雷达扇区静默精细化设置研究

刘　浩　陶松波　孟藏珠　孟藏珍

(1.空军参谋部电子对抗雷达局　北京　100032；2.驻上海航天局804所军代室　上海　201109；

0　引言

雷达是探测海面、空中和地面目标的重要手段之一，在战争和空防中扮演着极其重要的角色。随着高科技武器的迅猛发展以及作战样式的不断变化，雷达作为获取敌方信息的主要装备，不仅承担了发现和跟踪多种目标的重任，并且所处的环境也变得越来越复杂，受到的威胁也越来越多，在其发展中一直面临“四抗”的威胁[1-2]。纵观近年来的战争，我们可以看出，雷达作为战争的“眼睛”，它是敌方的重点打击对象，只有确保了雷达在战场上的生存力，我们才不会在战争中变成“盲人”受制于对手，同样也不会出现任人宰割的局面。所以增强这双“眼睛”的生存能力就变成了各国军方所追求的重点。

对于现代战争中电子侦察和反辐射导弹的威胁[3-6]，对雷达的威胁日益严重。雷达侦察是为了取得雷达对抗所需情报而进行的电子对抗侦察。通过对敌方雷达发射的信号搜索、分析、截获和识别，从而查出敌方雷达的脉冲宽度、工作频率、天线扫描方式、脉冲重复频率、天线方向图和扫描速率，以及敌方雷达的类型、位置等。无论战时还是和平时代，敌对方从未停止过对对方雷达的侦查。针对此问题，雷达一般采取扇区静默的方式进行对抗。但在实际应用中，对于雷达扇区静默的使用较为粗略，并没有一个明确的设置准则，对其大小如何设置没有依据，这极大限制了雷达扇区静默的效果。更有甚者，操作员因担心静默扇区设置不合理发生漏情而放弃使用雷达扇区静默，这严重影响了雷达性能发挥。针对上述问题，本文讨论了雷达扇区静默精细化设置方法。

1　扇区静默设置原理

扇区静默设置的理论依据是根据侦察机接收到雷达的电磁波功率与其接收机本身的灵敏度相对比，当侦察机接收机接收雷达的信号功率大于等于接收机灵敏度时，我方雷达即被敌方侦察机发现；当侦察机雷达接收机接收的信号功率小于接收机灵敏度时，则我方雷达未被敌方侦察机发现。所以对于扇区静默设置理论依据是通过对侦察接收机接收到雷达信号的强度，通过与其灵敏度的比较来确定的。

具体公式推导如下。假设R为雷达到侦察机之间的距离,λ为雷达工作波长,Pt为雷达发射功率,Gt为雷达天线增益,Gr为侦察机接收天线增益,L为极化失配损耗和信号传输损耗,Prmin为侦察机接收机灵敏度。则雷达从天线发射出去的功率为

P=PtGt

(1)

由于雷达在发射电磁波后，在空间中形成一个球面，向四周辐射，所以侦察机天线处雷达信号的功率密度为

(2)

考虑雷达侦察机接收天线与雷达天线极化损耗以及信号传输损耗，则侦察机天线处雷达信号的功率密度由式(2)改为

(3)

假设侦察机接收天线有效面积为Ar，那么Ar表示为：

(4)

则侦察机接收到的雷达信号功率Pr为

(5)

而侦察接收机灵敏度也就是接收机能侦察到雷达信号功率Pr的最小值，此时对应两者之间的最大距离，所以侦察接收机灵敏度可表示为

(6)

所以，雷达扇区静默设置的理论根据可表示为

θ静默扇区={θ|Pr≥Prmin}

(7)

其中，Pr为方位角θ内雷达信号被侦察机接收到的功率。

由式(7)可以看出：当敌方侦察机能成功侦察我方雷达信号则需要开启雷达扇区静默；反之，则看作敌方侦察机侦察失败，雷达可正常工作。

2　扇区静默精细化设置模型

在雷达探测过程中，雷达天线是以固定速度顺时针或逆时针旋转的。为讨论方便，假定雷达是顺时针转动。相对于雷达来说，侦察机的天线波束指向雷达方向，可认为是不转动的，所以在探测过程中雷达的波瓣与侦察机的波瓣会周期对准。根据侦察过程，所以扇区静默精细化设置本主要考虑以下三种情况：

1)雷达副瓣与侦察机雷达主瓣对准

该情况下是当雷达进行过旋转扫描时，我方雷达波瓣会与敌方侦察机的雷达波瓣对准，当我方雷达第一副瓣对准敌方侦察机第一副瓣时(雷达天线、侦察机天线一般情况下其他副瓣电平较低，不予考虑)，敌方接收机接收到的信号小于敌方侦察机雷达接收机灵敏度，所以没有被发现。接着是我方雷达第一副瓣对准敌方侦察机的雷达主瓣，假设此时敌方接收机接收到的信号大于敌方侦察机雷达接收机灵敏度，则被敌方侦察机发现。此时波瓣对准情况，如图1所示。

图1　雷达副瓣与侦察机主瓣对准示意图

由于此时满足侦察条件，敌方雷达能侦察到的我方雷达波瓣第一副瓣的信号，根据式(7)可知，此时雷达扇区静默角度的大小为雷达第一副瓣中心与雷达主瓣中心的夹角2倍，即

θ静默扇区={θ|雷达两第一副瓣之间的夹角}

(8)

2)雷达主瓣与侦察机雷达副瓣对准

该情况下是当雷达进行过旋转扫描时，我方雷达波瓣会与敌方侦察机的雷达波瓣对准，在图1所示情况下不能被对方侦察机雷达所发现，那么雷达波瓣继续转动。当雷达主瓣与侦察机雷达第一副瓣对准的情况下，假设此时敌方接收机接收到的信号大于敌方侦察机雷达接收机灵敏度，即被敌方侦察机发现。那么该时刻雷达与侦察机波瓣对准情况如图2所示。

图2　雷达主瓣与侦察机第一副瓣对准示意图

由于此时满足侦察条件，我方雷达波瓣主瓣信号能被敌方侦察机雷达第一副瓣有效探测到。所以雷达扇区静默角度的大小为敌方侦察机雷达的第一副瓣中心与其主瓣中心的夹角2倍，即

θ静默扇区={θ|侦察机天线两第一副瓣之间的夹角}

(9)

3)雷达主瓣与侦察机雷达主瓣对准

该情况下是当雷达进行过旋转扫描时，我方雷达波瓣会与敌方侦察机的雷达波瓣对准，在图1和图2所展示的情况下都不能被对方侦察机雷达所发现，那么波瓣继续转动。当雷达主瓣与侦察机雷达主瓣对准的情况下，此时敌方接收机接收到的信号功率大于敌方侦察机雷达接收机灵敏度，即被敌方侦察机发现。该时刻波瓣对准情况如图3所示。

图3　雷达主瓣与侦察机主瓣对准示意图

由于此时满足侦察条件，只能是我方雷达主瓣与敌方侦察机雷达主瓣接触时才能被发现。所以雷达扇区静默角度的大小为两者主瓣宽度大的一方的主瓣宽度，即

θ静默扇区={θ|max(θ雷达，θ侦察机)}

(10)

其中，θ雷达为雷达天线主瓣宽度，θ侦察机是侦察机天线主瓣宽度。

3　仿真实验

实验中假设某雷达的参数如表1所示。在具体实验中，由于要考虑部分参数变化时扇区静默设置变化情况，因此表中部分数据会根据实验情况具体调整。

表1　雷达主要参数设置

由于国外侦察机的相关参数数据无法获得，所以实验所用侦察机的相关参数是结合雷达数据给出的仿真参数，假设国外侦察机的相关参数数据如表2所示。在具体实验中，由于要考虑部分参数变化时扇区静默设置变化情况，因此表中部分数据会根据实验情况具体调整。

表2　侦察机主要参数设置

实验一：讨论侦察天线主瓣增益变化时的情况。

除侦察机天线主瓣增益外，侦察机、雷达参数如表1、表2所示。当侦察机的主瓣增益为15dB、20dB、30dB变化时，仿真实验结果如图4所示。

图4　侦察机的主瓣增益变化时仿真效果图

由仿真结果可以看出：当侦察机天线主瓣增益不同时,雷达反侦察时静默扇区大小的设置是有区别的。从图4可以看出,当主瓣增益为15dB时，雷达与侦察机距离在300km以外，只需要将静默扇区大小设为14°，而到300km以内则需要扩大静默扇区为18°。而当侦察机主瓣增益增大时，则需要向大调整静默扇区的距离向外推，从图中来看，当侦察机主瓣增益增大到20dB时，在雷达尚未发现侦察机时即要调整到18°,这时需要借助技侦情报支持，告知侦察机与雷达的距离，以方便反侦察。当侦察机主瓣增益增大25dB时，同理。图中给出的值比式(8)、(9)、(10)计算的值要大，是因为在仿真中适量扩大了静默扇区大小，以增加反侦察的可靠性,下面实验中此情况相同。

实验二：讨论雷达发射功率变化时的情况

除雷达发射功率外，侦察机、雷达参数如表1、表2所示。当雷达发射功率为15kW、20kW、变化时，仿真实验结果如图5所示。

图5　雷达功率变化时仿真效果图

由仿真实验结果可以得出随着雷达功率的增大，雷达扇区静默角都在相同距离时会随之增大。当雷达发射功率位15kW时，在距离500km处向外静默扇区大小可设置为14°，而往里则需要设置为18°；相比于雷达发射功率为20kW时，静默扇区大小调整距离缩小了100km。实验中距离没有完全衔接是由于距离离散取值所致。

实验三：侦察机灵敏度变化时的情况

除侦察机的接收机灵敏度外，侦察机、雷达参数如表1、表2所示。当雷达发射功率为15kW、20kW、变化时，仿真实验结果如图6所示。

图6　侦察机的灵敏度变化时仿真效果图

由仿真实验结果可以看出，随着侦察机灵敏度的提高，雷达扇区静默角都在相同距离时会随之增大。从图6中可以看出，在侦察机接收机灵敏度为-60dBm时，当距离小于等于150km时，扇区静默的角度要设置为18°；当距离在200km至600km时，此时扇区静默的角度应该设置为14°；当距离大于650km时，此时扇区静默的角度应该设置为8°。而侦查接收机灵敏度提高到-70dBm时，在550km以内扇区静默的角度就需要设置为18°；当距离大于550km时，此时扇区静默的角度应该设置为14°。实验中距离没有完全衔接原因同上文。

从上述实验可以看出，对于雷达扇区静默功能的使用，要最大化发挥其反侦察的能力，同时兼顾发挥雷达的探测性能，需要根据雷达和侦察机的参数，以及两者之间的距离来科学调整静默扇区的大小。

4　结束语

现在信息化条件下的战争，雷达将面临重大挑战，工作环境日益复杂。为了应对敌方侦察，同时担负空中警戒任务，需要采用扇区静默的功能。而现有雷达上对于该功能的使用缺乏科学的指导，实际运用操作性差。为解决此问题， 本文研究了扇区静

默的精细化设置方法，考虑了雷达和侦察机的系统参数，结合侦察机侦察工作过程，详细讨论了静默扇区大小设置的方法，为实际作战中此功能应用提供了科学参考。若将此功能嵌入雷达装备，加载敌方侦察机参数，即可实现扇区静默自动设置实现反侦察，减少中间的人工环节，可提升雷达扇区静默效率。雷达扇区静默设置的精细化、自动化必将是今后雷达反干扰的趋势。