SATP 等杂波抑制措施来减少杂波的影响。

图4： 杂波幅度及频率分布范围示意图

尤其是对于切向飞行的目标，由于处于主杂波区，也就是传统的盲区，如图5 所示，目标极易不稳乃至丢失，需要通过信号处理来压窄盲区，同时数据处理设计记忆跟踪、包线智能外推等算法，实现目标的连续跟踪。

图5： 目标落入盲区态势示意图

3 效能评估方法

第二章节总结了机载火控雷达需要具备的多种能力，同时分析了具备这些能力需要考虑的核心要点和设计思路。现在的重点是这些多任务在一次飞行训练或作战过程中需要同时进行处理，需要研究方法。来评估雷达的综合效能，验证设计能力的符合情况，下面提出一种综合评估的实验室仿真及试飞演示验证方法。

3.1 多任务资源调度能力仿真评估

实验室摆放模拟目标和干扰机，运用喇叭释放4-6 个目标，同时释放干扰，运用统计的方法评估在一定跟踪精度下不同算法时间消耗情况，最终选用最优的调度策略。评估算法如下：

3.2 多任务复杂包线试飞评估

对雷达性能最贴近实际的评估手段就是通过试飞验证，常规的考核都是针对单任务，评估的是单任务的极限性能，虽然可能看起来非常显眼，但是并不能代表真实性能，因为真实对抗下都是八仙过海，各显神通，不会其他方面不设限制，让你单独表演某一种能力，肯定到处都是限制，处处都是障碍。因此，必须全场景下的能力才是真实的性能表现。为全面验证，本文提出了一种综合效能评估验证方法，试飞包线如图6 所示。

图6： 效能评估包线设置

本方法设计要点及评估任务能力项如下：

（1）设置多目标4 个，编号A、B、C、D，两两编队，分别置于载机前方两侧，评估编队目标探测分辨能力和多目标探测能力；

（2）目标进入距离设置在设计威力值的1.2～1.5 倍，评估迎头快速发现能力；

（3）飞行过程中不同目标同时释放干扰，包括压制、欺骗模式，对于每一个目标探测的时候，均存在主瓣和副瓣干扰，评估复杂场景下雷达判断干扰抑制干扰以及和干扰并存下的目标检测和跟踪能力；

（4）在跟踪上目标后，距离相对载机到达跟踪时距离60%左右，目标按照飞机平台最大能力向载机两侧做机动，并长时间切向飞行，保持30s 以上，评估雷达在盲区，同时大机动时候的综合处理策略是否可以完成对目标的稳定跟踪；

（5）切向飞行完成之后，目标处于方位大角度区域，指挥每侧的两个飞机一个像迎头，一个尾后飞行，评估尾后探测能力和大空域多目标探测稳定性。

（6）通过以上的场景试验，雷达的核心关键能力均可以得到严苛检验，效能评估真实有效。

4 结论

多任务约束条件下考核的是雷达的综合性能，对该能力的效能评估意义重大。本文通过飞行场景中雷达需要具备的多种功能任务能力进行梳理，总结了雷达必须具备的多种任务能力，提出了多任务下资源调度能力的一种统计验证方法，引出在基于多任务约束的一种试飞包线设置方法，全面覆盖雷达综合能力项，理论上一个架次即能评估出该雷达的效能。节省飞行架次，缩短研制周期，可以快速形成战斗力，该方法已经在部分机载雷达效能评估中进行了应用，成效显著。该评估方法对雷达的综合性能检验进行了充分覆盖，对雷达系统设计具有较强的指导作用。