雷達敵我識別系統干擾方法分析

白 冰,馬 飛

(中國人民解放軍69880部隊,河南洛陽 471003)

1 引言

戰爭中,如何在發現目標的情況下對目標敵我屬性迅速準確判別,已成為一個急需解決的問題。從二戰時德軍第一次使用無線電方式判別敵我雙方飛機,到2003年伊拉克戰爭,由于誤判敵我而造成人員傷亡的事件在現代戰場上頻頻出現。如何盡快提高敵我識別系統的快速準確識別能力已經越來越被各國重視。與此同時,敵我識別系統對抗研究隨之展開。

2 敵我識別系統

敵我識別(IFF)技術是現代信息化戰場上自動、快速、準確、可靠的識別目標的重要軍事手段,可大大增強作戰指揮與控制的準確性和各作戰單位間的協調性,加快反應速度,降低誤傷概率,特別適合于多兵種聯合作戰使用。

敵我識別系統從實現方法上可分為微波敵我識別、毫米波敵我識別、紅外敵我識別、激光敵我識別等識別方式,其中雷達敵我識別屬于微波敵我識別,在各種軍事設備,如航母、戰斗機中廣泛使用。

2.1 雷達敵我識別系統

雷達敵我識別是特指對一次雷達發現目標的敵我屬性識別問題。雖然初期雷達可以在很遠的距離,通過發出強大的無線電能量脈沖并對反射回波檢波發現接近的飛機,但是不能分辨哪架飛機屬于誰。自從第二次世界大戰發明雷達以來,二次雷達(SSR)即敵我識別系統就是世界各國軍隊直接識別目標敵我屬性的主要手段。雷達敵我識別系統是解決對雷達所探測、發現的目標進行敵我屬性識別,形成完整戰場態勢的主要裝備。

2.2 雷達敵我識別系統的工作原理

雷達敵我識別系統由詢問機和應答機兩部分組成,詢問機通常需和雷達設備相配合,甚至可被視為雷達的附件。當雷達發現目標后,即控制詢問機向目標發出一組密碼詢問信號,其應答機對詢問信號進行解碼,如屬己方目標,自動發回密碼應答信號。詢問機對應答信號進行解碼后,輸出一識別標志給雷達顯示器或數據總線,與該目標回波同時顯示,從而確認為己方或友方目標,如圖1中A處所示。如屬敵方目標或非合作目標(指沒有裝備本系統應答機的目標),則解不出密碼,雷達顯示器上只有目標回波而沒有識別標志,如圖1中的B處所示[1]。詢問機除能判定目標的敵我屬性外,還能分辨己方目標的編號、呼救信號和高度等有關信息。

圖1 目標回波和識別信號示意圖

3 對雷達敵我識別系統的干擾方法

由于采用電子問答方式,雷達敵我識別器也面臨著電子干擾的威脅。雷達敵我識別對抗是一切破壞和擾亂敵方雷達敵我識別系統詢問機和應答機之間正常聯系技術的統稱。

3.1 噪聲壓制干擾

干擾設備在敵方敵我識別系統所使用的頻點上發射較強的同頻噪聲調制信號,阻塞詢問機和應答機的接收信道,使之不能接收正常的詢問應答信號。西方敵我識別器主要采用M arkⅫ系統,其使用固定的工作頻率,即使采用一些擴頻、調頻等新技術,但工作頻帶寬度較窄。利用DRFM(數字儲頻)轉發技術,可以實現快速瞄頻干擾,提高干擾效率,同時可以進一步降低干擾功率。

3.2 欺騙干擾

要對雷達敵我識別系統進行欺騙干擾,就必須對敵方的敵我識別信號進行詳細的了解,分析其信號和編碼格式,了解其加密的方法,只有這樣才能在戰時對敵方的敵我識別系統進行欺騙干擾。

已知的美國和北約的敵我識別系統的詢問信號有1、2、3/A、4、B、C、D、S幾種,其中1、2、4、S屬于軍用識別,3/A、C屬于軍民共用,其它幾種是民用或備用信號。在作戰時,美軍采用的是加密的敵我識別信號,要是僅僅依靠作戰時的偵察手段去分析解密敵方的敵我識別信號,是極其困難的。這就需要依靠在和平時期搜集敵方的敵我識別系統的一切信息,以便在作戰時充分利用這些信息對敵軍進行干擾和欺騙。

3.3 應答機占據干擾

由于應答機應答是固定的,而且一般容量較低,當干擾設備以較高的頻率發射敵方詢問信號或詢問旁瓣抑制信號時,會造成應答設備頻繁啟動、對收到的詢問信號進行處理和解碼,造成了應答機占據,使其不能接收系統內正常信號。

在實際作戰時,可通過電子偵察設備偵收敵方詢問機發出的正常詢問信號,分析解碼后,再轉發出去,實現對敵方應答設備的干擾。

3.4 高重頻脈沖干擾

敵我識別詢問和應答信號均是一組帶有加密信息的脈沖串,其脈寬和整個脈沖串的框架寬度等信號參數可通過偵察設備偵收獲得,采用這種干擾方式時,按照偵收的信號參數發射一組與對方敵我識別系統脈寬、框架寬度都相同的脈沖串,造成詢問和應答設備信號處理部分脈沖信號時域交疊,譯碼混亂出錯,降低其識別效率。

4 雷達敵我識別系統對抗效果分析

欺騙干擾需要詳細了解敵方敵我識別信號的加密方式,實現這種干擾非常困難;高重頻脈沖干擾作用是使敵方出現譯碼錯誤,涉及到最終的識別概率,在這里不作討論。下面討論的干擾方式只針對敵我識別鏈路信號處理的前半部分,對最后的譯碼部分沒有涉及。

4.1 噪聲壓制

因為詢問機為定向天線,應答機為全向天線,干擾應答機更為容易一些。下面列出針對應答機的干擾方程。

應答機收到的干信比為:

式中,Pj為干擾機發射功率(W);Gj為干擾天線增益;Rrj為干擾機與應答機距離;Lrj干擾機與應答機間的功率損耗;Ps為詢問機發射功率;Gs為詢問天線增益;Rrs為詢問機與應答機距離;Lrs詢問機與應答機間的功率損耗。

實現有效壓制干擾的基本條件是J/S≥K j。K j為在應答機輸入端有效干擾的壓制系數,它是干擾信號調制樣式、調制參數和詢問機信號參數的復雜函數。可以得到:

當Kj=10或Kj=1時,得到干擾機有效輻射功率Pj Gj與干擾距離Rrj的大致關系如圖2所示。從圖中也可看到,在詢問機功率已知,詢問機與應答機距離保持不變的情況下,隨著干擾距離的增加,干擾有效時所要求壓制功率與距離成指數關系。

4.2 應答機占據

應答機屬于典型的隨機服務系統,假定各詢問信號到達時間是統計上獨立無關的,可以認為詢問信號到達應答平臺滿足簡單流的條件。應答機接收到詢問信號后,直到轉發完回答信號恢復的一段時間內,該應答機不能響應其他詢問站的詢問,即應答機被占據了。

圖2 干擾距離與干擾所需功率示意圖

應答機對正常詢問信號的回答概率[2]為:

式中,P(tc)為在采用應答機占據方式干擾時,應答機對正常詢問信號的響應概率;tc為應答機響應一次詢問的占據時間;ρ1為tc時間內正常詢問信號到達的平均數;ρ′為tc時間內干擾信號到達的平均數;ρΔ為tc時間內正常詢問信號和干擾信號同時到達(脈沖交疊)的平均數。

可以看出,只要保持一定的詢問頻率,應答機對正常詢問信號的回答概率始終不小于零;在單位時間內干擾信號達到應答機的次數越多,應答機對正常詢問信號的回答概率越小;應答機響應一次詢問所占據的時間越長,應答機對正常詢問信號的回答概率越小。

以1秒鐘內應答機對正常詢問信號的回答次數為縱坐標進行100次仿真,干擾仿真運算結果如圖3、4所示。設置正常詢問頻度為400次/秒,應答機容量為3000次/秒,圖3干擾強度為22222次/秒,圖4干擾強度為33333次/秒。

圖3 干擾強度為22222次/秒

圖4 干擾強度為33333次/秒

從仿真結果可以看出干擾強度加大后,在單位時間內應答機對正常詢問信號的應答次數減小,但始終大于零。

4.3 戰術應用

當采用應答機占據干擾時,要求應答機輸入端詢問機和干擾機到達功率密度相等就可以保證干擾有效,所以K j取1,即為采用應答機占據干擾時所需的功率;而當采用噪聲壓制干擾時,目的是阻塞詢問機和應答機的接收信道,因此所需的干擾功率較大,K j取10,從圖2中也可以清晰地看出這一點。也就是說,同一干擾機在功率恒定的情況下,應答機占據干擾比噪聲壓制干擾作用距離遠。

在實際作戰時,可利用應答機占據干擾在同等功率下作用距離較遠的特點,在較大范圍內對敵方的敵我識別鏈路實施干擾,使其詢問和應答雙方識別概率降低;在敵方距離較近時,可利噪聲壓制干擾,使其敵我識別鏈路徹底癱瘓,完全失去分辨敵我的作用。

5 結束語

隨著科學技術的發展,雷達敵我識別系統的安全保密性和抗干擾性不斷發展,對抗方法也在不斷更新。應及時跟上國際形勢的發展,積極探討雷達敵我識系統的對抗方法,以求在未來戰爭中取得先機。■

1 幺立蓉,楊萬海.敵我識別系統的現狀及發展[J].火控雷達技術,2004,22(2):53-57.

2 郭慧峰,李青山,等.基于旁瓣抑制的雷達敵我識別干擾技術[J].火控雷達技術,2009,38(2):19-23.

3 趙國慶.雷達對抗原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,2003.