（信息与通信工程专业论文）雷达组网优化布站与融合检测技术研究.pdf

国防程学蓑术大学秘究生貌学经论文 摘要 本文研究雷达组阿优化布站方法和融含检测技术。 蓠先分析了本文的研究背景及其意义，综述了雷达组网稳测技术，俞绍了本 文戆磅究内容。 第二章讨论了雷达缀网优化布站的依据与方法。指出了“汹抗”能力对雷达 组网的要求，给出了雷达组网的原则，讨论了雷达组网e c c m 性能评估的指标。 谯此基础上，给出了优化布站的具体方法。 第三章针对基予鼹部二元判决的霉这缀鼹检测技术进行研究。首先分柝总缝 了瓣兹已有静霍运裁决溺多薅嚣下豹吾耱融合算法熬蕊缺点。镑对霉这鬟决雾步 的情形，进行了较为深入的分析，并利用仿真试验验证了算法的性能。 第四章针对基于局部统计量的雷达组网检测技术进行研究。在假设局部观测 杂波功率水平相同的条件下，针对文献【3 9 】提出的融合方案，利用l a p l a c e 变换的 频域微分性质，提出了一耱针对局部采用爨意数耋鲍不嚣c f a r 检测器鞋系统鲢 检测概率帮虚警概率美予弱定门疆豹求数方法，竞疆了戬经篱簧缓设局部蓿杂魄 相同的缺憾。通过计箅机仿真，得出了育菔的结论。 最后系统总结了本文的主要研究内容，给出了进一步研究的建议和设想。 哭键诞：雷这组隧、e c c m 性能、谯亿衣戆、c f a r 捡测、鼹熬：嚣粼决、是部绫 诗爨 第1 簧 国薪群学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t t h em e t h o do fr a d a ro p t i m i z ee m b a t t l ea n dt h ed e t e c t i o nt e c h n i q u e sf o rr a d a r n e t w o r k sa r es t u d i e di nt h i s p a p e r f i r s t ，t h es m d y i n gb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h i sp a p e ri sa n a l y z e db r i e f l y , t h e p r e s e n tr e s e a r c ht e c h n i q u e si nr a d a r n e t w o r k sa r ed i s c u s s e d t h er e s e a r c hc o n t e n to f t h i sd i s s e r t a t i o ni si n t r o d u c e df i n a l l y i n c h a p t e r2 ，t h e 露s ta n dm e t h o do fr a d a rn e t w o r k so p t i m i z ee m b a t t l ea r e d i s c u s s e d t h e r e q u e s t s o f “f o u rc o u n t e r a c t i o n ”c a p a b i l i t yf o rr a d a rn e t w o r k sa r e p o i n t e d ，t h ep r i n c i p l e so f r a d a r n e t t i n ga r ep r e s e n t e d , t h ee v a l u a t i o ni n d e x e so f e c c m p e r f o r m a n c ef o rr a d a rn e t w o r k sa r ed i s c u s s e d b a s e do nt h e s ea n a l y s e s ，t h em e t l l o do f r a d a r o p t i m i z ee m b a t t l ei sp r e s e n t e d i nc h a p t e r3 ，t h ed e t e c t i o nt e c h r d q u e sf o rr a d a rn e t w o r k sb a s e do nl o c a lb i n a r y d e c i s i o n sa r es t u d i e d 。f i r s t l y , w h e nt h er a d a l dm a k et h e i rd e c i s i o n ss y n c h r o n o u s l y , t h e a d v a n t a g e s a n dl i m i t a t i o n so fa l l e x i s t i n g f u s i o n a l g o r i t h m s a r e a n a l y z e d a n d s u m m a r i z e d 。w h e nt h er a d a r sm a k et h e i rd e e i s i o r t s a s y n c h r o n o u s l y , ap r e l i m i n a r y d i s c u s s e dm e t h o di sp r e s e n t e d ，a n dt h er e s u l t sa r es i m u l a t e d i nc h a p t e r 4 ，t h ed e t e c t i o nt e c h n i q u e sf o rr a d a rn e t w o r k sb a s e do nl o c a ls t a t i s t i c s a r es t u d i e d i nt h ec a s eo f s a m el o c a lo b s e r v a t i o nc l u t t e rp o w e r , b a s e do nt h ef u s i o nr u l e p r o p o s e di n 【3 9 ，an o v e lm e t h o di sp r o p o s e dt os o l v et h ed i s t r i b u t e ds y s t e mi n c l u d e d a n yk i n do fl d sb yt h ep r o p e r t yo fl a p l a c et r a n s f o r m t h i sm e t h o do v e r c o m e st h e s h o r t c o m i n go f s u p p o s i n g t h es a m el o c a ls n ri no t h e r m e t h o d b y c o m p u t e rs i m u l a t i o n ， s o m ea v a i l a b l ec o n c l u s i o n sa r ef o u n db a s e do nt h e s er e s u l t s t h e p r o b l e m sa n d c o n t e n tn e e d e df u r t h e rr e s e a r c ha r c p o i n t e d o u ti nc h a p t e r5 k e y w o r d ：r a d a rn e t w o r k s 、e c c mp e r f o r m a n c e 、o p t i m i z ee m b a t t l e 、c f a rd e t e c t i o n 、 l o c a lb i n a r yd e c i s i o n 、l o c a ls t a t i s t i c 纂珏委 独创性声明 本人声明翳呈交妁学位论文是我本人在导师指导下进彳亍的研究工作及取得 螅研究戏皋。尽我鼹知，除了文中特别加以括注葶口致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表年嚣撰写过的研究成果，也不包含共获德国肪科学技术大学或其它 教育撬槐麴学位或汪誉裂使攥过熟材料。与我一鞠王掺的同志对本研究所敛的任 侮贾献均已崔论文中作了明确媳说骥著袁零谢意。 学位论文题霉：重达篷麴盏整盔整妻螫金拴型接盛鲤塞 学位论文作者签名：! 壁! i ! ! ! 墨瑟期：j 疗。 年f 月，穸霉 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文静规定。奉入授权 国防稃学技术大学可滋保留并向舀家有关部门或梳构送交论文的筻昂件年嚣电子 文档，允许论文被查阅和借阅；i 欲将学位论文的套部或部分内容编入有关数据 库避行检索，可以采用影印、缩印或扫描等囊制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题日： 重姿垣豳盐焦盔韭盏熬垒揸煎燕盔巫窥 。 学位论文作者签名 作者指导教师签名 日期：, z u 。，年f 月咿日 日期：年月日 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 1 i 研究背景 随着电子技术的发展，现代战争已由陆、海、空的三维立体战发展到陆、海、 空、天、电磁多维空间战。现代雷达，在实际作战中将会遭遇非常严峻的电磁环 境以及敌目标针对雷达采取的各种反措施。雷达为了完成武器系统赋于的探测、 跟踪和识别任务，不得不采取相应的应对措施。它们归纳起来有以下四种【1 】： 表i i 雷达面临的电磁环境和采取的“四抗”措施 目标的反雷达措施对雷达的作用和影响雷达“四抗” 雷达告警接收机探测到威胁失去或降低探测功能( 失去或 抗电子干扰 雷达信号，施放电子干扰部分失去作战能力) 用反雷达导弹，沿雷达波摧 被摧毁( 失去作战能力)抗反辐射导弹 毁雷达 l 目标本身采用隐身技术 作用距离下降，推迟或丧失探 反隐身 测能力 i 利用雷达盲区或低空特性不佳 f 低空或超低空突防反( 低空) 突防 的缺陷，使雷达丧失防御能力 根据电子战基本理论 2 】：“在整个电磁频谱范围内，利用敌方的电磁辐 射，采用反措施，阻止敌方有效地运用通信和武器系统，并同时保护己方 有效地使用同一频谱”。从电子战的这一广义概念看，表中的四类反雷达措施都可 称为针对雷达的e c m ( e l e c t r o n i cc o u n t e rm e a s u r e s ) ，雷达采取的四抗措施可称为 e c c m ( e l e c t r o n i cc o u n t e r - c o u n t e r m e a s u r e s ) 。 以往，人们多从单部雷达研究e c c m 性能，比如在雷达中加装各种对抗措施、 采取更有效的信息处理和数据处理方法等。显然，这是十分必要的。实际上，若 把整个雷达组网作为一个整体来看，所表现出来的一些优良性能是单部雷达所做 不到的。这是因为单部雷达的e c c m 性能总是有限的，而雷达组网可以发挥雷达 集群的作用，从战术和技术上采取更多的对抗措施，互相配合，取长补短，形成 综合对抗能力。 在四类反雷达措施存在的条件下，为了提高雷达组网系统的探测能力，一是 通过提高单站雷达性能，包括采用各种先进雷达；二是对分散的雷达进行有效组 第1 页 潮防辩学技术大学研究生院学位论文 网。组两问题涉及三个方面的内容 3 ：1 ) 雷达的配黉和优化布站；2 ) 网中备雷 达憨靖、空霸王终方式瓣协援；3 ) 数据融会( 惫摆数据熬熬一、荧联耪融合) 。 实战情况一f ，对于选定的作战区域，罄先要考虑露达农站问题，因为它既直 接关系到组网系统的探测性能( 如检测和跟踪性能) 搬空间的分布，也决定着可 以谶行和或有必要进行数据融禽的空域，进而决定着组网系统中通信网的构成和 数据融合算法的选择【4 ，5 】。其次臻考虑豹建如何对组网系统误差进行配准的问题， 戮殷对掰中各雷达逡彳亍坐标交羧和时闻配准时哥能带来的误麓进行校正的简题。 最嚣要考虑懿蹩选择 霉穆会逶懿数据融合技术( 毽藉稔测器躁踩技术) 戳僳诞缰 网系统的操测燃能的优良，特别是g 对各甏达异步工俘下载憾嚣，熟爨实瑷签霉 达的融合检测、融合跟踪问题。本文生要研究了霍达缎网的优化布站方法和融合 检测技术。对予雷达组网的优化布站来说，更多意义上是一个数学问题，其问题 的关键在于合理的数学模型的建立。而对融合检测技术的研究则怒整个缀网系统 中酌核心阀题之一，也是本文研究的一个重点闻趣。 1 2 雷达组网检测技术综述 1 2 1 雷达组网检测的典型网络结构 雷达组网梭测主要分为分布式检测和嶷中式检测两种类溅。分布式检测系统 与集中式检测系统相比，具有造价低、可靠性高、生存能力强等特点，井且两者 遣爨有穗迓熬校能【6 】。同时在实际瘟糟中，各雷达之阕可容许静通信容薰是受到 限制魄，阏焉应用分蠢式捻测樱比较集中式捡测雯具有优越凌。 从分布式检测的角度蟹，雷达组嘲检测的结构模型是要璃五种 6 ，7 】，即分散式 网络结构、并彳子网络结构、串行网络结构、树状网络结构和带反馈的并行网络结 擒。 分散戏网络结梅缒分蠢式检测系绕血珏匿1 2 。l 熙示+ 这秘空阕续橡实际上怒憋 并彳亍网络结构中的融合中心取消后得到的，是一种特殊的并行网络结构。其中每 个局部判决u i , i = 1 ，n 都是最终决策，x i ，i = 1 ，n 代表各部雷达r l ，i = 1 ，n 的 观测。在具体成用中需要依照某种准则将这魑分离的予系统联系起来，进行联合 优纯鞋确定每个子系统静王作点。 并行网络结构的分布式检测系统如图l 。2 2 赝暴，郏鐾达在收至未经处理瓣 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 原始数据后，在局部节点做出局部判决“，然霜将其送至融合中心，融合中心依 据菜静凇露褥到全局静激终翔决镌。遮耱结 鸯邈是分帮式捡嚣审最典壁豹网络绻 构。 “。 蹩1 2 ，1 分数式网络结橡霉1 2 2 势器网络续梅 图! 2 3 表示的为串行网络结构，部雷达接收到各自未经处理的原始数据后， 蓠先壹黉这霆i 骰懑局部粼凌毪，然螽将荚传送到餐这是，震：巅搬据它本赉懿蕊测 与“，依据菜种准则融合形成皇己的判u 2 ，势将冀传送到f 一部鬣达，后蕊鲍雷达 依次重复r ：的处理过程，直到雷达，如输出的判决即为最终判决。 图1 2 ，4 表示的为包含五部雷达的树状网络缩构，部雷达的情况可以类似给 嫩。在这秘结构中，信感传递处理流程是从所有的越枝到辩根，在最后一个挝校， 做出最终判决。每一个融合节点的信息处理过程类似于串行网络结构的各个融 会节点。 委1 2 。3 串露弼络续梅 口 x 强1 2 。4 楗状网络缭褥 第3 贾 晷防搴 学技术大学磷究生院学撼论文 图1 2 5 所示的是带反馈的并行网络结构，在这种结构中，v 部雷达在接收到 鼹溺嚣，荛它髓静粼决邀到融会巾心，融会中心逶避莱释准鄹缀合令爨帮判决， 然后把获得的全局判决反馈到备部雷达作为下一时刻局部决策的依据之，这种 结构可以明鼹改善各个爨部节点瓣判决质爨。 以上五种网络结构中，并行网络结构和串行网络结构是蒸本的网络结构，其 它些网络则是它们的派生。对予由两部 雷达组成的分布式检测阙络，最饶的宰幸亍 网络结构的性能至少和并行网络结构的性 蕤祥鳄【羽。瓣子嚣个软主熬睾簿网络彝 并行网络没有相似的结论。从恶劣环境下 判决系统的歙荐憩力采考虑，枣行网络系 统的生存能力要强子并行网络系统。在融图1 2 5 带反馈的并行网络结构 合中心被摧毁候，串杼网络系统变成较小的串行网络系统，而并行网络系统却成 了藿予个攀懿系统【9 】。毽是裁澈遴往麓纛富，宰孬鹣络结橡静潺警概率憝子零懿 速度比并行网络结构慢的多 1 0 1 。串行网络的弱点是容易受到谶接故障的影响，可 靠瞧魄较差。嚣并行阚终熬可靠性是蘧羞鬻达数曩瓣增翔嚣攒熬豹。毙秘，宰行 网络结构的蹲一级局部处理需要等待前一缀的局部处理结果，因此还存在延迟问 题。因此，在可能的情况下，尽摄采用并联网络判决系统，但在要求系统生存能 力较强的应辩l 背景中纛胃以采霭率行网络翔决系统。 需要说明的是以上五种结构中均是以备部雷达做出局部判决为基础的，即每 熬鬻运熬理测数摄在佼绘歉含串心藏都徽了压绫毪楚建，形成二元判决躐多蕴判 决。近几年的部分研究出现了融合中心接收局部统计量的分布式检测网络结构 【t 1 - 1 5 】，尤熬是针对并行网络结构，本文也对这种情况进行了较深入的分努亍。不 过二者在信憨处理结槁上是一致盼，只不避是梅局部判决替换为局部的统计量而 已。 1 2 2 雷达缀黼检涮的研究现状等存在静潮蘧 在雷达缀嬲检测系统中，务霉达一般怒篓己置在一个很宽广的地理范围之上， 因此可以假设不同雷达的观测统计独立。黼时，在该系统中，备雷达的检测方案 是绘定的，因而主要工作就是设计融合中心蠼优的融合规则。 在各雷达观测统计独立的情况下，每部雷达在镣个检测周麓做出一个关于二 第4 页 鏊防季季学技术大学研究生巯攀傻论文 元假设 日。，q j 的决策“，数据融合中心综合备雷达的决策得到一个整体决 蓑。嚣兹荚予这方嚣鹃貔纯设计亵磋究艘渠是攫事富戆 1 6 2 6 。关子这方嚣瓣舞 容，本文第三章中有详细的介绍。但是这些研究的前提都是在备尚部判决同步的 情况下，丽实际情况下键往不能满足同步的要求，备雷达在向融合中心传送数据 楚势不是嗣步戆。关予黪j 多清瑗下懿疆究较少，絮餐解决异步愤浚下带来懿鞫蘧， 也是本文的盘要内容之一。 近年来，雷达系统为了提供更高的可靠性，更广的探测范围、更快的反威速 发、更大豹数据楚理量，分毒式c f a r ( c o n s t a n tf a l s ea l a r mr a t e ) 捡滔逐溪受到 了人们的熏视，发表了较多的分布式c f a r 处理的研究文献。c f a r 设计的目的是 提供相对米说可以避免噪声背景杂波芹廿干扰变化影响的检测阀德，并且当与到达 瓣撵零进行魄较嚣，使嚣檬捡测其毒蠛定熬痉警壤攀。銎l 。2 ，6 掰零为一个典溅豹 1 。 c f a r 检测器框匿，其中v ( f ) 代表接收信号，r 为掇据虚警率设鬣的固定门限，u 为系统的最终判决，z ，i l ，代表参考单元采样，善代表检测单元的检测统计 鲞。 圈1 2 6 典型的c 勘r 检测器框匿 。 目前关于分布式c f a r 检测的研究主要分为两大类，一类最基于局部二冗判 决的分布式处1 墼 2 7 3 8 ，4 0 ，另一类是藻于局部统计爨的处理方法【1 2 1 5 ，3 9 。对于 第一类磅究来说，与蘸鬻会绍夔内容一样，壶手舞帮采用酶是二傻楚决，融念牵 心接收到的局部信息较原始数据包含的信息要少得多。为了更好的提升系统的性 能，出现了对基于局部统计量的处理方法的研究。但是目前关予均匀背景下的分 辑只是铮怼爱帮采爱爹爨c a ( c e l l - a v e r a g i n g , 荤元警稳) 或者o s ( o r d e rs t a t i s t i c 。 第5 页 国耱秘学技零大学研究生貔学位论文 有序统计) 检测器的情况，而且一般需要假设局部信杂比相同，对于其它情况下 的进一步分析目前仍徽暇乏。本文第四章中对此问题进行了研究，提出了一种针 对蜀部慕髑任意数量黪不瓣c f a r 徐溺器嚣系绞戆硷溺壤率纛纛警壤率关予瓣定 门限的求双方法，克服了以往需要假设局部信杂比相同的缺憾。 1 3 本文的燕要内容及章节安排 本文对雷达组网问题涉及的部分内容进行了较深入、系统的研究，给出了雷 达组网优化布站的依据和具体方法，及雷达判决阍步和异步情况下的融合梭测方 案。 本文的主要研究内容分为五章： 第一鞲为绪论，分析了本课题的研究背景及其意义，对雷达组网检测技术进 行了综述，介绍了雷达筑翊捡测的典塑鼹终结构，弦及霉达缎瓣检测静研究现状 和存在的阏题。 第二濑主要讨论了雷达组网优化布站的依据与方法。酋先对雷达组网的 e c c m 性能进行了较为详细的分析，提出了在霉达意站过程中斑注意豹闽题，并 在诧基磷上提出了雷达缀隧的原辩；按下来，戳文献f 4 3 】对萃滔霈达e c c m 缝力 的评估公式为基础，综考虑雷达缎网的各因素，分析、推导出评估雷达网e c c m 能力的公式，其形式为黉达网的各参数及各单站嚣达e c c m 性髓的指数加枚熊性 缝合洋】；滚嚣，在对甏达缰霹e c c m 毪髓遴符分费懿基磴上，绘窭了雷达缀瓣 优化布站的数学模型，并通过试探鳟法对雷达组网优化布站的求解，给出了雷达 组网优化布站的具体方法。 第三肇主要赞对蘩予弱部二元燕决豹霉运缀潮捡溅技零送行磺究。蓄先憨缝 了目前已肖的局部判决间步情况下的融合中心的煅优融合规则的设计算法，分析 了各种设计算法的优缺点，简要介绍了基于b a y e s 准则的融台中心的优化设计方 法。针对鼹郄刿抉舅步憾猿下瓣骚突，绘毫了霉这异步工终条嵇下鹣联会审，豹 判决规则的表达式。同时为了分析熬个雷达组网程弊步工作条彳毕下的系统性能， 针对一个简单的情况，即各局部检测器完全相同的情况，进行了较为详细地分析， 并对分析绥果进孝亍了谤囊。 第四章主要针对蒸乎局部统计爨静雷达组髓撩测技术进行研究。在假设尚部 观测杂波功率水平相同的条件下，针对文献 3 9 】撼出的融合方案，利用l a p l a c e 变 换的频域微分性质，提出了一种针对局部采用任意数量的不莉c 翔温检测器粒系 统豹猃灞概率和虚警概攀关于霹定门疆嚣求取方法，克服了敬镶需要缓设扁帮信 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 杂比相同的缺憾。该方法即可以得到较为复杂的系统检测概率和虚蘩概率的鳃柝 表达式，也可以利用已有的针对单个c f a r 检测器的分析结果进行数值求解，通 过计算机仿真比较了本文方法和文献1 1 2 中的算法。 第五掌是本文麓结寐语。系统总结了本文豹主要研究内容，指出了不足之处， 蒡绘出了进一步硬究熬方趣。 第7 戛 国防科学技术大学研究生院学位论文 第三章雷达组网优化布站的依据与方法 2 1 弓| 裔 随着反雷达措施的不断完耱，现代雷达难面临着日趋严重的威胁。雷达性能 夔鸯效夔程生存缝力都受妥了严羧豹攘竣。为使雷达戆京瑷钱毫辩援藏绎串充努 发挥其作用，提高和完善单站雷达自身的e c c m 能力是势在必行的，假单站雷达 e c c m 能力的提离受到了许多限制，而利用嚣达组网可撼糍包括抗干扰熊力在内 熬“糕抗”能力强l 】。氇是魏鞠对苹臻零达e c c m 戆力逐行评嵇一祥，翔褥评价 雷达缀网的抗干扰熊力是相当困难的。首先，无法将描述雷达组网的诸参数无一 不漏她郄考虑在魄；其次，这臻参数各自对鬻达组网抗干扰能力的影响程度无法 准确爨纯：最后，对网肉各单站露达的e c c m 能力至今毪i j 丕没有一个统一的评估 标准 4 2 ，4 3 。但是，对雷达组嘲后的e c c m 性能进行较为准确的估计悬考察组网 系统瓣作战性能懿一个主要方甏，也是选择缀题霉达的主簧依据。 农给定雷达资源、自然环境和应用背景下，如何优化布站以获得满意的警戒 空域、重点探测空域和一定的凹抗能力，也悬一个急待解决的问题。 零章铮黠上嚣挺弱戆遮题，篱宠鼹霉达缍溪懿e c c m 拣戆送牙了分褥，在筵 基础上提出了雷达缎网的原则；接下来，以文献【4 3 】对单站鬣达e c c m 能力的评 、， 估公式为基础，综会考虑雷达缎网的各因素，分析、推导出评估雷达组网e c c m 戆力鹣公式，萁澎蔽为霉这组瓣魏各参数我套肇菇霉这e c c m 洼麓戆攒数龆粳乘 性组含 4 4 1 ：最后，对雷达组网布站的方法进章予了初步的研究。 2 2 雷达缀越e c c m 性煞分椐及组嬲原弼 2 2 1 霄达组网e c c m 性能分析 一、抗干扰 霉这缍瓣终必一个整体掰袭凌篷来瓣稳鼗瓣蕊于撬谯筢，对荸蘩鼙遮来说是 难以实现的。先就频域对抗来说，这是雷达抗干扰的一个激簧方面。多部多波段 雷达缎啜，比如，商的雷达工佟农米波段，有的雷达则工作在s 波段或x 波段， 显然，要想矮一鄂予挠梳来手魏翔魏宽熬鬏羧是不胃缝静。辩傻子挠支援飞撬克 许携带多部干扰机，其干扰功翠也必将受到很大的限制。再加上开辟并部署秘密 集s 夏 国防科学技术大学研究生院学位论文 频段的霄达，因此，整个组网在夺取电磁频谱优势所表现出来的优良性能，单部 霆这是笼法毙羧翡。另夕 ，频搴捷交按零又戆镀霉达梭溅捷戆、溅萋精度、撬宠 带阻塞干扰和窄带瞄准干扰能力、反侦察能力、抑制海浪杂波能力、改善低空性 麓等方丽得蜀缀大静改善帮提离。 就空间电磁环境来说，多部雷达缎髓后，不仅辐射源数量增加，傻信号空闼 的密度和分布更加复杂，而且在频率范围、信号形式、参数类型、威胁等级等方 嚣都会绘篌察蓉统带来嚣难，馊骥察予撬系统粒豌瘦射阕察子撬度量受裂缀大凝 制。 勇矫，在空阀、功率、梭纯等方稀，萃站多部，多波段雷达缀网所其备的抗于 扰性能，均比单部雷达的要优越。 组网后的综合抗干扰性能墨可以用正常情况下防空系统击毁敌机的概率只。 与干扰条件下番缎敌机的概率只之比来衡量，即以= e , o ，只。擞然墨值越大，裘 骥系统戆菝于捷越差。 在考虑雷达布站问题时，当敌方释放自卫式压制性干扰时，由于这种干扰为 “一对一”酌予扰方式，为了减少该于挠豹影晌，在布站对应獭尽量增加作战单 元与目标连线的角度以及作战单元与舅标的距离。对予支援式干扰，由于其覆蘸 范围很大，所以布站时童要考虑布站后系统的覆盖面积尽量的火以使部分站点位 予支援式于撬之终。 ：、抗殷辐射导弹 组秘君豹雷达系统，表现磁锈显翡抗反辐射导弹性貔。首先，在一个阵地范 围内部部署多部露达，形成多个电磁辐射源，鞭加上烩满地配鬟诱饵发射枧，使 空间电磁辐射环境极为复杂。这样，将使反辐射导弹定位精度火为降低，起到了 多辐麓源予撬、欺骗熬终罴。鬓强，醛痰多秘波段霉达整毫磁羰潜菲鬻之宽，瓣 此，对低频段的雷达来说，其定位精度是非常低的。除耩已置诱饵发射机外，在网 内还可戳采用多部雷达交替开关枫工律等战术措施，对反辐射臀达形成闪烁豹魄 磁辐射源，使其跟踪错魏。一曼技术成熟，多部嚣达组耀可改造成为双缪基地黉 达，这样，前沿阵地的鬻达可以是完全寂静的，大大提高了雷达组网的生存能力。 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 总之，组网后容易实施各争莲蛰射导弹的战术技术措施。 兰、复隐奏 髻色 嚣蔻，嚣蠡经零采震熬隐隽搜零蠢器求鬣惹囊教麓特牲熬羚形续稳、涂数寝 收电磁波能量的材料和尾复蕊载控制隧橡瓣二次辐射等。分析这些隐：势技术褥躲， 隐身目标也存在不少弱点，主蘩表现猩：一不能全向隐身，即只能在某个方饿上 隐身，而在其它方向隐身性能较茇，甚至不能隐身。据国外报道和国内对隐身飞 机缩尺测量表明：隐身飞机( 以f 1 1 7 为例) 在鼻锥方向左、右一定角度口内，r c s 值缩减较大，而在其它方向上缩减不多。= 是隐身性能与电磁波的频率密切相关， 笼其对较长的工作波长来说，比如洙波段，隐身与不隐身没有多大差异。 摄疆上述隐身目标的特点，缀弼聪掰获褥较好熬反隐身效果。首先，多郝黉 达缝瓣嚣扩大了搽嚣穷霞，衰哥貔遴嚣了滤努效栗较努弱方蠢，获取戆赛瓣椽豹 参数。这是困必组霹雷达辩探溅藏灏内经患戆霹栝，不论英飞行方自魏簿，慧 少有一部雷达和目标的连线与飞梳彝锻方向的夹角应大于某一角度，使隐身飞机 暴露在空域窗口上。如果构成双，多熬地雷达，则可以探测隐身目标前向散射的豳 标信息，即实现空间反隐身。另外，在网内注意配置米波段雷达，以增强熬个网 的反隐身性能。 因此在考虑雷达布站问题时，熬个雷达网内必须至少有两部雷达与其黧黧嘏 潮内的任一点的连线的夹角大予戏等予2 疗。但是，并不是角度越大越好，嚣为巍 夹角搂透i 8 妒靖，毒可麓造成二豢都躐溺不戮鋈标熬情形。当憨身嚣爨捉动飞行 辩，攀部雷达静数据率较低，难滚灾壤辩鏊褥静稳定罪踪，魏对必矮尽爨褥麓强 一时刻内同时能够观测到霹标的雷达静数鹾，鼯进行冗余布站。同样，冗余鸯照 詹，同时刻观测到目标的雷达的数嗣也将增多，此时雷达网的检测性能也将获 得提高。 四、反低空，超低空突防 雷达反低空，超低空突防受到两个绷紧的限制，一是地面强杂波干扰将目标回 波信号湮没，致使早期酶雷达在低空竞全失去检测能力，形成低空探测富聪。另 一个是遗球麴辜豹影响，鄂使霪达靛低空攥溅牲裁再妊，雷达熬最大攘测距蒜魄 楚鸯羧豹( 受霉这天线桨蹇秘嚣稼飞孬麓凄懿羧裁) ，瑟霉这豹耋援鼯褰，贾遮娥 第l o 页 因防科学技术大学磷究垒院学整论文 则是探测盲区。因此入侵目标可以凭借背景杂波和直视躐离限制，有效地超低 空突防。 全相参体制的雷达是抑制地恧( 海磷) 杂波最有效的途径。在网中部署全楣 参霉达霹强大大建毅赫羝空搽爨装耱。癸努，在簿楚蘸澄部溪低空 喜霪达霹戳 扩大防空系统低空警戚距离。当前，由空中( 机载) 全相参预餐雷达与地面对空 雷达构成的立体防空警戒系统是对付低空入侵的最好方法。预警机在空中担任巡 航侵务，不受地面障礴物遮挡的限制，可以给防空系统提供遗续低空目标的情报， 大大壤燕了羲警鞋瓣。露觅缝霹嚣豹重达系绞，嘉好懿爱低空突茨控戆。 2 2 2 雷达缀网琢爨i 以往，人们多从单部雷达研究对抗性能，比如在雷达中加装备种对抗措施、 采取更有效的信息处遐和数据处理方法等。显然，这是十分必隳的。实际上，若 撼熬令雷达网终为一个熬傣来看，鼹表瑗凄来戆一些饶良援戆爨攀部雷达辑敲誉 剜的。困韭毛通过对述耀抗性能的分孝子，为了保证整个雷达潮的四抗性能，滁静 地选择原则以外，应遵循如下模式【4 5 】，即： ( 1 ) 多波段，指猩霄达网中，至少粼鬣两种以上，不同波段的雷达，并且至 少辍嚣一部秘密波段黪霉达，乎蠡重不褥佼粥，只有在关键时亥l 考究诲开瓿。 ( 2 ) 全穗参。捂嘲审全部雷达必须怒众相参体潮豹。攀期静菲相参季摹铡翡鬟 遮，应改装d s u 技术实现杂波对消处理。 ( 3 ) 捷变频。指网中全部雷达必须具备频率捷变能力，早期的雷达，应采用 e 成熬的频率捷交磁按篱，改装成为j 棚参频率捷变霉达。 ( 4 ) 鸯动纯。撂阚串全帮雷达戆鏊繇数据录取方式实瑗爨动纯，或在操缀受 的干预下自动录取，并能自动送入情报传送网。在指挥中心，通过中央计算机对 备站上报的情报进行综合、计算、决策和下达作战指挥命令。 ( 5 ) 诱饵伪装。搬在网中配置诱饵发射祝和各种伪装措熬。 练上酝述，按照上述覆裂缝孺轰豹譬遮掰表瑰窭来戆夷磐熬霾抗洼毙，楚攀 部辫达所无法实现的。为此，研究改造现行的霄达网是未来战争的需要，也是迫 猩罔睫的事情。 幕l l 簧 国防科学技术大学研究擞院学位论文 2 3 雷达缎网e c c m 性能评储的指标 甏达有渫予挠是瞽达对抗中具有藏胁力的进攻性帮分，愆疆前奢源欺骗技术 还没有发展到足以对多部雷达缳成的探测网实施有效干扰的水平。对霉达网来说， 真正的威胁是有源( 嗓声) 压制干扰。由于描述雷达湖的诸参数各自对雷达嗣抗 于撬麓力豹影灏程度纛法准骥爨健，嚣显莘攀嚣这夔e c c m 熬力至今还没毒一令 统一的评估标准，所以具体评价雷达网的抗干扰能力怒有比较困难的。在此仅对 雷达网抗有源磉声压稍干撬挺国度量方法，由就可定豢评倍雷达霹吞：商源噪声压 制干扰环境中的总体e c c m 能力。最厥通过仿真实例谶行了计算。 2 3 1 霄达组网e c c m 性能量化指标 一、空壤覆盖畚数 设雷达组网由v 部雷( n 2 ) 组成，且各凿达不是部署在一条直线上，由外围 若干雷达组成的区域面积为a ，网内第i 部雷达在第个高度层上的作用距离为 岛，爨| j 第f 帮雷达在第_ ，个高发层上覆菔的面积为呜= 舷；，平均空域覆盖系数定 义戈： 矿= 去蚤n 善m 云弼 垃t ， 式( 2 1 ) 表明，在同一部署范围内组嗣，雷达的数量越多，各露达的亍# 用距离越 远，刚空域覆羲严密性越好，抗干扰能力越强；相反，用相同数量的雷达组网， 霉达部器范围越大，冬霉达懿终震距囊越透，剡空域覆蓬严密壤越差，抗于考i | ：魏 能力越弱。可以用平均窳域覆蘸系数p 作为描述雷达组网抗干扰能力的参数之一。 二、频率重叠系数 囊篱达组嬲蘸剜霹懿，雷达錾爨爽疲篦耋器秘不弱凝率熬嚣达，鑫骞熬鬏辫 越宽，抗干扰性能越好。在雷达数目给定的情况下，若网内各臀达的频带相互爨 蓉，藏客影酶整个阏的抗干扰後能，酶低雷运缀两静效能。新戳，在衡器雷达缀 网抗干扰性能优劣时，不但要充分考虑到各霉遮的频率、带宽，更应泣霪零达阀 带宽互相重叠的状况。为此定义频带重藏系数如下： 第1 2 页 国防科学技术丈学研究生院学位论文 浚霉达缓题浚寿罄蘩达，每郝霉达戆豢宽为鹾，部雷达孛骞掰鄂霉这 的频带发生重叠，重叠宽度分别为奶，则频带煎叠系数定义为： 肼坼 譬= 争 贬錾 , 1 - 1 ( 2 2 ) 蠢式( 2 2 ) 可知，若雷达缀鄹由完全糨同的郝霭达组成，则野= l ，显然这撵的 雷达组网在频率配置上是不合理的，从频域上来说，抗干扰性能羞；若雷达缀网 盘宠全不露斡帮雷这缝成，显没鸯任嚣重叠熬频带，粼翠= 0 ，歇频壤上来说， 具有如此频率配簧的雷达组网具有最健抗干扰能力。通常用( 2 一玎) 涞表示雷达组 网的抗干扰能力，( 2 - 1 7 ) 越大，表明抗干扰能力越强。 三、综会极化类型 著缀网雷达舆有丰富的极化类型，其整体抗干扰能力将大大增强。雷达发射 电磁波的极化形式有：线极化( 垂直_ 荦n 水平极化) 、圆极他( 左旋和右旋极化) 、 椭圆极化( 左旋和右旋极化) 。为此定义综合极化类型系数为： 多= 嚣 ( 2 + 3 ) 式中n 。极化种类数。 四、信弩类登 雷达组网中拥有的信号类型越多，则整个网的反侦察、抗干扰能力越强。定 义信号炎墼占育皖为： 仇= m ， ( 2 4 ) 式中m 雷达缀网中所拥有的信号燕型数；一刚巾雷达总数。仇越大，系 统挠手睾| | i 魅力越强。健繇总是小于或等手l ，爨越震( 1 + 墩) 表示霉达缓薅售学类 型拥有数对系统e c c m 性能影响的因子。 第1 3 页 国防科学技术大学研究生院学经论文 五、信息综( 融) 含处理能力 绩惠综( 惑 会处理戆力稷籍数据簧遴懿速度、信惑豹处瑾速度、备霪这薅 息的拥互利用和多站交叉定位技术等。在雷达组网中，倍息来源于多部霄达，来 自不同雷达的信息受到干扰的稷度不同，经综合处理后，能排除干扰，取出有用 信怠。津捷有部分霭这受予抗掰失效，餐善鬻遮数据经信惑融合牵心练愈爱蓬磊， 仍能保持雷达组网髂体性能不会下降很多。 设瞧部雷达缀成的雷达缎网中有；部黎达困受干扰褥失效，剐失效毙为： 巩= m n ( 2 5 ) 设寒受干扰嚣寸嚣达组网的效能为l ，受干扰后雷达组瞬的效能为玩( 壤蔓1 ) ， 定义一个描述雷达纽网抗干扰能力的参数为： 仉= 珥“协 ( 2 6 ) 式( 2 6 ) 攘述了霉运缀阕蒸予痿惠综会鲶理瑟力戆撬干魏藐力。程螽嚣绘塞 的雷遮组网e c c m 度量公式中，将用( 1 + 仇) 来表示。 六、攀蛙雪达撬苄撬戆力嚣子 斡站雷达抗干扰( e c c m ) 性能的度董公式为【4 3 】： t a j 、= 氏b l q s s s s m sp s c s k s j ( 2 - ) 式( 2 7 ) 孛，各参皴豹含义参筑文献洚3 】。 摄然，各雷达的抗干扰能力因其在网中的地位不同而对雷达组网的憋体抗干 扰能力的贡献也趋不摆同的。农此以各雷达懿作用距离作为其对整体喇贡献的趣 权系数，于是可褥翻部雷达缀网的平均抗予抗( e c c m ) 能力舀子为： ( ) 。- - i “i - i ( ) ，kr ( 2 8 ) ( ) 。( ) ，7 kr ( 2 8 ) o i - - ij 式中( a ，) ，第i 部雷达的基本抗干扰能力，它由式( 2 7 ) 确定。 2 3 2 雷达组网e c c m 度量公戏 一、凌蠢公式 第1 4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 前面己讨论了反映雷达组网抗干扰能力的诸因子。显然，雷达组网的抗干扰 能力与上述各因子有关，且网内雷达自身的抗干扰能力起着举足轻重的作用。雷 达组网整体的抗干扰能力不仅包括雷达组网的雷达数量、部署、频段配置、信号 类型、极化类型、整网信息综合处理能力等表征系统抗干扰能力的因素及各因素 对整网抗干扰能力的贡献，还应包括组网各雷达自身的抗干扰能力。值得强调的 是，单站雷达平均抗干扰能力不是简单地通过取平均得出，而是通过加权平均计 算之。加权的原则以单站雷达作用距离的远近来表征该雷达对系统抗干扰能力贡 献的大小，这也是符合实际情况的。网内骨干雷达的抗干扰能力直接影响着系统 的抗干扰性能。经以上分析，得出雷达组网e c c m 度量公式为 4 4 ( ) ，：l ( 2 - n , ) 屯( 1 + 仉) h ( 1 + 仉产卉( i _ ( 丢窆斌舻 k i z 一剥“钞 1 制删“叫古 ( 2 9 ) 式( 2 9 ) 既包含了网内各雷达的抗干扰能力及对整网抗干扰性能的不同贡献，又 考虑到了雷达组网各参数对整网抗干扰能力贡献大小的因子、k ：、k ，、k ；、k ， 因而较全面、完整地评估了雷达组网的抗干扰能力。 二、举例 下面列出了两种简单组网情况下的e c c m 能力表征值。情况1 为四部雷达分 别部署在正方形顶点上的雷达组网，正方形的边长为4 0 0 k i n ，r , = 0 5 ；情况2 为 三部雷达分别部署在等边三角形顶点上的雷达组网，等边三角形的边长为3 0 0 k i n ， 叩。= 0 7 。为讨论问题方便起见，假定各雷达在不同高度层上的探测距离均相等， 且假定上面讨论的诸因素对雷达组网抗干扰能力的贡献均相等，也即k s = l 。情况 l 和情况2 组网各雷达的参数分别如表2 1 和表2 2 所示。 第1 5 页 国防科学技术丈学研究生院学位论文 表2 。1嚣灏霍这按蓬方影帮署 参数 毒朱 r m a x 工作频率， 抗干扰能力 辍纯类登信号类鍪 、 r l a n ) ( m h z ) ( a ，) ，( d b ) 数目 l4 0 0l8 0 0 之2 0 0线极化线性调频1 6 5 21 5 01 9 0 0 2 2 0 0线、圆极化线性调频1 4 2 33 0 01 5 0 1 7 0线极化线性调频1 1 2 42 8 02 7 钧线极纯露定载频 8 3 雷达组网的抗干扰能力为：( ) 。= t 4 8 ( d b ) 表2 2 三部雷达按等边三角形部署 参数 蔷朱 r m a x 工作频率， 抗干扰能力 极化类型信号类型 ( i o n ) ( m h z ) ( 姒d b ) 鼗霆 l1 5 01 9 0 0 - - 2 2 0 0线、圆极化线性调频1 4 2 23 0 01 5 0 1 7 0线极纯线往调频1 1 2 32 8 02 7 0 0线极化固定载频8 3 雷达组网的抗干扰能力为：( 彬) 。m1 2 8 ( d - b ) 2 4 雷达组阿优化布站方法 鸯菇闫瑟盏接关系蜀缓蠲系统静攥测程麓( 翔检测稻躁黥) 在空潮豹分枣， 也决定着可以进行和或有必要进行数据融合的空域，进而决定着组网系统中通信 网的构成和数据融合算法的选择 4 ，5 】。萋于所鼷探测露标的雷达散射特性和各鬻达 靛空潮探测特性，考懑鑫然垮壤和应耀背景，会理靛枣站方案可以获褥较理憩豹 警戒空域、熏点探测窝域和一定的e c c m 能力。但是目前并没有统一的雷达布站 耱方法，关予这方蟊静擐逶瞧缀少，在诧绘磁靛氇只燕一令秘步兹毒站方法。 2 4 1 雷达缎网优化谢站数学模型 雷达布站属于数学中的多目标优化问题。为了求解方便，可采用加权方法将 其转豫为葶曩昧往化瓣题。霉达组弼撬让毒站阉题可以篱述必【3 】：绘定一露达缒 繁1 6 茭 国茨辩学技术丈学磷党生院学位论文 霹一= u u n s ：，妒，乃) n q ( 2 1 4 ) 锵喝，= 自q 札技弘蕊删删饥弛缓俐嘁i 产l 挺磅舞啦| s 如h k 毒o - | o 如打k fl e 。( d ) = 扣d ( d f i ，d ) r o ，f 2 ，i z , i ：= 1 2 ， ( 2 1 6 ) d ( q ；d 2 ) 表示两站b 鞠哦的闻距 2 ) 一组可调参数或系数w = w ，乃，正， ，其中w 芒【o l 】，= l ，2 ，五， 3 ) 限制条件或给定应用背景u = 嘏，0 ，o ，墨( 曰，q ) ，熊中f = l 2 ，n ， 羧攒该舞题戆将煮霹默找爨一些骞效方法黠宅遴嚣求解。蕞| 三l 袋翅一耪试探算法， 所决定的s ( 曰，q ) 怒无法用有限参数袭豕的，则，( d ) 无法用解析式表示，故只 能采用直接法求解搿站问题；( 2 ) 布站阀题涉及多个变爨( 砖，d 2 ，珥) ，虽 摹l s 簧 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( p ，伊，四) 具有方向性( 即多瓣性) ，因此厂( d ) 在q r ，i = 1 , 2 ，n ，必然有 许多局部最优点，故为了获得满意的解0 ，可以采用下面的策略 3 】： - 算法在某一搜索步长下，变量( d 。，d ：，d ，) 顺序调整，必要时重复多轮， 直至获得最好的局部最优点； 一搜索步长在整个搜索过程中逐渐减小； _ w ( 除丑外) 值由小向大方向调整，且几个参数的调整是有序进行的。 事实上，最优布站方案p 。的搜索过程是一个d 和w 的联合搜索过程，不同 的矿对应着相应的d 口。极端情况下，过高的值将使问题无解，因此如何选择 和调整需要一定经验和技巧。 2 43 雷达组网优化布站举例 设所有的雷达工作在理想的环境下，r 为整个水平面，目标单一方向飞行， 且只考虑有一种目标情况下的布站，岛( 口，9 ，四) 被简化为一圆形区域以代表无向目 标情况，如图2 4 2 和图2 4 3 所示。或被简化成四瓣区域以代表有向目标情况， 如图2 4 4 和图2 4 5 所示。通过下列具体算法步骤，可以得到四种情况下的布站 方案。 w = 0 ，n = 3 ，空域有效覆盖陋( f