“交叉眼”技術對角跟蹤雷達導引頭的干擾效果分析

張 偉，莫翠瓊，陳秋菊，余 強

（電子工程學院，安徽 合肥230037）

0 引言

單脈沖角跟蹤技術對傳統的干擾技術具有很強的抗干擾能力，在精確制導武器中應用廣泛。英國的“空中閃光”，美國的PAC-3、“霍克”改進型，意大利的“阿斯派德”等導彈的導引頭都采用了單脈沖角跟蹤技術［1］。在早期的干擾方法中，噪聲干擾、非相干干擾等常用于對抗單脈沖角跟蹤系統，但角跟蹤雷達導引頭通過被動跟蹤干擾源，能夠維持對預定攻擊目標的連續跟蹤，使得噪聲干擾基本無效。非相干干擾在一定程度上能夠將干擾目標引偏，但其引偏方向在兩干擾源之間，干擾效果有限。

在早期閃爍干擾技術研究基礎上發展而來的“交叉眼”干擾技術，是能夠有效對抗單脈沖角跟蹤系統的干擾技術之一。“交叉眼”干擾能夠將角跟蹤雷達導引頭引導至干擾源連線之外，對單脈沖角跟蹤系統有較好的欺騙干擾作用。通常飛機、艦船等作戰平臺將其作為有效的自我防護手段。為深入理解“交叉眼”干擾原理，提高“交叉眼”干擾的效果，本文在典型干擾情況下，分析干擾源功率比、干擾源相位差、“交叉眼”干擾搭載平臺回波等因素對干擾效果的影響，為進一步完善工程應用提供理論依據。

1 單脈沖角跟蹤原理

1.1 單脈沖定向原理

用幾個獨立的接收支路來同時接收目標的回波信號，然后再將這些信號的參數加以比較（比幅、比相），從中獲取角誤差信息，通過天線伺服系統完成天線的空間指向穩定，使之一直對準目標。根據取出角誤差信號的方法不同，單脈沖定向分為兩種基本方法：振幅定向和方位定向。方位定向對相位的要求較高，在實際應用較少。

在振幅定向法單脈沖雷達中，天線在一個角平面內有兩個部分重疊的波束，如圖1所示。將波束同時接收到的信號進行和、差處理，差信號就是這個角平面內的角誤差信號。如果誤差角ε＝0，則目標出現在天線等信號軸上，此時兩波束收到的回波信號幅度相同；若ε＜0或ε＞0，則差信號的輸出振幅與ε成正比，符號由目標偏離等信號軸的方向決定［2］。

圖1 振幅定向法示意圖

1.2 振幅和差式單脈沖雷達角跟蹤系統

單脈沖雷達多采用4個天線構成水平和俯仰兩個平面的角度測量系統，且俯仰平面和水平平面原理類似。典型的單平面振幅和差式單脈沖雷達方框圖如圖2所示［3］。

圖2 單平面振幅和差式單脈沖雷達方框圖

其工作過程簡單描述為：振幅和差式單脈沖雷達發射信號時，發射信號從和差比較器的和端（即Σ 端）加入，在1、2端輸出等幅同相信號；接收信號時，回波信號同時被兩個波束接收，分別加到和差比較器的1、2端；在和端，完成兩信號的和處理，在差端（即Δ 端）完成信號的差處理，并分別輸出和、差信號。和差信號經過變頻通道后進行檢波、鑒相，得到角度誤差信號，進一步轉化為相應的直流誤差電壓，驅動天線完成天線的空間指向穩定，使之一直對準目標［4］。

2 “交叉眼”干擾原理

“交叉眼”干擾是在雷達跟蹤波束內設計兩個干擾源，且干擾信號到達雷達接收機時的高頻相位保持穩定的關系，它是一種相干干擾。兩干擾源通常設置在保護目標的附近，當參數選擇適當時，可以使單脈沖雷達的瞄準軸超出兩干擾源之間的連線，而產生很大的跟蹤角誤差。“交叉眼”干擾原理如圖3所示［5］。

圖3 “交叉眼”干擾原理圖

如圖3所示，J1、J2分別為兩干擾信號，Ar、AJ1、AJ2分別為目標回波信號和J1、J2的幅度。設θ0為兩波束最大增益方向與等強信號方向的夾角，θ3為目標回波偏離等強信號方向的張角，θ為兩干擾源中心線偏離等強信號方向的張角，Δθ 為兩干擾源之間的夾角。φ1、φ2分別為干擾信號J2和目標回波信號相對于干擾信號J1的相位差，則雷達天線1、2分別接收到的信號為［6］：

經過和差比較器處理后，得到S1、S2的和、差信號分別為SΣ、SΔ：

式中，

根據單脈沖雷達測角原理，誤差信號Se（t）為：

將式（3）和式（4）代入式（6）可以得到：

又有：

式（7）中采用式（8）對天線方向圖進行了近似，并設目標回波信號與干擾信號J1幅度比為a，兩干擾源幅度比為b，即：

則當誤差信號Se（t）＝0時，跟蹤天線指向角的偏離角度ε為：

當ε＞0時跟蹤天線的指向角向右偏；當ε＜0時跟蹤天線的指向角向左偏。可以看出，跟蹤天線的指向角的大小跟兩干擾源相對于雷達對準軸的夾角Δθ，三個信號之間的相位差φ1、φ2，回波信號與干擾信號J1的幅度比a，干擾源J1與J2幅度比b，以及目標偏離兩干擾源中心線的角度（θ-θ3）有關［7］。

當作戰飛機采用自衛式干擾時，即θ＝θ3，式（10）可以化簡為：

3 “交叉眼”干擾仿真與效果分析

典型場景設置為：兩個相干干擾源安裝于飛機的兩翼尖上，兩干擾源相距25m，干擾源距離雷達導引頭900m，雷達導引頭接收天線的波束寬度為9°。分析其對于工作頻率為10GHz的單脈沖角跟蹤雷達導引頭的“交叉眼”干擾效果。

3.1 兩干擾源功率不同時，跟蹤誤差角與兩干擾源相位差的關系

設a＝0.01，Δθ＝0.1°，φ2＝0。當b分別取0.8、0.9、1、1.1、1.2時，ε與φ1之間關系如圖4所示。

圖4 b不同取值時ε 與φ1 之間的關系

1）由圖4可知，當b＜1即AJ1＜AJ2時，ε＞0，誤差角偏向J2方向。當b＞1即AJ1＞AJ2時，誘偏方向發生了改變，誤差角偏向J1方向。

2）比較圖4各曲線可知，b越接近于1，φ1越接近180°，指向角的偏離角度就越大。當φ1＝π，β＝1，指向角的偏離角度是一個沖激脈沖，即ε→∞，此時指向角的偏離角度最大。但實際中ε的誤差角將受到天線方向圖的限制。要得到盡可能大的偏離距離，需要精確控制兩路信號的幅度和相位。一般情況下，主要由兩種方式產生兩干擾源的固定相位差：一是當兩干擾源與雷達間距離不等時，需要移相器產生一個相位補償，從而保持兩路干擾信號間具有固定的相移；二是使“交叉眼”干擾搭載平臺軸線對準雷達，這時兩干擾源的移相器產生固定的相移。

3.2 兩干擾源相位差不同時，跟蹤誤差角與兩干擾源功率的關系

設a＝0.01，Δθ ＝0.1°，φ2＝0。當φ1分別取177°、178°、179°、180°時，ε與b 之間關系如圖5所示。

圖5 φ1 不同取值時ε與b 之間的關系

1）從圖5（a）可以看出b＜0.96或b＞1.04時，ε與b 之間成正比關系；當0.96＜b＜1.04時，ε與b 之間成反比關系。

2）由圖5可知，在φ1＝180°，b＝1.007時，指向角的偏離角度達到最大。由圖可知b稍微偏離b＝1，這是由于“交叉眼”干擾搭載平臺體目標回波信號引起的，且偏離的程度跟a成正比關系。

3）將圖5（a）～（d）進行對比可知，當φ1偏離180°時，指向角偏離角度的極大值點將隨著φ1偏離180°程度加大而離b＝1.007越來越遠。

3.3 誤差角與“交叉眼”干擾搭載平臺回波的關系

當b＝0.85，Δθ＝0.1°，φ2＝0，a 分別取-3、-10、-20、-30dB時，ε與φ1之間的關系如圖6所示。

圖6 a不同取值時ε 與φ1 之間的關系

由圖6可知，“交叉眼”干擾搭載平臺回波越大，誘偏誤差角越小，對“交叉眼”干擾效果的影響越大。為了減少這種影響，一方面應增加干擾功率，另一方面應控制b，使b＜0.89。但b也不能太小，若b太小，誘偏能力將大大減弱［8］。

4 結束語

本文簡要介紹了單脈沖定向的原理、單平面振幅和差式單脈沖雷達系統的工作過程，推導了“交叉眼”干擾對導引頭進行角度欺騙時所引起的測角誤差。綜合考慮兩點源各因素對“交叉眼”干擾效果的影響，可設計針對某種雷達的最佳干擾配置，同時也可為研究抗干擾手段提供依據。■

［1］胡磊，李相平，趙臘.雷達導引頭技術的發展及抗干擾能力研究［J］.飛航導彈，2008（11）：44-47.

［2］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安：電子科技大學出版社，2006.

［3］李相平，趙臘，等.相干兩點源對反艦導彈導引頭的干擾研究［J］.制導與引信，2008，29（3）：48-52.

［4］陳安娜.對單脈沖雷達的相干兩點源干擾機理研究［J］.航空兵器，2007，43（2）：7-11.

［5］陳明嗣.雷達系統仿真與角度干擾技術研究［D］.成都：電子科技大學，2011.

［6］耿艷，白渭雄，劉志.非相干兩點源對單脈沖雷達的干擾分析［J］.現代防御技術，2009，37（3）：127-130.

［7］范江濤，胡寶潔，陸洪濤，等.單脈沖雷達角度跟蹤干擾的仿真分析［J］.艦船電子工程，2010，30（4）：113-115.

［8］曹菲，劉慶云，辛增獻.“交叉眼”干擾數學建模［J］.現代雷達，2013，35（6）：69-72.