雷达是现代信息化战争条件下的核心装备，也是战场上首要被攻击目标。从近年来发生的几场局部战争中可以看出，凡是被敌方侦察发现的雷达，很难逃过其物理攻击，在雷达“四抗”中，“抗摧毁”已经突出上升为第一位的威胁。

为了改善雷达的LPI性能，近年来，我国相关研究院所在该领域开展了广泛的研究，并取得了多项技术成果。那么，这些LPI技术在战时是否有效？要回答这一问题，需要探索雷达LPI性能的验证、评估方法，并把握该技术相对性和时变性。

然而，LPI技术的有效性是相对于雷达电子战中“电子支援系统(ESM)”而言的，ESM系统的截获能力、识别能力决定着雷达LPI性能的有效性，它的发展影响着隐形雷达的发展方向，是一对“矛”和“盾”的关系。因此，雷达隐身性能的验证必须紧跟ESM技术的发展水平。

本文针对多种机载雷达LPI措施的性能评估问题，揭示了雷达LPI与ESM之间博弈的规律，指出了雷达LPI性能评估模型与ESM的内在联系，并给出了LPI性能评估模型及其指标体系、评估规范及验证的构建方法，以及雷达LPI性能评估的“资源环境”及软件构架等。这些研究的结论可用于规范隐形雷达衡量标准，促进雷达低截获性能的提升，使其能适应未来战场的实际需要。

1) 美国的隐形火控雷达

美国的F-22“猛禽”战机采用了隐形有源相控阵AN／APG-77雷达，其核心技术在于：使用扩谱技术，采用特殊调制形式在宽频带里发射低能量脉冲，使得对方的ESM系统难于察觉；接收时，信号处理器将这些信号进行相干处理，使得目标反射回来的总能量等同于常规雷达，不影响它的探测能力^[1]。

2) 俄罗斯的隐形火控雷达

俄罗斯改进的MIG-31飞机，已经实现机载多基地隐形有源相控阵雷达系统。它采用了战术编队(1架发射，多架接收)和空空数据链的方法，实现了战术态势共享和“后我发射”的战场态势^[1]。

3) 我国“隐形火控雷达”情况

我国在隐形火控雷达的研制方面已经获得突破性进展，使得多功能机载相控阵雷达LPI技术已经进入实用阶段。前不久报道的隐形飞机J-20成功试飞也从一个侧面证实了我国的LPI技术水平。

体现雷达LPI技术发展趋势体现在如下方面^{[2, 3, 4]}:①宽带／超宽带相控阵技术;②双／多基地雷达探测技术;③一体化探测技术;④宽带、低副瓣相控阵天线设计技术;⑤低截获概率(LPI)波形设计技术。

ESM截获接收机技术的发展状态主要体现在如下3方面：①雷达信号参数获取；②基于脉冲描述字(PWA)、特征匹配的信号分选和识别。

1) 雷达参数的提取

雷达信号参数提取任务包括对常规参数诸如脉宽(PW)、脉幅(PA)、到达时间(TOA)、到达角(DOA)和载频(RF)的提取，以及特殊参数诸如包络特征参数、脉内调制参数和其他参数。上述参数中，对载频的测量一般是使用瞬时测频技术，对精度要求较高的场合还要在中频运用FFT进行精确测频。对于脉宽、脉幅和到达时间的测量主要在时域进行，通过A/D量化测得。脉冲包络特征参数指的是上升沿时间、下降沿时间等包络形状参数，该参数的测量需要较高的信噪比和较宽的瞬时带宽。脉内调制参数的测量现在使用的方法还都局限于时频分析、小波分析等计算量较大且耗时的分析算法上。目前对脉宽和脉幅的测量精度一般较低，还难以用于高精度的信号分选和识别中；而对到达时间和载频的测量相对较准确且速度较快，所以这两个参数也就成为了现在最主要的信号分选参数。

2) 侦察接收机技术的现状

目前，国外的ESM 接收机频率范围一般为0.5～18 GHz，能覆盖绝大部分现役雷达的工作频段，灵敏度大都在-60～-80 dBm。在接收机的动态范围内每秒钟可接收25～100万个脉冲信号，前端截获概率达到50％时，其截获时间约为1.5～3 s。测向定位系统可提供的最优雷达测向精度为2°均方根值。

3) 接收机技术的发展动向

①对综合体制雷达实施侦察的技术

目前，国外已经展开对低截获概率雷达、脉压／捷变频、捷变频脉冲多普勒、频率分集／变重频变脉宽以及大带宽低峰值功率等综合体制雷达实施侦察的技术的研究，并已取得成效。

②利用侦察机对目标进行无源定位技术

这种技术与有源定位方法相比，作用距离远、隐蔽性好，在电子战环境下的生存能力强。

③相控阵雷达的侦收技术

相控阵雷达的数字波束形成接收机是采用数字技术实现瞬时多波束及实时自适应处理的装置，它在形成瞬时多波束的同时，能对干扰源自适应调零并得到超高分辨率和超低旁瓣的性能^[5]，它是一种极为优良的雷达反对抗体制，是目前各国进行雷达对抗的重点领域。

除此之外，还有基于数字接收机的空间谱估计测向及高精度参数测量技术、利用对流层散射对雷达信号实现超视距侦察的技术等。

信号分选也称去交织，指的是把混合雷达脉冲序列分解成独立的多个脉冲序列(每个脉冲序列对应某一特定雷达的脉冲序列)。

1) 常用的分选方法简介

目前常用分选方法有如下3类^[6]：①基于到达时间的信号分选方法，累积差直方图法(CDIF)是现在使用最多的方法，该方法是传统直方图方法和序列搜索法的结合，在低密度、简单信号情况下，一般能够完成信号分选工作。序列差直方图法(SDIF)是其改进模式。②基于DOA，RF和PW等的多参数信号分选方法，亦称“聚类”方法。该方法先根据单脉冲参数(DOA、RF和PW)把全脉冲序列分成几个类，然后对每个类再用基于到达时间的信号分选方法再进行分析。但该方法较难适应诸如脉冲重频抖动和参差，频率捷变等复杂波形。③自适应、联合分选与识别信号分选方法。自适应分选方法增强了容错能力但降低了效率，该法同样无法适应复杂体制雷达；联合分选是对自适应分选方法的改进，在信号分选中使用了辐射源库的先验信息。

2) 基于信号理论的新分选方法

随着信号处理理论的进展，新的分选方法不断涌现。例如：基于粗糙集理论的相控阵雷达信号分类算法，它利用了相控阵雷达信号波束特征的特殊性，通过筛选而得到相控阵雷达信号脉冲。另外，还有应用复杂度特征实现低信噪比下未知复杂雷达信号的高准确率分选方法、利用加权系数对信号特征参数值进行加权并实现信号数目估计的新算法、基于脉冲样本图的信号分选算法等。

1) 基于特征匹配的雷达识别技术

特征匹配指的是把一个未知的雷达描述字与辐射源库匹配的过程。由于大量复杂体制雷达的出现，这种方法的性能急剧下降。随着人工智能技术、人工神经网络技术(ANN)、专家系统、模糊逻辑和进化算法等在雷达辐射源识别中，它们比传统的特征匹配算法提高了识别性能。

2) 针对相控阵雷达的识别技术

目前，相控阵雷达已成为各国雷达发展的主流。由于相控阵雷达信号的参数内容多，结构复杂，组合方式灵活易变，以及合理的信号能量分配管理和超低旁瓣，且RCS反射面积小，使得常规ESM很难截获此类雷达信号，从而发展了如下分选和识别的技术和方法^[7]。

数据率变化的识别：相控阵雷达根据完成的功能不同，目标位置的远、近，目标的重要程度、威胁等级，而采用不同的数据率，从而提供了对其识别的依据。

雷达多波束形成变化的识别：多波束形成是相控阵雷达的主要技术特点之一，从而也提供了此类雷达的识别途径。

脉幅变化的识别：相控阵雷达波束方向改变非常灵活，但在同波束方向上同组脉冲串脉幅基本没有变化，在不同波束方向上脉冲串脉幅有明显的差别，如果有此特征则可能是相控阵雷达。

脉宽及脉内特征变化的识别：由于相控阵雷达基于信号能量的合理分配，对不同的目标位置、目标的重要程度、目标的数目或者不同的工作方式，采用不同的能量分配形式，这也是识别此关雷达的重要依据。

经过近些年的发展，我军在实验设计理论与方法的研究上已取得了较大的进展。然而据调研，目前还没发现有关雷达电子对抗作战仿真实验设计问题的专项研究。这方面的缺失，导致LPI技术研究可能偏离规范化、科学化。

参考已有的关于作战仿真实验设计的研究成果，是建立雷达电子对抗仿真实验系统的正确途径。在进行这一工作的过程中还须解决如下基础性问题：

①深刻理解雷达对抗作战双方博弈的焦点，理解LPI性能评估的体系结构和ESM发展水平的相关性，以便建立开放型、可更新的指标体系。

②要有全局观点，使得LPI性能评估的系统可以作为分支嵌入到雷达系统仿真中去，也能面向用户，对LPI单项技术进行验证。

③要考虑到验证体系所需的资源环境，充分搜集建立LPI波型库、博弈方法库、分选识别算法库所需的技术资料，搜集专家经验数据资料，以保证评估特性的完备性，验证结论的客观性。

隐形雷达的特征是：当它在探测、跟踪目标的过程中，尽量使对方不能检测到其发射信号(基本的LPI性能)；即使检测到，也只能是部分信息，使其难于识别。与此相反，ESM截获接收机则以“对雷达信号捕获、识别”为目的。双方的这种“截获”与“反截获”博弈关系是“LPI性能评估”的基础。

在雷达电子战中，“截获”是被攻击的必要条件，但是攻击的有效性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，其攻击将是有效的，否则将是无效的或部分有效的。

在现代电子战中，盲目的干扰就等于自我暴露，因此一般不敢贸然采取行动。而部分信息的暴露仍给雷达留有发挥效能的余地；因而“抗识别”也是“研究LPI性能评估”的另一个依据。

因此，LPI性能评估规则的制定，必须紧密结合当前国际电子战中ESM系统技术发展水平，否则将在未来战争中难以发挥作用。本文研究的技术路线是：深入研究国内外雷达信号截获接收机发展现状与趋势进行分析，研究“截获”与“反截获”博弈的焦点，从而建立务实的LPI性能评估体系。

1) 层次分析法简介

雷达系统效能评估的方法主要有专家打分法、仿真法、层次分析法、主成分分析法等。经过论证，层次分析法更贴近于本项目涉及的LPI性能评估模型。

层次分析法(analytic hierarchy process)简称AHP方法^[8]，是20世纪70年代中期美国T.L.Seaty所创立，在作规划、政策分析、方案评价等方面应用很广。该方法的主要特征是把复杂的问题分解为若干个组成因素，将这些因素按从属关系分为层次结构。专家评比时只需要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，然后综合专家的判断决定各因素相对重要的顺序。因此，用该方法来决定各因素在效能评估时的加权系数值是最合适的，这比在很多因素中凭经验定出加权系数更科学。利用这种方法进行作战能力评估时还必须进行一致性检验，因为是采用2个因素对比的方法进行的，如果因素太多，有可能出现矛盾的评价^[9]。

2) 评估框架结构的构建

评估框架构建的途径主要包括：构建层次结构，构建两两比较判断矩阵，计算相对权重，进行一致性检验等4个步骤^{[9, 10]}。基于层次分析法的低截获性能评估的结构模型图如图1所示。

图 1 雷达LPI性能评估指标体系结构

图选项

1) 低截获性能评估指标体系

该模型分为5级结构，具体涵义如下：

①目标层(A):机载雷达LPI性能验证；

②子目标层(B):涉及“抗侦收能力”、“抗分选能力”2个分支，关键词分别为截获因子α和波形复杂度因子δ；

③准则层(C):涉及6种有效的LPI措施，其中涉及截获因子α的有4种，如：脉冲压缩、天线隐形、接收机措施、功率管理；涉及抗分选能力的2种，如：信号伪装、复杂组合信号等内容。

④子准则层(D)：该层是对准则层6项措施的细化，共15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(E)：该层是对D层15项指标的解释，每项指标2个赋值，共30项。

2) 赋值方法

图1中，B、C、D层的赋值来自于如下3个方面的综合——试验数据，专家打分和计算机仿真数据；E层数据主要来自于计算机仿真和实测数据的综合。指标的赋值须建立更新机制，融入最新的雷达、ESM技术性能指标。具体实施程序如下(见图1)：

·构建基于层次分析法的指标体系；

·在同层中构建两两比较判断矩阵；

·计算相对权值；

·进行一致性检验。

在上述数据处理过程中，须完成如下工作^[11]：①指标参数归一化：指标参数归一化就是把指标体系的各参数(定性或定量)，通过数学变换成能进行统一处理的过程，克服了参数量纲不同对处理和比较带来的困难。当前对于参数的规范化处理通常为区间比值法、效用函数法和标准差法等。本文采用非线性S型可导函数归一法，以便突出参数的饱和特性。②指标参数聚合：本文采用层次分析法进行指标聚合，有利于实现定性与定量相结合，简化了相互关系，方便了上一层指标的合成与计算。

这里的“资源环境”是指在评估、判决过程中所必需波形/环境资源、博弈方法资源以及当前ESM系统具备的能力资源等，是评估所必需的条件。其具体内容包括：LPI波形库、能量管理与攻防博弈模式库、分选与识别工具库等资源环境。

1) LPI波形库

主要包括：脉压/编码信号、PCSF复合参数信号，PRT交织参差脉冲串信号，诱导脉冲信号和基于Costas序列的频率捷变等组合波形等波形设计方案；以及在HPRF、MPRF、LPRF工作模式下的最优波形以及受干扰的应急情况下的“低截获”波形等。

2) 能量管理与攻防博弈模式库

它主要包括如下2个方面的内容：

①时/空/频/能量域四维资源管理与调度规范；

②基于雷达“反截获”的博弈规则。这些资源用以验证雷达的反侦察能力。其工作原理是：仿真系统针对“攻、防双方的”技术水平以及相互间的耦合因素，通过仿真程序，可从时域、空域、频域和能量域给出资源管理与调度的优化博弈方案；进而，可求得针对特定ESM系统的“反截获”能力。

3) 分选与识别工具库

雷达信号分选与识别是指从侦察接收机输出的随机交叠脉冲流中分离出各部雷达信号并予以识别的过程。本项目用该工具库确定被分选对象的难易程度，是判定LPI波型复杂度因子 的重要依据。

目前雷达信号分选的主要方法有模板匹配法 、直方图法(CDIF、SDIF) 、聚类分析技术等，它利用雷达的载频(RF)、脉宽(PW )、信号到达角(D0A)、到达时间(T0A)和脉冲幅度(PA)，以及利用脉内调制方法的“指纹”模版等数据进行分选和识别。该工具库按分选能力的高低分为3个子库，每个子库还包含“识别置信度”及“复杂度因子”的赋值，是验证雷达低截获特性的基础。

本文实验与验证内容包括截获因子的验证和基于抗分选、识别的信号复杂度因子 的验证等两个方面，验证条件涉及评估框架模型的构建、指标体系的论证及赋值、试验验证规则的制定以及与评估验证相关的“资源环境”的建立等。在验证条件完备的前提下，按照如下验证规则进行。

1) 截获因子的验证

如图2所示，在给定LPI波形后,α的计算分3步完成。截获因子α中各项参数的确定必须紧扣当前国际ESM技术的发展水平，并适时修正下面计算项的取值，以便保证验证的有效性。

图 2 截获因子的估算流程

图选项

2) 抗分选、识别的信号复杂度因子δ验证

图3所示，在选定LPI信号和与其比对的参考信号后，分2路处理并比对。在相同的ESM截获条件下，分别将2种信号进行分选处理，其结果可以从分选成功概率、识别结果的置信度以及分选识别时间等3个方面进行对比，从而给出该波形复杂度的评价，并评判所设计信号的LPI性能。

图 3 雷达信号的验证方案

图选项

本文针对多种机载雷达LPI措施的性能评估问题，揭示了雷达LPI与ESM之间博弈的规律，指出了雷达LPI性能评估模型与ESM的内在联系，并给出了LPI性能评估模型及其指标体系、评估规范及验证的构建方法，以及雷达LPI性能评估的“资源环境”及软件构架等。这些研究的结论可用于规范隐形雷达衡量标准，促进雷达低截获性能的提升，使其能适应未来战场的实际需要。最后，给出了试验验证的途径及方法，旨在规范日趋复杂的电子环境中雷达抗截获/抗识别的技术发展途径，具有重要的理论价值和军事意义。