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雷达组网系统抗复合干扰效果动态评估研究

2022-05-22 来源:个人技术集锦
第32卷第lO期 现代雷达 Modem Radar V0I.32 NO.1O Oct.2Ol0 2010年lO月 ・总体工程・ 中图分类号:TN973 文献标志码:A 文章编号:1004—7859{2010}10—0022—03 雷达组网系统抗复合干扰效果动态评估研究 向 龙 ,丁建江 ,吕金建 (空军雷达学院a.研究生管理大队; b.科研部 武汉430019) 摘要:以“多对多”阻塞式噪声压制干扰与“一对一”转发式假目标压制干扰相组合的复合干扰样式作为研究对象,在深入 分析该复合干扰技术机理的基础之上,推导了“综合信干比”雷达方程及组网系统检测概率公式;采用基于高层体系结构/ 运行时支持系统的仿真平台实现了组网系统抗复合压制性干扰效果的动态仿真评估。仿真结果与实际抗干扰试验所得 结论相符合。 关键词:雷达组网系统;复合干扰;动态评估方法;高层体系结构/运行时支持系统 A Study on Dynamic Evaluation of Anti-complex Jamming Effect of Radar Netted System XIANG Long ,DING Jian-jiang ,LV Jin-jian a.Department of Graduate Management;b.Division of Scientiifc Research,AFRA,Wuhan 430019,China) Abstract:A complex jamming mode is presented as the subject investigated,which is composed by‘many-to—many’barrage noise blanketing jamming and‘one—to—one’repeater false targets blanketing jamming.Based on the technical mechanism analysis of the complex jamming mode,the‘integrated SJR’radar equation and the detection probability formula of the netted system are devel— oped.The dynamic simulation and evaluation of anti complex jamming effect of the netted system is realized by adopting the simu・ lating platform based Oil high level architecture/runtime infrastructure(HLA/RTI).Simulation results accord with the conclusion of practical anti-jamming test. Key words:radar netted system;complex jamming;dynamic evaluation method;HLA/RT1 0 引 言 雷达组网系统的干扰与抗干扰评估是近年来研究 的热点问题之一。诸多学者从多个层面采用不同方法 进行了相关研究¨I4 ,但局限性主要集中在3个方面: (1)对组网系统抗干扰能力多采用静态评估方法,不 能反映出组网系统与组网干扰系统之间的实时动态对 试验的结论具有一致性。 l 复合压制干扰机理分析与建模 1.1雷达目标回波模型 雷达波束主瓣对准目标发射电磁波信号,经目标 反射、雷达接收并进行信号处理后的目标回波功率为 P一 一抗效果;(2)所构建的评估模型较为抽象,可实现性不 强;(3)基于传统的噪声压制干扰方式进行抗干扰效 ! : 竖 r 1、 (4 ) £ LAIm 果评估,没有考虑其他干扰方式或组合干扰方式。 因此,本文以阻塞式噪声压制干扰和转发式假目 标压制干扰的复合干扰为背景,对相关的干扰机理进 式中:DPc和 分别是信号处理中的“脉冲压缩处理” 得益因子和“脉冲积累”得益因子;L 为电磁波大气 传输损耗因子;L 为雷达系统综合损耗因子,其余参 数定义参见文献[4]。 1.2雷达接收机噪声模型 一行了分析,推导了复合干扰条件下雷达组网系统检测 概率公式。在基于高层体系结构(High Level Architec- ture,HLA)/运行时支持系统(Runtime Infrastructure, RTI)的仿真平台上实现了雷达组网系统与多干扰机 群之问的动态对抗实验,仿真结果与实际抗干扰专项 般而言,雷达接收机噪声包括外部天线噪声和 接收机工作时产生的内部噪声。通常,外部天线噪声 功率可用天线等效噪声温度表示,而接收机内部噪声 则可用噪声系数 来衡量。因此,雷达接收机噪声 功率可表示为 P = BRNF (2) 基金项目:电子对抗国防重点实验室基金资助项目 通信作者:向龙 Email:dick_500@163.corn 收稿日期:2010-06.12 修订日期:2010-08。17 —22一 ・总体工程・ 向龙,等:雷达组网系统抗复合干扰效果动态评估研究 1.3有源压制性干扰机理分析及模型构建 1)“多对多”阻塞式噪声压制干扰机理分析 针对组网系统内雷达数量多且频段分散等特点, 电子干扰方通常采取“多对多”阻塞式噪声干扰的电 子对抗(Electronic Countermeasures,ECM)策略。如图 1所示,多架远距离支援干扰飞机(Stand off Jamming, SOJ)沿预定的航线飞行,对多部雷达实施压制性干 扰,以掩护突防目标。 图1 多干扰机与雷达组网系统的干扰态势示意图 在多SOJ压制干扰条件下,由于运动中的干扰机 平台、目标机与雷达存在空问位置关系上的变化。因 此,可能出现4种干扰情形:(1)干扰信号从干扰机主 瓣发出,进入雷达主瓣(主瓣对主瓣);(2)干扰信号从 干扰机主瓣发出,进入雷达副瓣(主瓣对副瓣);(3)干 扰信号从干扰机副瓣发出,进入雷达副瓣(副瓣对副 瓣);(4)干扰信号从干扰机副瓣发出,进入雷达主瓣 (副瓣对主瓣)。不失一般性,考虑图中第i部雷达 与第k+1部干扰机J…的空间位置关系,并假设该干 扰机与雷达同频段,那么第i部雷达接收机所接收到 的第k+1部干扰机的噪声干扰信号功率为 PNJ(i.“1) PJ(川)GJ,,( )( ,。)G ( ,川)A … 4( ) +1己Jl R A DNJ . 式中:R….i表示雷达与干扰机的距离;LJl、L 、 分别 是干扰机发射损耗因子、雷达接收损耗因子及极化失 配因子。GJm+l1( . )表示干扰机在雷达方向上的 干扰增益;G (0m+ )表示雷达在干扰机方向上的接 收增益;该增益计算公式可参见文献[5]。显然,雷达 所受干扰情形属于前述4种中的哪一种,主要取决于 角度 和0。D ,为雷达抗噪声干扰改善因子,仅考虑 对噪声干扰信号能量有抑制和削弱作用的电子反干扰 (Electronic Counter—Counter Measures,ECCM)措施。雷 达启用相关的ECCM,则采用相关的改善因子。 假设有m部干扰机发射的噪声干扰信号能被第i 部雷达接收到,且相互之间独立,那么根据干扰信号功 率叠加原理,第i部雷达接收到的总噪声压制干扰功 率即为 PNJ(i)=, .PNJ(i, ) (4) 2)“一对一”转发式假目标压制干扰机理分析 假定干扰机扫过雷达主瓣波束,并以此时侦收的 信号作为参考信号,那么该雷达信号经干扰机接收、存 储、放大、调制并转发后,雷达接收机所接收到的假目 标干扰信号功率为 PRJ(i)= P G GIrG Gi G (0)A4DPcDM 1 (41T) 4LRL mJL pjL^Im Dpo (5) 式中:G G..、G 分别是转发式干扰机的接收天线增 益、发射天线增益和转发器电子增益;L i与 Dj分别表 示转发干扰与雷达的波形失配因子与极化失配因子; D ,为雷达抗转发式假目标压制干扰改善因子。 转发式假目标压制干扰本质上属于非同步随机脉 冲干扰的一种。非同步随机脉冲干扰的主要作用是对 雷达回波信号产生遮盖,如果随机脉冲的重复频率远 大于雷达脉冲的重复频率,则检波器输出的干扰脉冲 响应将相互重叠,其概率分布接近于正态分布,其干扰 情况类似于噪声调频干扰。因此,可以将转发式假目 标干扰信号作为噪声干扰信号进行近似处理,其干扰 功率可以折算到总干扰功率中。 2 复合干扰条件下雷达组网系统检测概率 在仅考虑阻塞式噪声压制干扰和转发式假目标压 制干扰的复合干扰情形下,可以得到以“综合信干比” 表征的第i部组网雷达方程为 P r i、 sJR 而( ,2,…,Ⅳ) (6) 式中:Ⅳ为组网雷达的个数;P 、P Ps|、PNJ的计算参见 公式(1)、(2)、(4)和(5)。 在前述分析中,雷达回波信号功率的计算已经考 虑了脉冲积累效应,因此可以将多个脉冲积累后的信 噪比视为单脉冲信噪比(二者仅相差一个比例常数)。 同理,式(6)中的“综合信干比”就可以近似看作是“单 脉冲”的“信干比”。因而,在虚警概率一定(P = 10 )且目标为SW I型的条件下,基于“综合信干比” 的第i部雷达检测概率为 Pm e- (¨ 。) (7) 一23— 现代雷达 式中: 为检测门限,与P 有关 。 每部干扰机的干扰策略:选择与其相距最近的雷 达作为干扰中心,实施阻塞式噪声干扰和“1对1”转 在复合压制干扰环境下,雷达组网系统的融合中 心一般采用“OR”融合规则进行点迹融合。基于该融 发式密集假目标干扰。每部雷达的反干扰策略:采用 合规则的雷达组网系统检测概率为 ~ N .自适应捷变频、宽限窄、CFAR、SLC抗复合压制干扰。 3.2仿真结果分析 (8) P 。=1—17(1一Pd ) 考虑到各雷达与目标机的空间位置距离各异,为 3 仿真想定与结果分析 3.1仿真条件与想定设置 仿真实验是在基于HLA/RTI的分布式交互仿真 平台上实现的,依据数学模型分别开发了组网雷达模 块、干扰机模块、目标机模块以及融合中心模块。 选取4部对空情报雷达作为仿真对象,假定远距 离支援干扰飞机数量为4架,每架飞机搭载2套干扰 设备,分别实施噪声压制干扰和假目标压制干扰。雷 达、干扰机及目标机的仿真参数见表1、表2。干扰飞 机一批2架,每批航线呈跑道形并有部分交叠,航线距 离雷达组网中心点位置约为200 km,目标机距离雷达 网约为280 km。组网系统内各雷达位置参考抗干扰 专项试验的雷达布局进行部署。电子对抗双方的对抗 态势仿真场景,如图2所示。 雷 … Uu^_l )U Km 图2对抗态势仿真场景示意图 表1雷达仿真参数 表2干扰机与目标机仿真参数 注1):其他参数: :2 dB,L =3 dB,’,=2 dB目标机:sw I,RCS=2 m 一24一 便于仿真分析,绘制检测概率曲线时,不采用通常的距 离值作为横轴坐标,而以仿真时间作为横轴坐标,仿真 步长取为1 S。在无干扰条件下(干扰机不施放干 扰),运行仿真程序,经仿真得到单雷达的平均检测概 率为0.8~0.9。 复合压制干扰条件下,运行仿真程序,得到4部雷 达的检测概率仿真曲线,如图3所示,组网融合中心的 检测概率仿真曲线如图4所示。可以看出,压制干扰 造成各雷达的检测概率均有所下降,其中,雷达.B、D 的检测概率值下降程度较大,雷达A、c次之;而组网 诗鼙荟 系统通过点迹融合处理,使系统检测概率始终保持在 较高水平(检测概率值大部分在0.6以上,平均检测 概率为0.78)。 仿真时间/s 爵鼙謦 l一静娶蒜 仿真时l刚l/0  a雷达A的检测概率仿真曲线 b雷达B的检测概率仿真曲线 n0.6I \ 1 0.4l \、 { 0.2ll 0 L —......... ..., . ,.一  :: :::: \ - 仿真时间/s c雷边c的检测概率仿真曲线 d雷 图3复合干扰条件下单雷达检测概率曲线 图4复合干扰条件下组网系统检测概率曲线 雷达组网系统实际抗干扰专项试验表明:部署于 突防方向沿线的雷达受干扰影响程度较大,而部署于 两侧的雷达受干扰影响程度较小;通过中心站的数据 (下转第29页) ・总体工程・ 金丽花,等:星载多极化合成孔径雷达波位设计研究 2010,32(10) 设计结果满足同极化距离模糊度、交叉极化距离 模糊度、方位模糊度、中心点和边缘点NEo"。等所有设 计要求。 刘永坦.雷达成像技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出 版社,1999. Liu Yongtan.Radar imaging processing technology[M].Har- bin:Harbin Institute of Technology Press,1999. 4 结束语 本文从单极化条带模式模糊度计算方法开始着手, 对多极化条带模式波位设计中涉及的由时序分析和天 魏钟铨.合成孔径雷达卫星[M].北京:科学出版社, 2001. Wei Zhongquan.Synthetic ape ̄ure radar satellite[M].Bei— jing:Science Press,2001. 线尺寸得到的脉冲重复频率约束条件、时分+码分多极 化距离模糊度、时分多极化方位模糊度等关键问题进行 朱力,于立.星载合成孑L径雷达(SAR)斑马图仿真与 研究[J].计算机仿真,2003,20(5):123—126. Zhu Li,Yu Li.Simulation and study of zebra map of space- borne synthetic ape ̄ure radar(SAR)[J].Computer Simula- 了数学建模,并给出了详细的波位设计方法和流程。 tion,2003,20(5):123—126. 戴博伟,杨汝良.多极化星载合成孔径雷达系统新工作方 参考文献 式及模糊分析[J].电子与信息学报,2001,23(12):1256 —1263. Curlander J C,Mcdonough R N.合成孔径雷达——系统 Dai Bowei,Yang Ruliang.New operation modes and ambigui- 与信号处理[M].北京:电子工业出版社,2006. ty analysis for spaceborne polarimetric SAR system[J].Jour- Curlander J C,Mcdonough R N.Synthetic apeaure radar: nal of Electronics and Information Technology,2001,23 systems and signal processing[M].Beijing:Publishing (12):1256—1263. House of Electronics Industry,2006. [2] 朱1j力,毕训银,苏卫民.扫描SAR中有关模糊度研究和  1J 1J]J 仿真[J].现代雷达,2003,25(10):l2—14. Zhu Li,Bi Xunyin,Su Weimin.Simulation and study of ambigu— 金丽花女,1979年生,博士,工程师。研究方向为卫星系 统总体。 ities in F ̄3na SAR『 .Modern Radar,2003,25(1o):12一l4. 丫丫 丫丫丫一’r丫丫丫1 丫 1广丫 ]■丫丫丫丫]r.T]广丫丫T丫丫丫]『_丫’r丫TT1●丫—丫一 (上接第24页) [2] 申绪涧,王国玉,汪连栋,等.电子干扰飞机对抗警戒雷 融合处理,组网系统整体受干扰影响程度可大大降低。 达组网系统的效果评估[J].系统仿真学报;2008,20 (4):997一1001. 仿真结果与试验所得结论是一致的。 Shen Xujian,Wang Guoyu,Wang Linadong,et a1.Effect e・ 本文仅给出了一种特定仿真场景下的实验结果,用 valuation for electornic jamming aircraft against netted 8ur- 于阐释基于目标检测概率变化量的组网系统抗复合干 veillance radars[J].Journal of System Simulation,2008, 扰效果。需要着重指出的是:一旦组网雷达部署方式、 20(4):997—1001. [3]杨志强,谢虹.基于信息原理的雷达网抗干扰性能评 干扰机干扰航线与被掩护的目标飞机航线等因素发生 估[J].系统工程与电子技术,2004,20(1):34—39. 变化,都将改变仿真场景的设置,从而产生不同的作战 Yang Zhiqiang,Xie Hong.Evlauation of nati—jamming ability 想定,进而生成不同的仿真结果。这些因素变化给仿真 of radar net based on the principle of ifnormation[J].Sys・ tems Engineering and Electronics,2004,20(1):34—39. 结果所带来的深刻影响及潜在规律还需进一步的研究。 [4] 王国玉,汪连栋.雷达电子战系统数学仿真与评估[M]. 北京:国防工业出版社,2004. 4 结束语 Wang Guoyu,Wang Liandong.Simulation and evaluation on radar EW system[M].Beijing:National Defence Industry 研究表明,从“雷达检测概率”主要指标上来看, Press,2004. ’ 雷达组网系统动态抗复合干扰能力要优于网内任何单 [5] Mahafza B R.Radar systems analysis and design using 雷达。同时,雷达组网系统整体抗干扰的动态效果还 MATLAB[M].NewYork:Chapman&HALL/CRC, 2000. 与网内雷达性能、部署位置、干扰机干扰模式及融合规 [6]Barton D K.Radar system naalysis nad modeling[M].Lon- 则等因素有关。因此,下一步的研究工作是基于多指 don:Artceh House,2005. 标体系开展对组网系统抗干扰能力的整体评估。 [7] 周琳,陈国祥.雷达组网抗电子干扰的机理分析与思 考[J].空军雷达学院学报,2008,22(3):161—164. 参考文献 Zhou Lin,Chen Guoxiang.Mechanism and reflection of nati- electronic jamming of netted radar system[J].Journal of Air [1] 陈永光,李修和,沈阳.组网雷达作战能力分析与评估 Force Radar Academy.2008,22(3):161—164. [M].北京:国防工业出版社,2006. Chen Yongguang,Li Xiuhe,Shen Yang.Analysis and evalu— ation on netted radar operational capability[M].Beijing: 向龙 男。1978年生,博士生。研究方向为雷达组网与 National Defence Industyr Press,2006. 电子对抗。 一29— 

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