隐形雷达低截获概率性能评估方法

摘要

本发明公开了一种隐形雷达低截获概率性能评估方法，用于解决现有隐形雷达LPI性能评估方法实用性差的技术问题。技术方案是从雷达资源的时间域、空间域、频率域和功率域着手，将影响雷达LPI性能的各种因素和措施，如雷达波形设计、功率管理以及雷达硬件设计(低旁瓣天线、高处理增益接收机)，按属性不同分为若干组，并形成目标层L1、子目标层L2-1～L2-2、准则层L3-1～L3-8、子准则层L4-1～L4-17，通过层次分析法对各因素进行两两比较，确定同一层次中诸因素的相对重要性，然后综合决定不同层次、不同因素和不同参数值相对于雷达LPI性能的贡献权值，进而获得不同雷达的LPI性能的定量评估结果，以评价不同雷达的LPI性能，因此评估结果更接近于实际情况，实用性强。

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种隐形雷达低截获概率性能评估方法。

背景技术

雷达属于有源探测，当雷达发射的电磁波被对方的探测设备检测到，则称之为被 截获。一般来说，通常将被截获视为被攻击的必要条件，因此常规的雷达低截获概率 (以下简称LPI)技术研究通常以降低雷达的电磁功率为主要目标，并且以截获因子α 作为评价指标。

但是在现代电子战中，雷达电磁波被截获并不意味着攻击的有效性，而是取决于 截获信息的充分性——全信息或部分信息，如果对方获得的雷达信息完成了检测与识 别的全过程，其攻击才是有效的，否则将是无效的或部分有效的，也就是说部分信息 的暴露仍给雷达留有发挥效能的余地。因此，抗识别能力也是LPI性能评估的另一个 依据。

通过对国内相关雷达院所调研发现：由于隐形雷达的研制起步较晚，先进、完备 的雷达LPI性能评估验证体系尚未形成，有关的研究文献较少。

文献“隐形雷达LPI性能评估方法探讨、西北工业大学学报，2015第2期，284-289 页”公开了一种隐形雷达LPI性能有效性评价标准和评估框架，通过截获因子α和波 形复杂度因子δ来估计雷达波形的抗侦收和抗识别能力。由于截获因子α仅反映了雷 达可被截获机截获的信号峰值功率，波型复杂度因子δ仅从雷达波性设计角度来考虑， 因此该模型框架尚未能全面反映实现LPI技术的各种因素和途径对其性能的影响。

发明内容

为了克服现有隐形雷达LPI性能评估方法实用性差的不足，本发明提供一种隐形 雷达低截获概率性能评估方法。该方法从雷达资源的时间域、空间域、频率域和功率 域着手，将影响雷达LPI性能的各种因素和措施，如雷达波形设计、功率管理以及雷 达硬件设计(低旁瓣天线、高处理增益接收机)等，按属性不同分为若干组，并形成 目标层L1、子目标层L2-1～L2-2、准则层L3-1～L3-8、子准则层L4-1～L4-17，通 过层次分析法对各因素进行两两比较，确定同一层次中诸因素的相对重要性，然后综 合决定不同层次、不同因素和不同参数值相对于雷达LPI性能的贡献权值，进而获得 不同雷达的LPI性能的定量评估结果，以评价不同雷达的LPI性能，因此评估结果更 接近于实际情况，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种隐形雷达低截获概率性能评估方 法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、建立隐形雷达LPI性能评估的框架结构模型，包括L1～L4四级层次结构， 每一层次的元素对下一层次的隶属元素起支配作用，同时它又受上一层次元素的支配， 这种从上至下的支配关系形成了一个递阶层次。具体涵义如下：

①目标层L1：隐形雷达LPI性能验证；

②子目标层L2-1～L2-2：包括抗侦收能力L2-1，抗分选识别能力L2-2两个分 支；

③准则层L3-1～L3-8：包括八项有效的LPI措施的评估，其中涉及抗侦收能力 的有三项：截获因子、天线隐形和功率管理；涉及抗分选识别能力的五项：信号组合、 PRI伪装、载频捷变、识别时间和识别准确率。

④子准则层L4-1～L4-17：该层是对准则层八项措施评估的细化，共十七项， 涉及波形设计、波束控制、发射功率管理以及雷达接收机专项技术。

⑤指标层D₁～D₂₀：该层共二十项，D₁、D₁₉、D₂₀是对L3-1、L3-7、L3-8三项 参数的取值，数据主要来自于计算和实测数据；D₂～D₁₈是对L4层十七项措施的选通。

⑥权重W₁～W₂₀：是对指标层D₁～D₂₀相对于雷达LPI性能的贡献权值，共二十项。

步骤二、计算判断矩阵A。

对于同一层次同一隶属关系的各因素L4-1、L4-2和L4-3，通过进行专家咨询， 并运用三标度法进行相对于上一层因素L3-2重要性的两两比较，得到比较矩阵C和下 一层因素相对于上一层因素的标准判断矩阵A。

对于天线隐形L3-2则有：

$C_{L3-2}=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{L4-1,L4-1}& C_{L4-1,L4-2}& C_{L4-1,L4-3}\\ C_{L4-2,L4-1}& C_{L4-2,L4-2}& C_{L4-2,L4-3}\\ C_{L4-3,L4-1}& C_{L4-3,L4-2}& C_{L4-3,L4-3}\end{array}\right),---\left(1\right)$

计算重要性排序指数$r_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{C}_{ij},r_{\min }=min\left\{r_i\right\}---\left(2\right)$

令判断矩阵的元素$a_{ij}=\left(\begin{array}{cc}\frac{r_i-r_j}{r_{\min }}+1& r_i\ge r_j\\ {\left[\frac{r_i-r_j}{r_{\min }}+1\right]}^{-1}& r_i<r_j\end{array}\right)---\left(3\right)$

得到标准判断矩阵A_L3-2。

对于一个递阶层次结构模型，从最顶层到最底层有几个隶属关系，就须建立几个 判断矩阵。

步骤三、计算层次单排序权重。

得到判断矩阵A后，计算层次单排序，即指同一隶属关系的各因素对隶属于上一 层次相应因素相对重要性的权值。

对于天线隐形L3-2：

求解得标准判断矩阵A_L3-2的最大特征值λ_L3-2。

令A_L3-2X_L3-2＝λ_L3-2X_L3-2(4)

得到最大特征值λ_L3-2对应的特征向量X_L3-2＝[X_L4-1X_L4-2X_L4-3]，对X_L3-2进行归 一化处理后的特征向量就是各因素的权重向量W_L3-2＝[W_L4-1W_L4-2W_L4-3]。

计算出每个具有同一隶属关系的因素对隶属于上一层次相应因素相对重要性的权 值W_L2-1＝[W_L3-1W_L3-2W_L3-3]，W_L1＝[W_L2-1W_L2-2]。

步骤四、计算层次总排序权重。

计算层次总排序W₁～W₂₀，即指所有因素对总目标相对重要性的权值。用指标层同 一隶属关系的各因素的单排序权重乘以隶属于上一层次相应因素的排序权重，从子准 则层一直乘到目标层。

对于天线隐形L3-2：

采用低旁瓣L4-1措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₂＝W_L4-1×W_L3-2×W_L2-1(5)

采用变极化L4-2措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₃＝W_L4-2×W_L3-2×W_L2-1(6)

采用自适应滤波L4-2措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₄＝W_L4-3×W_L3-2×W_L2-1(7)

步骤五、进行参数赋值，计算雷达低截获性能评估结果。

计算雷达低截获性能η，η越大则代表低截获性能越好。

$\eta =\underset{n=1}{\overset{20}{\Sigma }}{D}_n{W}_n---\left(8\right)$

其中D_n为指标层参数，即所有因素的取值；W_n为各因素对雷达低截获性能相对重 要性的权值。

D_n的赋值准则是：

D₁为截获因子其中R_Rmax为雷达最大可截获距离，R_Imax为ESM最大可 截获距离；

D₁₉、D₂₀分别代表ESM对雷达信号的分选时间的倒数和识别准确率；

D₂～D₁₈是对L4层十七项措施的选通，L4-1、L4-2、L4-3分别代表天线隐形技术 L3-2中的低旁瓣、变极化和自适应滤波技术，若雷达采用该项技术，则对应的指标项 取1，未采用该项技术则取0。

本发明的有益效果是：该方法从雷达资源的时间域、空间域、频率域和功率域着 手，将影响雷达LPI性能的各种因素和措施，如雷达波形设计、功率管理以及雷达硬 件设计(低旁瓣天线、高处理增益接收机)等，按属性不同分为若干组，并形成目标 层L1、子目标层L2-1～L2-2、准则层L3-1～L3-8、子准则层L4-1～L4-17，通过层 次分析法对各因素进行两两比较，确定同一层次中诸因素的相对重要性，然后综合决 定不同层次、不同因素和不同参数值相对于雷达LPI性能的贡献权值，进而获得不同 雷达的LPI性能的定量评估结果，以评价不同雷达的LPI性能，因此评估结果更接近 于实际情况，实用性强。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明隐形雷达低截获概率性能评估方法的流程图。

具体实施方式

参照图1。本发明隐形雷达低截获概率性能评估方法具体步骤如下：

1、建立隐形雷达LPI性能评估的框架结构模型。

本发明将隐形雷达LPI性能评估的框架结构模型包括L1～L4四级层次结构，每一 层次的元素对下一层次的隶属元素起支配作用，同时它又受上一层次元素的支配，这 种从上至下的支配关系形成了一个递阶层次。具体涵义如下：

①目标层(L1)：隐形雷达LPI性能验证；

②子目标层(L2-1～L2-2):包括“抗侦收能力L2-1”、“抗分选识别能力L2-2” 两个分支；

③准则层(L3-1～L3-8)：包括8项有效的LPI措施的评估，其中涉及抗侦收能 力的有三项，如：截获因子、天线隐形和功率管理；涉及抗分选识别能力的五项，如： 信号组合、PRI伪装、载频捷变、识别时间和识别准确率。

④子准则层(L4-1～L4-17)：该层是对准则层8项措施评估的细化，共17项， 涉及波形设计、波束控制、发射功率管理以及雷达接收机专项技术等。

⑤指标层(D₁～D₂₀)：该层共20项，D₁、D₁₉、D₂₀是对L3-1、L3-7、L3-8三 项参数的取值，数据主要来自于计算和实测数据；D₂～D₁₈是对L4层17项措施的选通。

⑥权重(W₁～W₂₀)：对指标层D₁～D₂₀相对于雷达LPI性能的贡献权值，共20 项。

2、计算判断矩阵A。

在建立递阶层次结构以后，上下层之间元素的隶属关系就确定了。对于同一层次 同一隶属关系的各因素(如L4-1、L4-2、L4-3)，通过进行专家咨询，并运用三标 度法进行相对于上一层因素(如L3-2)重要性的两两比较，可得比较矩阵C和下一层 因素相对于上一层因素的标准判断矩阵A。

以天线隐形L3-2为例：

$C_{L3-2}=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{L4-1,L4-1}& C_{L4-1,L4-2}& C_{L4-1,L4-3}\\ C_{L4-2,L4-1}& C_{L4-2,L4-2}& C_{L4-2,L4-3}\\ C_{L4-3,L4-1}& C_{L4-3,L4-2}& C_{L4-3,L4-3}\end{array}\right),---\left(1\right)$

计算重要性排序指数$r_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{C}_{ij},r_{\min }=min\left\{r_i\right\}---\left(2\right)$

令判断矩阵的元素$a_{ij}=\left(\begin{array}{cc}\frac{r_i-r_j}{r_{\min }}+1& r_i\ge r_j\\ {\left[\frac{r_i-r_j}{r_{\min }}+1\right]}^{-1}& r_i<r_j\end{array}\right)---\left(3\right)$

可得到标准判断矩阵A_L3-2。

对于一个递阶层次结构模型，从最顶层到最底层有几个隶属关系，就须建立几个 判断矩阵。

3、计算层次单排序权重。

得到判断矩阵A后，可计算层次单排序，即指同一隶属关系的各因素对隶属于上 一层次相应因素相对重要性的权值。

以天线隐形L3-2为例：

求解得标准判断矩阵A_L3-2的最大特征值λ_L3-2。

令A_L3-2X_L3-2＝λ_L3-2X_L3-2(4)

可求得最大特征值λ_L3-2对应的特征向量X_L3-2＝[X_L4-1X_L4-2X_L4-3]，对X_L3-2进行 归一化处理后的特征向量就是各因素的权重向量W_L3-2＝[W_L4-1W_L4-2W_L4-3]。

同理可以计算出每个具有同一隶属关系的因素对隶属于上一层次相应因素相对重 要性的权值。

如：W_L2-1＝[W_L3-1W_L3-2W_L3-3]，W_L1＝[W_L2-1W_L2-2]等。

4、计算层次总排序权重。

计算层次总排序W₁～W₂₀，即指所有因素对总目标相对重要性的权值。其方法是用 指标层同一隶属关系的各因素的单排序权重乘以隶属于上一层次相应因素的排序权 重，从子准则层一直乘到目标层。

以天线隐形L3-2为例：

则采用低旁瓣L4-1措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₂＝W_L4-1×W_L3-2×W_L2-1(5)

则采用变极化L4-2措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₃＝W_L4-2×W_L3-2×W_L2-1(6)

则采用自适应滤波L4-2措施相对于雷达低截获性能贡献权值为：

W₄＝W_L4-3×W_L3-2×W_L2-1(7)

其他以此类推。

5、进行参数赋值，计算雷达低截获性能评估结果。

计算雷达低截获性能η，η越大则代表低截获性能越好。

$\eta =\underset{n=1}{\overset{20}{\Sigma }}{D}_n{W}_n---\left(8\right)$

其中D_n为指标层参数，即所有因素的取值；W_n为各因素对雷达低截获性能相对重 要性的权值。

D_n的赋值准则是：

D₁为截获因子其中R_Rmax为雷达最大可截获距离，R_Imax为ESM最大可 截获距离；

D₁₉、D₂₀分别代表ESM对雷达信号的分选时间的倒数和识别准确率；

D₂～D₁₈是对L4层17项措施的选通，如L4-1、L4-2、L4-3分别代表天线隐形技 术L3-2中的低旁瓣、变极化和自适应滤波技术，若雷达采用该项技术，则对应的指标 项取1，未采用该项技术则取0。