呂 可，趙嚴(yán)冰

(中國(guó)人民解放軍91336部隊(duì),河北 秦皇島 066326)

0 引言

艦載預(yù)警探測(cè)雷達(dá)是一種重要的警戒裝備，主要用于發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視海面、空中目標(biāo)，完成對(duì)海面、空中目標(biāo)的搜索及多目標(biāo)跟蹤，向艦作戰(zhàn)、指揮系統(tǒng)發(fā)送目標(biāo)的跟蹤數(shù)據(jù)、航跡，為導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)和炮瞄雷達(dá)提供目標(biāo)指示等。[1-3]

當(dāng)前國(guó)內(nèi)針對(duì)預(yù)警探測(cè)雷達(dá)裝備能力的外場(chǎng)試驗(yàn)是對(duì)照研制總要求，以對(duì)具體性能指標(biāo)的測(cè)試為主，而對(duì)雷達(dá)在復(fù)雜地理、復(fù)雜氣象、極限邊界、高強(qiáng)度對(duì)抗等復(fù)雜環(huán)境和特殊條件下的作戰(zhàn)能力的試驗(yàn)，受到實(shí)際條件的限制，測(cè)試樣本量較為有限。[4-5]為了摸清裝備性能底數(shù)和效能變化規(guī)律，研究在復(fù)雜特殊戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下裝備作戰(zhàn)運(yùn)用方法和應(yīng)對(duì)策略，我們可以采用計(jì)算機(jī)建模的方式，最大限度地構(gòu)造貼近實(shí)戰(zhàn)的環(huán)境，綜合應(yīng)用仿真評(píng)估等手段方法，開展艦載預(yù)警探測(cè)雷達(dá)作戰(zhàn)能力的分析研究，為各級(jí)指戰(zhàn)員合理組織運(yùn)用裝備、正確使用裝備提供有力支撐。

1 基于仿真的雷達(dá)能力測(cè)試

利用仿真方法進(jìn)行預(yù)警探測(cè)雷達(dá)作戰(zhàn)能力測(cè)試，首先基于機(jī)理和數(shù)據(jù)結(jié)合的手段建立系統(tǒng)仿真模型，開展數(shù)字或半實(shí)物仿真，獲得大量的仿真數(shù)據(jù)，并利用仿真試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)要開展的外場(chǎng)試驗(yàn)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，對(duì)雷達(dá)外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)；然后利用外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)物測(cè)試數(shù)據(jù)等參考數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正，提升仿真測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度；再次利用仿真方法進(jìn)行邊界和極限能力的評(píng)估[6]。仿真試驗(yàn)及外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果共同作為全面評(píng)價(jià)預(yù)警探測(cè)雷達(dá)作戰(zhàn)能力的依據(jù)。具體實(shí)施流程如下。

圖1 預(yù)警探測(cè)雷達(dá)性能綜合試驗(yàn)方法

2 仿真試驗(yàn)重點(diǎn)考核項(xiàng)目及具體內(nèi)涵

利用仿真方法進(jìn)行預(yù)警探測(cè)雷達(dá)作戰(zhàn)能力試驗(yàn)，核心是能夠充分檢驗(yàn)裝備邊界極限條件下的能力及作戰(zhàn)效能。因此需要構(gòu)建科學(xué)全面并貼近實(shí)戰(zhàn)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，包括各種目標(biāo)、干擾及雜波環(huán)境等。隨著世界信息技術(shù)和軍事理論的發(fā)展，艦載預(yù)警探測(cè)雷達(dá)也面臨如隱身目標(biāo)、彈道導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)群、高速高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)及各類有、無(wú)源干擾等眾多新型威脅。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，立足于艦載預(yù)警探測(cè)雷達(dá)的使命任務(wù)，考慮外場(chǎng)開展雷達(dá)試驗(yàn)條件的局限性，基于仿真的雷達(dá)作戰(zhàn)能力試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)開展復(fù)雜環(huán)境下對(duì)空中目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)及跟蹤能力、雷達(dá)邊界極限探測(cè)能力等項(xiàng)目的考核。各考核項(xiàng)目的具體內(nèi)涵如下。

2.1 對(duì)空中目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)及跟蹤能力

空中目標(biāo)包括各類作戰(zhàn)飛機(jī)、隱身飛機(jī)及反艦導(dǎo)彈等，是敵奪取空中優(yōu)勢(shì)、壓制防空、實(shí)施全天候精確打擊的主要裝備，也是預(yù)警探測(cè)雷達(dá)最主要的探測(cè)目標(biāo)。[7-11]在利用外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行一致性校對(duì)和確認(rèn)后，可開展的內(nèi)容包括3個(gè)方面。

圖2 對(duì)空中目標(biāo)發(fā)現(xiàn)及跟蹤能力仿真試驗(yàn)開展項(xiàng)目

2.1.1 對(duì)外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)及外推

通過(guò)改變目標(biāo)高度、目標(biāo)反射截面積、目標(biāo)數(shù)量和速度等因素，將對(duì)中高空目標(biāo)的預(yù)警探測(cè)能力試驗(yàn)進(jìn)行拓展。具體試驗(yàn)因素有：

2.1.2 對(duì)典型作戰(zhàn)對(duì)象的探測(cè)能力

典型的作戰(zhàn)對(duì)象如F-16C/D 戰(zhàn)隼戰(zhàn)斗機(jī)、F-22A“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)、F-35“閃電2”聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)等隱身飛機(jī)，“魚叉”、“雄風(fēng)-II”、“雄風(fēng)-III”等反艦導(dǎo)彈，在對(duì)其目標(biāo)特性進(jìn)行建模仿真計(jì)算后，結(jié)合速度、升限、巡航高度等指標(biāo)設(shè)置場(chǎng)景態(tài)勢(shì)，考察典型作戰(zhàn)對(duì)象在遂行典型戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作時(shí)雷達(dá)對(duì)其發(fā)現(xiàn)及跟蹤距離、最小作用距離、跟蹤精度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)。

2.1.3 干擾條件下的對(duì)抗能力

重點(diǎn)試驗(yàn)對(duì)EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的對(duì)抗能力。EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)是目前美軍新型主流電子戰(zhàn)飛機(jī)，它是在F/A-18F艦載多功能戰(zhàn)斗機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成，裝載了先進(jìn)的電子干擾設(shè)備，可掛載高速反輻射導(dǎo)彈，可通過(guò)對(duì)敵實(shí)施防區(qū)外電子干擾掩護(hù)攻擊飛機(jī)，保護(hù)水面艦艇、航母及地面部隊(duì)免遭導(dǎo)彈攻擊，具有防區(qū)外遠(yuǎn)距支援、隨隊(duì)支援、時(shí)敏打擊支持以及全頻譜監(jiān)視功能，還能與其他戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行高低空聯(lián)合作戰(zhàn)，共同打擊敵方目標(biāo)。其干擾方式有遠(yuǎn)距離支援干擾和隨隊(duì)干擾，干擾樣式主要是壓制式噪聲干擾[12]。

表1 對(duì)外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果外推的試驗(yàn)因素

仿真試驗(yàn)可根據(jù)該型飛機(jī)的高度、速度等性能參數(shù)和典型的電子攻擊作戰(zhàn)使用方式規(guī)劃作戰(zhàn)場(chǎng)景，設(shè)定干擾樣式、干擾參數(shù)等干擾環(huán)境，開展對(duì)典型空中平臺(tái)的自衛(wèi)距離試驗(yàn)、抗遠(yuǎn)距離支援干擾能力試驗(yàn)。

2.2 雷達(dá)邊界極限探測(cè)能力

現(xiàn)代艦載雷達(dá)所面臨的攻擊目標(biāo)具有高速、大機(jī)動(dòng)、隱身、超低空、集群的特點(diǎn)，同時(shí)敵我之間的對(duì)抗手段不斷豐富，呈現(xiàn)出多維一體作戰(zhàn)行動(dòng)特點(diǎn)。由于外場(chǎng)試驗(yàn)典型的小子樣特性和不可復(fù)制性，對(duì)大掃描角、遠(yuǎn)界、高界等邊界條件和多目標(biāo)環(huán)境(集群)、低空突防、高速、高機(jī)動(dòng)目標(biāo)、隱身目標(biāo)的極限能力的性能考核缺失。[13-17]為了摸清裝備“底數(shù)”，可采用仿真試驗(yàn)的手段，從邊界探測(cè)范圍和極限目標(biāo)跟蹤能力兩個(gè)方面來(lái)考核。

2.2.1 雷達(dá)探測(cè)范圍

雷達(dá)探測(cè)范圍的意義涵蓋距離-高度探測(cè)范圍、仰角覆蓋范圍和方位覆蓋范圍。重點(diǎn)研究雷達(dá)探測(cè)范圍的高界、低界、遠(yuǎn)界、近界以及相互組合，如探測(cè)范圍高界與遠(yuǎn)界的交界域、低界與近界的交界點(diǎn)等。影響雷達(dá)探測(cè)范圍的因素包括目標(biāo)類型、發(fā)現(xiàn)概率、雷達(dá)視距、環(huán)境條件、對(duì)抗條件等。

表2 雷達(dá)探測(cè)范圍的試驗(yàn)因素

2.2.2 目標(biāo)跟蹤能力

雷達(dá)在對(duì)目標(biāo)的跟蹤過(guò)程中，若要形成穩(wěn)定的航跡，需要在數(shù)據(jù)處理時(shí)根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)位置，進(jìn)行航跡外推和關(guān)聯(lián)，從進(jìn)入相關(guān)波門的多個(gè)點(diǎn)跡中選取正確的點(diǎn)跡來(lái)更新目標(biāo)的航跡。因此，對(duì)于高速和高機(jī)動(dòng)目標(biāo)，由于其運(yùn)動(dòng)方向和速度多變，給雷達(dá)進(jìn)行正常的航跡外推和匹配關(guān)聯(lián)帶來(lái)困難，容易造成目標(biāo)丟失，跟蹤不穩(wěn)定[18]。影響雷達(dá)對(duì)目標(biāo)跟蹤的極限條件有目標(biāo)機(jī)動(dòng)航路、機(jī)動(dòng)速度、機(jī)動(dòng)加速度、環(huán)境條件等。

表3 目標(biāo)跟蹤能力的試驗(yàn)因素

3 仿真試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估

目前，預(yù)警探測(cè)雷達(dá)在外場(chǎng)的試驗(yàn)，以性能試驗(yàn)為主，圍繞研制總要求開展單指標(biāo)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果通常是對(duì)最大作用距離、跟蹤精度、分辨力等單指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷其是否符合相關(guān)要求。利用計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)開展的大樣本、遍歷條件、復(fù)雜邊界條件測(cè)試，能夠充分研究各個(gè)因素對(duì)雷達(dá)性能的影響規(guī)律，暴露雷達(dá)裝備問(wèn)題，迭代優(yōu)化抗干擾算法和措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)被試?yán)走_(dá)裝備使用性能的一體化評(píng)估與分析。

根據(jù)具體的試驗(yàn)需求，通過(guò)仿真方式可開展的規(guī)律性研究很多。結(jié)合前面討論的仿真試驗(yàn)的重點(diǎn)考核項(xiàng)目及具體內(nèi)涵，對(duì)其結(jié)果的評(píng)估分為雷達(dá)的探測(cè)性能、跟蹤性能和抗干擾性能3個(gè)方面。

圖3 預(yù)警探測(cè)雷達(dá)性能評(píng)估指標(biāo)

3.1 探測(cè)性能

雷達(dá)探測(cè)性能包括最大作用距離、最小作用距離、方位及仰角探測(cè)范圍等。其中，方位及仰角探測(cè)范圍主要取決于雷達(dá)天線發(fā)射波束的角度，與探測(cè)對(duì)象的關(guān)系不大。[19]根據(jù)探測(cè)對(duì)象和環(huán)境的不同，可重點(diǎn)研究雷達(dá)對(duì)下述3種探測(cè)對(duì)象的作用距離規(guī)律如表4所示。

表4 雷達(dá)對(duì)不同目標(biāo)探測(cè)性能特性規(guī)律

3.2 跟蹤性能

雷達(dá)的跟蹤性能是評(píng)價(jià)雷達(dá)在對(duì)目標(biāo)建航跟蹤以后的表現(xiàn)。具體指標(biāo)包括對(duì)目標(biāo)的最大跟蹤距離、全自動(dòng)或半自動(dòng)模式下的跟蹤截獲時(shí)間，對(duì)目標(biāo)距離、方位、仰角的跟蹤精度、跟蹤航跡質(zhì)量等。其中，最大跟蹤距離是指雷達(dá)采用全自動(dòng)建航時(shí)，穩(wěn)定建航的最遠(yuǎn)距離；跟蹤截獲時(shí)間是指在全自動(dòng)或半自動(dòng)方式下，雷達(dá)從發(fā)現(xiàn)第一次目標(biāo)回波至目標(biāo)建航的間隔時(shí)間；跟蹤航跡質(zhì)量指在跟蹤過(guò)程中雷達(dá)航跡的中斷次數(shù)。根據(jù)探測(cè)對(duì)象和環(huán)境的不同，跟蹤性能主要研究以下4個(gè)方面的特性規(guī)律如表5所示。

表5 雷達(dá)對(duì)不同目標(biāo)探測(cè)性能特性規(guī)律

3.3 抗干擾性能

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)干擾呈現(xiàn)出高度集成化、綜合化和智能化的趨勢(shì)，可以在全空域、全頻域和全時(shí)域產(chǎn)生高強(qiáng)度、多樣式和有針對(duì)性的電子干擾，嚴(yán)重影響預(yù)警探測(cè)雷達(dá)的性能。雷達(dá)抗干擾能力已經(jīng)直接關(guān)系到雷達(dá)作戰(zhàn)性能的發(fā)揮，以及在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的生存能力。

評(píng)價(jià)雷達(dá)抗干擾性能的指標(biāo)很多，從技術(shù)的角度有副瓣對(duì)消的干擾抑制比、副瓣匿影的有效扇區(qū)范圍、頻率捷變的變頻準(zhǔn)確度、頻率分集的分集帶寬、集能區(qū)域的信噪比得益等。但這些技術(shù)上的評(píng)價(jià)都是針對(duì)某具體干擾場(chǎng)景和抗干擾方式的，不僅難以涵蓋各種抗干擾措施，也不能完整描述雷達(dá)系統(tǒng)總體抗干擾能力，同時(shí)給試驗(yàn)評(píng)估帶來(lái)較大的工作量。從雷達(dá)在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中使用的角度看，我們更關(guān)心雷達(dá)抗干擾能力總體和全面的描述?？紤]到雷達(dá)抗干擾的最終目的是提高在干擾環(huán)境下對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力，我們從戰(zhàn)術(shù)的角度把雷達(dá)抗有源干擾性能的評(píng)估提煉為對(duì)干擾的自衛(wèi)距離得益和對(duì)目標(biāo)跟蹤航跡連續(xù)性得益[20]。

3.3.1 自衛(wèi)距離得益

自衛(wèi)距離是指在規(guī)定的實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景、干擾樣式、干擾功率譜密度下，雷達(dá)不采取抗干擾措施時(shí)，滿足規(guī)定發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率時(shí)，對(duì)規(guī)定 RCS 的目標(biāo)的探測(cè)距離。自衛(wèi)距離得益指采取抗干擾措施后雷達(dá)自衛(wèi)距離增加值相對(duì)無(wú)干擾時(shí)雷達(dá)作用距離的百分比，即采取抗干擾措施后提高的雷達(dá)作用距離百分比，定義為:

(1)

式中，Gz為自衛(wèi)距離得益，Rz′為受干擾后采取抗干擾措施后雷達(dá)的探測(cè)距離，Rz為受干擾后未采取抗干擾措施時(shí)雷達(dá)的探測(cè)距離，R0為無(wú)干擾時(shí)雷達(dá)的作用距離。

3.3.2 目標(biāo)跟蹤航跡連續(xù)性得益

目標(biāo)在雷達(dá)采取抗干擾措施后比采取抗干擾措施前全航程增加的有效航跡點(diǎn)數(shù)(距離、角度精度滿足指標(biāo)要求的航跡)相對(duì)于無(wú)干擾時(shí)總航跡點(diǎn)數(shù)的百分比，定義為:

(2)

式中，Gh為目標(biāo)航跡連續(xù)性得益，N2為有干擾采取抗干擾措施后目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)，N1為有干擾未采取抗干擾措施時(shí)目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)，N0為無(wú)干擾時(shí)目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)。

結(jié)合實(shí)際作戰(zhàn)對(duì)象和作戰(zhàn)使用，在規(guī)劃了典型電子戰(zhàn)威脅的載機(jī)性能參數(shù)和典型的電子攻擊作戰(zhàn)使用態(tài)勢(shì)后，可以重點(diǎn)研究在不同海情海況、干擾機(jī)與攻擊飛機(jī)不同相對(duì)角度條件下的自衛(wèi)距離得益和目標(biāo)跟蹤連續(xù)性得益。

4 典型案例

下面以在電子戰(zhàn)飛機(jī)的掩護(hù)下，戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行突防為例，對(duì)預(yù)警探測(cè)雷達(dá)在此過(guò)程中的作戰(zhàn)能力進(jìn)行仿真試驗(yàn)評(píng)估。

戰(zhàn)斗機(jī)飛行高度7 000 m，時(shí)速700 km/h左右，從300 km飛入，至120 km降高1 000 m繼續(xù)進(jìn)入至10 km；電子戰(zhàn)飛機(jī)位于250 km處巡航，高度7 000 m。采用遠(yuǎn)距離支援干擾的方式，施放壓制噪聲干擾，干擾機(jī)與攻擊飛機(jī)方位角度10°，分別記錄雷達(dá)不采用抗干擾措施和采用抗干擾措施后，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離及跟蹤情況。

在無(wú)干擾條件下，雷達(dá)對(duì)7 000 m高度目標(biāo)的最大作用距離R0為297 km，在受到干擾不采取抗干擾措施時(shí)作用距離Rz為224 km，受干擾后采取抗干擾措施后雷達(dá)的探測(cè)距離Rz′為252 km，根據(jù)公式(1)可以計(jì)算自衛(wèi)距離得益Gz為9.43%。

無(wú)干擾時(shí)目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)N0為158，有干擾未采取抗干擾措施時(shí)目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)N1為135，有干擾采取抗干擾措施后目標(biāo)全航程的有效航跡點(diǎn)數(shù)N2為112，根據(jù)公式(2)可以計(jì)算目標(biāo)航跡連續(xù)性得益Gh為14.56%。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)預(yù)警探測(cè)雷達(dá)、復(fù)雜電磁環(huán)境和典型作戰(zhàn)對(duì)手的建模仿真，開展基于仿真的雷達(dá)性能測(cè)試，能夠研究雷達(dá)在不同作戰(zhàn)背景及邊界極限條件下的預(yù)警探測(cè)能力，為提出在不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能的裝備使用方案奠定基礎(chǔ)，為艦艇部隊(duì)指揮員和一線職手正確使用裝備提供指導(dǎo)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)仿真試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，可以比較全面地了解和掌握不同等級(jí)水平條件下目標(biāo)及干擾環(huán)境對(duì)裝備影響的情況，在敏感度分析的基礎(chǔ)上，可選擇對(duì)于裝備影響較大的主要參數(shù)和典型的等級(jí)水平進(jìn)行外場(chǎng)真實(shí)環(huán)境條件下的試驗(yàn)，為外場(chǎng)試驗(yàn)方案的優(yōu)化提供支撐。