雙基地雷達(dá)航跡欺騙干擾方法研究

羅金亮

(電子工程學(xué)院 合肥 230037)

1 引言

隨著單基地雷達(dá)面臨的綜合電子干擾、反輻射導(dǎo)彈、目標(biāo)隱形、低空超低空突防等“四大威脅”的加劇，曾一度冷落的雙基地雷達(dá)由于其固有的“四抗”優(yōu)勢得到了迅速發(fā)展。大量文獻(xiàn)[1～3]表明，雙基地雷達(dá)對于遠(yuǎn)距離大功率壓制性干擾具有出色的抗干擾能力[4]。如何對雙基地雷達(dá)實(shí)施有效干擾，已成為電子對抗領(lǐng)域亟待解決的難題。面對雙基地雷達(dá)，大功率壓制干擾已毫無優(yōu)勢。要想實(shí)現(xiàn)有效干擾，我們可以選取所需干信比較小的欺騙式干擾。由于雙基地雷達(dá)多用于遠(yuǎn)程預(yù)警，其在工作中將對所探測到的目標(biāo)進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)，所以常規(guī)的假目標(biāo)欺騙干擾對其影響不大，因而需采用具有一定航跡關(guān)聯(lián)的欺騙干擾方可實(shí)現(xiàn)有效欺騙。

2 雙基地雷達(dá)航跡欺騙干擾樣式選擇

對于單基地雷達(dá)，要實(shí)現(xiàn)可控假目標(biāo)航跡，干擾機(jī)必須具備以下幾個(gè)功能:第一，干擾機(jī)的有效輻射功率應(yīng)足以使干擾信號從雷達(dá)天線的副瓣進(jìn)入;第二，應(yīng)能分析雷達(dá)天線的掃描規(guī)律并精確測出其參數(shù)(如圓周掃描);第三，干擾機(jī)的接收靈敏度應(yīng)足以接收到雷達(dá)的副瓣信號;第四，干擾機(jī)的輻射功率、假目標(biāo)的持續(xù)時(shí)間和速度均可控，以模擬不同特征的目標(biāo);第五，能精確測定輻射源的地理位置(或者通過其他偵察系統(tǒng)提供)[5]。

對于雙基地雷達(dá)，由于干擾機(jī)較難得到其接收機(jī)的位置、天線波束寬度及掃描周期等相關(guān)信息，因而無法形成可控航跡干擾，則干擾機(jī)在實(shí)施干擾時(shí)很有可能使得產(chǎn)生的假航跡與目標(biāo)真實(shí)航跡偏離不遠(yuǎn)甚至重疊，這將可能給目標(biāo)帶來更大威脅，因此，在對雙基地雷達(dá)進(jìn)行航跡欺騙干擾時(shí)必須選擇多目標(biāo)航跡欺騙干擾的方式。

設(shè)雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中，g(t)為矩形信號;k為線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率;f0為載頻。

干擾機(jī)的接收到的信號可表示為:

式中，A1為雷達(dá)信號在傳輸過程中的增益;Δt0為由干擾機(jī)與雷達(dá)發(fā)射機(jī)之間的距離所引起的信號傳輸時(shí)延;fd為由干擾機(jī)相對雷達(dá)的徑向速度引起的多普勒頻移。

干擾機(jī)在實(shí)施干擾時(shí)，其信號脈沖延時(shí)為Δt，方波延時(shí)為Δtx，即為干擾機(jī)在接收到雷達(dá)信號Δtx時(shí)間后發(fā)射干擾信號，其信號形式為:

若雙基地雷達(dá)接收機(jī)接收到此信號，其將會在離干擾機(jī)方位為Δtx/w，距離為CΔt/2的位置形成一個(gè)假目標(biāo)。若雷達(dá)在天線轉(zhuǎn)動的下個(gè)周期又收到一個(gè)位置偏離不遠(yuǎn)的假目標(biāo)，則若干個(gè)假目標(biāo)形成后便會使雷達(dá)誤認(rèn)為此為一條目標(biāo)飛行航跡，使其自動錄入航跡，從而形成航跡欺騙。

如要形成多目標(biāo)航跡欺騙，則干擾機(jī)需要在接收到雷達(dá)信號后每隔Δtx時(shí)間發(fā)射一次干擾信號，干擾信號中的脈沖延時(shí)Δt要使得前后假目標(biāo)點(diǎn)可以形成航跡關(guān)聯(lián)。這樣便可以使雷達(dá)顯示器上形成多條斷續(xù)航跡以及多個(gè)“亮點(diǎn)”，如圖1所示。

圖1 雙基地雷達(dá)多航跡期望干擾效果示意圖

從圖1中可以看出，對雙基地雷達(dá)進(jìn)行航跡欺騙干擾較難形成一條連續(xù)的航跡，但干擾后在雷達(dá)顯示器上所形成的多條斷續(xù)航跡以及多個(gè)“亮點(diǎn)”，將會給雷達(dá)帶來如下影響:

a.數(shù)量繁多的假目標(biāo)脈沖信號將嚴(yán)重影響雷達(dá)的信號檢測;

b.斷續(xù)航跡及“亮點(diǎn)”將可能使操縱員產(chǎn)生誤判為真實(shí)目標(biāo)的斷續(xù)航跡及點(diǎn)跡;

c.斷續(xù)航跡將可有效掩護(hù)真實(shí)目標(biāo)的航跡不被發(fā)現(xiàn);

d.多條斷續(xù)航跡將可使雷達(dá)航跡錄入產(chǎn)生“飽和”。

3 航跡欺騙干擾參數(shù)估算

通過上述分析得知，要想利用較小干擾功率來實(shí)現(xiàn)對雙基地雷達(dá)的成功干擾，多目標(biāo)航跡欺騙干擾是首選的干擾樣式。接下來所需要分析的是，在實(shí)際運(yùn)用過程中，干擾機(jī)需要多大功率、其位置應(yīng)該如何部署等問題。

3.1 干擾功率

對雙基地雷達(dá)的多目標(biāo)航跡欺騙干擾機(jī)需要的功率與雷達(dá)發(fā)射機(jī)的輻射功率大小無關(guān)，主要與雷達(dá)接收機(jī)的天線增益、副瓣增益及噪聲電平有關(guān)，其所需的干擾功率可表示為:

式中，Rj為干擾機(jī)與雷達(dá)接收機(jī)之間的距離;Pσ為雙基地雷達(dá)接收機(jī)輸入噪聲功率;ΔF為干擾機(jī)頻譜寬度;Δf0為雷達(dá)接收機(jī)瞬時(shí)帶寬;Gt(θ)為雷達(dá)接收機(jī)在θ方向上的天線增益;λ為雷達(dá)工作波長。

Pσ可以表示為:

式中，K為玻爾茲曼常數(shù)，一般取1.38×10－23J/K;T0為絕對溫度，一般取290K;N為接收機(jī)輸入噪聲系數(shù)。

在干擾過程中，由于干擾機(jī)較難獲取雙基地雷達(dá)接收機(jī)的位置，因此要想使干擾信號能從雷達(dá)任意方向的副瓣進(jìn)入，則式(4)中的雷達(dá)副瓣增益Gt(θ)應(yīng)為:

式中:C為一常數(shù)，一般為0.07～0.1;θ0.5為雷達(dá)接

3.2 干擾機(jī)部署

由于干擾機(jī)無法確定雙基地雷達(dá)接收機(jī)的位置，因此在實(shí)施干擾時(shí)，通常選擇將干擾波束的中心對準(zhǔn)雙基地雷達(dá)的發(fā)射機(jī)，如圖2所示。收天線半功率波束寬度。

將式(6)和式(5)代入式(4)可得干擾機(jī)所需的干擾功率:

圖2 干擾雙基地雷達(dá)示意圖

若干擾機(jī)一旦定型，則其天線波束寬度便已固定，設(shè)方位波束寬度為α，仰角波束寬度為β，假設(shè)干擾機(jī)在實(shí)施干擾前通過情報(bào)偵察已獲得雙基地雷達(dá)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間通常部署的距離為D，此時(shí)干擾機(jī)要想使得干擾信號能夠有效地覆蓋上雙基地雷達(dá)的接收機(jī)，則干擾機(jī)距離雷達(dá)發(fā)射機(jī)的距離Rt應(yīng)為:

從式(8)中可以看出Rt與α成反比，若α為一定值，要想使干擾信號方位波束形成全面覆蓋，則:

在實(shí)際運(yùn)用中，雙基地雷達(dá)發(fā)射機(jī)通常位于掩護(hù)嚴(yán)密的后方，所以干擾機(jī)不可能也不會位于發(fā)射機(jī)的頂空進(jìn)行干擾，而是在遠(yuǎn)處對其進(jìn)行升空照射，干擾機(jī)的高度H由圖2(b)可得方程組:

通過解方程組(10)，可得:

將式(8)代入式(11)可得:

從式(12)中可以看出H與β成正比，若β為一定值，要想使干擾信號仰角波束形成全面覆蓋，則:

4 舉例分析

假設(shè)有一雙基地雷達(dá)，其發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的部署距離D通常為100km，雷達(dá)信號波長λ為10cm，接收機(jī)內(nèi)部噪聲系數(shù)N為2，天線主瓣增益為30dB，半功率波束寬度θ0.5為3°，干擾機(jī)選擇多目標(biāo)航跡欺騙干擾樣式對雷達(dá)實(shí)施干擾，干擾功率Pj為100W，干擾頻譜寬度ΔF為1000MHz，天線方位波束寬度 α 為 50°，仰角波束寬度 β 為 4°[6]。

4.1 干擾機(jī)部署情況分析

根據(jù)上述假設(shè)條件，由于干擾機(jī)未獲得雷達(dá)接收機(jī)的準(zhǔn)確位置，則干擾機(jī)此時(shí)應(yīng)選擇將干擾波束中心對準(zhǔn)雷達(dá)發(fā)射機(jī)，根據(jù)式(9)、式(13)可得:

通過上述可知，干擾機(jī)應(yīng)部署在離雷達(dá)發(fā)射機(jī)距離Rt≥214.45km，高度H≤12.58km的位置。

4.2 干擾能力分析

若根據(jù)3.1節(jié)所得結(jié)果對干擾機(jī)進(jìn)行部署，根據(jù)圖2可知，干擾機(jī)距雷達(dá)接收機(jī)的距離Rj可能為114.8km～315.05km之間的任意一值。現(xiàn)對干擾機(jī)能否使雷達(dá)形成干擾進(jìn)行分析。

根據(jù)式(7)，可以求出當(dāng)干擾機(jī)距雷達(dá)接收機(jī)的距離Rj為任一可能值所對應(yīng)的干擾機(jī)所需有效干擾功率值，如表1所示。

表1 干擾機(jī)在不同干擾距離下所需的有效干擾功率

通過Matlab仿真可得干擾機(jī)所需有效干擾功率曲線圖，如圖3所示。

圖3 干擾機(jī)所需有效干擾功率曲線圖

通過仿真結(jié)果可以看出，若雙基地雷達(dá)接收機(jī)部署在距離干擾機(jī)114.8km～277.3km處，干擾機(jī)可實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的有效干擾，若接收機(jī)部署在更遠(yuǎn)的位置，則干擾機(jī)無法對其實(shí)施有效干擾。干擾機(jī)要想實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的全面干擾，則其有效干擾功率PjGjture必須提升至1.61×105W。

5 結(jié)束語

本文分析了雙基地雷達(dá)的工作特點(diǎn)，得出運(yùn)用多目標(biāo)航跡欺騙干擾可實(shí)現(xiàn)對雙基地雷達(dá)的有效干擾，而后對航跡欺騙干擾的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了研究，估算了干擾機(jī)要想實(shí)現(xiàn)成功干擾所需的有效干擾功率及其位置部署。可為干擾雙基地雷達(dá)的戰(zhàn)法運(yùn)用提供依據(jù)和參考，具有一定的軍事意義。

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