CN109324507B - 针对隐身目标动态rcs的雷达发射功率自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法，用于解决现有雷达发射功率控制方法实用性差的技术问题。技术方案是根据目标的航迹信息，选择目标RCS值最大的位置及方位完成空情与雷达的信息交接，以便降低雷达辐射的峰值功率；然后在目标航迹已知的前提下实现融合型跟踪，以便降雷达信号的PRF，减雷达小平均功率，使得对方RWR装备难以发现。本发明在低截获概率情况下实现目标交接、跟踪和武器制导任务，从而达到雷达隐身的目的，实用性好。

Description

针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法

技术领域

本发明涉及一种雷达发射功率控制方法，特别是涉及一种针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法。

背景技术

文献“射频辐射功率控制原理与实现方法研究，现代雷达，2015，Vol37(1)，p17-20”公开了一种基于截获因子模型的有源相控阵雷达辐射功率方法。该方法基于雷达对抗无源侦收***的截获因子和截获概率等低截获指标，推导了雷达的临界截获距离公式和雷达的临界截获距离下的发射功率，给出了雷达对抗无源侦收***时发射输出功率随目标距离减小而降低的规律和调整范围，并分析了雷达搜索驻留时间等主要控制参数对探测性能的影响，分别从峰值功率、驻留时间两个方面给出了两种雷达探测辐射能量管理策略。

不论美国的F-22还是F-35，其不同角度呈现的RCS是不一样的，其侧面呈现的RCS明显高出其迎头方向两个数量级。而文献所述方法将目标RCS作为一个固定参数来考虑，并未考虑隐身目标RCS动态变化对截获性能的影响。而且文献考虑的是单一雷达实现低截获性能的发射功率管理方法，未考虑在现代战争集群模式下空天地一体化多机协同多目标攻击特点，此时通过多方位信息感知途径，雷达可获得所需高精度目标定位、跟踪和可靠识别功能的空情信息，这对于雷达更有效的实现低截获性能发射功率管理，也具有非常重要的影响。

发明内容

为了克服现有雷达发射功率控制方法实用性差的不足，本发明提供一种针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法。该方法根据目标的航迹信息，选择目标RCS值最大的位置及方位完成空情与雷达的信息交接，以便降低雷达辐射的峰值功率；然后在目标航迹已知的前提下实现融合型跟踪，以便降雷达信号的PRF，减雷达小平均功率，使得对方RWR装备难以发现。本发明在低截获概率情况下实现目标交接、跟踪和武器制导任务，从而达到雷达隐身的目的，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、定义雷达临界截获距离。

给定雷达检测概率P_D和虚警概率P_F，则雷达最大探测距离R_Rmax表示为

式中，P_Rt为雷达发射功率；G_Rt为雷达天线发射增益；G_Rr为雷达天线接收增益；σ为目标的雷达散射截面积；λ为雷达工作波长，k为玻尔兹曼常数；T₀为标准噪声温度；B_Rt为雷达接收机带宽；NF_R为噪声系数；L_R为雷达***损耗；SNR_Rmin为雷达最小可检测信噪比。

定义截获接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，则雷达最大探测距离R_Rmax为：

步骤二、定义截获接收机的最大截获距离。

式中，G_RI指雷达天线在截获接收机方向上的增益；G_Ir表示截获接收机天线增益；P_Irmin表示最小截获功率。令无源接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，得

步骤三、定义临界截获距离。

定义截获因子

当截获接收机位于雷达发射波束主瓣内时，G_Rt＝G_RI，则

当α＝1时，临界截获距离为

步骤四、建立低截获概率模型。

令截获概率为P_D，截获接收机对准雷达工作频率的概率为P_F，则截获概率模型为

其中，A_F为雷达天线波束覆盖区域面积，单位为km²；D_I为每平方千米截获接收机的数量；T_I为截获搜索时间，T_OT为雷达辐射时间。

步骤五、计算临界截获距离与雷达发射的临界功率。

若令R_Rmax＝R_CR，此时R_Rt＝R_RCRt，若令R_Imax＝R_CR，有

式中，P_RCRt表示当R_Rmax＝R_CR时雷达发射的临界功率。

步骤六、计算在S_I、λ参数一定时的截获接收机最大截获距离。

由(7)式得：

即

式中，

即在S_I、λ参数一定时，截获接收机的最大截获距离和雷达临界功率、天线主瓣增益有关。

步骤七、计算在S_R、λ参数一定时的临界探测距离。

由(8)式得：

即

式中，

即在S_R、λ参数一定时，临界探测距离和目标有效反射面积，发射功率、天线增益有关。

步骤八、选择最佳功率。

为保证雷达能探测到目标，须满足：

为确保雷达不被侦收机截获，须满足：

综上有：

是雷达实现LPI的最佳功率选择。

本发明的有益效果是：该方法根据目标的航迹信息，选择目标RCS值最大的位置及方位完成空情与雷达的信息交接，以便降低雷达辐射的峰值功率；然后在目标航迹已知的前提下实现融合型跟踪，以便降雷达信号的PRF，减雷达小平均功率，使得对方RWR装备难以发现。本发明在低截获概率情况下实现目标交接、跟踪和武器制导任务，从而达到雷达隐身的目的，实用性好。

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

具体实施方式

本发明针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法具体步骤如下：

1.根据具有LPI功能的最佳辐射功率计算最佳交接方位

①定义雷达临界截获距离。

在给定雷达检测概率P_D和虚警概率P_F条件下，雷达最大探测距离R_Rmax可以表示为

式中：P_Rt为雷达发射功率；G_Rt为雷达天线发射增益；G_Rr为雷达天线接收增益；σ为目标的雷达散射截面积(RCS)；λ为雷达工作波长，k为玻尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)；T₀为标准噪声温度(290K)；B_Rt为雷达接收机带宽；NF_R为噪声系数；L_R为雷达***损耗；SNR_Rmin为雷达最小可检测信噪比。

定义截获接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，则雷达最大探测距离R_Rmax为：

②定义截获接收机的最大截获距离。

式中，G_RI指雷达天线在截获接收机方向上的增益；G_Ir表示截获接收机天线增益；P_Irmin表示最小截获功率。令无源接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，可得

③定义临界截获距离。

若定义截获因子

当截获接收机位于雷达发射波束主瓣内时，G_Rt＝G_RI，则

当α＝1时，临界截获距离为

显然，改善S_R是提升R_CR的重要环节。

④建立低截获概率模型。

若令截获概率为P_D，截获接收机对准雷达工作频率的概率为P_F，则截获概率模型为

其中，A_F为雷达天线波束覆盖区域面积，单位为km²；D_I为每平方千米截获接收机的数量；T_I为截获搜索时间，T_OT为雷达辐射时间。

一般P_F≈1，只要P_D足够小，就达到LPI目的。

⑤计算临界截获距离与雷达发射的临界功率。

若令R_Rmax＝R_CR，此时R_Rt＝R_RCRt，若令R_Imax＝R_CR，有

式中，P_RCRt表示当R_Rmax＝R_CR时雷达发射的临界功率。

⑥计算在S_I、λ参数一定时的截获接收机最大截获距离。

由(7)式可得：

即

式中，

即在S_I、λ参数一定时，截获接收机的最大截获距离和雷达临界功率、天线主瓣增益有关。

⑦计算在S_R、λ参数一定时的临界探测距离。

由(8)式可得：

即

上式中：

即在S_R、λ参数一定时，临界探测距离和目标有效反射面积，发射功率、天线增益有关。

⑧选择最佳功率。

为保证雷达能探测到目标，须满足：

为确保雷达不被侦收机截获，须满足：

综上有：

是雷达实现LPI的最佳功率选择。

⑨选择最佳交接方位。

由公式(9)可知：截获接收机(RWR)的临界截获距离R_CR和目标的有效反射面积σ无关。由公式(10)可知，针对雷达探测的临界距离R_CR和目标有效反射面积σ的1/4次方成正比，当发射功率不变时，σ越大，R_CR越大，对探测目标有利，例如当σ增大100倍时雷达的探测距离可以增大到3倍以上，明显提高了雷达的探测能力。

目前任何优秀的隐身目标，其在水平面360°范围呈现的σ是不均匀的，其差距达两个数量级以上。利用综合空情的支持，可以得到目标呈现最大σ的方位。若雷达选择目标最大反射面积方向照射目标时，雷达的探测距离明显得到提升，而截获接收机的截获距离不变；此时，若保持雷达临界距离不变，则截获距离下降1/3，从而达到“先敌发现的目的”的目的。

2.基于空中多维信息源支撑，进行火控雷达资源管理。

参照表1。

表1基于多维信息支撑的火控雷达资源管理方案

①在战机“起飞、引导”和“空情搜索”阶段，由空情信息支援中心装订引导数据，进行空情监测，火控计算机进行数据装订，雷达无须再承担战区敌情搜索和警戒任务而保持“电磁静默”，并在不开机的情况下实现“综合空情共享”；

②在“跟踪、制定作战计划”阶段，空情信息支援中心进行目标分配与技术特征共享、目标飞行特征共享和综合空情共享，战机无须参与目标分配，火控计算机完成目标特征数据共享，并根据已知的目标RCS特性，选择最佳迎击方位进行还击航迹计算和战机飞行控制，雷达仅进行空情信息交接以及对已知航迹的半主动状态的目标跟踪准备。

③在“攻击准备阶段”、“攻击阶段”和“退出攻击”阶段，空情信息支援中心始终保持综合空情信息和目标数据共享，火控计算机执行发射区计算、雷达照射角度计算、修正指令传送角度计算(发射后不管导弹无此项)和战机飞行控制、导弹修正指令计算等任务，火控雷达则开机实现目标主动跟踪和导弹修正指令传送工作。

Claims (1)

1.一种针对隐身目标动态RCS的雷达发射功率自适应控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、定义雷达临界截获距离；

给定雷达检测概率P_D和虚警概率P_F，则雷达最大探测距离R_Rmax表示为

式中，P_Rt为雷达发射功率；G_Rt为雷达天线发射增益；G_Rr为雷达天线接收增益；σ为目标的雷达散射截面积；λ为雷达工作波长，k为玻尔兹曼常数；T₀为标准噪声温度；B_Rt为雷达接收机带宽；NF_R为噪声系数；L_R为雷达***损耗；SNR_Rmin为雷达最小可检测信噪比；

定义截获接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，则雷达最大探测距离R_Rmax为：

步骤二、定义截获接收机的最大截获距离；

式中，G_RI指雷达天线在截获接收机方向上的增益；G_Ir表示截获接收机天线增益；P_Irmin表示最小截获功率；令截获接收机和雷达接收机灵敏度分别为S_I和S_R，得

步骤三、定义临界截获距离；

定义截获因子

当截获接收机位于雷达发射波束主瓣内时，G_Rt＝G_RI，则

当α＝1时，临界截获距离为

步骤四、建立低截获概率模型；

令截获概率为P_D，截获接收机对准雷达工作频率的概率为P_F，则截获概率模型为

其中，A_F为雷达天线波束覆盖区域面积，单位为km²；D_I为每平方千米截获接收机的数量；T_I为截获搜索时间，T_OT为雷达辐射时间；

步骤五、计算临界截获距离与雷达发射的临界功率；

若令R_Rmax＝R_CR，此时R_Rt＝R_RCRt，若令R_Imax＝R_CR，有

式中，P_RCRt表示当R_Rmax＝R_CR时雷达发射的临界功率；

步骤六、计算在S_I、λ参数一定时的截获接收机最大截获距离；

由(7)式得：

即

式中，

即在S_I、λ参数一定时，截获接收机的最大截获距离和雷达临界功率、天线主瓣增益有关；

步骤七、计算在S_R、λ参数一定时的临界探测距离；

由(8)式得：

即

式中，

即在S_R、λ参数一定时，临界探测距离和目标有效反射面积，发射功率、天线增益有关；

步骤八、选择最佳功率；

为保证雷达能探测到目标，须满足：

为确保雷达不被侦收机截获，须满足：

综上有：

是雷达实现LPI的最佳功率选择。