主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭射頻干擾技術(shù)研究

宋道軍

(江蘇北方電子有限公司 無(wú)錫 214145)

1 引言

主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭是精確制導(dǎo)武器的關(guān)鍵組成部分，它對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，并引導(dǎo)武器飛向目標(biāo)。尤其是隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，精確制導(dǎo)武器的作戰(zhàn)效能越來(lái)越高，因此，對(duì)主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾顯得越來(lái)越重要。目前，主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭大都采用脈沖多普勒(PD)體制，用單脈沖測(cè)角跟蹤的方法，具有較高的抗干擾能力，一般的壓制干擾和欺騙干擾很難奏效，只能通過(guò)對(duì)其實(shí)施角度欺騙干擾，破壞其角跟蹤功能。最有效的干擾方法是閃爍干擾和交叉眼干擾［1］，本文研究了這兩種干擾方法的原理和干擾效能。

2 單脈沖測(cè)角跟蹤原理

圖1是典型的比幅單脈沖雷達(dá)組成框圖，其工作原理是:處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，以和波束方式向空中輻射信號(hào)，處于接收狀態(tài)時(shí)，多個(gè)天線(xiàn)同時(shí)接收并進(jìn)行和差運(yùn)算，并輸出和、方位差和俯仰差信號(hào)，這三路信號(hào)分別送到各自的接收機(jī)，方位差和俯仰差信號(hào)送到天線(xiàn)伺服系統(tǒng)，以控制天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證天線(xiàn)瞄準(zhǔn)目標(biāo)［2］。

圖1 典型比幅單脈沖雷達(dá)組成框圖

AGC電路根據(jù)和通道信號(hào)的幅度調(diào)整三路中放的增益，保證角誤差與信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)，即實(shí)現(xiàn)歸一化處理。相位檢波器輸出的角跟蹤誤差電壓為:

式中，e為角誤差檢波其輸出的電壓，|Δ|為差信號(hào)幅度，|Σ|為和信號(hào)幅度，cosφ為和、差信號(hào)之間的相角，當(dāng)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時(shí)，e=0，天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

當(dāng)波束內(nèi)有兩個(gè)位于電軸兩側(cè)的目標(biāo)時(shí)，雙目標(biāo)角誤差Δe可以表示為:

式中，P1，P2分別為兩目標(biāo)回?fù)艿竭_(dá)天線(xiàn)口面時(shí)的功率;FΣ(θ)、FΔ(θ)分別為和、差波束的方向性系數(shù)，θ1、θ2分別為兩目標(biāo)偏離電軸的角度。當(dāng)偏離角度不大時(shí)，式(2)可以近似為:

式中，e1、e2分別為兩目標(biāo)的角誤差信號(hào)。

如果此時(shí)處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)，Δe=0，天線(xiàn)跟蹤在兩個(gè)目標(biāo)的能量質(zhì)心處，可得到如下關(guān)系:

3 主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭角度欺騙技術(shù)

對(duì)于主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭實(shí)施角度欺騙的干擾方法按照干擾機(jī)理可以分為兩大類(lèi):閃爍干擾和交叉眼干擾，這兩種干擾技術(shù)都是用兩部干擾機(jī)。閃爍干擾的兩部干擾機(jī)通常安裝在兩個(gè)平臺(tái)上，通過(guò)周期的、交替的發(fā)射干擾信號(hào)，會(huì)使導(dǎo)引頭雷達(dá)波束中心交替的指向兩個(gè)平臺(tái)，從而引起波束周期擺動(dòng)，致使導(dǎo)引頭無(wú)法穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，降低其命中概率。閃爍干擾按干擾機(jī)信號(hào)相位關(guān)系可以分為相參干擾和非相參干擾，實(shí)際使用中，由于干擾機(jī)需要安裝在兩個(gè)不同的平臺(tái)上，兩路干擾信號(hào)無(wú)法做到相參，但是在時(shí)間上可以通過(guò)兩機(jī)實(shí)現(xiàn)同步，因此，大都采用非相差同步閃爍干擾。交叉眼干擾通過(guò)在平臺(tái)上搭載的兩個(gè)干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)信號(hào)，并使其在功率/相位等參數(shù)上滿(mǎn)足一定條件，各發(fā)射信號(hào)合成雷達(dá)天線(xiàn)相位中心所在空間點(diǎn)的局部特殊輻射場(chǎng)，該輻射場(chǎng)的波前在雷達(dá)所在位置的局部發(fā)生扭曲以產(chǎn)生假象，使導(dǎo)引頭雷達(dá)誤認(rèn)為輻射源在另外的虛假位置。交叉眼干擾的參數(shù)選擇適當(dāng)時(shí)，可以使被干擾雷達(dá)的瞄準(zhǔn)軸超出兩干擾源連線(xiàn)的方向，從而產(chǎn)生很大的角誤差。交叉眼干擾所需的兩部干擾機(jī)通常安裝在同一平臺(tái)上，并盡量拉開(kāi)距離，所發(fā)射的干擾信號(hào)為相參信號(hào)。

4 同步閃爍干擾

同步閃爍干擾要求兩部干擾機(jī)發(fā)射的信號(hào)在時(shí)域上保持同步，均以50%占空比發(fā)射矩形脈沖調(diào)制的干擾信號(hào)，同步閃爍干擾的有效條件為:有較大的干信比，被干擾雷達(dá)無(wú)法分辨兩目標(biāo)。當(dāng)兩目標(biāo)之一離開(kāi)雷達(dá)波束時(shí)，雷達(dá)將從角度上分辨目標(biāo)，只跟蹤其中一個(gè)目標(biāo)。因此，要使閃爍干擾有效，兩個(gè)目標(biāo)應(yīng)始終處于雷達(dá)波束內(nèi)。

閃爍干擾示意圖如圖2所示。假設(shè)干擾源1發(fā)射能量為P1，干擾主瓣與導(dǎo)引頭電軸夾角θ1=0.5 θ0.5，θ0.5為導(dǎo)引頭波束寬度;干擾源 2 發(fā)射能量為P2，夾角為 θ2。

圖2 閃爍干擾示意圖

此時(shí)雷達(dá)的分辨角可以表示為:

式中，b=P2/P1為兩干擾源能量比。

根據(jù)式(5)可以繪出分辨角和能量比的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖3所示。圖中，橫坐標(biāo)是以dB為單位的能量比，縱坐標(biāo)是分辨角與波束寬度的比值。從圖3中可以看出，分辨角隨能量比的增大而減少。當(dāng)能量比為0dB時(shí)，分辨角最大，天線(xiàn)跟蹤在兩個(gè)干擾源中間。當(dāng)能量比達(dá)到20dB時(shí)，天線(xiàn)基本對(duì)準(zhǔn)干擾源2。

圖3 分辨角與能量比關(guān)系曲線(xiàn)

由圖3知，能量比過(guò)大時(shí)，雷達(dá)會(huì)過(guò)早的從角度上分辨目標(biāo)。在閃爍干擾中，應(yīng)該慎重選擇能量比。

5 交叉眼干擾

圖4 兩點(diǎn)輻射源的信號(hào)矢量圖

交叉眼干擾通常由兩個(gè)發(fā)射支路組成，發(fā)射的兩路干擾信號(hào)具有一定的相位差，利用波前扭曲使雷達(dá)偏離真實(shí)目標(biāo)，而跟蹤虛假目標(biāo)，這種技術(shù)的效果就象是真實(shí)目標(biāo)移向一個(gè)新的位置［3］。如圖4所示，假設(shè)兩個(gè)干擾機(jī)的間距為L(zhǎng)，并且是具有固定相移的全向輻射器。兩個(gè)輻射器的電場(chǎng)分別為:E1(t)、E2(t)，則輻射器在空間的合成場(chǎng)強(qiáng)為:

合成信號(hào)相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)有一個(gè)相位角φ(φ)，因?yàn)榛鶞?zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)的方向就是從2個(gè)干擾源連線(xiàn)中心作垂線(xiàn)的方向，所以相位角φ(φ)的正切可以用兩矢量垂直分量的和除以水平分量的和來(lái)表示，即:

當(dāng)ψ=0時(shí)，也就是輻射源的基距與到接收點(diǎn)的位置垂直時(shí)，式(9)可以簡(jiǎn)化為:

由此可見(jiàn)，有兩點(diǎn)源目標(biāo)所產(chǎn)生的相位波前的畸變?nèi)Q于信號(hào)的振幅比和它們之間的相位差，并且在相位差為180°和振幅比為1時(shí)達(dá)到最大值。定向誤差與輻射源之間的間距、所輻射信號(hào)之間的相位差以及信號(hào)振幅比都有關(guān)系。

雷達(dá)偏離目標(biāo)的距離為:

假設(shè)L=50m，ψ =5°，仿真得出雷達(dá)偏離目標(biāo)的距離同干擾信號(hào)的振幅和相位關(guān)系，如圖5所示。

圖5 雷達(dá)偏離目標(biāo)的距離同干擾信號(hào)的振幅和相位關(guān)系

從圖5可以看出，當(dāng)信號(hào)振幅比接近1，相位差在180°時(shí)，能夠達(dá)到最大偏差。但是相位差有起伏時(shí)，欺騙效果將產(chǎn)生很大的變化。通過(guò)控制干擾信號(hào)的幅度和相位參數(shù)，可以達(dá)到角度欺騙的效果。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)同步閃爍干擾和交叉眼干擾這兩種干擾措施的原理分析和干擾效果仿真，可以看出這兩種干擾措施都能夠有效對(duì)主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行角度欺騙干擾，在具體實(shí)施干擾時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況控制干擾信號(hào)的參數(shù)，以使干擾達(dá)到最佳效果。

［1］張錫祥等.新體制雷達(dá)對(duì)抗導(dǎo)論［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2010.

［2］侯民勝等.單脈沖雷達(dá)的閃爍干擾技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，15:1－3.

［3］王慧萍等.一種交叉眼干擾技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新方法［J］.艦船電子對(duì)抗，2007，30(6):23－26.