基于雷达探测距离的舰艇编队有源协同压制干扰效能分析

时间：2024-05-20

成伽姜宁安永超李海娇

（1.中国人民解放军海军大连艇学院研究生管理大队，辽宁大连116018；中国人民解放军2.海军大连艇学院信息作战系，辽宁大连116018；3.中国人民解放军解放军92270部队，山东威海264200；4.中国人民解放军解放军92841部队，广东汕头515074）

0 引言

有源协同干扰方法指编队内各舰有源干扰之间协同使用，提高编队整体干扰效果。编队有源干扰中的压制干扰协同，主要是由于现有的单舰干扰资源功率有限，在对远程雷达实施压制干扰时，效果不明显。此外，针对单舰实施的自卫式压制干扰，敌方可能通过干扰机的方向来判断我方舰艇的方位。以多艘舰艇协同对敌方雷达实施压制干扰，对每部干扰机的功率要求不会太大，敌方雷达也无法根据干扰扇面中心线来判断我编队舰艇的方位[1]。

警戒雷达的探测距离，是衡量雷达系统性能的重要指标。当雷达遭受电子干扰时，探测距离将大大减小，无法察知远距离上的威胁目标，从而使雷达探测目标的能力遭受损失[2]。

本文借助雷达在受干扰条件下的探测距离损失来度量编队协同压制干扰的效能，通过仿真，对比具备不同干扰功率的舰艇在不同的协同方式下，对雷达探测距离的影响，得出编队在实施有源协同压制干扰时，提高使用效能的方法结论。

1 舰艇编队有源协同压制干扰模型建立

假设舰艇编队由三艘驱护舰组成，队形为人字队，队列角为120°，舰间距为30cab[3]。舰艇编队有源协同压制干扰的作战态势如图1所示：

雷达以天线主瓣方向指向前哨舰，干扰机以天线的主瓣指向雷达。当干扰机与被掩护目标没有配置在一起时，干扰能量通常从雷达天线的旁瓣进入雷达。

参数说明：

Rj1：干扰机1至雷达的距离；Rj2：干扰机2至雷达的距离；Rt：前哨舰至雷达的距离;H：雷达距海平面的高度；θ1：干扰机1与雷达天线主瓣方向的夹角；θ2：干扰机2与雷达天线主瓣方向的夹角。

1.1 到达雷达接收机的目标回波信号功率

在雷达遭受电子干扰的情况下，雷达接收机将同时接收到两个信号：目标回波信号和干扰信号。因为Rt>>H，在本文计算中，忽略H值。

其中目标回波信号功率为[4]：

参数说明：

Pt：雷达的发射功率；Gt：雷达主瓣方向增益；λ：雷达信号波长；σt：前哨舰的有效反射面积。

1.2 进入雷达接收机的干扰信号功率

第i艘舰艇的干扰机进入雷达接收机的干扰信号功率为：

参数说明：

Pji：第i部干扰机发射功率；Gji：第i部干扰机天线增益（主瓣方向）；R2ji：第i部干扰机至雷达的距离；rji：第i部干扰机干扰信号对雷达天线的极化损失；λ：雷达信号波长；θi：第i部干扰机与雷达天线主瓣方向的夹角；G′t（θi）：雷达在干扰机方向上的增益。

由G′t（θi）与θ的经验公式

式中：

Gt：雷达天线主瓣方向上的增益；θ0.5：雷达天线波瓣宽度；K：常数，取0.04～0.10。对于高增益锐方向天线，K取大值，即取K=0.07～0.10；对于波束较宽、增益较低的天线，K取小值，即取K=0.04～0.06。

根据干扰信号在雷达接收机进行功率叠加的原理[5]：

2 雷达探测距离的计算[2]

2.1 无干扰条件下雷达探测距离计算

当雷达接收机接收到的目标回波功率Pr刚好等于最小可检测信号功率Prmin时，雷达有最大探测距离：

式中Prmin为雷达从噪声背景中检测信号的门限电平。

在雷达未受到电子干扰时，只要

就可满足雷达系统正常工作的需要。

式中，Pso为雷达接收机线性部分输出端信号功率，Pno为雷达接收机线性部分输出端噪声功率，D为雷达识别系数（检测因子），是雷达终端设备检测信号所必需的最小接收机输出信噪比。

则雷达接收机最小可检测信号功率：

式中K为波尔兹曼常数，T为用绝对温标应量的环境温度，Bn为雷达接收机等效噪声带宽，F为雷达接收机噪声系数。

以上讨论的是雷达发射一个脉冲信号，考虑到实际脉冲积累对探测距离的影响，信噪比能提高到原来的倍[6]。所以

一般，雷达接收机等效噪声带宽与接收机3分贝带宽基本相等，Bn≈Br将（7）带入（5），有：

式（8）是雷达未遭受有源电子干扰时的最大探测距离基本关系式。

2.2 有干扰条件下雷达探测距离计算

当雷达受到电子干扰时，雷达接收机线性部分除存在热噪声功率外，还有电子干扰信号功率，则接收机总噪声功率为：

Pni=KT Bn+Prj≈KT Br+Prj（9）

假设雷达接收机接收到的目标回波信号功率为Pr，则接收机线性部分输出端的信噪比成为：

雷达终端设备需要满足：

在受到有源电子干扰的情况下，雷达接收机最小可检测信号功率Prmin为：

一般情况下，到达雷达接收机的干扰功率远大于热噪声功率，即：Pij>>KTBr，则，带入式（5）可得雷达在受到有源电子干扰时的最大探测距离是：

3 算例及仿真

假设我舰艇编队在海上与敌遭遇，侦察到敌搜索雷达信号后，我编队对其搜索雷达实施有源协同压制干扰。干扰态势如图1所示。

舰艇编队多为混合编队，目的为提高编队的整体作战能力，假设各仿真参数如下：

敌某型警戒雷达的性能参数为：

我实施干扰的舰艇1干扰机的性能参数为：

实施干扰的舰艇2干扰机的性能参数为：

为计算方便，取Rt=Rj1=Rj2=200km；前哨舰RCS值σ=15000m2；K=0.05；

实施干扰的舰艇队列角为120°（即干扰机与雷达天线主瓣方向的夹角θi=60°）。

为对比干扰效果，分以下几种情况进行仿真计算：

3.1 无干扰条件下雷达探测距离计算

由式（5）可得，在无干扰条件下，雷达的探测距离Rmax=276km。

3.2 单舰干扰下雷达探测距离计算

假设由舰艇1单独对雷达实施有源压制干扰，将干扰机1的性能参数及雷达参数带入式(12)得：Rmaxj1=61km。

假设由舰艇2单独对雷达实施有源压制干扰，将干扰机2的性能参数及雷达参数带入式(12)得：Rmaxj2=73km。

对比Rmaxj1及Rmaxj2数值可知，在距雷达相同距离及角度的情况下，干扰功率及干扰增益大的干扰机对雷达的干扰效果更好。

3.3 双舰干扰下雷达探测距离计算

假设舰艇1、舰艇2同时对雷达实施有源协同压制干扰，将两部干扰机参数及雷达参数带入式（4）、式（12）可得，Rmaxj=55km。对比Rmaxj、Rmaxj1、Rmaxj2数值可知，两部干扰机协同对雷达实施压制干扰的效果好于单部雷达实施干扰的效果。

以上均是在初始状态下，单舰或双舰协同对雷达实施有源压制干扰时，对雷达最大探测距离进行了计算。

由雷达在受到有源电子干扰时的最大探测距离公式，式（12）可知，在雷达、及干扰机性能参数不变的情况下，雷达最大探测距离Rmaxj主要取决于进入雷达接收机的干扰信号合成功率值Pij。由式（2）、（3）、（4）可知，进入雷达接收机的干扰信号功率主要取决于θi值，且与θi值成反比。

为得到更大的干扰信号合成功率，取得更好地干扰效果，令舰艇进行机动干扰。

分以下两种情况进行仿真计算：

3.4 单舰机动干扰下雷达探测距离计算

假设两艘舰艇同时对雷达实施有源协同干扰，其中一艘舰艇保持120°队列角，另一舰艇逐步扩大队列角。合成功率值随θ的变化如图2所示：

图中实线为舰艇2保持120°队列角（即干扰机2与雷达天线主瓣方向的夹角θ2保持60°），舰艇1逐渐扩大队列角（即干扰机1与雷达天线主瓣方向的夹角θ1逐步减小）时，合成功率随θ1的变化。

虚线为舰艇1保持120°队列角（即干扰机1与雷达天线主瓣方向的夹角θ1保持60°），舰艇2逐渐扩大队列角（即干扰机2与雷达天线主瓣方向的夹角θ2逐步减小）时，合成功率随θ2的变化。

由图2可以看出，在一艘舰艇保持120°队列角的情况下，随着另一艘舰艇干扰机与雷达主瓣方向的夹角逐渐变小，合成功率逐渐增大。在干扰机与雷达天线主瓣方向夹角为10°左右时，合成功率数值增速较快。在θ1=10°，θ2=60°时，对应的雷达最大探测距离Rmaxj=25Km。在θ1=60°，θ2=10°时，对应的雷达最大探测距离Rmaxj=29km。