1、引言
現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，警戒雷達遭遇最嚴(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)射時機，無法引導(dǎo)飛機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，又可分為單點定位和多點定位。單點定位有飛越目標(biāo)定位法、方位/仰角定位法，多點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)心法的雷達捷變頻技術(shù)干擾源定位方法屬于單點定位法。利用雷達捷變頻技術(shù)，采用灰度質(zhì)心算法對干擾源進行定位，即可掌握對方干擾掩護的方位，又可實現(xiàn)為飛機提供干擾源打擊的概略引導(dǎo)信息。
2、定位技術(shù)實現(xiàn)的原理及條件
2.1實現(xiàn)條件
基于灰度質(zhì)心法的雷達捷變頻技術(shù)干擾源定位方法需要在特定的條件下完成。
1)雷達具有超低副瓣或副瓣抑制能力，且干擾機與雷達有一定的距離;
2)雷達具有捷變頻功能，且干擾信號基于頻率瞄準(zhǔn)或儲頻轉(zhuǎn)發(fā)式;
3)雷達具有數(shù)字化信號處理顯示功能。超低副瓣的雷達天線設(shè)計技術(shù)不僅可以聚焦輻射功率，增大雷達的探測距離，也可以有效避免干擾信號從雷達的副瓣進入，提高雷達的抗干擾能力。
這種技術(shù)迫使干擾信號僅能從雷達主瓣進入，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)，即雷達快速改變射頻頻率，以迫使遠距離干擾機和威脅目標(biāo)自帶的干擾機分散其現(xiàn)有的干擾功率，來覆蓋增寬了的射頻帶寬。如果遠距離干擾機堅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，干擾信號進入雷達接收機就存在一個延遲時間，這個延遲由干擾機與雷達之間的雙程信號傳輸距離、干擾機偵察測頻處理時間、干擾機內(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)恰好利用了這個延遲，其高速的頻率跳變使遠距離干擾機無法緊隨雷達信號實施干擾，造成相同頻率的干擾信號在干擾機與雷達距離之內(nèi)傳播滯后于雷達回波，此距離內(nèi)的雷達回波處理未受到干擾，雷達數(shù)字化顯示處理使干擾雜波與目標(biāo)回波以點跡形式在雷達顯示，有利于對干擾源位置的數(shù)據(jù)采集，減少誤差。
2.2實現(xiàn)原理
在真實戰(zhàn)場條件中，當(dāng)雷達與干擾機距離較遠時，大多數(shù)情況，干擾能量僅能從雷達的主瓣和第一副瓣進入，并在雷達顯示器上形成主瓣式條狀干擾扇區(qū)。如果雷達采用捷變頻抗干擾手段有效，往往可以消弱干擾的能量，并能去除干擾機與雷達之間的干擾亮區(qū)。這時，可以清晰觀測干擾亮區(qū)的起始位置，在經(jīng)過十幾個掃描周期的采樣后，可構(gòu)畫出干擾機位置分布圖，之后使用定位算法可計算出干擾機位置。如果針對一部雷達進行多次干擾源定位誤差校準(zhǔn)，可進一步縮小結(jié)果誤差，減少計算所需的數(shù)據(jù)采集樣本，達成對運動干擾源的準(zhǔn)實時定位。
3、定位技術(shù)方法
采用灰度質(zhì)心算法的雷達捷變頻技術(shù)對干擾源進行定位方法，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的起始點為準(zhǔn)，數(shù)量N=n×T/t，其中T為采集區(qū)間的時間長度，t為雷達天線的掃描周期，n為每個周期干擾源數(shù)量。例如，圖2(c)是雷達的某次掃描圖像，圖上有n=6個干擾源位置點。表1中列出了數(shù)據(jù)的部分樣本。為了便于計算，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)，計算并畫出干擾機位置，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)分布集中在兩個位置，在計算之前應(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，這樣就能在圖中得到兩個質(zhì)心S1(1645.83，1014.9)，S2(1142.67，1262.6)，以”+”表示;干擾機真實位置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)心距離實際點9146.41m，區(qū)域2的質(zhì)心距離實際點13200.68m。由于無校準(zhǔn)的定位誤差較大，需要進行進一步處理才能獲得理想結(jié)果[12～13]。
4.1隨機誤差
采樣點相對質(zhì)心的分布趨勢表現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機性，圖4、圖5顯示了位置數(shù)據(jù)的均值和波動，經(jīng)計算，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)，其它分散點采樣來自于副瓣干擾，在質(zhì)心閾值設(shè)置時可以剔除;區(qū)域2中形成了兩個集中區(qū)，從雷達屏幕觀察上部集中區(qū)可能是副瓣干擾，在采樣時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)距離實際點6192.64m，區(qū)域2的質(zhì)心S2(1118.9，1374.8)距離實際點2768.77m，誤差分別降低32.3%和79%。事實上，S1點的干擾機較S2點干擾機的干擾信號能量及能量起伏較大，對雷達副瓣的干擾不穩(wěn)定，使得雷達對S1的定位不準(zhǔn)確，因此在數(shù)據(jù)采樣時可以考慮選擇距離最新的干擾點，即每次掃描周期只錄取干擾方向上最近的干擾點。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)心在同一個方向上偏離實際點，這是由于干擾機內(nèi)部在轉(zhuǎn)發(fā)雷達信號或測量雷達信號存在系統(tǒng)延遲T，這個延遲導(dǎo)致雷達觀測到的干擾機位置比實際的位置要遠一些，不同的干擾機系統(tǒng)延遲T是不同的，同一部干擾機工作在不同頻率時T也會不同。另外一個系統(tǒng)誤差來自雷達本身，由于雷達精度與量程、天線掃描方式、工作頻率等有關(guān)，在對干擾機定位時應(yīng)考慮以上因素。
5、結(jié)語
數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明雷達捷變頻技術(shù)的干擾源定位方法不能實現(xiàn)高精度定位，該方法的實際應(yīng)用價值在于可以利用現(xiàn)有雷達裝備提供干擾威脅源位置的估計信息，定位誤差小于5km。該方法不屬于高精度雷達目標(biāo)跟蹤功能，而是一種雷達探測能力的延伸，其優(yōu)勢在于可以估計運動干擾源的移動線路，比如描繪攜帶干擾源飛機的航線，有利于對敏感空域或海域敵情的偵察預(yù)警。從經(jīng)濟條件和現(xiàn)有技術(shù)條件來看，該方法在雷達上推廣易實現(xiàn)，技術(shù)改造需求少，是一種行之有效的雷達輔助探測功能。
