雷達導引頭對拖曳式誘餌干擾的檢測和識別新方法*

王建路，戴幻堯，韓 慧，汪連棟，喬會東

(電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

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雷達導引頭對拖曳式誘餌干擾的檢測和識別新方法*

王建路，戴幻堯，韓 慧，汪連棟，喬會東

(電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

有源拖曳式雷達誘餌能夠實現角度欺騙、距離欺騙、速度欺騙三重干擾效果，它通過電纜與被保護目標相連接，兩者具有相同的運動特性，載機和拖曳式誘餌在距離、速度和角度上分辨不出來，導引頭的響應會成為兩個射頻源的復雜函數，這將產生一個角度誤差，從而增加了導彈的脫靶距離。為了提高雷達抗拖曳式誘餌能力，從空間角度分辨力入手，在常規單脈沖雷達系統結構上，利用了結構的冗余信息，提取對角線差通道的接收信號，然后與和通道、俯仰差通道、方位差通道聯合建立方程組，求解得到目標和誘餌的角度信息，并對兩者的信號幅度進行了分離，提出了誘餌識別的方法。仿真結果證實了該方法的有效性。

對角差通道；四通道單脈沖雷達；誘餌識別；兩目標分辨

0 引言

拖曳式雷達誘餌是一種典型的雙點源角度欺騙干擾模式，以其在實戰中表現出的優良干擾效果，在現代空地電子對抗中占據著非常重要的地位。拖曳式誘餌主要用于飛機被敵方雷達鎖定時實施的自衛式干擾，誘餌轉發的干擾信號和載機回波信號在空中對跟蹤雷達形成雙點源干擾，誘偏跟蹤雷達的跟蹤點，從而保護載機平臺的安全。拖曳式誘餌通過電纜與被保護目標相連接，兩者具有相同的運動特性，一般雷達和跟蹤系統無法通過運動特性來區分目標和誘餌。拖曳式誘餌的對抗研究一直是國內外抗干擾研究領域的一個熱點問題[1-4]，對抗拖曳式誘餌需要解決誘餌檢測和目標與誘餌的識別問題。當前關于拖曳式誘餌干擾對抗的研究集中在干擾原理分析、干擾性能仿真和效果評估等方面[1]，對干擾檢測和識別的研究甚少。目前拖曳式誘餌大多采用數字射頻存儲技術，在將雷達發射信號進行轉發的同時結合距離拖引、速度拖引、RCS調制等綜合手段使誘餌信號和目標回波信號具有高度的相似性，從而使誘餌和目標成為波束內不可分辨的兩個“目標”，因此，拖曳式誘餌與不可分辨的多目標具有某種程度上的類似。文獻[5～6]基于瞬時匹配矩方法和模型簡化似然求解得到了兩目標角度估計的解析表達式，但是前提條件是已知兩個目標的信號功率或者已知二者的功率比。文獻[7]在此基礎上利用干擾檢測、雷達測量和跟蹤等信息實現了對目標和誘餌相對功率比的估計。文獻[8～9]提出了基于接收回波條件分布的最大似然估計方法測量兩目標的角度。文獻[10]提出通過計算質心角度與聚類相結合的方法獲取目標角度。這些方法均需要利用多個脈沖或多個相干處理周期進行處理，容易受到目標起伏的影響，并且降低了單脈沖雷達的數據率。對角差通道能夠用于提高單脈沖雷達的測角精度、抗主瓣干擾、波束內兩目標分辨等方面[11]，是非常有用的通道。文獻[12]介紹了一種利用四通道單脈沖技術對抗有源雷達誘餌干擾的方法，探討了利用不同差通道接收信號間的相位差信息對雷達誘餌進行角度跟蹤的方法以及可能達到的角度跟蹤性能。但是，該方法首先需要將天線中心對準干擾方向，將干擾在對角差通道陷零，然后進行處理，實際中很難做到，在干信比是動態變化的條件下，是無法準確獲知干擾方向的。本文對對角差通道特性進行了深入分析，提出了一種新的單脈沖雷達系統結構，能夠利用一個脈沖對波束內目標和誘餌進行角度分辨，并對該新方法進行了仿真分析。

1 拖曳式誘餌干擾和目標回波的特性

拖曳式誘餌通過在導引頭雷達波束內模擬一個與真實目標十分“相似”的假目標，利用空間非相干兩點源干擾原理引起相位波前畸變，干擾和破壞單脈沖雷達的角度測量，致使導彈失跟或誤導攻擊。實現角度欺騙的一個重要條件是誘餌能夠比較準確地模擬目標載機的相關特征，盡可能減小誘餌干擾信號與真實目標信號之間的特征差異，以假亂真吸引導引頭雷達的波束指向，最大限度地延遲導引頭分辨目標和誘餌的時間，以使得角度欺騙干擾效能最大化。誘餌模擬的目標回波特征主要為幅度特性、時域特性和頻域特性。

誘餌系統通過對接收脈沖信號進行RCS調制，使得產生的干擾信號幅度起伏特征與真實目標回波起伏特性相類似。有源誘餌進行幅度模擬需要對所保護的載機目標估算其回波幅度的變化，并以此為依據對誘餌接收到的雷達信號進行幅度調制。目標回波的幅度是與目標RCS直接相關的，復雜目標的RCS計算是一個很繁雜的過程，誘餌系統實時計算目標的精確RCS 是不現實的，因此通常采用RCS起伏的統計模型來描述目標雷達回波幅度的變化。誘餌通過產生一個滿足目標RCS起伏分布模型的隨機變量，用它控制程控衰減器對接收到的雷達發射脈沖信號的幅度進行調制來實現模擬。誘餌的干擾形式多樣，在進行角度欺騙的同時可以實施多種類型的復合干擾，通過距離欺騙能夠減小目標回波信號和誘餌干擾信號在時域特征上的差異，通過速度欺騙可以減小目標回波信號與誘餌干擾信號在多普勒特征上的差異。距離欺騙、速度欺騙等復合干擾方式的采用使得干擾信號與真實目標回波信號的時頻域特征很相似，雷達導引頭難以利用時頻域差異分辨目標和干擾。圖1(a)給出了誘餌和目標信號的時域特征，可以看出，在每個脈沖重復時間內，誘餌發射的干擾信號都和目標回波重疊，并且功率大于目標回波。圖1(b)給出了誘餌和目標信號的頻域特征，其中vr為導彈速度，λ為雷達導引頭波長，可以看出，經過多普勒處理后，誘餌信號將目標回波掩蓋，雷達無法檢測到目標，在這種情況下，雷達利用單脈沖體制進行測角，測角結果位于兩者的能量質心，在角度上也無法分辨誘餌和目標。

圖1 誘餌和目標信號特征

2 基于對角差信號的拖曳式誘餌干擾單脈沖檢測識別方法

2.1 常規單脈沖雷達的對角差信號提取

常規三通道單脈沖雷達如圖2所示，天線接收信號經過混合器后得到和信號∑、方位差信號ΔA、俯仰差信號ΔE三個通道的信號，根據常規的單脈沖雷達處理過程，當只存在一個目標時：

ΔA=Tx∑

(1)

ΔE=Ty∑

(2)

式中，Tx和Ty是未知量，分別為目標的方位誤差信號和俯仰誤差信號。通過求解方程可以得到Tx和Ty，進而查表(或角度鑒別曲線)得到目標的角度信息。三通道的單脈沖雷達只能得到波束內單個目標的方位角和俯仰角。

圖2 常規單脈沖雷達結構圖

當同時存在誘餌和目標時：

∑=∑1+∑2

(3)

ΔA=Tx1∑1+Tx2∑2

(4)

ΔE=Ty1∑1+Ty2∑2

(5)

式中，∑1、Tx1、Ty1為目標信號的幅度、方位誤差信號、俯仰誤差信號，∑2、Tx2、Ty2為誘餌信號的幅度、方位誤差信號、俯仰誤差信號，均為未知數。三個方程通過分解實部和虛部得到6個方程，然而卻存在8個未知數(信號幅度包含絕對值和相位兩個參數)，顯然是無法求解的，導致常規的單脈沖雷達無法分辨波束內的兩個目標。為了求解未知量，需要增加方程的數量。

通過研究發現，當目標處于不同角度時，被匹配負載吸收的對角差信號ΔΔ具有不同的響應，這意味著ΔΔ中含有目標的角度信息。因此，在常規單脈沖雷達的基礎上，引入輔助差通道，能夠得到額外信息，增加方程的數量，從而實現對波束內目標和誘餌的分辨。具體實現中，在常規三通道單脈沖雷達的基礎上，將圖2中接入匹配負載的ΔΔ信號引出作為輔助通道，得到一個四通道單脈沖雷達，如圖3所示。

圖3 包含對角差通道的單脈沖雷達結構圖

2.2 目標/誘餌混疊信號的單脈沖測角方法

經過嚴格的數學證明，對于單個目標，對角差通道響應滿足以下條件：

∑ΔΔ=ΔAΔE

(6)

該條件可以用于判斷波束內是否只有一個目標．進一步化簡，可以得到：

ΔΔ=(ΔA/∑)(ΔE/∑)∑=TxTy∑

(7)

當同時存在誘餌和目標時，可以得到由四個等式組成的觀測方程組。無論對于幅度和差單脈沖，還是相位和差單脈沖，求解方程組可以得到目標和誘餌角度誤差信號。直接利用四個通道的輸出數據進行計算，就能分別得到目標和誘餌的信號幅度、角度信息，不需要兩個目標的回波功率比、回波幅度概率分布等先驗信息，只需要一個脈沖就能實現對時域、頻域混疊的兩個目標回波進行測角，計算過程簡單高效。

上面對單脈沖雷達兩目標分辨的數學原理進行了分析。下面從另一個方面對高分辨力進行分析，能夠更加清晰地認識角度高分辨的機理。和信號、方位差信號、俯仰差信號、對角差信號與角度的關系如圖4所示。常規的三通道單脈沖只利用了前三個信號，波束寬度較寬，可以近似認為對角差信號將波束分裂為四個較窄的子波束，從而提高了角度分辨力。

圖4 四個通道信號響應與目標角度的關系

2.3 基于和信號分離的誘餌信號識別方法

通過上述處理后，可以分別得到兩個未知信號的角度信息，進而分別得到兩個目標的和信號，可以對兩個未知目標的和信號進行分離。換言之，基于對角差通道的測角方法能夠將目標和誘餌的幅度、角度分離。為了成功誘騙單脈沖雷達導引頭、保護目標，通常誘餌的信號強度大于目標信號強度，所以根據分離后的信號幅度，可以判斷出真實目標和誘餌。為了降低錯誤率，可以利用多次測量進行判決。圖5給出了基于和信號分離的誘餌識別流程。

圖5 基于和信號分離的誘餌識別流程

3 仿真試驗

圖6 誘餌干擾下雷達測角結果

本節對誘餌識別方法進行了性能仿真分析。雷達采用比幅和差單脈沖體制，子天線波束形狀為高斯波束，3dB波束寬度θB=6°，誘餌角度為(1.5°,1°)，目標角度為(0°,0°)，均位于3dB波束內，兩者回波相位隨機分布，干信比為5dB，目標回波信噪比為SNR=30dB，仿真運行了50次。圖6為誘餌轉發干擾下雷達測角結果。從圖6(a)可以看出，常規三通道單脈沖雷達無法區分誘餌和目標，測角結果位于兩者之間的連線上。從圖6(b)可以看出，本文提出的基于輔助差通道的誘餌識別方法，能準確識別誘餌和目標，并給出了正確的測角結果。受噪聲影響，測角結果分布于目標和誘餌的真實值周圍。

4 結束語

本文巧妙地提取和利用了單脈沖雷達對角線差通道的接收信號，分析了對角差通道的特性，提出了一種基于對角差通道的拖曳式誘餌干擾檢測和識別新方法。通過求解和通道、俯仰差通道、方位差通道、對角差通道建立的方程組，只需要一個脈沖就能對主波束內的目標和誘餌進行角度分辨，顯著提高了單脈沖雷達的角度分辨能力。同時能夠將和通道的信號進行分離，根據分離后的信號來識別誘餌，計算過程簡單高效。在此基礎上對新方法進行了仿真分析，驗證了該方法的有效性。本文提出的誘餌檢測和識別方法適用于一個脈沖重復周期內誘餌轉發單個信號的情況，后續的工作將進一步研究誘餌轉發多個信號的識別方法。■

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A new method for detection and recognition of towed decoy jamming by radar seeker

Wang Jianlu,Dai Huanyao,Han Hui,Wang Liandong,Qiao Huidong
(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects of Electronics and Information System, Luoyang 471003，Henan，China)

Active towed radar decoy can deceive radars in angle, distance and speed. It connects the protected target by a cable. The decoy and the target have the same motion characteristics, and they can’t be distinguished in distance, velocity and angle. The response of seeker will become a complicated function of the two RF source. This will produce an angle error, and increase the miss distance of the missile. In order to improve the ability of anti radar towed decoy, this problem is solved from the perspective of space resolution. Based on the conventional monopulse radar system structure, the signal of diagonal difference is extracted, and simultaneous equations are established by using signal of the sum channel, azimuth difference channel, elevation difference channel and diagonal difference channel. The angle and amplitude of target and decoy can be obtained by solving equations. Then the method of decoy recognition is proposed. Simulation results demonstrate the effectiveness of this method.

diagonal difference channel; four channel monopulse radar; decoy recognition; two targets resolution

國家自然科學基金(No.61301236)

2016-03-20；2016-06-18修回。

王建路(1984-)，男，助理研究員，博士，主要研究方向為雷達系統仿真、效能分析。

TN973.3；TN974

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