雷達型空空導(dǎo)彈抗速度拖引干擾算法研究

耿彥忠， 趙華超， 陳　辛

(中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽　471009)

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雷達型空空導(dǎo)彈抗速度拖引干擾算法研究

耿彥忠， 趙華超， 陳辛

(中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽471009)

摘要：速度拖引干擾是目前對付雷達型空空導(dǎo)彈的主要有源欺騙干擾， 隨著戰(zhàn)斗機機動性能的提高， 速度拖引干擾的使用往往與目標的規(guī)避機動同時進行。 這迫使導(dǎo)引系統(tǒng)在拖引信號中斷后進行較大范圍的頻率搜索， 遲滯或無法截獲目標， 最終造成角度跟蹤的失敗。 為此， 文中提出了利用空空導(dǎo)彈角度通道濾波信息輔助速度通道抗速度拖引干擾的新的抗干擾算法， 以期達到抑制目標大機動情況下使用速度拖引干擾的效果。 通過仿真表明， 在目標大機動時釋放速度拖引干擾的情況下， 該算法具有較好的抗速度拖引干擾效果。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈； 機動目標； 速度拖引干擾； 角度濾波； PD雷達

0引言

雷達型空空導(dǎo)彈目前已經(jīng)發(fā)展到第四代， 即具有超視距發(fā)射和發(fā)射后不管的能力， 采用單脈沖跟蹤和脈沖多普勒(Pulse Doppler， PD)末制導(dǎo)體制的主動式雷達制導(dǎo)導(dǎo)彈。 隨著空空導(dǎo)彈的發(fā)展， 電子干擾技術(shù)也取得了長足的進步。 先進的電子干擾措施與裝備不斷涌現(xiàn)， 導(dǎo)致雷達型空空導(dǎo)彈面臨的電磁環(huán)境更加復(fù)雜。 特別是近年來迅猛發(fā)展的數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術(shù)， 使得有源欺騙干擾具有樣式多、 使用靈活、 對抗性強等特點。 在有源欺騙干擾中， 速度拖引干擾以其對雷達型空空導(dǎo)彈速度通道特有的針對性， 成為最常見的干擾樣式。 同時也是需要著力對付的一種干擾樣式。

鑒于速度拖引干擾的復(fù)雜性及軍事用途的敏感性， 國內(nèi)外學(xué)者對抗速度拖引干擾算法進行了深入的研究， 并取得了一些研究成果。 如Kural利用多普勒頻譜測量結(jié)果與由距離獲得的多普勒信息之間的偏差判別是否受到了速度拖引干擾； 楊海林等提出了記憶法抗速度拖引干擾和代換法抗速度拖引干擾等。 研究發(fā)現(xiàn)， 這些方法在研究抗速度拖引干擾算法時， 僅考慮了速度拖引干擾本身的影響， 而沒有把目標釋放速度拖引干擾時的運動情況考慮進來。

在實際空戰(zhàn)中， 速度拖引干擾的使用往往與目標的規(guī)避機動同時進行。 飛機向著脫離導(dǎo)彈攻擊路線的方向規(guī)避機動會造成目標回波的多普勒頻率減小， 而此時速度拖引干擾向多普勒頻率變大的方向拖引， 當拖引干擾信號中斷后， 可以迫使導(dǎo)引系統(tǒng)進行較大范圍的頻率搜索， 遲滯或避免導(dǎo)彈對目標的重新截獲， 最終造成角度跟蹤的失敗。 針對這一現(xiàn)象， 本文提出了一種利用角度濾波信息輔助速度跟蹤系統(tǒng)抗速度拖引干擾的新算法。

1速度拖引干擾產(chǎn)生機理

(1)

當fdj與fd的頻率差達到δfmax時， 干擾信號突然中斷， 且中斷的時間大于速度跟蹤回路的保持時間、 AGC電路的恢復(fù)時間和速度通道啟動搜索重新捕獲目標的時間， 這段干擾與信號同時消失的時間是對導(dǎo)引系統(tǒng)速度跟蹤與角度跟蹤造成破壞的關(guān)鍵所在， 由于角度通道與速度通道的聯(lián)動作用， 在這段時間內(nèi)角度信息完全丟失。

在速度拖引干擾中， 干擾信號多普勒頻率fdj的變化過程如下：

(2)

其中， vf的正負取決于拖引的方向(也是假目標加速度的方向)。

速度拖引電路的工作過程如圖1所示， 圖1(a)所示為導(dǎo)引頭跟蹤目標的信號譜；圖1(b)所示為速度拖引干擾的停拖期， 此時fdj=fd， 信號電平遠高于目標回波信號電平，AGC電路按照干擾信號的電平調(diào)整接收機增益；圖1(c)所示為速度拖引干擾的拖引期， fdj逐漸拖離fd， fdj和fd的最大頻差是δfmax， 當頻率差達到δfmax時， 干擾信號突然中斷， 破壞導(dǎo)引頭的速度跟蹤和角度跟蹤。

圖1　速度拖引干擾電路的工作過程

速度拖引干擾的信號電平可以是變化的， 從與回波信號電平相當?shù)牡碗娖介_始， 然后隨著速度門拖引程度增大， 干擾電平也增大， 這種干擾樣式主要是針對采用電平選擇邏輯的檢測器。

除了功率電平以外， 速度拖引的以下幾個關(guān)鍵參數(shù)也會對干擾的效果產(chǎn)生很大影響：駐留時間、 拖引速度、 拖引速度變化方式、 最大拖距和干擾消失時間。 這些參數(shù)與雷達導(dǎo)引系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)相匹配才能使速度拖引起到干擾效果。 根據(jù)拖引速度變化方式， 速度拖引干擾有以下四種拖引曲線：線性、 非線性、 線性-折線以及非線性-折線， 其曲線示意圖見圖2。

圖2　速度拖引干擾拖引曲線示意圖

2抗速度拖引干擾算法研究

2.1　傳統(tǒng)抗速度拖引干擾算法

一般抗速度拖引干擾分為兩個階段， 一是判別速度拖引干擾的存在， 二是甩掉干擾重新搜索并截獲目標。

要準確的判斷出速度拖引干擾的存在， 常見的方法有以下幾種：

(1) 利用目標回波信號頻譜分裂以及回波信號幅度突變作為判斷速度拖引干擾出現(xiàn)的標志；

通過研究， 現(xiàn)在的速度拖引干擾信號電平是可以變化的， 使得第一種方法無效； 而第二種方法則容易將目標做大機動時的狀態(tài)誤認為干擾。

2.2　基于輔助信息抗速度拖引干擾

通常速度拖引干擾信號由自衛(wèi)式干擾機轉(zhuǎn)發(fā)而得， 由于自衛(wèi)式干擾機吊掛在目標上， 因此速度拖引干擾信號本身具有目標準確的角度信息。 當導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭受到速度拖引干擾時， 顯然導(dǎo)引頭速度跟蹤回路測得的導(dǎo)彈目標接近速度值是不準確的。 但是， 由于干擾信號也帶有目標的角度信息， 因此， 無論導(dǎo)引頭跟蹤目標回波信號還是干擾信號， 均可以利用角度測量值來檢測此類干擾。

根據(jù)上述思路， 結(jié)合傳統(tǒng)抗速度拖引干擾算法， 本文提出了新的判斷方法， 即無論是否發(fā)現(xiàn)速度門有多個目標或目標回波突變現(xiàn)象， 保持對當前跟蹤信號的跟蹤和處理， 通過綜合利用導(dǎo)引頭速度通道和輔助通道濾波得到的目標速度信息對比， 以及估計的目標加速度和目標最大加速度的對比來判斷速度拖引干擾是否存在。

在判斷出存在速度拖引干擾后， 停止對當前信號的跟蹤， 并利用輔助通道的多普勒指示， 完成對目標信號的重新截獲。

3仿真與分析

利用空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制中經(jīng)常用的虛擬樣機技術(shù)， 對本文提出的抗速度拖引干擾方法進行仿真分析。

設(shè)載機和目標機在同等的高度條件下迎頭飛行， 載機飛行速度為400 m/s， 目標機飛行速度為300 m/s， 發(fā)射距離為R0。 目標進行逃逸機動， 本文選取依次增大的1N， 2N， 3N， 4N四個機動量值， 其中N為一個常值系數(shù)。 導(dǎo)彈與目標運動軌跡示意圖如圖3所示。R0為導(dǎo)彈發(fā)射距離；R1為導(dǎo)彈目標遭遇點偏離初始彈目連線的距離；R2為載機和目標的高度。

圖3　導(dǎo)彈目標運動軌跡圖

針對該仿真條件， 加入適當參數(shù)的速度拖引干擾模型， 并分別對加入抗速度拖引干擾模型和不加入抗速度拖引干擾模型兩種情況下進行300次蒙特卡洛仿真， 得到兩種情況下導(dǎo)彈的命中概率， 仿真結(jié)果如表1所示。

表1　抗干擾成功率對比仿真結(jié)果

由表1可知， 當目標在做逃逸機動情況下釋放速度拖引干擾時， 無論是否加載抗速度拖引干擾模型， 導(dǎo)彈的成功概率都隨著目標機動量的增加而減?。?在加載抗速度拖引干擾模型以后， 導(dǎo)彈命中概率相對未加載抗速度拖引干擾模型時有較大幅度增加， 特別是在目標機動為3N和4N時， 導(dǎo)彈的命中概率是未采用抗干擾措施的4倍以上。

上述分析表明， 本文提出的抗速度拖引干擾算法具有較好的抗目標大機動情況下釋放速度拖引干擾的能力。

4結(jié)論

對目標在釋放速度拖引干擾的同時實施大機動這一空戰(zhàn)實際情況， 提出了利用角度輔助通道濾波信息協(xié)助速度通道抗速度拖引干擾的這一新的抗干擾思路。 通過仿真證明， 本文提出的新算法具有較好的抗目標大機動情況下速度拖引干擾的能力， 也為空空導(dǎo)彈抗目標大機動情況下速度拖引干擾提供新的思路。

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Research on Countering Velocity Gate Pull-off Jamming Algorithm

of Radar Air-to-Air Missile

Geng Yanzhong, Zhao Huachao, Chen Xin

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:The velocity gate pull-off jamming (VGPO) is the most important active deception jamming for countering the radar air-to-air missile. With the improvement of the fighter maneuver performance, the use of VGPO and the target evasive maneuver are often simultaneous. This results in that the guidance system should have to research wide range for intercepting the target, which makes it difficult to intercept again. And the angle tracking fails eventually. For this, the paper presents a new anti-jamming algorithm which uses the angle information of the target to assist the velocity information for courrtering VGPO. The simulation proved the validity of the new algorithm.

Key words:air-to-air missile; maneuvering target; velocity gate pull-off jamming(VGPO); angular filtering; PD radar

作者簡介：耿彥忠(1988-)， 男， 河南周口人， 碩士， 研究方向為飛行器總體設(shè)計。

收稿日期：2015-02-10

中圖分類號：TJ765.3； TN972+.3

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5048(2015)06-0017-04