對搜索雷達的噪聲壓制干擾效果評估

張 磊，熊 波

(海軍航空工程學院 a.研究生管理大隊;b.兵器科學與技術系，山東 煙臺 264001)

噪聲壓制干擾就是利用噪聲干擾信號遮蓋或淹沒有用信號，使敵方接收機的信噪比大大下降，難以檢測出有用信號的一種有源干擾方式。根據干擾信號中心頻率、干擾帶寬、被干擾設備接收機中心頻率、接收機帶寬之間的關系，可分為瞄準式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾［1］。

影響噪聲壓制干擾效果的因素很多，包括:雷達功率、噪聲功率、噪聲帶寬、接收機帶寬、干擾噪聲樣式、雷達虛警概率、雷達信號處理方式等。噪聲壓制干擾效果評估準則包括功率準則和效能準則［2-4］。效能準則是功率準則在現實作戰環境下的一種概率反映，兩者實質是相同的。因此，噪聲壓制干擾效果評估的基本準則仍然是功率準則。而功率準則中的眾多指標之間有怎樣的關聯，如何進行選取，就是噪聲壓制干擾效果評估要解決的主要問題。

1 噪聲環境下的雷達目標檢測

1.1 有源干擾條件下的雷達方程

雷達接收到目標功率為

其中:Pt為雷達發射功率;G 為雷達天線增益;λ 為雷達波長;σ 為目標雷達反射面積;R 為目標距離。

雷達接收干擾信號功率為

其中:Pj為干擾機功率;Gj為干擾機天線增益;Gr＇為雷達天線對準干擾機方向的增益;Rj為干擾機機距離雷達距離;Δf為雷達接收機帶寬;Δfj為干擾信號帶寬。

在自衛干擾的條件下，Rj=R，G'r=Gr，σj=σ。

為了發現目標，要求Pr/Prj足夠大，并達到檢測所需要的信雜比(Pr/Prj)s，此時對應的作用距離為雷達的最大作用距離

從式(3)可以看出，雷達最大作用距離與最小可檢測信雜比有關。因此，問題的關鍵在于如何確定最小可檢測信雜比。

1.2 恒虛警雷達檢測

通常，加到接收機中頻濾波器上的噪聲是寬帶高斯噪聲，其概率密度函數為

高斯噪聲通過窄帶中頻濾波器后加到包絡檢波器，輸出端概率密度函數為

其中r 為檢波器輸出端噪聲包絡的振幅值，其概率密度函數是瑞利分布的。

現代雷達系統的信號檢測通常采用奈曼—皮爾遜準則:將虛警概率約束在一指定常數范圍內的情況下，使檢測概率達到最大［5］。

虛警概率為

其中UT為檢測門限電平。

可進一步得到

可見，在噪聲功率一定的情況下，檢測門限由虛警概率唯一確定。

假設振幅為A 的正弦信號同高斯噪聲一起輸入到中頻濾波器，包絡檢波器輸出包絡的概率密度函數為［6］

其中I0(z)是零階修正貝賽爾函數

發現概率Pd為

從式(10)可以看出，雷達發現概率是虛警概率、信號功率、噪聲功率、噪聲樣式的函數;結合雷達方程，信號功率與目標特性、雷達性能參數有關，而噪聲功率與干擾機功率、目標距離有關。當雷達參數、干擾機參數確定以后，恒虛警條件下的雷達發現概率就是目標距離的函數。當發現概率Pd=0.1 時對應的距離，就是干擾吊艙的燒穿距離，也稱作最小有效干擾距離或雷達的自衛距離，實際上都是一個概念。

2 對搜索雷達的噪聲壓制干擾效果評估

與噪聲壓制干擾效果評估有關的指標主要包括:

1)壓制系數。搜索狀態下雷達發現概率Pd下降到Pd=0.1 時，對應的干擾/信號功率比即為壓制系數。壓制系數可以用來比較各種干擾信號的優劣，壓制系數越小，表明對雷達的有效干擾所需的干擾信號功率越小，說明干擾效果越好。由于壓制系數僅考慮了干擾信號與目標回波信號之間的關系，因此用它來衡量干擾機的干擾性能不全面。

2)檢測因子。檢測因子是指滿足所需檢測性能(以檢測概率Pd和恒虛警概率Pfa表征)時，檢波器輸入端單個脈沖需要達到的最小信號/干擾功率比。檢測因子與所需要滿足的檢測性能、雷達脈沖積累方式有關，與具體信號無關，也無法用來對干擾機的干擾效果進行全面評估。

3)雷達最大作用距離。雷達最大作用距離是指雷達滿足所需檢測性能時，對應的作用距離。該指標一般用來描述雷達在考慮接收機熱噪聲的情況下，對目標的最大探測距離。

4)雷達發現概率。雷達發現概率是指在滿足一定的恒虛警條件下，雷達的檢測出目標信號的概率。雷達發現概率與干擾信號、目標回波信號、雷達信號處理方式有關，可以反映干擾機的干擾效果。但發現概率是隨目標和干擾機距離變化，作為干擾效果評估指標描述起來不方便。

5)燒穿距離。雷達最小作用距離是指雷達檢測概率下降到Pd=0.1 時，對應的作用距離，該距離是在壓制干擾的情況下，雷達能夠發現目標的最大作用距離，也稱作最小有效干擾距離或雷達的自衛距離。

搜索雷達的主要功能是探測發現目標，其主要性能指標是雷達探測距離。通過以上分析可以看出，燒穿距離能比較全面地描述噪聲壓制干擾效果，在噪聲壓制干擾的條件下燒穿距離就是雷達的最大作用距離。因此，選取燒穿距離作為噪聲壓制干擾的評估指標，既符合功率準則，又能反映搜索雷達的主要功能。

3 計算機仿真

假設載機采用自衛干擾，干擾信號樣式為射頻噪聲干擾。雷達功率為1 MW，干擾機功率為200 W，雷達天線增益為20 dB，干擾機天線增益為15 dB，雷達接收機帶寬為1 MHz，干擾機帶寬為100 MHz，脈沖積累數為20，目標雷達反射面積為20 m2，雷達恒虛警概率為10-6。

1)采用遠距離支援干擾

采用遠距離支干擾時，假設干擾機距離為50 km，干擾機對準雷達主瓣方向，計算得到恒虛警檢測的門限電平為0.297 mV。

雷達接收機信雜比隨距離變化關系如圖1 所示。

雷達發現概率隨目標距離變化如圖2 所示。

從圖1、圖2 可以看出，干擾機對雷達的最小有效干擾距離為13.3 km，對應的信雜比為2.5 dB。

圖1 信雜比隨目標距離變化情況

圖2 雷達發現概率隨目標距離變化情況

2)采用自衛干擾

采用自衛干擾時，門限電平隨距離的變化關系如圖3所示。

圖3 恒虛警門限電平隨距離變化情況

雷達接收機信雜比隨距離變化關系如圖4 所示。

圖4 雷達接收機信雜比隨距離變化情況

在恒虛警條件下，采用自衛干擾時，雷達發現概率隨距離的變化關系如圖5 所示。

圖5 雷達反現概率隨距離變化關系

從圖4、圖5 可以看出，干擾機對雷達的最小有效干擾距離為3.6 km，對應的信雜比為2.5 dB。

4 仿真結果分析

從仿真結果可以看出:

1)不管是遠距離支援干擾還是自衛干擾，在滿足恒虛警概率的條件下，當雷達發現概率為0.1 時對應的信雜比都是2.5 dB，說明壓制系數或檢測因子是相同的。如果采用壓制系數或檢測因子作為干擾效果評估指標就無法反映真實的干擾效果。

2)2 種干擾方式下，雷達發現概率都是隨目標和干擾機距離變化的，也不適合作為干擾效果評估指標。

3)2 種干擾方式對應的燒穿距離不同，自衛干擾的燒穿距離要小于遠距離支援干擾的燒穿距離，這顯然是符合客觀實際的。因此采用燒穿距離作為干擾效果評估指標，能比較準確地反映出噪聲干擾下雷達探測能力的下降程度。

5 結束語

本文對噪聲壓制干擾條件下雷達目標檢測原理及其相關指標進行了詳細分析，最終選取雷達燒穿距離作為搜索雷達的噪聲壓制干擾效果評估指標，既符合功率準則，又能描述搜索雷達的主要性能。通過對遠距離支援干擾和自衛干擾2 種情況下噪聲壓制干擾效果進行計算機仿真，驗證了理論分析的正確性。

［1］趙惠昌，張淑寧.電子對抗理論與方法［M］.北京:國防工業出版社，2010:63-70.

［2］賀志強，趙鋒，趙幫緒，等.噪聲干擾下雷達目標檢測概率計算模型研究［J］. 現代防御技術，2012，40（1）:119-123.

［3］唐政，高曉光，張瑩.機載自衛有源壓制干擾效果評估模型研究［J］. 系統工程與電子技術，2008，30（2）: 236-239.

［4］丁一，李小寧，楊志祥，等.電子對抗中噪聲干擾效果評估［J］.艦船電子對抗，2009，32（6）:40-42.

［5］Mark A.Richards.Fundamentals of Radar Signal Processing［M］.北京:電子工業出版社，2010:221-222.

［6］丁鷺飛，耿富錄，陳建春.雷達原理［M］.北京:電子工業出版社，2011:222-232.