“交叉眼”干擾在單脈沖雷達(dá)中表現(xiàn)特征分析

劉慶云，馬　亮(上海航天技術(shù)研究院802研究所，上海200090)

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“交叉眼”干擾在單脈沖雷達(dá)中表現(xiàn)特征分析

劉慶云，馬亮
(上海航天技術(shù)研究院802研究所，上海200090)

摘要:“交叉眼”干擾技術(shù)被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的現(xiàn)代電子防衛(wèi)手段之一。為開展其對(duì)抗技術(shù)研究，對(duì)單脈沖雷達(dá)在“交叉眼”干擾環(huán)境下的和、差接收信號(hào)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并通過仿真計(jì)算分析了和、差接收信號(hào)所表現(xiàn)出的特征。初步分析結(jié)果表明:“交叉眼”干擾會(huì)導(dǎo)致單脈沖雷達(dá)差接收波束方向圖發(fā)生畸變。畸變的嚴(yán)重性主要取決于干擾源和單脈沖雷達(dá)間的距離以及兩干擾點(diǎn)源輸出信號(hào)功率之比;“交叉眼”干擾同樣會(huì)導(dǎo)致差、和接收信號(hào)功率之比出現(xiàn)異常。干擾源與單脈沖雷達(dá)間的距離越小和(或)“交叉眼”干擾的誘偏能力越強(qiáng)，差、和接收信號(hào)功率之比出現(xiàn)異常的角度范圍越大。

關(guān)鍵詞:“交叉眼”干擾;單脈沖雷達(dá);波束方向圖;畸變

0　引言

“交叉眼”干擾是為對(duì)抗單脈沖角跟蹤雷達(dá)或雷達(dá)導(dǎo)引頭而專門設(shè)計(jì)的一種干擾技術(shù)，主要用于在飛機(jī)、艦船等武器平臺(tái)上對(duì)來襲的雷達(dá)末制導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行角度誘偏。相比于拖曳式或投擲式雷達(dá)誘餌干擾，隨著成本及工程實(shí)現(xiàn)難度的下降，“交叉眼”干擾的性能優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)出來，因此，它被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的現(xiàn)代電子防衛(wèi)手段之一［1-4］。顯然，開展“交叉眼”干擾對(duì)抗技術(shù)研究是很有意義的。但截至目前，除文獻(xiàn)［5］外，并無這方面的研究報(bào)道。文獻(xiàn)［5］認(rèn)為，當(dāng)所接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，單脈沖角跟蹤雷達(dá)和接收波束方向圖將表現(xiàn)出差接收波束方向圖的特征，而差接收波束方向圖將表現(xiàn)出和接收波束的方向圖特征，且和接收波束最大輸出響應(yīng)方向?qū)⑵x真實(shí)目標(biāo)方向。初步的分析結(jié)果表明，文獻(xiàn)［1］中結(jié)論存在較大偏差，且僅給出了“交叉眼”干擾在單脈沖角跟蹤雷達(dá)中所表現(xiàn)出的單個(gè)特征。為此，本文以比幅測(cè)角體制單脈沖角跟蹤雷達(dá)為例，對(duì)“交叉眼”干擾在其和、差接收信號(hào)中所表現(xiàn)出的特征開展較深入研究，為探索對(duì)抗“交叉眼”干擾的可能手段提供技術(shù)支持。

1　單脈沖和、差接收信號(hào)數(shù)學(xué)模型

假設(shè)場(chǎng)景:主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)導(dǎo)彈與飛機(jī)(“交叉眼”干擾設(shè)備的收發(fā)天線1、2分別位于兩機(jī)翼頂端)進(jìn)行對(duì)抗，且為分析方便，假設(shè)兩干擾點(diǎn)源與雷達(dá)導(dǎo)引頭處于同一水平面內(nèi)，如圖1所示。R0、R1、R2、θc、dc、Δθ1及Δθ2的定義如圖1中所示。其中，Δθ1恒為正值，Δθ2恒為負(fù)值。文中所用其它各物理量的定義如下: s(t)、λ分別為雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)及發(fā)射信號(hào)波長; Sg(θ)、Dg(θ)為雷達(dá)導(dǎo)引頭和、差波束方向圖(均指其電壓增益) ;θr為雷達(dá)導(dǎo)引頭和波束指向，和波束指向兩干擾點(diǎn)源中間位置右側(cè)時(shí)θr為正，否則為負(fù)，θr=0°表示雷達(dá)導(dǎo)引頭和波束指向目標(biāo)方向;β1、β2、Δφ分別為兩干擾點(diǎn)源發(fā)射功率控制因子及被干擾雷達(dá)接收天線處兩“交叉眼”干擾信號(hào)間的相位差。

圖1　“交叉眼”干擾信號(hào)建模用圖

當(dāng)接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，雷達(dá)導(dǎo)引頭和、差接收信號(hào)分別為:

式中，|sc(t) | =λ2β1Sg(Δθ1－θr) Sg(Δθ2－θr) / ((4π)2R1R2) (此處隱含假設(shè)“交叉眼”干擾設(shè)備的收、發(fā)天線是全向天線)，β=β2/β1。R1、R2、Δθ1及Δθ2分別為:

2　和、差接收波束的掃描特征

下文均以式(1)、(2)所示信號(hào)模型為依據(jù)進(jìn)行分析。圖2給出了參數(shù)R0、β及Δφ不同取值組合情況下，歸一化差接收信號(hào)功率與θr間關(guān)系曲線的仿真計(jì)算結(jié)果，其中，θ3dB為和波束的3dB波束寬度。由圖2可見，當(dāng)接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，在給定參數(shù)的幾種取值組合情況下，差接收波束方向圖均出現(xiàn)了不同程度的畸變，且R0越小和(或)β越大，畸變?cè)矫黠@。當(dāng)R0= 1km且β= 0．9時(shí)，差接收波束方向圖近似表現(xiàn)出和波束的方向圖特征，且在θr= 0°附近取得極大值;當(dāng)R0、β一定時(shí)，Δφ越偏離180°，差接收波束方向圖的畸變?cè)絿?yán)重。

圖3給出了當(dāng)接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，歸一化和接收信號(hào)功率與θr間關(guān)系曲線的仿真計(jì)算結(jié)果。由于該關(guān)系曲線形狀不隨R0、β及Δφ而發(fā)生變化，故僅給出一組關(guān)系曲線。由圖3可見，除波束寬度稍變窄外，和接收波束方向圖沒有發(fā)生畸變，且仍在θr=0°處取得極大值。這同文獻(xiàn)［1］中所給結(jié)論是存在明顯差異的。

3　差、和信號(hào)功率之比的掃描特征

圖2　差接收波束方向圖的畸變性

圖4給出了當(dāng)接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，參數(shù)R0、β及Δφ不同取值組合情況下，差、和接收信號(hào)功率之比與θr間的關(guān)系曲線的仿真計(jì)算結(jié)果。由圖4可見，在給定的幾種取值組合情況下，差、和接收信號(hào)功率之比與θr間的關(guān)系曲線均出現(xiàn)了不同程度的畸變，甚至在某些θr取值范圍內(nèi)出現(xiàn)了差接收信號(hào)功率大于和接收信號(hào)功率的情況。R0越小和(或)“交叉眼”干擾的誘偏能力越強(qiáng)(β越大且Δφ越接近180°，“交叉眼”干擾的誘偏能力越強(qiáng))，畸變?cè)矫黠@，出現(xiàn)差信號(hào)功率大于和信號(hào)功率的θr取值范圍也越大。在這些角度范圍內(nèi)，R0越小和(或)“交叉眼”干擾的誘偏能力越強(qiáng)，差、和信號(hào)功率之比的最大值也越大。

圖3　和接收波束方向圖特征

圖4　和、差接收信號(hào)功率之比的掃描特征

4　結(jié)束語

綜合上文分析可知:當(dāng)接收信號(hào)為“交叉眼”干擾信號(hào)時(shí)，單脈沖雷達(dá)差接收波束的方向圖發(fā)生了畸變。干擾源與單脈沖雷達(dá)間的距離越小，和(或)兩干擾點(diǎn)源輸出信號(hào)功率越接近，差接收波束方向圖越表現(xiàn)出和接收波束的方向圖特征，并在目標(biāo)方向附近取得極大值。同時(shí)，差、和接收信號(hào)功率之比與波束指向間的關(guān)系曲線也會(huì)發(fā)生畸變，甚至?xí)霈F(xiàn)差接收信號(hào)功率大于和接收信號(hào)功率的情況。干擾源與單脈沖雷達(dá)間的距離越小和(或)“交叉眼”干擾的誘偏能力越強(qiáng)，出現(xiàn)差接收信號(hào)功率大于和接收信號(hào)功率的角度范圍也越大。在這些角度范圍內(nèi)，差信號(hào)與和信號(hào)功率之比的最大值也越大。但上述特征是否為“交叉眼”干擾所獨(dú)有，尚需通過進(jìn)一步的深入研究才能確定。

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Characteristic analysis of cross-eye jamming of monopulse radar signals

Liu Qingyun，Ma Liang
(No．802 Research Institute of SAST，Shanghai 200090，China)

Abstract:Cross-eye jamming is supposed to be one of the most prospective ECM technologies for self-protection against monopulse tracking systems．In order to develop anti-cross-eye jamming techniques，the mathematics model of the received sum and difference monopulse radar signals under conditions of cross-eye jamming is presented，and then s the characteristics of these received signals are analyzed by simulations．Preliminary results show that cross-eye jamming causes distortion of difference beam pattern of the monopulse radar．The magnitude of distortion depends mainly on the distance between the monopulse radar and the jamming sources，and on the output power ratio of two cross-eye sources．Cross-eye jamming also causes abnormality of power ratio of the difference signal to the sum signal．The shorter the distance between the monopulse radar and the jamming sources and (or) the stronger the angle deception ability of cross-eye jamming，the wider the angle range in which the power of the difference signal is greater than that of the sum signal．

Key words:cross-eye jamming; monopulse radar; beam pattern; distortion

作者簡介:劉慶云(1969－)，男，高工，博士，研究方向?yàn)槔走_(dá)導(dǎo)引頭抗干擾、電子偵察總體、信號(hào)處理及信號(hào)分選。

收稿日期:2015－05－10; 2015－10－15修回。

中圖分類號(hào):TN972; TN974

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A