1、引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，警戒雷達(dá)遭遇最嚴(yán)重的威脅來自有源干擾。由于威脅目標(biāo)的雷達(dá)回波可能被掩蓋在干擾雜波中，導(dǎo)致指揮系統(tǒng)不能確定空空或空海導(dǎo)彈的發(fā)射時(shí)機(jī)，無法引導(dǎo)飛機(jī)在安全距離上完成攻擊任務(wù)。為了打擊和摧毀干擾輻射源，輻射源定位技術(shù)伴隨雷達(dá)電子對抗產(chǎn)生。輻射源定位技術(shù)最基本的定位方法是平面定位法和空間定位法，根據(jù)定位條件的不同，又可分為單點(diǎn)定位和多點(diǎn)定位。單點(diǎn)定位有飛越目標(biāo)定位法、方位/仰角定位法，多點(diǎn)定位有測向交叉定位法、多重采樣相關(guān)定位法等[1～5]。本文提出的基于灰度質(zhì)心法的雷達(dá)捷變頻技術(shù)干擾源定位方法屬于單點(diǎn)定位法。利用雷達(dá)捷變頻技術(shù)，采用灰度質(zhì)心算法對干擾源進(jìn)行定位，即可掌握對方干擾掩護(hù)的方位，又可實(shí)現(xiàn)為飛機(jī)提供干擾源打擊的概略引導(dǎo)信息。

2、定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的原理及條件

2.1實(shí)現(xiàn)條件

基于灰度質(zhì)心法的雷達(dá)捷變頻技術(shù)干擾源定位方法需要在特定的條件下完成。

1)雷達(dá)具有超低副瓣或副瓣抑制能力，且干擾機(jī)與雷達(dá)有一定的距離;

2)雷達(dá)具有捷變頻功能，且干擾信號基于頻率瞄準(zhǔn)或儲頻轉(zhuǎn)發(fā)式;

3)雷達(dá)具有數(shù)字化信號處理顯示功能。超低副瓣的雷達(dá)天線設(shè)計(jì)技術(shù)不僅可以聚焦輻射功率，增大雷達(dá)的探測距離，也可以有效避免干擾信號從雷達(dá)的副瓣進(jìn)入，提高雷達(dá)的抗干擾能力。

這種技術(shù)迫使干擾信號僅能從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，從而使干擾信號攜帶了方向信息，為干擾源定位提供了基礎(chǔ)條件。捷變頻是一種抗干擾技術(shù)，即雷達(dá)快速改變射頻頻率，以迫使遠(yuǎn)距離干擾機(jī)和威脅目標(biāo)自帶的干擾機(jī)分散其現(xiàn)有的干擾功率，來覆蓋增寬了的射頻帶寬。如果遠(yuǎn)距離干擾機(jī)堅(jiān)持采用窄帶瞄頻或數(shù)字儲頻轉(zhuǎn)發(fā)方式產(chǎn)生干擾信號，干擾信號進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)就存在一個(gè)延遲時(shí)間，這個(gè)延遲由干擾機(jī)與雷達(dá)之間的雙程信號傳輸距離、干擾機(jī)偵察測頻處理時(shí)間、干擾機(jī)內(nèi)部射頻線長度等因素決定。脈間或脈組高速捷變頻技術(shù)恰好利用了這個(gè)延遲，其高速的頻率跳變使遠(yuǎn)距離干擾機(jī)無法緊隨雷達(dá)信號實(shí)施干擾，造成相同頻率的干擾信號在干擾機(jī)與雷達(dá)距離之內(nèi)傳播滯后于雷達(dá)回波，此距離內(nèi)的雷達(dá)回波處理未受到干擾，雷達(dá)數(shù)字化顯示處理使干擾雜波與目標(biāo)回波以點(diǎn)跡形式在雷達(dá)顯示，有利于對干擾源位置的數(shù)據(jù)采集，減少誤差。

2.2實(shí)現(xiàn)原理

在真實(shí)戰(zhàn)場條件中，當(dāng)雷達(dá)與干擾機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，大多數(shù)情況，干擾能量僅能從雷達(dá)的主瓣和第一副瓣進(jìn)入，并在雷達(dá)顯示器上形成主瓣式條狀干擾扇區(qū)。如果雷達(dá)采用捷變頻抗干擾手段有效，往往可以消弱干擾的能量，并能去除干擾機(jī)與雷達(dá)之間的干擾亮區(qū)。這時(shí)，可以清晰觀測干擾亮區(qū)的起始位置，在經(jīng)過十幾個(gè)掃描周期的采樣后，可構(gòu)畫出干擾機(jī)位置分布圖，之后使用定位算法可計(jì)算出干擾機(jī)位置。如果針對一部雷達(dá)進(jìn)行多次干擾源定位誤差校準(zhǔn)，可進(jìn)一步縮小結(jié)果誤差，減少計(jì)算所需的數(shù)據(jù)采集樣本，達(dá)成對運(yùn)動(dòng)干擾源的準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位。

3、定位技術(shù)方法

采用灰度質(zhì)心算法的雷達(dá)捷變頻技術(shù)對干擾源進(jìn)行定位方法，是一種以灰度為權(quán)值的加權(quán)型心法。干擾源位置以干擾噪點(diǎn)的起始點(diǎn)為準(zhǔn)，數(shù)量N=n×T/t，其中T為采集區(qū)間的時(shí)間長度，t為雷達(dá)天線的掃描周期，n為每個(gè)周期干擾源數(shù)量。例如，圖2(c)是雷達(dá)的某次掃描圖像，圖上有n=6個(gè)干擾源位置點(diǎn)。表1中列出了數(shù)據(jù)的部分樣本。為了便于計(jì)算，數(shù)據(jù)由經(jīng)緯度值轉(zhuǎn)換為X/Y坐標(biāo)系，由于無高度信息，Z坐標(biāo)省略。根據(jù)式(1)、式(2)，計(jì)算并畫出干擾機(jī)位置，效果如圖3所示，式(1)得到數(shù)據(jù)在X軸投影的質(zhì)心，式(2)得到數(shù)據(jù)在Y軸投影的質(zhì)心。由于數(shù)據(jù)分布集中在兩個(gè)位置，在計(jì)算之前應(yīng)劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)域1、區(qū)域2，并且利用式(4)剔除偏離點(diǎn)，這樣就能在圖中得到兩個(gè)質(zhì)心S1(1645.83，1014.9)，S2(1142.67，1262.6)，以”+”表示;干擾機(jī)真實(shí)位置R1=(1608，1107)，R2=(1104，1401)，以“*”表示。

4、定位結(jié)果分析

根據(jù)圖3所示，比例尺為1∶91.86(單位：m)，區(qū)域1的質(zhì)心距離實(shí)際點(diǎn)9146.41m，區(qū)域2的質(zhì)心距離實(shí)際點(diǎn)13200.68m。由于無校準(zhǔn)的定位誤差較大，需要進(jìn)行進(jìn)一步處理才能獲得理想結(jié)果[12～13]。

4.1隨機(jī)誤差

采樣點(diǎn)相對質(zhì)心的分布趨勢表現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，圖4、圖5顯示了位置數(shù)據(jù)的均值和波動(dòng)，經(jīng)計(jì)算，區(qū)域1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為7.95km，區(qū)域2的標(biāo)準(zhǔn)差為10.09km。圖3中，區(qū)域1、區(qū)域2采樣點(diǎn)集中分布于區(qū)域底部，構(gòu)成較明顯的集中區(qū)，其它分散點(diǎn)采樣來自于副瓣干擾，在質(zhì)心閾值設(shè)置時(shí)可以剔除;區(qū)域2中形成了兩個(gè)集中區(qū)，從雷達(dá)屏幕觀察上部集中區(qū)可能是副瓣干擾，在采樣時(shí)可以濾除上部的集中區(qū)域。經(jīng)過閾值優(yōu)化設(shè)置后，隨機(jī)誤差得到降低，如圖6所示。經(jīng)過閾值優(yōu)化設(shè)置后，區(qū)域1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為4918.9m，區(qū)域2的標(biāo)準(zhǔn)差為1810.8m，區(qū)域1的質(zhì)心S1(1639.5，1047.4)距離實(shí)際點(diǎn)6192.64m，區(qū)域2的質(zhì)心S2(1118.9，1374.8)距離實(shí)際點(diǎn)2768.77m，誤差分別降低32.3%和79%。事實(shí)上，S1點(diǎn)的干擾機(jī)較S2點(diǎn)干擾機(jī)的干擾信號能量及能量起伏較大，對雷達(dá)副瓣的干擾不穩(wěn)定，使得雷達(dá)對S1的定位不準(zhǔn)確，因此在數(shù)據(jù)采樣時(shí)可以考慮選擇距離最新的干擾點(diǎn)，即每次掃描周期只錄取干擾方向上最近的干擾點(diǎn)。這種錄取方法操作簡單，結(jié)果精度高，但對分辨主瓣干擾的能力要求較高。

4.2系統(tǒng)誤差

質(zhì)心在同一個(gè)方向上偏離實(shí)際點(diǎn)，這是由于干擾機(jī)內(nèi)部在轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)信號或測量雷達(dá)信號存在系統(tǒng)延遲T，這個(gè)延遲導(dǎo)致雷達(dá)觀測到的干擾機(jī)位置比實(shí)際的位置要遠(yuǎn)一些，不同的干擾機(jī)系統(tǒng)延遲T是不同的，同一部干擾機(jī)工作在不同頻率時(shí)T也會不同。另外一個(gè)系統(tǒng)誤差來自雷達(dá)本身，由于雷達(dá)精度與量程、天線掃描方式、工作頻率等有關(guān)，在對干擾機(jī)定位時(shí)應(yīng)考慮以上因素。

5、結(jié)語

數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明雷達(dá)捷變頻技術(shù)的干擾源定位方法不能實(shí)現(xiàn)高精度定位，該方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值在于可以利用現(xiàn)有雷達(dá)裝備提供干擾威脅源位置的估計(jì)信息，定位誤差小于5km。該方法不屬于高精度雷達(dá)目標(biāo)跟蹤功能，而是一種雷達(dá)探測能力的延伸，其最大的優(yōu)勢在于可以估計(jì)運(yùn)動(dòng)干擾源的移動(dòng)線路，比如描繪攜帶干擾源飛機(jī)的航線，有利于對敏感空域或海域敵情的偵察預(yù)警。從經(jīng)濟(jì)條件和現(xiàn)有技術(shù)條件來看，該方法在雷達(dá)上推廣易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)改造需求少，是一種行之有效的雷達(dá)輔助探測功能。