基于多參數聯合模糊處理的雷達輻射源威脅等級判定

孫中杰，王 聰，劉正成

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

電子對抗是現代戰爭的一種重要手段，主要包括電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾等。其中電子偵察是其他對抗手段實施的重要基礎和必要條件，而對敵方雷達輻射源的威脅排序是電子偵察的一個重要目標。傳統上對雷達輻射源的威脅排序主要有以下3步：(1)識別接收信號的特征參數，如載頻、重復頻率和脈寬等；(2)將識別出的特征參數與偵察系統識別數據庫中的既有數據進行逐一比對，若兩者匹配則將其判定為威脅目標，根據數據庫給出威脅等級；(3)若數據庫中沒有能夠與之匹配的數據，則將其判定為未知威脅目標，由操作人員人工判定其威脅等級。

在實際的現代海戰戰場上，電磁環境極其復雜，電子對抗的重要性更加凸顯，同時偵察目標的難度增加[1]。對于水面艦艇來說，末端制導導彈是一種高威脅殺傷武器。但是末制導雷達在載頻、重復頻率和脈寬等主要特征參數上與機載火控雷達和艦載火控雷達具有較大的相似性；而且敵方往往會改變末制導雷達的信號特征，造成我方數據庫失效，不能有效地對雷達輻射源進行威脅排序。由此可見，傳統的輻射源威脅等級判定方法不能很好地滿足水面艦艇的作戰需求[2]。

1 雷達輻射源模糊威脅等級判定特點

對于雷達輻射源的威脅等級，可以給出如下定義：在當前戰場條件下，作戰敵方的雷達輻射源及其提供服務的武器系統能夠對我方作戰單位造成損失或威脅能力的量化表達。從這個定義可以看出，雷達輻射源的威脅等級是一個定性概念。偵察系統截獲的雷達輻射源信號的載頻(RF)、脈寬(PW)、重頻(PRF)、方位等都能夠部分地反映雷達輻射源的威脅性。由于決定雷達輻射源威脅性的各要素都處在一個不斷變化的過程中，雷達輻射源的威脅等級判定并不是若干雷達輻射源特征參數定性或定量處理后的簡單疊加，而是將截獲的雷達輻射源特征參數進行合理的定性或定量處理后有機結合起來的分析過程。

本文提出的基于多參數聯合模糊處理的雷達輻射源威脅等級判定技術具有關聯性和模糊性，能夠有效地將影響輻射源威脅等級的各種因素有機地結合起來，同時對輻射源的威脅性進行整體評價，實現對輻射源的威脅等級判定。相較于傳統方法，這種方法能夠更加全面、準確地判定雷達輻射源的威脅等級，同時也提高了工作效率。

2 威脅性模糊綜合分析評價方法

偵察系統截獲的輻射源信號的特征參數可以從不同側面反映雷達輻射源的威脅性，各項特征參數是一個有機統一的整體，相互依賴，相互影響；因此對于雷達輻射源的威脅性評價分析，不能將這些參數單獨割裂開來進行分析評價[3]。各個特征參數的物理意義和其所表征的雷達輻射源特性都不相同，它們對雷達輻射源的威脅性分析評價的影響也不相同。在設計威脅性評價的方法時，會根據不同特征參數的影響力度不同而有所側重，因此各個特征參數的威脅性影響因子指數也不相同。

下面給出雷達輻射源威脅性等級評價方法的實現過程，如圖1所示。

圖1 雷達輻射源威脅性等級評價流程

圖1中的威脅性評價因子是指影響偵察系統對雷達輻射源威脅等級判定的因素，通常情況下威脅性判定因子有：載頻、脈寬、重頻、方位等。判定因子選取得越多，威脅性等級判定就越全面。確定威脅性判定因子后，就要對上述判定因子進行量化，從而獲得威脅性評價影響指數。量化級別越是密集，威脅性等級判定結果就越準確[4]。

2.1 建立雷達輻射源威脅性評價的分析結構

根據雷達輻射源的分析特點，將雷達輻射源威脅性判定問題分解為3個層次，依次為目標層(M層)、威脅性判定因子層(W層)和方案層(F層)，如圖2所示。

M層為評價目標層，是雷達輻射源威脅等級判定的結果，由W層的各威脅性判定因子不同程度的威脅性綜合決定。威脅性判定因子包括載頻、脈寬、重頻和方位。F層針對具體的威脅等級判定因子給出定量測試或定性評價，進而得到雷達輻射源威脅等級的判定結果。

圖2 評價因子指標

2.2 構造模糊判斷矩陣并計算威脅性判定因子權重向量

采用0～1五標度構造各威判因子對雷達輻射源威脅性影響力度，其具體內涵如表1所示。

表1 威判因子權重標度含義

根據威判因子對目標層M雷達輻射源威脅性的不同影響程度構造影響權重判斷矩陣(n為元素個數)：

(1)

根據：

(2)

將其按行求和，再根據：

(3)

進行變換得到模糊一致矩陣(n為元素個數)：

(4)

2.3 輻射源威判因子威脅隸屬度函數的確定

威脅等級的“高”與“低”是2個相互對立的模糊概念，難以利用精確的數學語言進行直觀描述，解決這一問題的有效途徑是模糊集理論。

(1) 威判因子重頻威脅隸屬度函數

輻射源的重頻w1在0.1 kHz以內時，威脅性很小，通常可以認為威脅性為0。但是當輻射源的重頻大于0.1 kHz時，輻射源的威脅性大小與重頻的數值呈正相關關系。所以，重頻的威脅性隸屬度函數可以確定為：

(5)

(2) 威判因子方位威脅隸屬度函數

通常情況下，輻射源方位w2的變化方式有3種：方位不變、方位快變和方位慢變。輻射源方位不變，在大多數情況下表示作戰敵方雷達已跟蹤到我方目標，因此其威脅性最大隸屬度函數值取1；輻射源方位快速變換通常是敵方機載目標對我方目標進行搜索，其威脅性較大隸屬度函數值取0.8；輻射源方位慢變通常是敵方艦載目標對我方目標進行搜索，其威脅性較小隸屬度函數值取0.6。所以，方位的威脅性隸屬度函數可以確定為：

(6)

(3) 威判因子脈寬威脅隸屬度函數

雷達輻射源的脈沖寬度值w3與其威脅性呈負相關關系，脈沖寬度越小對應輻射源的威脅性越大，脈沖寬度越大對應輻射源的威脅性越小。所以，方位的威脅性隸屬度函數可以確定為：

(7)

(4) 威判因子載頻威脅隸屬度函數

一般情況下，輻射源的載頻w4包括15,10,6,3和1.4 GHz 5個范圍。其中載頻為15 GHz和10 GHz的輻射源威脅性最高，其隸屬度函數取值1；載頻為6 GHz和3 GHz的雷達輻射源威脅性較高，其隸屬度函數取值0.7；載頻為1.4 GHz的雷達輻射源威脅性較低，其隸屬度函數取值0.4。所以，方位的威脅性隸屬度函數可以確定為：

(8)

2.4 構造多參數聯合威脅性評價網絡

記威脅性評價矩陣為Φ(w)=diag{μ(w1)μ(w2)μ(w3)μ(w4)}，則各威判因子對于目標層M的評價比例向量V(w)=IB·Φ(w)。將目標層M的評價比例向量的元素對應到坐標軸上，形成一個如圖3所示的評價網絡。由于不同的威判因子對威脅性等級判定的影響大小不同，因此在實際評價過程中圍成的四邊形具有不規則性。計算出實際圍成的四邊形面積S(V)即為雷達輻射源的威脅性綜合評價指數。

圖3 威脅性評價網絡

按照雷達輻射源威脅性綜合評價指數的大小，來判定雷達輻射源威脅等級。在實際偵察系統中，輻射源威脅等級按照威脅性由高到低被劃分為一級、二級和三級，其具體劃分標準為：

(9)

其中0.75是依據火控雷達參數計算出的報警最小值，0.45是依據艦載機搜索雷達的參數計算得到的。

3 應用舉例

偵察系統收到3批輻射源信號r(r=1,2,3)，它們的重頻(w1)、方位(w2)、脈寬(w3)和載頻 (w4)的參數值如表2所示。

表2 輻射源特征參數表

運用論文中提出的方法，對這3批目標的威脅等級進行判定，首先確定這3批信號的威判因子隸屬度μ(w1)，μ(w2)，μ(w3)，μ(w4)，其具體數值如表3所示。

表3 威判因子隸屬度表

根據V(w)=IB·Φ(w)，計算出輻射源信號的評價比例向量如下：

將V(w1)，V(w2)，V(w3)的元素對應到多參數聯合威脅性評價網絡中，得到的雷達輻射源威脅性評價網絡如圖4所示。

根據雷達輻射源威脅性評價網絡，通過計算得出3批信號對應的雷達輻射源威脅性綜合評價指數S(Vr1)=1.06，S(Vr2)=0.79，S(Vr3)=0.47，結合式(9)可以判定第1批目標威脅等級為2級，第2批和第3批目標威脅等級均為3級。

4 結束語

本文在常規輻射源威脅等級判定方法的基礎上結合模糊數學理論，優化了威判因子的權重計算方法，提出了新的威脅等級判定方法。該方法對威判因子的模糊性和關聯性都進行了有效處理，使威脅等級判定結果的準確性和可靠性得到了改善，為雷達輻射源的威脅等級判定提供了新的有效途徑。

圖4 雷達輻射源威脅性評價網絡