,王鐸

(1.中國人民解放軍92941部隊42分隊，遼寧 葫蘆島 125001;2.北京遙感設(shè)備研究所，北京 100854)

0 引言

復(fù)雜電磁環(huán)境下的武器裝備試驗考核目的在于，通過試驗數(shù)據(jù)的獲取，為試驗結(jié)果評定提供依據(jù)，為被試裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下工作流程正確性、合理性的判定提供支撐，為其性能改進提供數(shù)據(jù)支持[1-3]。特別是在對抗干擾性能指標逐步量化、干擾環(huán)境逐步分級要求下，如何根據(jù)試驗態(tài)勢構(gòu)建的客觀情況正確評估試驗結(jié)果，是目前試驗關(guān)注的焦點問題。雷達無源干擾是指箔條、角反射體等利用自身對雷達電磁波的散射特性而構(gòu)成的干擾，由于缺乏針對此類干擾的專用監(jiān)測設(shè)備，給試驗結(jié)果分析和評定帶來了諸多困難。如在某型反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗過程中，同一型號導(dǎo)引頭對抗同一無源干擾出現(xiàn)明顯差異的統(tǒng)計結(jié)果，由于缺乏干擾態(tài)勢監(jiān)測數(shù)據(jù)，難以判斷是由于干擾態(tài)勢構(gòu)建效果差異造成的，還是由于被試裝備抗干擾軟件存在缺陷造成的。為避免上述問題的發(fā)生，這就需要在試驗過程中對構(gòu)建的無源干擾態(tài)勢進行監(jiān)測，事后進行復(fù)盤，并結(jié)合被試裝備情況進行具體分析。本文首先研究了無源干擾態(tài)勢數(shù)據(jù)錄取內(nèi)容的需求，然后通過比較了幾種監(jiān)測方案優(yōu)、缺點，提出了基于相參雷達導(dǎo)引頭技術(shù)設(shè)計無源干擾態(tài)勢監(jiān)測方案，最后給出了實際工程使用的監(jiān)測效果。

1 海上無源態(tài)勢監(jiān)測需求分析

海上無源態(tài)勢監(jiān)測的主要目的是對構(gòu)建的干擾環(huán)境進行量化評估，從被試裝備角度，關(guān)注的信息主要包括時域、空間域、能量域、頻域、極化域等特征信息，并應(yīng)從被試裝備視角對上述信息進行測量，具體需求如下：

1)干擾位置信息:干擾在特定時間出現(xiàn)的特定位置，決定了干擾是否構(gòu)成和有效。如沖淡干擾，理論上只有干擾處于雷達導(dǎo)引頭方位和距離搜索范圍之內(nèi)，且滿足雷達導(dǎo)引頭目標角度分辨力、或距離分辨力要求才能構(gòu)成沖淡干擾。因此為了分析評定干擾效果，需要對無源干擾位置信息進行測量。

2)干擾強度信息:無源質(zhì)心強度直接影響了干擾效果，理論上只有質(zhì)心干擾強度大于目標強度，在干擾和目標分離過程中才可能使導(dǎo)引頭跟蹤點偏向干擾，進而掩護目標，考慮到目標能量起伏特性，在干擾實施過程中一般要求干擾比目標的強度至少高2～3倍[4-5]。由于箔條受風(fēng)速、風(fēng)向影響，充氣角反受海浪、散射角度影響，及裝設(shè)備本身個性差異問題，無源干擾在使用過程中散射強度會有較大起伏變化，因此需要實時對無源干擾強度進行監(jiān)測。

3)變化趨勢信息:由于各類干擾隨氣象變化，其干擾強度、位置也會隨時間推移而發(fā)生變化[6]，另外由于目標艦艇的運動及搖擺，干擾與目標相對位置關(guān)系、強度對比關(guān)系也在實時發(fā)生變化，因此需要對無源干擾的位置變化趨勢及強度起伏特性進行監(jiān)測。

4)其他監(jiān)測信息:由于不同頻段、不同工作體制的雷達導(dǎo)引頭在進行目標識別過程中，運用了極化識別、頻域識別、徑向尺寸識別、能量集中度識別、能量起伏特性識別等技術(shù)[7-8]，因此監(jiān)測設(shè)備還應(yīng)能夠在不同工作頻段下對箔條、角反射體等干擾進行極化信息、一維距離像信息等進行實時監(jiān)測。

5)監(jiān)測注意事項:雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測時要注意監(jiān)測角度、監(jiān)測頻段及對構(gòu)建場景的干擾效果的影響。由于箔條、角反的散射強度具有一定方向性，從不同觀測方位、俯仰角度，其散射特征也有所不同，為了客觀評價構(gòu)建態(tài)勢對被試裝備的干擾效果，應(yīng)從被試雷達導(dǎo)引頭搜索和跟蹤角度進行監(jiān)測；由于無源干擾對不同頻段、頻點表現(xiàn)出不同特性，為了準確獲取用于評估被試裝備工作情況的態(tài)勢信息，應(yīng)以被試裝備相近的工作頻點進行監(jiān)測；另外，為了客觀評價干擾環(huán)境對被試裝備工作性能的影響，應(yīng)避免監(jiān)測設(shè)備在監(jiān)測過程中影響干擾設(shè)備對被試雷達導(dǎo)引頭的干擾效果，如監(jiān)測設(shè)備不能影響舷外有源或艦載有源干擾設(shè)備的工作。

2 無源態(tài)勢監(jiān)測方案論證

為實現(xiàn)雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測的目的，可以通過以下幾種方式實現(xiàn)：1)通過記錄干擾發(fā)射方向、數(shù)量，并根據(jù)氣象數(shù)據(jù)對干擾位置、強度進行實時估計；2)利用測控雷達進行雷達無源干擾態(tài)勢數(shù)據(jù)錄取；3)利用非相參雷達導(dǎo)引頭進行態(tài)勢數(shù)據(jù)錄取；4)利用相參雷達導(dǎo)引頭進行態(tài)勢數(shù)據(jù)錄取。下面就其優(yōu)缺點進行分析。

2.1 基于干擾設(shè)備指標的態(tài)勢監(jiān)測方案

通過干擾設(shè)備發(fā)射裝置，記錄干擾發(fā)射時刻、方向、數(shù)量，并根據(jù)干擾裝設(shè)備性能指標(發(fā)射距離、雷達散射截面)估算干擾形成的位置、干擾強度，并根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向和干擾源隨風(fēng)變化趨勢，進行干擾位置變化的估計。該方法具有操作簡單，實現(xiàn)方便的優(yōu)點，但其缺點是干擾強度、位置都是估計值，可能與實際值存在較大差異，因此只是理論態(tài)勢，不是實際態(tài)勢，距離實際試驗需求存在較大差距。

2.2 基于測控雷達的態(tài)勢監(jiān)測方案

利用具有海面目標監(jiān)測功能的測控雷達，同樣可以監(jiān)測箔條或角反等與目標構(gòu)建的干擾態(tài)勢，如圖2所示，為某型測控雷達監(jiān)測效果，圖1(a)箭頭處為角反干擾，圖1(b)箭頭處為沖淡箔條。由于這些測控設(shè)備工作頻段單一，又與雷達導(dǎo)引頭工作頻段相差較大，且觀測角度也和被試雷達導(dǎo)引頭觀測角度存在較大差異，因此監(jiān)測結(jié)果誤差較大，難以滿足干擾態(tài)勢的量化分析需求。

圖1 沖淡箔條發(fā)射前后測控雷達監(jiān)測效果

2.3 基于非相參雷達的態(tài)勢監(jiān)測方案

利用非相參雷達導(dǎo)引頭進行無源干擾態(tài)勢監(jiān)測，可以根據(jù)需要設(shè)置監(jiān)測地點和頻段，采用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)了PPI和A顯的態(tài)勢監(jiān)測效果，監(jiān)測效果如圖2所示，基本可以達到監(jiān)測目的，但由于非相參雷達的分辨率較低且發(fā)射機功率較大，容易被干擾場景中的有源干擾設(shè)備偵查并干擾，破壞干擾態(tài)勢，因此存在一定的使用局限性。另外非相參雷達工作體制落后，數(shù)字化程度低，改造成監(jiān)測雷達后的升級改造工作繁瑣，且發(fā)展空間受限。

圖2 利用非相參雷達進行態(tài)勢監(jiān)測效果圖

2.4 基于相參雷達的態(tài)勢監(jiān)測方案

圖3 雷達測量的目標RCS、目標幅度

由于雷達導(dǎo)引頭具備完整的搜索、識別、跟蹤等功能，如果對雷達發(fā)射功率、天線增益、自動增益控制(AGC)、接收信號能量等信號進行校準，理論上，每部雷達導(dǎo)引頭都可以作為其工作頻點上的RCS測量雷達。如圖3所示，在雷達導(dǎo)引頭試驗數(shù)據(jù)中，就包含了目標回波幅度信息和歸一化RCS測量信息。如利用雷達導(dǎo)引頭的RCS、距離、方位等信息測量功能，便可以達到雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測目的。當(dāng)前，相參體制雷達由于采用了脈沖壓縮、功率管理等技術(shù)，不但雷達分辨率高而且具有低截獲特性，適合用于復(fù)雜電磁干擾場景而不影響有源干擾效果，因此可應(yīng)用于無源電磁干擾場景監(jiān)測。另外相參雷達采用固態(tài)發(fā)射機技術(shù)，數(shù)字化程度較高，模塊化、小型化設(shè)計技術(shù)也較為成熟，為下一步發(fā)展無人機載態(tài)勢監(jiān)測設(shè)備的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2.5 監(jiān)測方案選取

通過對比以上四種監(jiān)測方案，采用相參雷達平臺進行態(tài)勢監(jiān)測，其監(jiān)測效果和發(fā)展空間明顯優(yōu)于其他監(jiān)測方案，滿足雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測需求，又由于監(jiān)測設(shè)備可以利用現(xiàn)有成熟的相參雷達導(dǎo)引頭為平臺，進行軟件、硬件升級改造，可大大降低研制風(fēng)險、難度及成本，特別是相參雷達導(dǎo)引頭的低截獲概率特性，可有效降低在抗干擾試驗實施過程中遭受有源干擾設(shè)備偵查并干擾，保證監(jiān)測效果，避免影響干擾場景。另外，雷達導(dǎo)引頭相對大型測量雷達而言，具有體積小、重量輕優(yōu)勢，易于轉(zhuǎn)場。

3 無源態(tài)勢監(jiān)測實現(xiàn)

3.1 態(tài)勢監(jiān)測系統(tǒng)組成及功能

基于相參雷達導(dǎo)引頭的態(tài)勢監(jiān)測系統(tǒng)主要由相參雷達、雷達工作控制臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、組合衛(wèi)星定位系統(tǒng)、慣導(dǎo)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯控工作站等組成，系統(tǒng)組成如圖4所示，各部分功能如下：

圖4 雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測系統(tǒng)工作框圖

1)相參雷達:相參雷達是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，用于無源態(tài)勢數(shù)據(jù)的測量，主要測量無源電磁干擾源及目標的方位、距離、相對能量對比關(guān)系等信息，可根據(jù)測量頻段需求，可選取不同工作頻段相參雷達導(dǎo)引頭進行軟硬件改造實現(xiàn)。

2)雷達工作控制臺:雷達工作控制臺用于相參雷達工作參數(shù)裝訂、工作狀態(tài)控制，主要包括控制搜索范圍，控制抗干擾工作狀態(tài)，控制發(fā)射功率、發(fā)射脈寬等工作參數(shù)及控制開關(guān)機等。

3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成雷達導(dǎo)引頭和路、差路高速視頻數(shù)據(jù)和串口低速數(shù)據(jù)的采集功能，滿足雷達中頻回波信號和狀態(tài)信號采集以及存儲記錄數(shù)據(jù)量需求，可完成中、低速模擬量和高速數(shù)字通訊接口數(shù)據(jù)采集。

4)組合衛(wèi)星定位系統(tǒng):組合衛(wèi)星定位系統(tǒng)測量和記錄相參雷達所處地理位置，用于將相參雷達測量的無源態(tài)勢相對位置信息轉(zhuǎn)換為絕對地理坐標數(shù)據(jù)。

5)慣導(dǎo)系統(tǒng):慣導(dǎo)系統(tǒng)測量相參雷達姿態(tài)信息，用于數(shù)據(jù)處理過程中消除載體姿態(tài)變化引入的測角誤差。

6)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與地面接收控制站滿足在艦載狀態(tài)和掛飛狀態(tài)下使用，主要功能是將態(tài)勢監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至岸上，用以接入試驗網(wǎng)，以供試驗指揮使用，可接收地面控制命令，并傳輸給掛飛狀態(tài)下的雷達工作控制系統(tǒng)。

7)數(shù)據(jù)顯控工作站:數(shù)據(jù)顯控工作站在系統(tǒng)軟件支持下，完成對雷達采集數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲等功能，可在雷達工作控制系統(tǒng)的配合下，完成雷達工作軟件的加載，使雷達工作于不同狀態(tài)。

3.2 態(tài)勢監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

由于雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測設(shè)備基于相參雷達導(dǎo)引頭改裝，而雷達導(dǎo)引頭使用要求和測控裝備的使用要求存在諸多不同，因此需要對相參雷達導(dǎo)引頭的進行軟硬件改造，關(guān)鍵技術(shù)包括：

1)基于相參雷達的目標時頻域特征參數(shù)測量技術(shù)，主要包括相參雷達導(dǎo)引頭發(fā)射機功率、天線增益、自動增益控制(AGC)電壓、接收信號能量等參數(shù)測量和校準技術(shù)，和相參雷達導(dǎo)引頭目標時域特征參數(shù)(距離、方位、目標徑向尺寸等)測量技術(shù)等。

2)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸技術(shù)，主要包括相參雷達導(dǎo)引頭低速串口數(shù)據(jù)和高速和路、差路視頻數(shù)據(jù)實時采集、存儲、處理和顯示技術(shù)等。

3)導(dǎo)引頭測量精度與測量方法改進技術(shù)，根據(jù)測量雷達實際使用環(huán)境要求，研究不同于導(dǎo)引頭的搜索控制策略，提高雷達測量精度。

4)導(dǎo)引頭可靠性改進技術(shù)，主要研究工作環(huán)境溫度控制技術(shù)、平臺減震技術(shù)、關(guān)鍵部件采用冗余設(shè)計技術(shù)等。

5)無源態(tài)勢監(jiān)測系統(tǒng)集成技術(shù)，研究無源態(tài)勢監(jiān)測系統(tǒng)的集成技術(shù)，以便于組裝和轉(zhuǎn)場攜行。

3.3 態(tài)勢監(jiān)測設(shè)備架設(shè)方案

為了充分利用導(dǎo)引頭測距精度高的優(yōu)點，并減小測角精度差的影響，錄取試驗構(gòu)設(shè)的無源電磁干擾態(tài)勢數(shù)據(jù)的相參雷達監(jiān)測設(shè)備架設(shè)地點為兩個。第一個架設(shè)地點在被試雷達觀測方向(如圖5)，工作頻段和被試雷達工作頻段相同。第二個架設(shè)地點與被試雷達觀測方向垂直。監(jiān)測雷達架設(shè)點應(yīng)在保障試驗安全前提下盡可能靠近監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)測雷達架設(shè)點高度與被試雷達架設(shè)高度接近，滿足雷達視距要求。

3.4 無源態(tài)勢監(jiān)測效果分析

利用相參雷達監(jiān)測箔條構(gòu)設(shè)情況如圖6所示，從中監(jiān)測效果看到，箔條與目標在監(jiān)測場景中同時存在，可以看到二者能量對比關(guān)系、距離維、多普勒維等信息，可以方便用于構(gòu)建的試驗態(tài)勢數(shù)據(jù)復(fù)盤分析。

圖5 監(jiān)視用導(dǎo)引頭架設(shè)地點

圖6 監(jiān)測雷達錄取數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

為滿足抗干擾試驗數(shù)據(jù)復(fù)盤需求，分析了雷達無源干擾數(shù)據(jù)錄取需求，對比了多種監(jiān)測方案優(yōu)缺點，提出了利用相參雷達導(dǎo)引頭技術(shù)進行雷達無源干擾態(tài)勢監(jiān)測的方案，通過對相參雷達導(dǎo)引頭軟硬件的改造，在高速數(shù)據(jù)采集等設(shè)備配合下，實現(xiàn)了對雷達無源電磁干擾態(tài)勢的時域、頻域、能量域等特征數(shù)據(jù)錄取，實現(xiàn)了干擾態(tài)勢的“可視化、可量化”監(jiān)測，為試驗結(jié)果分析與評定提供了數(shù)據(jù)支撐。