CN112230187B - 针对雷达的突防方向获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种针对雷达最优压制干扰效果的被掩护目标突防方法,方法用于在干扰机压制干扰的掩护下,被掩护目标针对目标雷达进行突防时的最优突防方向的获取,方法包括:基于目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型;基于天线方向特性模型,建立暴露区模型;基于暴露区模型,分析计算针对目标雷达的突防方向。根据本发明的针对雷达的突防方向获取方法,充分考虑了雷达天线空间选择特性对干扰效果的影响,给压制干扰下被掩护目标突防方向的选择提供策略指导,能够在干扰机性能一定的条件下,获得最好的干扰效果。
Description
技术领域
本发明涉及雷达干扰技术领域,尤其涉及一种针对雷达的突防方向获取方法。
背景技术
对雷达实施压制干扰时,干扰机与被掩护目标在同一方向上时,雷达波束照射目标时干扰信号从雷达天线主瓣进入,此时干扰效果是最优的。然而在实际实施过程中出于隐蔽安全以及装备机动性的限制,被掩护目标可能与干扰机相对雷达处于不同的方向上。根据雷达距离方程目标回波功率随目标距离的减小成四次方剧烈增加。当干扰机到雷达距离一定,随着被掩护目标到雷达距离的逐渐变小,目标回波功率将会超过进入雷达的干扰功率。从而目标将会被雷达发现,对应发现目标的临界距离称为最小压制距离或烧穿距离,对应目标发现区域称为雷达暴露区域。
目前采用的技术基于以下原理:当被掩护目标与干扰机在同一方向上时,雷达照射被掩护目标的同时干扰从雷达天线主瓣进入,烧穿距离最小;当被掩护目标所在方向与干扰机所在方向的夹角变大时,烧穿距离随夹角单调变大;当夹角角度相差180°,烧穿距离最大。因此干扰方向应选择尽量靠近被掩护目标所在方位。
然而,现有技术没有考虑雷达面天线的方向图特性,影响雷达突防策略的正确部署。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提高雷达突防策略部署的正确性,本发明提出了一种针对雷达的突防方向获取方法。
根据本发明实施例的针对雷达的突防方向获取方法,所述方法用于在干扰机的压制干扰的掩护下,被掩护目标针对目标雷达进行突防时的突防方向的获取,所述方法包括:
基于所述目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型;
基于所述天线方向特性模型,建立暴露区模型;
基于所述暴露区模型,分析计算针对所述目标雷达的突防方向;
其中,所述干扰机为一部或多部,当所述干扰机为一部时,所述突防方向包括所述干扰机的压制干扰方向和所述被掩护目标的突防方向;当所述干扰机为多部时,所述突防方向包括多部所述干扰机的配合压制方向和所述被掩护目标的突防方向。
根据本发明实施例的针对雷达的突防方向获取方法,充分考虑了雷达天线空间选择特性对干扰效果的影响,给压制干扰下被掩护目标突防方向的选择提供策略指导,能够在干扰机性能一定的条件下,获得最好的干扰效果。
根据本发明的一些实施例,所述基于目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型,包括:
基于所述目标雷达的波束宽度,根据预设函数建立基本形状函数;
基于所述目标雷达的旁瓣增益建立修正函数;
通过所述修正函数对所述基本形状函数进行修正,获得天线方向图函数;
基于所述天线方向图函数和所述目标雷达的主瓣增益,创建所述天线方向特性模型。
在本发明的一些实施例中,所述基本形状函数为:
其中,θ为被掩护目标与所述目标雷达之间的连线、以及所述干扰机与所述目标雷达之间的连线之间的夹角,θ3dB为所述目标雷达的波束宽度。
根据本发明的一些实施例,所述修正函数为:
其中,k=(Gb/(gn·π))-θ0(2n+1)/2,n为所述目标雷达的旁瓣部分的数量,i为第i个旁瓣,1≤i≤n,gn为第n旁瓣衰减度,Gb为所述目标雷达的后向衰减。
在本发明的一些实施例中,所述天线方向图函数为:f(θ)=f0(θ)·fa(θ)。
根据本发明的一些实施例,所述天线特性方向模型为:Gr(θ)=G0f(θ),其中,所述G0为所述目标雷达的主瓣增益。
在本发明的一些实施例中,所述基于所述天线方向特性模型,建立暴露区模型,包括:
计算所述目标雷达对所述被掩护目标的有用目标信号功率;
基于所述天线方向特性模型,计算所述干扰机对所述目标雷达的干扰信号功率;
基于所述有用目标信号功率和所述干扰信号功率,计算获得所述暴露区模型。
根据本发明的一些实施例,当干扰机为一部时,所述暴露区模型为:
其中,Rt为所述被掩护目标距离所述目标雷达的距离,Kj为压制系数,Pt为所述目标雷达的发射功率,Gt为所述雷达天线的发射增益,Gr为所述目标雷达天线的接收增益,Lj为所述干扰机的射频传播损耗,σ为所述被掩护目标的反射截面积,Pj为所述干扰机的发射功率,Gj为所述干扰机的干扰天线增益,γ为干扰信号与所述目标雷达***极化失配引起的损耗,Lr为所述目标雷达的***损耗,Δfj为干扰信号的带宽,Δfr为所述目标雷达接收机的带宽,Rj为所述干扰机距离所述目标雷达的距离,Gr(θ)为所述干扰机方向上所述目标雷达天线的接收增益,θ为所述干扰机相对于所述目标雷达的所在方向。
在本发明的一些实施例中,当所述干扰机为多部时,所述暴露区模型为:
其中,Rt为所述被掩护目标距离所述目标雷达的距离,Kj为压制系数,Pt为所述目标雷达的发射功率,Gt为所述雷达天线的发射增益,Gr为所述目标雷达天线的接收增益,σ为所述被掩护目标的反射截面积,Δfr为所述目标雷达接收机的带宽,Lr为所述目标雷达的***损耗,N为所述干扰机的数量,Pji为第i部所述干扰机的发射功率,Gji为第i部所述干扰机的干扰天线增益,Gr(θi)为第i部所述干扰机方向上所述目标雷达天线的接收增益,γi为第i部所述干扰机的干扰信号与所述目标雷达***极化失配引起的损耗,Rji为第i部所述干扰机距离所述目标雷达的距离,Lji为第i部所述干扰机的射频传播损耗,Δfji为第i部所述干扰机的干扰信号的带宽,θ为所述干扰机相对于所述目标雷达的所在方向。
在本发明的一些实施例中,分析计算针对所述目标雷达的突防参数,包括:
根据所述暴露区模型,获得所述目标雷达的烧穿距离与所述干扰机和所述被掩护目标突防方位之间的对应关系,并基于所述对应关系选择所述突防参数。
附图说明
图1为相关技术中雷达暴露区模型的示意图;
图2为根据本发明实施例的针对雷达的突防方向获取方法流程图;
图3为根据本发明实施例的创建天线方向特性模型的方法流程图;
图4为根据本发明实施例的sinc函数形式天线方向图;
图5为根据本发明实施例的目标雷达天线的旁瓣衰减示意图;
图6为根据本发明实施例的天线方向特修正下的雷达暴露区示意图;
图7为根据本发明实施例的暴露区模型的创建方法流程图;
图8为根据本发明实施例的两部干扰机同时实施压制干扰的位置关系示意图;
图9为根据本发明实施例的两部干扰机同时实施压制干扰时暴露区变化示意图;
图10为根据本发明实施例的两部干扰机同时实施压制干扰时暴露区变化示意图;
图11为根据本发明实施例的极坐标下雷达天线方向特性示意图;
图12为根据本发明实施例的雷达受到压制干扰时的PPI画面示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对本发明进行详细说明如后。
根据本发明实施例的针对雷达的突防方向获取方法,方法用于在干扰机的掩护下,被掩护目标针对目标雷达进行突防时的突防参数的获取。
需要说明的是,如图1所示,现有技术突防策略和效果评估建立在雷达暴露区模型上,此时干扰机在0°方位上,被掩护目标选择压制区最大(即暴露区最小)的突防方向。
上述技术方案中,由于没有考虑天线方向图的对压制干扰效果的影响,影响策略压制效果。特别是当选择突防方向恰好处于天线方向图零值方向时,压制干扰将被雷达天线的方向选择性抑制,几乎起不到任何干扰效果。
根据雷达天线方向图随角度变化的特点,烧穿距离应当随着角度变化引起的方向增益变化而震荡增加,并且雷达压制干扰试验也证明了这一点。因此,需要从理论角度分析烧穿距离随夹角的变化关系,并根据得到的结论分析被掩护目标的最优进入角度,从而达到最优的干扰效果。
本发明提出的针对雷达的突防方向获取方法,利用了雷达面天线的方向辐射特性,即雷达天线方向图特性。如图1所示,突防参数的获取方法包括:
S100,基于目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型;
S200,基于天线方向特性模型,建立暴露区模型;
S300,基于暴露区模型,分析计算针对目标雷达的突防参数。
其中,干扰机为一部或多部,当干扰机为一部时,突防方向包括干扰机的压制干扰方向和被掩护目标的突防方向;当干扰机为多部时,突防方向包括多部干扰机的配合压制方向和被掩护目标的突防方向。
根据本发明实施例的针对雷达的突防方向获取方法,充分考虑了雷达天线空间选择特性对干扰效果的影响,给压制干扰下被掩护目标突防方向的选择提供策略指导,能够在干扰机性能一定的条件下,获得最好的干扰效果。
如图2所示,根据本发明的一些实施例,基于目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型,包括:
S101,基于目标雷达的波束宽度,根据预设函数建立基本形状函数;
需要说明的是,雷达天线采用面天线,天线方向图函数非常复杂,形状上与sinc函数相近,在本发明的一些实施例中,可以采用sinc函数作为基本形状函数,如下式(1)所示:
其中,θ为被掩护目标与目标雷达之间的连线、以及干扰机与目标雷达之间的连线之间的夹角,θ3dB为目标雷达的波束宽度。由此,计算得到的天线方向图基本形状如图4所示。
S102,基于目标雷达的旁瓣增益建立修正函数;
由于雷达波束宽度和旁瓣特性与sinc函数存在较大差别。为了得到雷达天线方向图函数的精确值,需考虑目标雷达的旁瓣增益对基本形状函数进行修正。以将图4中天线副瓣增益调整到与图5一致。本发明中采用下式(2)的修正函数对上式进行修正:
其中,k=(Gb/(gn·π))-θ0(2n+1)/2,n为所述目标雷达的旁瓣部分的数量,i为第i个旁瓣,1≤i≤n,gn为第n旁瓣衰减度,Gb为所述目标雷达的后向衰减。
S103,通过修正函数对基本形状函数进行修正,获得天线方向图函数;
在得到上述基本形状函数式(1)和修正函数式(2)后,根据式(1)和式(2)可以得到天线方向图函数,如下式(3)所示:
f(θ)=f0(θ)·fa(θ) (3)
S104,基于天线方向图函数和目标雷达的主瓣增益,创建天线方向特性模型。
为了得到准确的雷达天线方向特性模型,Gr(θ)应该考虑天线的主瓣增益和天线方向图函数,如下式(4)所示:
Gr(θ)=G0f(θ) (4)
其中,G0为主瓣增益,f(θ)为天线方向图函数。
在本发明的一些实施例中,如图3所示,基于天线方向特性模型,建立暴露区模型,包括:
S201,计算目标雷达对被掩护目标的有用目标信号功率;
有用目标信号功率可以采用下式(5)计算:
式中,Pt为目标雷达的发射功率,Gt为目标雷达天线的发射增益,Gr为目标雷达天线的接收增益,λ为目标雷达发射电磁波波长,σ为被掩护目标反射截面积,Rt为被掩护目标距离目标雷达的距离,Lr为目标雷达***损耗。
S202,基于天线方向特性模型,计算干扰机对目标雷达的干扰信号功率;
进入目标雷达接收机干扰信号功率计算方法如下式(6)
式中,Pj为干扰机发射功率,Gj为干扰天线增益,Gr(θ)为干扰机方向上雷达天线接收增益,θ为干扰机相对于雷达的所在方向,λ为电磁波波长,Rj为干扰机距离雷达的距离,Lj为干扰信号在干扰机和进入雷达内部后的射频传播损耗,γ为干扰信号与雷达***极化失配引起的损耗,Δfr为雷达接收机带宽,Δfj为干扰信号带宽。
S203,基于有用目标信号功率和干扰信号功率,计算获得暴露区模型。
由表达式(5)和式(6)可以得到干信比,如下式(7)。
其中,Kj为压制系数,通常情况下认为Kj=2时,目标信号被干扰信号淹没,压制干扰有效。存在压制干扰时根据式(7),当取Kj=2时雷达对θ方位上RCS为σ的目标的压制距离的计算公式如式(8)所示。
由此,获得暴露区模型,如下式(9):
其中,Rt为被掩护目标距离目标雷达的距离,Kj为压制系数,Pt为目标雷达的发射功率,Gt为雷达天线的发射增益,Gr为目标雷达天线的接收增益,Lj为干扰机的射频传播损耗,σ为被掩护目标的反射截面积,Pj为干扰机的发射功率,Gj为干扰机的干扰天线增益,γ为干扰信号与目标雷达***极化失配引起的损耗,Lr为目标雷达的***损耗,Δfj为干扰信号的带宽,Δfr为目标雷达接收机的带宽,Rj为干扰机距离目标雷达的距离,Gr(θ)为干扰机方向上目标雷达天线的接收增益,θ为干扰机相对于目标雷达的所在方向。
在本发明的一些实施例中,分析计算针对目标雷达的突防参数,包括:
根据暴露区模型,获得目标雷达的烧穿距离与干扰机和被掩护目标突防方位之间的对应关系,并基于对应关系选择突防参数。
当只有一部干扰机对敌方雷达实施压制干扰时,选择图6中烧穿距离极小值对应的角度θ进行突防。由图6可以得到,突防角度θ的选择可以分为两种情况。
(1)由当被掩护目标从干扰机所在方向进入时烧穿距离最小。当突防方向偏离干扰机方向很小的角度,即|θ|<4θ3dB(θ3dB为天线波束宽度),烧穿距离距离变化不大。因此,被掩护目标的突防方向应当首先选择干扰机所在方向或者在|θ|<4θ3dB的范围内。
(2)由于***和装备机动限制等原因,被掩护目标并不总能选择从干扰机附近方向进入。为了达到良好的压制干扰效果,被掩护目标的突防方向应当选择图6中烧穿距离极小值对应的角度,并且必须避免从烧穿距离极大值的方向上进入。根据式(4)和sinc函数的性质,烧穿距离极小值对应的方位应当如下式(10)所示。
其中,θ3dB为目标雷达天线波束宽度,N取整数。突防方位应当尽量选择在θa附近。
根据本发明的一些实施例,干扰机可以为多个,多个所述干扰机从不同方向对所述目标雷达实施压制干扰。
存在N部干扰机同时对目标雷达进行干扰时,目标雷达接收到的干扰功率为多部干扰机各自进入雷达***的干扰功率之和。此时的烧穿距离计算公式如下所示。
为简化计算,考虑两部干扰机的情况,两部干扰的参数均如下表所示:
两部干扰机所处方位不同,θ2=θ1+Δθ,如图8所示。为简化计算,设第2部干扰机布置于θ2=0方位、第1部干扰机布置于θ1=-Δθ。两部干扰机距离雷达的距离均为200km,两部干扰机所在方位角度差Δθ发生变化时,雷达暴露区变化如图9和图10所示。
由图9和图10可以看出,当采用两部干扰机同时对雷达实施压制干扰时存在以下规律。
(1)同单部干扰机类似,目标雷达的烧穿距离随被掩护目标突防方位震荡起伏,存在较多的极大值和极小值。
(2)当角度差的取值为雷达天线波束宽度的整数倍即Δθ=Nθ3dB时,雷达暴露区域毛刺密集,仅两部干扰机方位夹角内的烧穿距离较小。但是当Δθ持续变大时,两部干扰机所在方位和附近角度以及背向角度(即旋转180°),烧穿距离有明显的下降,见图9和图10中子图(e)(g)(i)(k)(m)。
(3)当角度差取Δθ=(N+1/2)θ3dB时,若N值较小时雷达暴露区非常理想,尤其是干扰机所在方位附近的角度区域内。随着N取值变大和Δθ变大,雷达暴露区毛刺增多,烧穿距离的极大值出现频率显著增加。
根据图9和图10中雷达暴露区规律,为提高干扰压制效果,两部干扰机的布置方位应当遵循以下策略。
(1)两部干扰机所在方位相对于被干扰雷达的夹角Δθ<10θ3dB(θ3dB为雷达天线波束宽度),并且夹角Δθ的取值靠近Δθ=(N+1/2)θ3dB(严格避免出现Δθ=Nθ3dB)时,被掩护目标在|θa|<10θ3dB范围内任意选择突防方向,烧穿距离都非常小,压制干扰效果最好。
(3)当Δθ>10θ3dB且掩护目标突防方位不满足θa=(N+1/2)θ3dB时,也可以取得较小的烧穿距离,此时突防方位选择任意一部干扰机所在方位,并且干扰机配合布站Δθ=(N+1/2)θ3dB,如图10中的子图(j)和(l)。
下面参照附图以一个具体的实施例详细描述根据本发明的针对雷达的突防方向获取方法。值得理解的是,下述描述仅是示例性描述,而不是对本发明的具体限制。
本发明的基础利用了雷达面天线的方向辐射特性,即雷达天线方向图特性,如图11所示,此时0°方向为天线中心轴向方向。在图11中,当雷达天线对准干扰机,即干扰方向在0°时,干扰从天线主瓣进入,干扰信号最强。当雷达天线扫描离开干扰机方向时,干扰信号逐渐变弱,但不是单调变弱。而是存在很多天线副瓣顶点和零点,处于零点时干扰信号较强,处于零点时干扰较弱,如图12所示。基于雷达天线方向图特性,天线方向图的顶点出现在θa=(N+1/2)θ3dB处,而零点出现在θa=Nθ3dB,θ3dB为雷达天线波束主瓣宽度。因此被掩护目标的突防策略应当将突防方向选择在天线方向图的顶点θa=(N+1/2)θ3dB处。
如图2所示,针对雷达的突防方向获取方法,包括:
S100,基于所述目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型;
S200,基于所述天线方向特性模型,建立暴露区模型;
S300,基于所述暴露区模型,分析计算针对所述目标雷达的突防参数。
其中,干扰机为一部或多部,当干扰机为一部时,突防方向包括干扰机的压制干扰方向和被掩护目标的突防方向;当干扰机为多部时,突防方向包括多部干扰机的配合压制方向和被掩护目标的突防方向。
上述方法步骤具体实现方法已在前文中论述,在此不再赘述。
综上所述,本发明提出的针对雷达的突防方向获取方法,给出了雷达面天线方向图的建模方法,以及基于天线方向图建立的压制干扰雷达暴露区模型,基于新暴露区模型的突防方向选择策略;而且,在多部干扰机同时压制干扰时,也可以基于天线方向图的最优布阵策略及被掩护目标突防策略。
由此,在针对雷达的突防策略部署时,充分考虑了雷达天线空间选择特性对干扰效果的影响,给压制干扰下被掩护目标突防方向的选择提供策略指导,能够在干扰机性能一定的条件下,获得最好的干扰效果。
通过具体实施方式的说明,应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解,然而所附图示仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。
Claims (9)
1.一种针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,所述方法用于在干扰机压制干扰的掩护下,被掩护目标针对目标雷达进行突防时的突防方向的获取,所述方法包括:
基于所述目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型;
基于所述天线方向特性模型,建立暴露区模型;
基于所述暴露区模型,分析计算针对所述目标雷达的突防方向;
其中,所述干扰机为一部或多部,当所述干扰机为一部时,所述突防方向包括所述干扰机的压制干扰方向和所述被掩护目标的突防方向;当所述干扰机为多部时,所述突防方向包括多部所述干扰机的配合压制方向和所述被掩护目标的突防方向;
所述基于目标雷达的工作参数,创建天线方向特性模型,包括:
基于所述目标雷达的波束宽度,根据预设函数建立基本形状函数;
基于所述目标雷达的旁瓣增益建立修正函数;
通过所述修正函数对所述基本形状函数进行修正,获得天线方向图函数;
基于所述天线方向图函数和所述目标雷达的主瓣增益,创建所述天线方向特性模型。
4.根据权利要求3所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,所述天线方向图函数为:f(θ)=f0(θ)·fa(θ)。
5.根据权利要求4所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,所述天线特性方向模型为:Gr(θ)=G0f(θ),其中,所述G0为所述目标雷达的主瓣增益。
6.根据权利要求1所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,所述基于所述天线方向特性模型,建立暴露区模型,包括:
计算所述目标雷达对所述被掩护目标的有用目标信号功率;
基于所述天线方向特性模型,计算所述干扰机对所述目标雷达的干扰信号功率;
基于所述有用目标信号功率和所述干扰信号功率,计算获得所述暴露区模型。
7.根据权利要求6所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,当所述干扰机为一部时,所述暴露区模型为:
其中,Rt为所述被掩护目标距离所述目标雷达的距离,Kj为压制系数,Pt为所述目标雷达的发射功率,Gt为雷达天线的发射增益,Gr为目标雷达天线的接收增益,Lj为所述干扰机的射频传播损耗,σ为所述被掩护目标的反射截面积,Pj为所述干扰机的发射功率,Gj为所述干扰机的干扰天线增益,γ为干扰信号与所述目标雷达***极化失配引起的损耗,Lr为所述目标雷达的***损耗,Δfj为干扰信号的带宽,Δfr为所述目标雷达接收机的带宽,Rj为所述干扰机距离所述目标雷达的距离,Gr(θ)为所述干扰机方向上所述目标雷达天线的接收增益,θ为所述干扰机相对于所述目标雷达的所在方向。
8.根据权利要求6所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,当所述干扰机为多部时,所述暴露区模型为:
其中,Rt为所述被掩护目标距离所述目标雷达的距离,Kj为压制系数,Pt为所述目标雷达的发射功率,Gt为雷达天线的发射增益,Gr为目标雷达天线的接收增益,σ为所述被掩护目标的反射截面积,Δfr为所述目标雷达接收机的带宽,Lr为所述目标雷达的***损耗,N为所述干扰机的数量,Pji为第i部所述干扰机的发射功率,Gji为第i部所述干扰机的干扰天线增益,Gr(θi)为第i部所述干扰机方向上所述目标雷达天线的接收增益,γi为第i部所述干扰机的干扰信号与所述目标雷达***极化失配引起的损耗,Rji为第i部所述干扰机距离所述目标雷达的距离,Lji为第i部所述干扰机的射频传播损耗,Δfji为第i部所述干扰机的干扰信号的带宽,θ为所述干扰机相对于所述目标雷达的所在方向。
9.根据权利要求1所述的针对雷达的突防方向获取方法,其特征在于,分析计算针对所述目标雷达的突防参数,包括:
根据所述暴露区模型,获得所述目标雷达的烧穿距离与所述干扰机和所述被掩护目标突防方位之间的对应关系,并基于所述对应关系选择所述突防方向。
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