复杂电磁环境下有源相控阵雷达导引头抗干扰试验与效能评估技术研究

韩晓东，谭智，舒汀， 郁文贤

（1.上海交通大学 电子信息与电气工程学院；2.上海无线电设备研究所，上海 200090）

复杂电磁环境下有源相控阵雷达导引头抗干扰试验与效能评估技术研究

韩晓东1，谭智2，舒汀1， 郁文贤1

（1.上海交通大学 电子信息与电气工程学院；2.上海无线电设备研究所，上海 200090）

通过有源相控阵雷达导引头与电子战设备对抗过程建模仿真和半物理对抗射频仿真试验，建立导引头抗干扰效能评估方法。系统级的全面评估导引头抗干扰效能，以满足实际军事应用的需要。试验可以对有源相控阵雷达导引头系统技术、抗干扰算法等关键技术进行工程化验证。对导引头抗干扰性能进行内场系统试验，支持产品设计定型前的复杂电磁环境适应性摸底试验，为部队提供高水平的装备，也能为有源相控阵雷达导引头抗干扰性能提供有力的试验验证与评估。

电磁环境；相控阵；雷达导引头；抗干扰试验

0 引言

现代战争中，空域防御是重要内容，而空域防御中的重要武器是导弹[1]，其电磁装置是雷达导引头，是导弹武器系统的组成部分。它在完成任务的过程中遇到的电磁干扰环境是复杂的，不仅有人为干扰（包括功率型干扰和欺骗式干扰），还有自然干扰（如地杂波、海杂波和气象杂波等），同时还存在无线电设备间的电磁兼容问题。复杂的电磁干扰环境对导引头的工作造成严重影响。

为适应现代战争的作战需要，提高武器系统在复杂电磁环境下的作战使用性能，采用先进的有源相控阵雷达（Active Phased Array Radar，简称APAR）技术的导引头将成为未来的一个重要发展趋势，美国、德国、英国、日本都相继研制出了APAR导引头。该体制雷达具备多项抗干扰措施，可以有效对抗多种电磁干扰模式，在复杂的电磁干扰环境中完成对来袭目标的探测和跟踪，有效提高了武器装备在战场上的生存能力。为了检验雷达在复杂电磁环境下的作战使用性能，充分反映雷达的实际作战效能，开展复杂电磁环境下APAR导引头抗干扰试验与效能评估技术研究。以战场复杂电磁环境为研究背景，通过构建类似靶场试验环境的复杂电磁环境，确定复杂电磁环境下APAR导引头试验与评估方法，对复杂电磁环境下APAR导引头的作战性能进行检验评定[2，3]。

1 抗干扰试验技术研究

对APAR导引头抗干扰试验与效能评估技术的研究，主要通过利用屏蔽暗室、转台、辐射阵列等环境设备，同时配备各类复杂电磁环境（目标、干扰、杂波、雷达辐射源等）模拟设备，构建了APAR导引头对抗试验系统，仿真APAR导引头与电子战设备在各种电磁环境下的对抗过程，丰富的干扰样式与抗干扰策略，能够辅助快速建立各类对抗试验，逼真的模拟外场靶试环境，同时能够实时或事后对APAR导引头抗干扰效能进行系统级评估，全面考核导引头抗干扰技术在各电磁环境条件下的对抗性能。

1.1 工作原理

APAR导引头与电子战设备对抗试验系统由屏蔽暗室、转台、辐射阵列、复杂电磁环境信号模拟系统、射频仿真实验室控制系统、数据记录仪、演示验证仿真计算机评估系统、显示控制系统和实物APAR导引头等设备组成，其构成框图如图1所示。

图1 APAR导引头抗干扰试验系统框图

复杂电磁环境信号模拟系统中目标模拟与杂波模拟设备接收导引头同步信号，模拟出与雷达相参的目标信号与杂波信号；复杂电磁环境信号模拟系统中ESM设备由喇叭阵列侦收雷达信号，送与干扰模拟设备做样本，模拟出各种所需的欺骗干扰与压制干扰；复杂电磁环境信号模拟系统中雷达辐射源模拟设备能够自主模拟各种雷达信号，辅助模拟出逼真的电磁环境，同时也能考核导引头抗同步异步干扰的性能；以上模拟的信号经过空间辐射，由安装于转台上的APAR导引头接收，其中三轴转台用于模拟导弹的三轴运动，天线接收的信号经过雷达接收通道进入处理机进行信号处理，搜索跟踪目标的信息在显控画面上显示；同时通过记录仪记录下雷达接收的数字数据，进行事后分析与评估。

简要试验流程，如图2所示。

图2 简要试验流程图

1.2 电子对抗过程参数与信号建模、仿真技术研究

开展APAR导引头作战环境和对抗的理论研究，针对电子对抗的特点，重点研究复杂电磁环境的仿真模拟、APAR导引头对抗性能评估、电子对抗过程设定等关键问题，验证对抗模型的合理性[4]，如图3所示。

具体针对APAR导引头所面临的干扰环境进行干扰策略的研究，一般所面临的干扰环境主要包括：干扰源的数量、空间分布、总功率；干扰信号的样式、参数；干扰的形式及干扰方式的运用等[5，6]。

根据APAR导引头的情报参数，可以将APAR导引头抗干扰试验所需电磁环境典型化为以下几种：

a）自卫干扰（压制性噪声干扰、欺骗干扰等）；

b）随队干扰（压制性噪声干扰、假目标干扰、欺骗干扰等）；

图3 仿真建模研究流程图

c）远距离支援干扰（压制性噪声干扰、假目标干扰等）；

d）随队干扰和自卫干扰；

e）远距离支援干扰和随队干扰；

f）远距离支援干扰、随队干扰和自卫干扰。

1.3 复杂电磁环境信号模拟技术研究

各种电磁信号充斥于导弹作战空间，呈现出“频域密集交叠、空域纵横交错、时域突发多变、能域强弱多样”的特点，形成了复杂的电磁环境。只有在逼真的电磁环境信号（目标、干扰、杂波、ESM）下，才能准确分析复杂电磁环境的多样性、密集性、动态性等对APAR导引头性能的影响[7]。

目标信号模拟器能够自主产生高质量的各种类型的目标回波信号，通过阵列系统辐射，形成目标环境，以考核APAR导引头对目标的搜索跟踪性能。

杂波信号模拟器用于产生地、海杂波等射频杂波信号，由阵列馈电系统通过空间辐射被导引头接收，以考核APAR导引头在背景杂波下的搜索跟踪能力。

干扰模拟器及信号侦察系统主要由信道化接收机、宽带瞬时测频接收机、干扰产生单元（包括欺骗干扰信号和压制干扰信号）、信号分选和干扰决策单元组成，用于模拟对抗设备的ESM和ECM，以考核APAR导引头抗干扰能力。

辐射源模拟器用于实时产生各种复杂的辐射源信号，模拟战场环境下侦查设备所接收到的信号总和。可以经过阵列馈电系统进行空间辐射，以考核APAR导引头的同频异步干扰性能。

1.4 APAR导引头与电子干扰设备对抗射频仿真试验技术研究

首先APAR导引头进行抗干扰试验时，需要提出一些明确的要求，依据这些要求去制定试验计划或仿真试验工作以进行试验实施[8]。抗干扰试验系统的研制是复杂的，将耗费相当多的人力物力，因此抗干扰试验系统必须进行严格详细的论证与测试试验，以避免不完善的试验掩盖的缺陷，导致APAR导引头抗干扰能力评估的错误。

在描述APAR导引头抗干扰试验方案的试验要求时，对试验方案中所采用的APAR导引头和干扰的战术和技术都要做特别的规定。试验方案的给出必须考虑特定的战情条件，针对指定的干扰样式来评估APAR导引头，并通过APAR导引头抗多种干扰样式尽可能全面地评估导引头抗干扰性能。

本技术的抗干扰射频仿真试验系统由屏蔽暗室、转台、辐射阵列、复杂电磁环境信号模拟系统、射频仿真实验室控制系统、数据记录仪、演示验证仿真计算机评估系统、显示控制系统和实物APAR导引头等设备组成，如图1所示。

首先利用通用仪器对复杂电磁环境信号模拟系统输出的信号准确度进行测试，对其输出信号功率进行定标；其次利用校准系统对射频辐射阵列进行角精度校准测试；最后利用现有抗干扰性能定型过的产品对抗干扰试验系统进行试验测试验证，充分验证试验系统的有效性、准确性与可靠性。试验时，雷达以小功率发射，只要ESM设备接收到的功率优于其工作灵敏度即可。同时，还要对射频仿真实验室控制系统的控制进行战术研究与测试研究。

2 抗干扰效能评估技术研究

APAR导引头与干扰设备进行对抗是一个动态的非平稳过程。因此，APAR导引头抗干扰效果评估也是一个非平稳的过程，其评估效果具有很强的时效性。要想得到一个可信的量化结果，应从以下方面着手[9，10]：

a）分析评估对象，对所要评估的APAR导引头进行深入的分析，熟悉所采用的各种抗干扰措施的抗干扰性能，明确评估所要达到的目的，获得相应的评估数据；

b）建立符合实际战术意义的干扰环境背景；

c）建立APAR导引头干扰效果评估指标体系，确立的指标体系既要考虑评估的基本要求，也要考虑到实战情况下的具体可行性和适应性，不能是对指标体系过于理想化的想象；

d）建立综合评估模型，在对每一个指标评估的基础上，最后将所有指标纳入一个数学或逻辑体系，形成定量的、综合的评估指标体系，即形成综合评估模型；

e）建立APAR导引头干扰措施选取体系，不同的抗干扰措施对干扰的响应是不一样的，评估的结果也不一样，因而选取评估特征指标不一样，评估的结果也不一样，应对每一指标的评估构建合理的模型并采用适当的算法。

根据以上几点，在不同的层面上对APAR导引头进行抗干扰效果评估，最终进行综合，从而得出总体效果。分析评估结果的可行性.并对其进行修改和改进，给出APAR导引头抗干扰能力的最终结论。

然而，如何评价APAR导引头抗干扰性能优劣及其相关指标的选取，却至今缺乏统一的标准。目前的研究主要从功率准则、战术应用准则、信息准则、概率准则等角度出发，提出了抗干扰改善因子（EIF）、干扰压制系数、雷达干扰条件下的信息熵、雷达测量精度、雷达抗干扰欺骗成功率、雷达发现概率等评估指标。尽管上述指标从不同角度实现了APAR导引头抗干扰性能从定性评估到定量评估的转化，但在实际应用中，某些指标，如雷达干扰条件下的信息熵、雷达信号的识别概率等难以实际测量；而另一些指标，如天线的低副瓣、脉冲压缩、宽-限-窄等抗干扰技术，作为系统的固有组成部分，不需要也无法进行独立操作。因此，对APAR导引头抗干扰性能进行评估，需要选取具备代表性和可测性的评估指标。从干扰/抗干扰技术的角度出发，将与APAR导引头抗干扰评估有关的性能指标分层处理，而后按照层次关系对各层指标自上而下进行系统分析，最终得到APAR导引头抗干扰性能的综合评价。综合考虑评价体系的复杂性和指标的可测性。综合考虑约简后的评估指标体系结构，如图4所示。基于以上理论与原则，建立合适的评估系统。评估系统软件主要包括两部分：一体化评估和分类评估，如图5所示，可以系统级地评估APAR导引头抗干扰效能。

图4 评估指标体系结构图

3 结束语

图5 抗干扰效能评估软件流程图

随着导弹接收到的电磁信号更加密集，面临的电磁环境更加复杂，对APAR导引头的性能和正常工作造成愈加严重的影响。因此，通过开展复杂电磁环境下APAR导引头抗干扰试验与性能评估技术的研究，可以对APAR导引头总体技术、抗干扰算法等关键技术进行工程化验证。对APAR导引头抗干扰性能进行内场系统试验，支持产品设计定型前的复杂电磁环境适应性摸底试验，为部队提供高水平的装备，也能为APAR导引头抗干扰性能提供有力的试验验证与评估。

[1] 陈晓霞.防空雷达导引头抗干扰技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2012.

[2] 焦淑瑜，张建军.复杂电磁环境下火控雷达试验方法研究[J].火控雷达技术，2012，41（1）.

[3] 郭予并，李健.雷达抗有源干扰试验闭环设计[J].雷达与对抗，2010，30（4）：21-24.

[4] 朱鹏磊，张志伟，成顺利.复杂电磁环境下舰空导弹雷达抗干扰试验方案设计[J].雷达与对抗，2012，32（4）：26-29.

[5] 王宇.雷达抗干扰试验系统中的干扰信号环境设计[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[6] 刘永坚，任章，侯慧群.基于雷达干扰的对抗系统模型分析[J].现代雷达，2006，28（11）：28-32.

[7] 姜忠龙，李健，崔永久.雷达抗干扰试验电磁干扰环境探讨[J].舰船电子对抗，2001，（6）：17-20.

[8] 王冲，张永顺，郑海.机载雷达抗干扰评估试验方法研究[J].现代雷达，2007，29（6）：23-24.

[9] 白普易，任明秋，王学军，等.雷达抗干扰性能评估指标分析与测试平台设计[J].计算机与数字工程，2011，39（11）：25-29.

[10] S.L.Johnston.ECCM Improvement Factor（EIF）[J].Electronic Warfare Magazine，1984，6（3）.

Study on Anti-jamming Test and Performance Evaluation of Active Phased Array Radar Seeker in Complex Electromagnetic Environment

HAN Xiao-dong1， TAN Zhi2， SHU Ting1， YU Wen-xian1
（1.Key Laboratory of Intelligent Sensing and Recognition，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 200090，China）

Presented a model which describes the process of Active Phased Array Radar（APAR）seeker against electronic warfare equipment.Then by setting up a half physical confrontation radio frequency simulation test，established an anti-jamming performance evaluation method for APAR seeker.This method can meet the needs of the actual military applications.The test can verify the key technology of APAR seeker，such as system technology，anti-jamming algorithm and so on.Tested the anti-jamming performance of APAR seeker in laboratory to support the baseline test before finalizing the product design in complex electromagnetic environment，which providing the high level equipment for the array and providing powerful anti-jamming performance test and evaluation for APAR seeker.

electromagnetic environment；phased array；radar seeker；anti-jamming test

TJ765.331

A

1671-0576（2014）03-0001-05

2014-06-24

韩晓东（1981-），男，博士，主要从事相控阵雷达阵列信号处理和雷达射频综合仿真技术研究；谭 智（1962-），男，研究员，主要从事主动雷达导引头系统技术研究；舒 汀（1981-），男，博士，主要从事雷达与电子战射频综合仿真、雷达实时信号处理技术研究。