基于等效RCS的有源干扰性能评估方法.pdf

2023,38(4)电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology 中图分类号:TN974 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2023)04-0001-04 引用格式:陈永森,宋广,杨蕾.基于等效 RCS 的有源干扰性能评估方法J.电子信息对抗技术,2023,38(4):1-4.基基于于等等效效 R RC CS S 的的有有源源干干扰扰性性能能评评估估方方法法陈永森1,宋 广2,杨 蕾1(1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏 扬州 225001;2.解放军 92785 部队,河北 秦皇岛 066001)摘 要:针对干扰性能评估方法和指标复杂多样、评估准确性不足的问题,提出了基于等效雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的有源干扰性能评估方法。该方法通过分析雷达受干扰部分的功率实现对干扰性能的评估,包含了干扰、雷达以及传播等多个环节的影响因素,最终以等效 RCS 作为参数对干扰性能进行量化评估。结合对压制式干扰的理论分析,通过在外场利用 RCS 测量雷达对多种干扰样式进行干扰性能测量实验和验证,表明该方法能够以较高的精度实现干扰性能的量化与评估。关键词:等效 RCS;有源干扰;干扰性能评估;评估参数DOI:10.3969/j.issn.1674-2230.2023.04.001Evaluation Method of Active Jamming Performance Based on Equivalent RCSCHEN Yongsen1,SONG Guang2,YANG Lei1(1.The 723 Institute of China Shipbuilding Industry Corporation,Yangzhou 225001,China;2.Unit 92785 of the PLA,Qinhuangdao 066001,China)Abstract:Jamming performance evaluation methods and indicators are complex and diverse,and the evaluation accuracy is insufficient.An active jamming performance evaluation method based on equivalent radar cross section(RCS)is proposed.The jamming performance is evaluated by analyzing the power of the jamming part of the radar.The influence factors of jamming,radar and propagation are included.The equivalent RCS is used as a parameter to quantitatively evaluate the jamming performance.Combined with the theoretical analysis of the suppression jamming,the jamming performance measurement experiment and verification of various jamming modes by u-sing RCS measurement radar show that this method can realize the quantification and evaluation of jamming performance with high accuracy.Key words:equivalent RCS;active jamming;jamming performance evaluation;evaluation parameters1 引 言客观定量地评估干扰机的干扰性能是电子对抗与反对抗技术研究中的关键问题1,也是干扰样式优化设计、干扰能力评估的重要依据。近年来,针对多种体制的干扰和雷达对抗和反对抗性能评估所进行的研究主要集中于评估方法的确定和指标体系的建立2。使用的方法较多3-4,如层次分析法、神经网络法、可拓学法、模糊综合法、灰色关联分析法5以及在线干扰效果评估法等6。评估的指标也复杂多样,如对有源压制干扰使用压制系数或干扰品质因子;对欺骗干扰使用雷达检测概率的变化;对警戒雷达使用1收稿日期:2022-03-22;修回日期:2022-07-22通信作者:陈永森作者简介:陈永森(1983),男,硕士,高级工程师;宋广(1976),男,硕士,高级工程师;杨蕾(1983),男,硕士,工程师。陈永森,宋 广,杨 蕾基于等效 RCS 的有源干扰性能评估方法网址:邮箱:eiwt 探测距离、发现概率、航迹质量、扇区损失度、假目标数、干扰暴露区7等多个指标;对火控雷达使用跟踪误差或脱靶量等指标进行评估。这些指标具有明显的针对性,随着雷达与对抗的多样性以及功能的不断提升,这些指标越来越难以适应干扰性能评估试验的开展和试验结果的分析。本文以直接测量雷达受干扰部分的功率进行干扰性能评估的工作原理8,结合压制式干扰的性能评估,提出了以等效雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)进行有源干扰性能评估的方法。通过外场实验获得不同种类干扰样式的等效RCS 值,实现了干扰性能的量化与排序。实验结果表明,该方法能够准确评估有源干扰的干扰性能。与现有评估方法相比,评估过程不受主观因素影响,可以为干扰样式的设计、干扰试验的影响因素分析提供评价基准。2 等效 RCS 有源干扰评估原理 以压制式干扰的干扰性能评估为例进行分析,建立如图 1 所示的典型干扰场景。干扰机对雷达实施有源干扰以提高雷达接收端的干信比,压缩雷达对目标的探测距离。图 1 典型压制干扰场景在评估干扰机的干扰性能时,常规方法是使用压制系数 K 进行表征,定义为:K=PrjPs(1)式中:Prj为进入雷达接收机的干扰功率,Ps为有用信号功率。Prj=PJGJ()AsJ4R2JBrecBj(2)式中:PJ为干扰机发射功率;GJ()为干扰机天线增益,为干扰机主瓣与雷达方向之间的夹角;As为雷达天线等效面积,自卫式干扰时 As与雷达天线有效孔径 A 相等;J为极化匹配系数;RJ为干扰机与雷达之间的距离;Bj为干扰频谱宽度;Brec为雷达接收机带宽。对雷达来说,有用信号的功率为:Ps=PTGTA(4)2R4s(3)式中:PT为雷达发射机功率,GT为雷达天线增益,为目标 RCS,Rs为雷达和目标之间的距离。考虑到干扰和雷达的天线调制 Fs,FJ,路径传播因子 JR,RT,以及电磁波的空间传播损耗L,则压制系数可以表示为:K=PJGJPTGTBrecBj4R4sR2JJF2s(S,S)F2J(J,J)2JR4RT10-0.1L(4)式中:系数 表征有效干扰功率占干扰功率的比值,即干扰功率的利用率。干扰为白噪声时,式(1)与实际吻合。然而受器件水平、干扰策略、干扰种类、雷达工作模式、参数取值等因素影响,干扰信号和白噪声差别较大,只有部分干扰信号进入雷达接收和处理系统形成有效干扰功率8。干扰功率的利用率 与干扰机、雷达以及环境等多种因素相关,理论分析和试验结果难以吻合,对干扰性能的准确评估带来了较大的难度,鉴于此,将式(4)改写为:K=J2JR4RT10-0.1L(5)其中:J=4R4sR2JPJGJPTGTBrecBjJF2J(J,J)(6)参数 J可以理解为有源干扰的等效 RCS值,其物理含义是能够进入雷达接收和处理系统的干扰功率与目标回波功率的比值。J数值越大说明进入雷达接收机的干扰功率越强,越能对雷达形成干扰,该数值可直接反映干扰机的干扰性能。理论分析时由于涉及干扰、雷达设备时域、频域、空间域的内部、外部多个环节和参数,包含了发射、接收、传播、目标特性、处理等多个部分,对这些环节的准确建模增加了复杂度,且模型参数难以全面获得,导致分析结果与试验经常出现偏差。若在被干扰雷达位置处测量干扰的等效2电子信息对抗技术第 38 卷2023 年 7 月第 4 期陈永森,宋 广,杨 蕾基于等效 RCS 的有源干扰性能评估方法RCS,则可以直接获得进入雷达接收和处理系统的干扰功率,并实现干扰性能的量化。测量过程包含了试验中的内部和外部因素,是干扰性能的最终反映。以干扰的等效 RCS 值为参数,可以通过雷达方程直接分析雷达受干扰程度,获得雷达性能的变化,如威力下降、精度恶化等。结合雷达工作参数可以获得扇区损失、干扰暴露区、检测概率变化等,对雷达受干扰程度进行进一步评估,不受雷达种类、功能、体制等因素的影响,避免了使用常规评估参数所具有的较强针对性。等效 RCS 值可以直接测量获得,不需要对试验诸多环节的准确建模以及对模型参数的全面掌握,测量过程无主观因素参与。使用高精度的RCS 测量设备还可以准确区分不同干扰样式的细微差别,为干扰样式的设计、干扰和抗干扰试验的影响因素识别提供依据。3 实验验证3.1 实验布置与背景为验证第 2 节原理和本文所提评估方法的有效性,构建如图 2 所示实验场景。干扰机向雷达方向辐射不同种类的干扰信号,通过 RCS 测量雷达测量并解算其等效的 RCS 值。其中干扰机架设在湖面上,干扰机自身及其架设平台构成反射背景;RCS 测 量 雷 达 架 设 于 岸 边,二 者 相 距11.8 km,波束主瓣相互指向对方;湖面为干扰机和雷达提供信号传播与反射路径。图 2 有源干扰等效 RCS 测量实验布置RCS 测量雷达工作频率 818 GHz,H,V 两种极化可同时测量,并经过标准反射体(RCS 为-11.5 dBm2)定标,测量精度优于 0.7 dB,定标曲线如图 3 所示。RCS 测量雷达的脉冲宽度、重复频率、处理方式等参数设置与被干扰雷达保持一致。图 3 RCS 测量雷达标定曲线评估 6 种干扰样式的干扰性能。6 种干扰样式的干扰带宽基本一致,有效辐射功率相同。常规的分析方法从有效辐射功率和干扰带宽的角度分析干扰能力,认为 6 种干扰样式具有基本一致的干扰能力。但是已有的干扰试验结果却表明只有样式 2、样式 5 可以对雷达形成较强的干扰;样式 1、样式 3、样式 6 的干扰效果稍弱;而样式 4 基本没有形成有效干扰,主要原因是系数 对干扰性能的影响较大。根据雷达受干扰程度,可将干扰样式的干扰性能区分出三个等级:样式 2、样式 5样式 1、样式 3、样式 6样式 4,但是难以进行量化,也无法对同一等级下各样式的干扰性能进行进一步排序。根据本文所提出的评估方法,开展以上干扰样式的等效 RCS 测量实验,对其进行量化和区分。为保证实验结果的准确性,RCS 测量雷达的架高与被干扰雷达保持一致,保证传播路径的影响基本相同。3.2 实验参数与结果干扰机从 T0 时刻依次向外辐射 6 种干扰样式,中心频率 9 500 MHz,干扰带宽 1 GHz,45斜极化全功率发射;测量雷达在 9 000 MHz,9 500 MHz,15 000 MHz,16 000 MHz 的4 个频率处实时测量 H,V 两种极化下有源干扰的等效 RCS,并绘制测量结果曲线。连续测量 100 s,测量结果如图 4 所示。图 4 有源干扰等效 RCS 测量结果3陈永森,宋 广,杨 蕾基于等效 RCS 的有源干扰性能评估方法网址:邮箱:eiwt 可以看出,9 000 MHz 和 9 500 MHz 频率处等效 RCS 测量结果随干扰样式的切换而变化,测量值高于背景值,各干扰样式的干扰效果明显;在15 000 MHz,16 000 MHz 频率处,干扰虽然通过雷达天线进入接收机,但和雷达工作频率差别较大,干扰释放前后,测试曲线没有发生明显变化,因此未形成干扰,测量结果主要为干扰机所在背景的 RCS。由于存在路径反射以及干扰机的底噪泄露,背景 RCS 测量值存在一定的起伏。测量值与背景值之差即为有源干扰的等效RCS,取 9 000 MHz 和 9 500 MHz 频率处的平均等效 RCS,测量结果如表 1 所示。表 1 等效 RCS 测量结果参数RCS/m2平均/dBm2RCS/m2平均/dBm29 000 MHz9 500 MHz背景H2.1V13.610.518.7样式 1H1 360.1V4 935.234.92 773.83 525.435.0样式 2H9 802.4V16 288.541.227 173.329 201.744.5样式 3H534.7V826.828.3634.3674.928.2样式 4H1.5V0.90.792.51.93.4样式 5H11 215.8V15 389.241.228 357.739 521.345.3样式 6H445.3V698.927.6678.0508.327.7通过测量结果可以发现:(1)样式 2、样式 5 的等效 RCS 值超过背景40 dB 以上,压制效果较好;而样式 1、样式 3、样式 6 超过背景约 30 dB,和样式 2、样式 5 相比,干扰性能约低 617 dB,干扰性能偏弱;样式 4 的等效 RCS 最小,H 极化不到 1 dBm2,压制效果可以忽略。(2)通过等效 RCS 测量结果可以得到干扰性能的排序,依次为:样式 5样式 2样式 1样式 3样式 6样式 4。(3)在相同有效辐射功率以及干扰带宽的条件下,干扰样式种类对干扰功率的利用率差别较大,导致干扰性能差别较大。(4)对比两种极化的等效 RCS 值可以发现,V 极化的干扰效果大都优于 H 极化。3.3 结 论通过理论和实验分析发现,基于等效 RCS 的有源干扰性能评估方法具有以下特点:(1)通过测量干扰最终的等效 RCS 对干扰性能进行量化,评估过程包含了试验过程中的各种影响因素,测量结果具有较高的可信度;(2)以较高的精度实现对干扰性能的定量描述,可以为干扰和抗干扰试验提供了第三方评价基准;(3)可以精确测量并分辨多种干扰样式在不同工作参数下的细微差别,为干扰样式的设计、干扰措施的有效性提供量化指标及检验方法;(4)评估过程客观,评估指标的可测性较强。4 结束语 本文提出了以等效 RCS 进行有源干扰性能评估的方法。通过分析形成有效干扰的影响因素,并结合外场实验验证,表明了该方法可精细反映雷达受干扰程度,实现干扰性能评估。该方法的评估结果与干扰、雷达及目标的布置相关,也与雷达类型和雷达工作方式相关,因此需要在明确以上条件后再进行评估。参考文献:1 翁鑫锦.基于机器学习的雷达干扰效能评估D.成都:电子科技大学,2016.2 武亚涛,魏耀,范鹏飞,等.基于性能评估的雷达抗干扰研究J.现代雷达,2021,43(8):36-40.3 任明秋,蔡金燕,朱元清.基于证据融合的雷达抗干扰性能多指标综合评估J.仪器仪表学报,2021,32(10):2336-2341.4 杨远志,王星,程嗣怡.基于模糊层次分析法的雷达导引头干扰效能评估J.火力与指挥控制,2016,41(10):10-14.5 张军涛,李尚生,王旭坤.基于灰色关联-模糊综合评判的雷达抗干扰性能评估方法J.系统工程与电子技术,2021,43(6):1557-1563.6 邢强,贾鑫,朱卫纲,等.基于干扰方的雷达在线干扰效果评估J.电子信息对抗技术,2018,33(6):57-62.7 姬伟杰,张筱,史巧恒.航空远距离压制干扰对雷达压制效果仿真分析J.电子信息对抗技术,2021,36(4):83-91.8 陈永森,顾兵,杨坡.基于等效高斯白噪声的压制式干扰效果评估方法J.航天电子对抗,2018,34(3):17-19.4