雷达干扰装备和防空雷达的频率与距离偏移量分析
摘 要：针对雷达干扰装备和防空雷达在协同工作时面临的电磁兼容问题，考虑到雷达干扰装备和雷达的相对位置关系以及不同雷达、不同干扰、不同地形、不同目标距离等多种因素的影响，建立了雷达干扰装备和防空雷达的频率与距离偏移量模型，通过研究为实现两者的电磁兼容提供了基本依据。
关键词：雷达干扰装备；防空雷达；频率；距离；偏移量
中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.32.082
0 引言
雷达干扰装备是防空兵电子防空的主要装备，是陆军防空装备体系的重要组成部分。在组织雷达干扰装备和防空雷达协同工作时，必然要考虑两者间的电磁兼容问题。保证电磁兼容是一项复杂的任务，需要将各种组织方法、技术方法结合起来实现。其中组织方法是在各种类型的发射机和接收机之间划分频带、选择空间位置、发射机功率、接收机灵敏度等，是装备的各项战术技术指标已经固定后指挥和操作人员能够采用的主要方法。实践中，确定雷达干扰装备和防空雷达频率与距离的偏移量，是组织方法中非常重要的问题。计算两者频率与距离的偏移量，就是计算当频率差给定时，应保持的最小距离间隔；或当距离间隔给定时，应保持的最小工作频率差。最终使防空雷达接收机输入端的雷达干扰装备无意干扰功率，小于防空雷达接收机输入端允许的最大干扰功率，则防空雷达和雷达干扰装备能保证电磁兼容；大于防空雷达接收机输入端允许的最大干扰功率，则防空雷达和雷达干扰装备不能保证电磁兼容。
1 基本干信比模型
当受到雷达干扰装备施放的干扰时，防空雷达接收机输入端的干信比为：
PrjPrs=PjGjPtGt·4πγjσ·G′tGt·R4tR2j·ΔfrΔfj（1）
式中：Pj 为干扰装备的发射功率；Gj 为干扰装备天线主瓣方向上的增益；γj 为干扰信号对雷达天线的极化系数，一般取 γj=0.5；G′t 为雷达天线在干扰装备方向上的天线增益；Rj 为干扰装备与雷达之间的距离；Δfj 为干扰机带宽；Pt 为雷达的发射功率；Gt 为雷达天线主瓣方向上的增益；σ 为目标雷达散射截面积；Rt 为目标与雷达之间的距离；Δfr 为雷达接收机带宽。
若有多个干扰装备干扰功率进入雷达接收机，则干信比为：
PrjPrs=∑n=1iPrjnPrs·k（2）
式中：i 为雷达干扰装备的数量；k 为功率合成效率，根据经验，一般取 0.8。
若干扰有效，则干信比应大于等于压制系数 Kj，即：
PrjPrs=PjGjPtGt·4πγjσ·G′tGt·R4tR2j·ΔfrΔfj≥Kj（3）
压制系数是指雷达发现概率下降到 0.1 时，雷达接收机输入端所需要的最小干扰信号与雷达回波信号功率之比。即：
Kj=Pj/Pr∣∣Pd=0.1（4）
显然，压制系数是干扰信号调制样式，干扰信号质量、接收机响应特性、信号处理方式等的综合性函数。对于常规脉冲雷达、捷变频雷达、频率分集雷达等，干扰压制系数的取值一般为 3dB。即当干信比大于 3dB 时，干扰有效，防空雷达和雷达干扰装备不能保证电磁兼容；当干信比小于 3dB 时，则干扰无效，防空雷达和雷达干扰装备能保证电磁兼容。
2 雷达干扰装备和雷达的相对位置关系
在考虑雷达干扰装备和雷达的相对位置关系时，可以按四种方式计算：
一是严格按雷达和雷达干扰装备的天线方向图情况进行计算，此种方式在实际操作中较难实现。
二是采用简化的天线方向图，文献 4 给出了常用的两种简化天线方向图，可供计算参考。
三是为简化情况，将雷达干扰装备和雷达的相对位置关系分为主瓣对主瓣、主瓣对副瓣、副瓣对副瓣，副瓣对主瓣四种情况。文献 7 论述了常规、低副瓣、超低副瓣天线的相对副瓣电平和平均副瓣电平取值。文献 8 给出了常规、低副瓣、极低副瓣、超低副瓣四类天线副瓣电平的定义，指出极高增益天线留给所有副瓣的辐射功率不超过 20%，使得相对于各向同性增益的平均副瓣电平小于-7dB。常规天线的平均副瓣电平相对于各向同性增益天线的平均副瓣电平大于-3dB。可以看出，文献 9 中平均副瓣电平的取值相对文献 8 的取值偏高，笔者理解是因为文献 9 按副瓣电平峰值的平均值来取，而文献 8 是按平均副瓣电平的定义来取值。本文在文献 9 基础上取-21dB、-16dB 分别作为雷达、雷达干扰装备天线相对主瓣的平均副瓣电平进行计算。读者也可根据不同类型装备天线的具体情况进行估值。
四是在第三种情况基础上，将尾瓣作为特殊情况进行考虑，按主瓣、副瓣、尾瓣三种类型，雷达干扰装备、雷达装备两两对应，则有九种相对位置关系。
3 不同干扰情况分析
3.1 不同压制干扰类型带宽的计算
对于（3）式中 ΔfrΔfj 的计算，根据不同压制干扰的类型，可分为以下几种：
一是宽带阻塞式干扰。即干扰的频谱宽度远大于雷达接收机的带宽，一般满足：
Δfj>5Δfr（5）
若雷达在整个工作带宽中采用随机跳频，雷达干扰装备无法掌握雷达固定的频率点，则干扰频带可以覆盖整个雷达的工作频带。
二是窄带瞄准式干扰。即干扰的频谱宽度和雷达接收机的带宽在同一量级，一般满足：
Δfj =（2～5）Δfr（6）
三是窄带扫频式干扰。窄带扫频式干扰具有和窄带瞄准式干扰类似的频谱宽度，但其干扰频谱能够实现快速连续的调谐。
四是梳状窄带瞄准式干扰。雷达干扰装备可以采用数字射频存储技术，在侦察、存储多个雷达频率点基础上，发射干扰频谱呈梳状的噪声信号，并减小干扰覆盖的频率总范围，此时 ΔfrΔfj 的计算可修正为：
ΔfrΔfj=ΔfrΔf j·1m（7）
3.2 干扰功率谱特性
雷达干扰装备在整个工作频率范围内，由于发射机功放器件、天线效率等原因，导致不同频率范围的干扰功率是不一样的。可以用干扰功率谱即单位带宽内的有效干扰功率来表示此特性。由于雷达干扰装备采用的信号干扰带宽一般可以根据侦察信息灵活设置，因此，干扰功率谱特性的值也可随着干扰带宽的不同而变化。
3.3 非理想干扰信号对模型的修正
对于（3）式的计算，雷达接收机输入端接收到的干扰信号是理想中的高斯噪声。许多干扰机通过在频带上快速扫频产生宽带噪声，通过噪声调频函数使噪声信号随机化，得到全饱和输出，但与高斯噪声相比对雷达的作用效力会降低。可用噪声质量因素来衡量实际干扰信号的质量。噪声质量因素就是理想干扰信号所需的功率 Pj0 与实际干扰信号所需的干扰功率 Pj 之比，即：
η=Pj0Pj（8）
通常用实验方法来确定噪声质量因素。本文取 η=0.5 即 3dB 的效力降低进行计算。
4 不同雷达情况分析
4.1 采用脉冲压缩技术
雷达采用脉冲压缩技术后，当所有其他条件都相等时，由于匹配滤波器对宽脉冲的滤波作用，结果压制系数将增大 B 倍：
B=τsτsc·Ko（9）
式中，τs 为接收机输入端的脉冲信号宽度；τsc 为经过脉冲压缩后的脉冲信号宽度；Ko 为雷达发射脉冲宽度变宽后引起矩形参数变化的一个系数，可取值为 1.5。
4.2 脉冲积累
脉冲积累分为相干脉冲积累和非相干脉冲积累两种方式。对于脉冲多普勒、合成孔径成像等雷达的处理过程中，采用相干脉冲积累方式，参与积累的脉冲个数为 n，由于脉间不相关的噪声累积功率增加 n 倍，而信号累积功率增加为 n2 倍，因此 n 个脉冲相干积累后干信比将减小为原来的 k1 倍：
k1=1n（10）
很多传统体制雷达采用的是非相干脉冲积累，所积累的脉冲是包络检波后的视频。非相干脉冲积累的效率比相干脉冲积累低。文献 11 指出，非相干脉冲积累改善因子等于 n0.5，是根据不正确的理论和性能差的显示器得出的。非相干脉冲积累后 k1 表示为：
k1=1nr（11）
上式中 r 可近似取 0.8。
相干脉冲积累的回波数一般取雷达信号处理的最大脉冲积累处理数，而非相干雷达积累的回波数可表示为：
n=θ0.5fpθs（12）
式中，θ0.5 为雷达天线波瓣宽度；fp 为脉冲重复频率；θs 为天线扫描速度。
4.3 雷达接收机归一化频响特性
当雷达接收机没有接收到在频率上完全匹配的信号时，其接收机对于不同频率的信号具有不同响应特性，可用归一化后的输出值 k（Δf）描述此特性。不同的雷达接收机具有不同的归一化频响特性，若考虑到此特性时，则干信比将乘以 k（Δf）值。文献 3 分析了典型的低本振雷达接收机归一化频响特性。实际中，可对每部雷达的接收机归一化频响特性进行测量，得出雷达干扰装备和雷达频率偏移量 Δf 和 k（Δf）的对应关系，并采用插值的方法进行计算。考虑到雷达工作频率落在干扰带宽内外两种情况，Δf 的取值方法为：
Δf=0fj-Δfj/2≤fr≤fj+Δfj/2（fj-Δfj/2）-fr
fr<fj-Δfj/2（fj+Δfj/2）-fr
fr>fj+Δfj/2（13）
式中，fj 为干扰中心频率；fr 为雷达工作频率；Δfj 为干扰带宽。
5 地形情况的分析
以上考虑为雷达干扰装备和雷达接收机处于通视范围内，通视距离由下式计算：
Dzs=4.12×（h1+h2）（14）
式中，Dzs 为最大通视距离，单位为 km，h1 为雷达干扰装备天线高度，单位为 m，h2 为雷达接收机天线高度，单位为 m。
直视区半径 R1=0.8Dzs。若配置距离大于 R1，则雷达接收机处于干扰装备发射的无线电半阴影区、阴影区或电离层反射区，则干信比还需考虑无线电半阴影区、阴影区衰减和接收机处于电离层反射区时的传播衰减等因素，限于篇幅，本文主要分析雷达和雷达干扰装备在直视区半径范围内的情况。
6 目标距离的分析
计算时，雷达的目标距离一般取雷达对典型目标的最大作用距离，即考虑电磁兼容配置时，以不对雷达的最大作用距离造成影响为前提进行计算。也可根据防空系统对雷达作用的要求，使其作用距离满足射击条件即可。目标距离的取值满足最大开火距离，即可保证火力系统正常射击。最大开火距离根据雷达所配属的不同防空火力系统需求确定。
7 结束语
本文对雷达干扰装备和防空雷达的频率与距离偏移量进行了计算和分析，由于考虑了雷达干扰装备和雷达的相对位置关系、不同干扰情况、不同雷达情况、地形情况、目标距离情况等多种因素的影响，因此计算的结果能反映出实际效果，对于分析雷达干扰装备和防空雷达的电磁兼容问题具有一定参考和应用价值。
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作者简介：姜阳（1985-），男，黑龙江龙江人，空军预警学院硕士研究生，研究方向：信息对抗作战指挥。
作者 姜阳 余巍 罗江