翟 穎

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所 西安 710068)

0 引言

艦載火控雷達(dá)作為一種精密跟蹤雷達(dá)，其主要任務(wù)是對(duì)敵方戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)跟蹤，為平臺(tái)武器裝備提供打擊目標(biāo)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的有效攔截和摧毀，在我軍近程防御系統(tǒng)中占據(jù)十分重要的地位。

近年來(lái)，隨著電子戰(zhàn)愈演愈烈，艦載火控雷達(dá)所面臨的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，作為信息系統(tǒng)與武器交聯(lián)的關(guān)鍵一環(huán)，艦載火控雷達(dá)通常需要面對(duì)敵方多種干擾作用，其作戰(zhàn)效能面臨嚴(yán)重的威脅和挑戰(zhàn)。

在裝備應(yīng)用中，雷達(dá)抗旁瓣干擾技術(shù)已相對(duì)成熟，典型的方法有旁瓣對(duì)消、旁瓣消隱等。針對(duì)雷達(dá)主瓣干擾，目前已有不少專(zhuān)家學(xué)者提出應(yīng)對(duì)方法，如：子空間投影法、阻塞矩陣法，但無(wú)奈受到應(yīng)用環(huán)境、運(yùn)算量等因素影響，導(dǎo)致各算法僅適用于某特定條件下。主瓣干擾因其高威脅性，嚴(yán)重影響雷達(dá)性能，被認(rèn)為是現(xiàn)代艦載火控雷達(dá)的主要對(duì)抗對(duì)象，因此，本文主要圍繞雷達(dá)抗主瓣有源干擾展開(kāi)研究。

1 艦載火控雷達(dá)面臨嚴(yán)重干擾威脅

經(jīng)過(guò)多年實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的積累，敵我雙方的裝備性能都得到了快速發(fā)展。艦載火控雷達(dá)作為近程防御系統(tǒng)，是敵方電磁干擾的主要對(duì)象，因此想要在復(fù)雜電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的有效攔截和精確打擊，要求雷達(dá)具備對(duì)有源、無(wú)源干擾的對(duì)抗能力，尤其是對(duì)主瓣有源干擾。

參照典型突防攻擊模式，艦載火控雷達(dá)面臨的電子干擾主要包括：電子戰(zhàn)機(jī)遠(yuǎn)程支援干擾、隨隊(duì)電子戰(zhàn)機(jī)掩護(hù)干擾、自衛(wèi)式電子干擾等。干擾設(shè)備根據(jù)任務(wù)需求發(fā)出不同樣式的干擾信號(hào)，典型的有：密集假目標(biāo)干擾、速度/距離拖引欺騙干擾、窄帶瞄頻式干擾、靈巧干擾等。干擾主要從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，旨在欺騙或破壞目標(biāo)跟蹤環(huán)路，造成武器射擊諸元測(cè)量精度受損，甚至退出跟蹤狀態(tài)丟失目標(biāo)，導(dǎo)致火力打擊系統(tǒng)無(wú)法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行鎖定和攔截，從而削弱我方防御系統(tǒng)的火力打擊威力。

1.1 遠(yuǎn)程支援干擾

遠(yuǎn)程支援干擾主要是在戰(zhàn)區(qū)外圍配備大功率電子戰(zhàn)機(jī)，對(duì)己方作戰(zhàn)飛機(jī)提供遠(yuǎn)距離支援。由于不受空間、重量、功率等因素限制，遠(yuǎn)程支援具備充足的可利用資源，能夠滿足雷達(dá)干擾系統(tǒng)對(duì)輻射功率和干擾樣式多樣性的要求。

1.2 隨隊(duì)掩護(hù)干擾

隨隊(duì)掩護(hù)干擾主要以專(zhuān)用電子戰(zhàn)機(jī)伴飛攻擊編隊(duì)，釋放干擾和誘餌對(duì)作戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行掩護(hù)，協(xié)助其順利突防。主要干擾樣式為：寬帶阻塞式干擾、窄帶瞄頻式干擾、密集假目標(biāo)、切片轉(zhuǎn)發(fā)以及復(fù)合干擾等。

1.3 自衛(wèi)式干擾

自衛(wèi)式干擾主要是指平臺(tái)自身攜帶干擾設(shè)備，偵收環(huán)境中的電磁信號(hào)，并對(duì)目標(biāo)雷達(dá)發(fā)射干擾，掩護(hù)自身實(shí)現(xiàn)突防、打擊等作戰(zhàn)任務(wù)。自衛(wèi)式干擾主要分為機(jī)載自衛(wèi)式干擾和彈載自衛(wèi)式干擾，主要干擾樣式為：寬帶阻塞式干擾、窄帶瞄頻式干擾、轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾、拖曳干擾以及復(fù)合干擾等。

圖1 艦載火控雷達(dá)面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境威脅

2 基于多判決網(wǎng)絡(luò)的抗干擾策略?xún)?yōu)化方法

電子對(duì)抗本質(zhì)上是博弈雙方對(duì)電磁頻譜資源的搶奪，現(xiàn)代艦載火控雷達(dá)所具備的大工作帶寬優(yōu)勢(shì)，使其可以通過(guò)頻譜規(guī)劃，有效削弱干擾影響。本文利用波形分集、射頻掩護(hù)、頻點(diǎn)規(guī)避等方法，結(jié)合干擾樣式特點(diǎn)和干擾威脅等級(jí)，基于環(huán)境中的干擾信號(hào)電磁頻譜動(dòng)態(tài)分布，對(duì)抗干擾策略規(guī)劃方法展開(kāi)了全面細(xì)致的研究，設(shè)計(jì)出一種穩(wěn)健高效的基于多判決網(wǎng)絡(luò)的抗干擾策略?xún)?yōu)化方法，以保證艦載火控雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的系統(tǒng)性能。

利用已有的艦載火控雷達(dá)抗干擾經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，針對(duì)不同干擾樣式，結(jié)合雷達(dá)可發(fā)射信號(hào)波形，構(gòu)建完備的抗干擾策略庫(kù)。根據(jù)干擾機(jī)工作參數(shù)、干擾環(huán)境的復(fù)雜程度和目標(biāo)與雷達(dá)的距離信息，利用多判決網(wǎng)絡(luò)從抗干擾策略庫(kù)中選取相應(yīng)決策，包括重頻選擇、雷達(dá)工作信號(hào)頻點(diǎn)、掩護(hù)信號(hào)頻點(diǎn)、頻點(diǎn)變化序列以及編碼圖案的優(yōu)化選擇，采用主被動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的有效對(duì)抗。

圖2 抗干擾策略?xún)?yōu)化算法流程圖

2.1 射頻掩護(hù)

射頻掩護(hù)是一種充分彰顯雷達(dá)主動(dòng)行為優(yōu)勢(shì)的抗干擾技術(shù)，通過(guò)發(fā)射具有欺騙性的虛假信號(hào)對(duì)雷達(dá)真實(shí)工作信號(hào)加以掩護(hù)，達(dá)到抗人為有源干擾的目的。掩護(hù)信號(hào)可根據(jù)實(shí)際作戰(zhàn)對(duì)象和掩護(hù)效果要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的掩護(hù)樣式。

若節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)候選父節(jié)點(diǎn),則該節(jié)點(diǎn)首先等待一段時(shí)間以便接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的DIO消息,以判斷是否還有其他節(jié)點(diǎn)會(huì)成為自己的候選父節(jié)點(diǎn)。之后若該節(jié)點(diǎn)的候選父節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于等于2,則該節(jié)點(diǎn)通過(guò)執(zhí)行RPL-FAHP算法選擇偏好父節(jié)點(diǎn)。若該節(jié)點(diǎn)的候選父節(jié)點(diǎn)數(shù)量仍為1,則該節(jié)點(diǎn)無(wú)需執(zhí)行RPL-FAHP算法,直接將這一個(gè)候選父節(jié)點(diǎn)選為自己的偏好父節(jié)點(diǎn)。這樣可在一定程度上減少網(wǎng)絡(luò)資源的消耗,改善網(wǎng)絡(luò)性能。

實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到更好的抗干擾效果，雷達(dá)射頻掩護(hù)通常采用時(shí)域-頻域聯(lián)合的掩護(hù)方式。其中，時(shí)域掩護(hù)準(zhǔn)則為“掩護(hù)信號(hào)+被掩護(hù)信號(hào)”、“掩護(hù)信號(hào)+被掩護(hù)信號(hào)+掩護(hù)信號(hào)”兩種。頻域準(zhǔn)則為：掩護(hù)信號(hào)與雷達(dá)真實(shí)工作信號(hào)的頻率間隔須大于干擾機(jī)的瞬時(shí)工作帶寬(約為1GHz)。結(jié)合時(shí)域和頻域掩護(hù)準(zhǔn)則，可以獲得雷達(dá)射頻掩護(hù)時(shí)頻域抗干擾準(zhǔn)則。

圖3 雷達(dá)射頻掩護(hù)時(shí)頻域抗干擾原理

抗干擾策略根據(jù)信號(hào)增益需求，結(jié)合干擾信號(hào)電磁頻譜動(dòng)態(tài)分布，遵循射頻掩護(hù)時(shí)頻域抗干擾準(zhǔn)則作出波形選擇。利用干擾機(jī)收/發(fā)分時(shí)的工作性質(zhì)，在其偵收狀態(tài)下發(fā)射掩護(hù)信號(hào)，干擾狀態(tài)下發(fā)射雷達(dá)真實(shí)工作信號(hào)，從而對(duì)干擾機(jī)實(shí)施主動(dòng)誘騙，提高雷達(dá)抗干擾能力。

2.2 頻點(diǎn)優(yōu)化

工作頻率是雷達(dá)最重要的戰(zhàn)術(shù)參數(shù)，很大程度上決定了雷達(dá)的工作性能。通過(guò)頻點(diǎn)優(yōu)化可以增加干擾機(jī)識(shí)別雷達(dá)信號(hào)的難度，同時(shí)減弱雷達(dá)跟蹤低空目標(biāo)所面臨的多徑影響。因此，對(duì)雷達(dá)頻率的優(yōu)化設(shè)計(jì)是抗干擾策略的核心內(nèi)容。

2.2.1 雷達(dá)工作信號(hào)頻點(diǎn)選取

策略基于干擾信號(hào)電磁頻譜分布情況，選擇干擾信號(hào)能量薄弱的頻段作為雷達(dá)工作信號(hào)頻率。同時(shí)，考慮多徑抑制對(duì)多幀頻點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，保證每幀雷達(dá)工作頻點(diǎn)均在覆蓋當(dāng)前可用頻段最低、最高頻率的同時(shí)，保持其余頻點(diǎn)在頻段內(nèi)呈均勻分布，以滿足多徑抑制對(duì)頻點(diǎn)多樣性和頻率跨度的要求(雷達(dá)每幀輸出一次多徑結(jié)果)。

2.2.2 掩護(hù)信號(hào)頻點(diǎn)選取

根據(jù)偵察結(jié)果，當(dāng)環(huán)境中僅含有一個(gè)干擾信號(hào)時(shí)，就將干擾信號(hào)所處頻段的中心頻率作為掩護(hù)信號(hào)的頻點(diǎn)；當(dāng)環(huán)境中含有多個(gè)干擾信號(hào)時(shí)，根據(jù)信號(hào)的干擾樣式、頻率、功率、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)信息，對(duì)其威脅等級(jí)作出判斷，以此分配雷達(dá)資源，優(yōu)先處理威脅等級(jí)高的干擾，在其作用頻段內(nèi)設(shè)置掩護(hù)信號(hào)，以延長(zhǎng)干擾機(jī)的反應(yīng)時(shí)間。要求掩護(hù)信號(hào)與雷達(dá)工作信號(hào)頻率間隔大于干擾機(jī)的瞬時(shí)工作帶寬。

圖4 信號(hào)頻點(diǎn)優(yōu)化過(guò)程示意圖

2.2.3 重頻選擇

采用重頻抖動(dòng)、重頻參差等方法進(jìn)一步增加干擾機(jī)捕獲雷達(dá)信號(hào)的難度。為了便于后續(xù)的信號(hào)處理，要求回波信號(hào)盡量位于PRT的中部，因此，當(dāng)前抗干擾策略遵循此原則，根據(jù)目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離選取相應(yīng)重頻。

2.2.4 頻點(diǎn)變化序列/編碼圖案選擇

根據(jù)已選取的信號(hào)波形和雷達(dá)工作信號(hào)頻點(diǎn)，抗干擾策略遵循多樣性原則選取頻點(diǎn)變化序列和編碼圖案，此處對(duì)應(yīng)脈間捷變信號(hào)各脈沖的跳頻序列和編碼方式。

圖5 基于多判決網(wǎng)絡(luò)的抗干擾策略?xún)?yōu)化流程示意圖

3 試驗(yàn)

基于我單位自主研制的雷達(dá)原理樣機(jī)，進(jìn)行了外場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗試驗(yàn)，參試干擾機(jī)共兩部，一部為超寬帶機(jī)載電子干擾機(jī)，另外一部為無(wú)人機(jī)載干擾機(jī)。試驗(yàn)過(guò)程中超寬帶機(jī)載電子干擾機(jī)放置在載車(chē)上，位置固定，無(wú)人機(jī)載干擾機(jī)按照預(yù)先設(shè)置的航跡或者手動(dòng)操作飛行。兩部干擾機(jī)均能夠發(fā)射寬帶阻塞式、窄帶瞄準(zhǔn)式、密集假目標(biāo)等多種干擾信號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果表明，雷達(dá)對(duì)相距2km處的無(wú)人機(jī)，在各種干擾下均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤。

4 結(jié)束語(yǔ)

艦載火控雷達(dá)面臨日益復(fù)雜的電磁環(huán)境威脅，亟需提升自身的抗干擾能力。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出一種基于多判決網(wǎng)絡(luò)的抗干擾策略?xún)?yōu)化方法，能夠根據(jù)環(huán)境信號(hào)電磁頻譜分布，實(shí)時(shí)做出抗干擾決策響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，本方法可有效同時(shí)對(duì)抗多種干擾，通過(guò)合理分配雷達(dá)資源，使雷達(dá)在允許的性能指標(biāo)損失范圍內(nèi)達(dá)到抗干擾效果，具備良好的工程應(yīng)用前景。