摘 要：針對相控陣雷達技術引起的射頻信號復雜多變的問題，提出一種基于對雷達射頻信號進行動態(tài)信號級仿真的雷達偵察數(shù)據(jù)分析方法。對典型相控陣雷達系統(tǒng)應用的相控陣雷達技術進行了分析，并運用Matlab 7.0仿真工具軟件對相控陣雷達射頻信號進行了實時信號級仿真，獲得了射頻信號模型，分析了相控陣技術對電子情報偵察的影響。
關鍵詞：相控陣；電子情報；偵察；雷達射頻信號
0 引 言
現(xiàn)代電子技術在軍事斗爭及武器裝備的廣泛應用，使得爭奪電磁頻譜的主動權，即制電磁權，成為現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭的最明顯特征。制電磁權的基礎為電子情報的偵察與分析。傳統(tǒng)的電子情報處理方法為計算機與專家系統(tǒng)相結合的半自動處理方式，全自動處理的情報虛警率較高。對于相控陣雷達的高變化，偽隨機變化射頻信號，此種方法速度低、精度差，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭對電子情報的需要。利用仿真工具對相控陣雷達進行信號級仿真，能夠獲得電子情報偵察接收機的實際接收信號模型；能夠有效提高電子情報處理的分析速度和精度，尤其相控陣雷達的多變發(fā)射的方式、偽隨機變化的射頻信號發(fā)射參數(shù)對于電子情報偵察的影響，此方法效果較好。
1 影響電子情報因素分析
1.1 電子情報的意義與內容
廣義的電子情報是指從感興趣的信號截獲的信息，其信號為任何非通信輻射信號。狹義的電子情報特指對雷達系統(tǒng)發(fā)射的信號進行觀測的結果，目的是獲得有關雷達的各類信息。文中的電子情報即指后者。電子情報的價值在于能夠及時提供有關威脅系統(tǒng)(如引導飛機或導彈飛向目標的雷達)的信息，也能夠提供有關防御系統(tǒng)的信息和為電子進攻提供重要的情報。電子情報依據(jù)用途可分為兩大類：雷達電子偵察情報和電子支援情報。雷達電子偵察情報是指根據(jù)偵收到的雷達裝備的射頻信號經(jīng)過信號處理和數(shù)據(jù)處理所獲得的雷達裝備信息。電子支援情報通常是指地方雷達所處戰(zhàn)斗態(tài)勢和電子攻擊樣式的情報。
電子情報的生成流程如圖1所示。
電子情報的生成可分為五個步驟：
(1)電子情報接收機對偵收到的雷達射頻信號進行測量，獲得雷達系統(tǒng)全脈沖數(shù)據(jù)；
(2)對雷達系統(tǒng)全脈沖數(shù)據(jù)進行分選和處理，獲得雷達系統(tǒng)輻射源數(shù)據(jù)；
(3)對雷達系統(tǒng)輻射源數(shù)據(jù)進行脈內分析和識別獲得基于雷達工作樣式的雷達電子偵察情報；
(4)基于已有的雷達原理信息，利用仿真模型作為工具，對雷達電子偵察情報進行雷達系統(tǒng)內部工作機理研究，以求達到對輻射源進行個體識別的目的；
(5)應用雷達系統(tǒng)內部工作機理研究獲得的雷達戰(zhàn)術情報獲得電子支援情報；最后，將獲得的雷達支援情報直接應用于反輻射打擊，電子壓制等電子進攻作戰(zhàn)，此部分是電子支援情報應用的一個重要部分。
1.2 電子情報偵察方程
文獻中指出，在自由空間中，電子情報接收機接收到的雷達發(fā)射信號電平可由下式進行描述：
對相控陣雷達仿真的目的是獲得相控陣雷達自適應變化的射頻信號。依據(jù)此目的可對相控陣雷達系統(tǒng)進行等效。由雷達反對抗控制系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和發(fā)射天線系統(tǒng)組成相控陣雷達仿真系統(tǒng)的發(fā)射鏈路。由接收天線系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構成相控陣雷達仿真模型的接收鏈路。錄取控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)連接接收與發(fā)射系統(tǒng)。由于仿真的目的為獲得相控陣雷達的射頻信號，因此對于接收鏈路可以將其等效為對錄取、控制系統(tǒng)內雷達工作參數(shù)表變化的影響。設仿真開始時，雷達的接收信號為零，按照預設參數(shù)發(fā)射理想信號。當接收系統(tǒng)接收到目標回波后，則依據(jù)回波信號選擇最優(yōu)的發(fā)射參數(shù)進行發(fā)射，依據(jù)此方法可以得出相控陣雷達仿真系統(tǒng)的仿真技術重點為相控陣天線線陣和陣列綜合技術及發(fā)射數(shù)字波束形成技術。
2．2 線陣和陣列綜合技術的仿真
泰勒線源綜合法是一種十分有效的描述理想狀態(tài)下天線線陣和陣列方向圖的方法。更為重要的是經(jīng)過改進的n參數(shù)修正方法能夠有效抑制副瓣和約束零點位置。因此n參數(shù)泰勒線源綜合被廣泛應用于相控陣雷達天線的發(fā)射波束。
Taylor n參數(shù)分布線源綜合法能夠有效約束波瓣圖零點的位置，同時可對副瓣進行有效的抑制。Taylor用sinc(πφ)作為基本函數(shù)，通過調整近區(qū)零點位置，形成方向圖：
式中：φn為方向圖的零點位置；當為波束擴展因子，此參數(shù)的作用在于使前n個旁瓣能平滑過渡到1／U包絡，個旁瓣受到控制。
2．3 發(fā)射數(shù)字波束形成技術的仿真
多波束天線具有探測范圍大、數(shù)據(jù)錄取率高、覆蓋空域大等諸多優(yōu)點，因此在雷達發(fā)射波束中得到了廣泛應用。發(fā)射數(shù)字波束形成是將傳統(tǒng)相控陣發(fā)射波束形成所需要的幅度加權和移相從射頻部分放到數(shù)字部分來實現(xiàn)，從而形成發(fā)射波束。
空域內一點射頻能量為：
式中：βd為所需信號的復振幅，
加權輸出為：
陣列輸出的信號功率為：
2．4 相控陣雷達系能量管理技術的仿真
相控陣雷達由于其全系統(tǒng)均可實現(xiàn)捷變，以此必須利用反饋和最優(yōu)化技術對雷達工作狀態(tài)進行管理選擇最有效的工作方式。對相控陣雷達發(fā)射的能量進行管理，能夠使發(fā)射能量達到最大利用率。
傳統(tǒng)雷達的掃描方式為一定角度內的均勻掃描和對某一批目標的連續(xù)跟蹤，無法解決瞬時探測范圍與跟蹤精度之間的矛盾，而相控陣技術能夠有效解決此矛盾。相控陣技術采用數(shù)字形成多波束的方法獲得最大的能量利用。設雷達天線在掃描時，每個波束位置要駐留N個脈沖，則單位仰角波束內的輻射能量密度為：
式中：φv為仰角波束寬度。
立體空域里的總能量為：
能量管理的原則如下：
以指定空域為約束條件使得能量節(jié)約因子最大。經(jīng)分析可以得出制約能量節(jié)約因子的參數(shù)包括：天線增益、仰角功率、波束駐留時間。
3 相控陣技術對雷達截獲信號的影響分析
3．1 空間某點雷達截獲信號射頻模型
由于線性調頻信號能夠有效解決距離分辨率和多普勒分辨率兩者兼顧的問題，因此相控陣雷達的發(fā)射信號多采用線性調頻信號，本文中也采用線性調頻信號作為仿真模型信號。線性調頻信號可用下式進行表示：
對相控陣雷達的射頻信號進行仿真，仿真結果如圖3～圖11所示。
圖3～圖9中橫坐標為時間(μs)；縱坐標為歸一化處理后的信號幅度(V)。圖10～圖11中橫坐標為天線方向與正北方向夾角的正弦值；縱坐標為歸一化后的天線功率譜。
(2)相控陣技術在天線電子掃描方面的廣泛應用，使得發(fā)射波束變化迅速且波束寬度極窄。因此，使得依靠對雷達發(fā)射天線主瓣的偵察的方法的作用距離大幅度下降。
(3)相控陣技術和自適應線陣綜合技術使得天線獲得比傳統(tǒng)天線低很多的天線副瓣，使得依靠偵察副瓣方法的偵察設備偵察效果大幅度下降。
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