多雷达协同引导探测隐身目标效能分析

伍光新，刘　鹏，蒋　敏，沈学勇

(南京电子技术研究所,　南京 210039)



·总体工程·

多雷达协同引导探测隐身目标效能分析

伍光新，刘鹏，蒋敏，沈学勇

(南京电子技术研究所,南京 210039)

以两部雷达为例，研究了一种多雷达协同工作探测隐身目标的方法。通过建立高、低频段两部雷达协同的理论工作模型，分析了引导探测概率、引导探测距离、引导截获区域之间的关系，并进行了仿真验证。结果表明：协同探测有助于降低雷达资源的消耗，减少反应时间，同时提高雷达对隐身目标的探测距离。该方法充分发挥了高频段雷达探测精度高、低频段雷达反隐身探测距离远等优势，具有重要的理论意义和实际应用价值。

协同探测; 协同模型；探测概率；反隐身

0　引　言

隐身目标的出现给雷达探测带来了严峻的挑战，因此雷达设计者从频域、空域、时域、能量域等各个方面在寻求解决方法。目前，现有的隐身目标探测的思路主要分为以下三个方面：(1)从频域上考虑，针对目标微波波段隐身，其他波段由于隐身能力不足，可运用低频波段和高频毫米波波段雷达进行探测；(2)从空域上考虑，针对目标首向隐身好，其他方面隐身能力弱的特点，充分开展多基地、分布式网络化协同探测；(3)从能量域考虑，增加雷达的功率孔径积，增加雷达探测积累时间，提高目标回波可用于检测的能量，继而实现目标探测距离的增加。另外，也可以采用上述方法的组合更好地实现对隐身目标的探测。

以上隐身目标的探测方法各有利弊，低频段雷达虽然可以实现对隐身目标的远距离警戒探测，但是测量精度较低，引导武器系统使用较为困难，解决不了对隐身目标打击的问题；高频毫米波波段雷达虽然精度较高，但是大功率器件尚待突破，探测的衰减较大也限制它的使用。多基地和分布式网络化协同探测对现有雷达体制改变较大。增加功率孔径积需要大幅提高器件的平均功率、增加雷达口径，使用受到器件和平台条件等方面的限制。

基于现有雷达体制采用两种不同频段雷达或者不同传感器互相引导对隐身目标进行探测，充分发挥不同传感器的特点，在保证精度的情况下更远的发现隐身目标。文献[1]提出了电子支援措施(ESM)对雷达成功引导概率的思想；文献[2-3]推导和讨论了ESM对2D雷达、3D雷达进行引导问题，分析引导概率；文献[4]研究分析了ESM对3D雷达成功引导的概率。以上研究的都是异类传感器在同地配置下的引导问题。文献[5-6]研究了传感器异地配置下的ESM对2D雷达以及IRST对3D雷达的引导问题，推导分析了引导方程和引导误差。文献[7]重点研究了引导期间目标运动以及不同布站位置关系下3D雷达间的引导问题。本文重点对安装于同一平台的高、低频段两部雷达引导工作探测隐身目标的理论模型进行了研究，重点从引导探测概率、引导探测距离、引导截获区域之间的关系和雷达资源消耗等方面全面分析评估了两部雷达协同带来的探测得益。

1　引导探测模型

假定低频段雷达(以下称为A雷达)对隐身目标的探测距离比高频段雷达(B雷达)远，可用A雷达对B雷达进行引导探测； A雷达和B雷达对同一隐身目标的探测工作参数如表1所示。

表1　两部雷达的主要参数

由于两雷达共址，则雷达测距精度对引导的概率无影响，仅考虑雷达的测角偏差对引导概率的影响。一般来说，雷达目标探测的角精度服从正态分布，A雷达的测角方位俯仰误差分布分别表示为φ～N(0,Δφl)，θ～N(0,Δθl)。

A雷达的角度测量精度直接决定了被引导的B雷达需要进行引导截获的角度空域。B雷达截获目标的概率由A雷达和B雷达的一些因素共同决定，包括A雷达探测概率和探测精度，B雷达单次测量覆盖范围、单次测量的发现概率，测量次数等。具体引导关系如图1所示。

图1　两部雷达引导空间位置关系图

图1中，方形阴影区域为A雷达指示的引导区Φc×Θc，目标在该区域内的概率为Pdl0。概率与区域的关系如下

(1)

(2)

Q(E)定义为

(3)

E=Q-1(P)

(4)

圆形区域表示B雷达单个波束覆盖区域φh×θh，首次覆盖的检测概率为Pdh1，单次覆盖所需波束数为

(5)

式中：[[·]]表示取整。

为了满足累计高截获概率Pd的要求，需要扫描的次数为m1，则

Pd=Pdl0×Pdl1×[1-(1-Pdh1)×

(1-Pdh2)…(1-Pdhk)…(1-Pdhm1)]

(6)

Pdl0为A雷达对目标的发现概率，由A雷达探测概率和探测精度决定，其中，探测概率与引导时目标所处距离Rc以及目标跟踪的状态密切相关。一般在跟踪情况下，利用稳定跟踪航迹点进行跟踪可视为概率为1。若A雷达发现点迹进行引导，以包络检波检测方式检测目标，此概率可视为A雷达发现概率[8]，即

(7)

(8)

Pdhk为B雷达的发现概率

(9)

(10)

上述模型即可描述截获概率、截获区域、截获距离、单次截获信噪比之间的相互关系，又可在不考虑积累损失时，则单次截获信噪比变化反映了雷达时间资源的变化。

2　时间资源对比分析

引导截获距离Rc变化与B雷达的系统时间能量资源关系密切相关。为了考核引导截获对B雷达的时间占用情况，可以通过比较引导截获和常规搜索跟踪两种方式，在相同的边界条件下(即在相同的目标起始距离Rc、相同的发现概率Pd和虚警概率Rfh下)，对比B雷达的时间能量资源的消耗情况考核，见表2。

表2　B雷达两种方式比较的参数

忽略常规搜索方式下，在搜索区内不同波位时间能量的差异。式(11)表明了引导截获和常规搜索跟踪两种方式下的时间资源消耗对比因子，以下简称时间因子

(11)

式中：N为目标数；m2由式(12)计算得到

(12)

(13)

由以上分析得到了时间资源η和截获概率Pd、引导距离Rc、引导截获区域(Φc×Θc)之间的确定关系，引导区域的选取满足Pd>Pdl0×Pdl1条件；后面将通过仿真给出时间因子、发现距离与发现概率之间的典型关系，以及不同引导距离对其之间关系的影响。

3　仿真分析

设置仿真值：A雷达对隐身目标探测距离为300 km(Pdl= 0.5，Pfl=10-6，σl=0.5 m2)，方位精度均方根误差≤1°，仰角精度均方根误差≤1°，B雷达对隐身目标的探测距离为150 km(Pdh= 0.5，Pfh=10-6，σh=0.1 m2)，方位波束宽度为2°，俯仰波束宽度为2°。当引导距离起始距离为200 km时，对10批隐身目标进行引导搜索时，时间资源消耗对比因子与累计发现概率的关系如图2所示。

图2　时间消耗对比因子与累计发现概率的关系

如图3所示，根据时间因子的定义，由图中可以看出在相同的累计发现概率下，对于隐身目标的引导截获将比常规警戒搜索节省3～5倍的时间资源。

图3　累计发现概率与发现距离关系

如图4所示，在相同的累计发现概率下，引导截获的距离将比常规搜索提升20 km左右的发现距离。

图4　累计发现概率与发现所需时间关系

在相同的累计发现概率下，引导截获的所需时间将比常规搜索减少70 s左右，能更早发现目标。

当引导距离的起始距离为250 km时，对10批隐身目标进行引导搜索时，时间资源消耗对比因子与累计发现概率的关系如图5所示。

图5　累计发现概率与时间因子关系

根据时间因子的定义，由图中可以看出，时间消耗因子与200 km比较明显减小，当引导距离过远时，在不降低虚警概率的情况下，由于发现概率急剧下降，被引导时节约时间资源的效果也不明显，节省2.5～3倍的时间资源。

图6　累计发现概率与发现距离关系

在相同的累计发现概率下，引导截获的距离将比常规搜索提升30 km的发现距离，与200 m处引导相比，在相同累计发现概率下，发现距离提升7 km，效果不明显。这是由于200 km引导B雷达对隐身目标发现概率已经很低，再提高引导距离意义不大。

图7　累计发现概率与发现所需时间关系

由图中可以看出，截获时间与200 km比较同样提升70 s左右，没有变化。

4　结束语

隐身目标的出现给雷达探测带来了全新的威胁，在不改变现有雷达功率，口径等硬件参数的前提下，利用高、低频段两部雷达协同探测，发挥低频雷达对隐身目标探测威力远和高频雷达探测精度高的优势，通过低频段雷达的警戒搜索快速发现隐身目标并在一定的区域内对高频段雷达进行引导探测，有效提升对隐身目标的发现、打击距离。本文通过理论推导了低频雷达引导高频雷达探测的时间损耗因子、发现距离与累计发现概率、引导距离的关系并给出了仿真分析结果，可以看出在引导探测下，高频雷达对隐身目标的发现距离明显提升，时间资源消耗明显下降，更有利于保障武器的远距离打击，具有良好的工程应用前景。

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伍光新男，1980年生，博士，高级工程师。研究方向为雷达总体技术。

Efficiency Analysis of Stealth Target Detection Technology Using Dual-frequency Radar Cueing

WU Guangxin，LIU Peng，JIANG Min，SHEN Xueyong

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039, China)

A method of detecting stealth target is studied in this paper by using multiple frequency radar cueing. Based on a proposed synergistic model of dual-frequency radar, the explicit expression among the guiding probability, range, capturing area is analyzed, and the result is verified by simulation. The simulation results indicate that synergistic detection will decrease the cost of the radar resource and the reaction time，while increase the detecting range of stealth target. This technique, which takes the full advantages of the high resolution by using the high frequency as well as the long range in anti-stealth by using the low frequency, would be useful and practical.

synergistic detection; synergistic model; detection probability; anti-stealth

刘鹏Email：420349664@qq.com

2016-01-18

2016-03-20

TN959

A

1004-7859(2016)06-0005-04

DOI：10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.06.002