有源相控陣末制導導引頭干擾技術

楊愛平,劉 軍,陳 勇

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所,江蘇 揚州225101)

0 引 言

隨著現代戰爭的發展,戰場電磁環境日益復雜,各型艦船均進行了隱身設計,要求導彈末制導導引頭必須具有強大的對敵目標進行探測、識別、捕獲、跟蹤的能力,同時必須具有更強的抗干擾能力。相控陣雷達導引頭是目前最前沿、最復雜的雷達導引頭之一,相控陣雷達導引頭打破了傳統機械掃描雷達導引頭固定波束形狀、固定波束駐留時間、固定掃描方式、固定發射功率和固定數據率的限制,相控陣雷達導引頭具有靈活的波束指向及駐留時間和時間資源分配等特點,從而可以提升導引頭的攻擊能力和攻擊精度,增強了抗干擾能力[1]。

由于彈載使用極為嚴酷,相控陣制導技術目前正處于技術體制突破的關鍵時期,軍事強國都在力爭搶占該技術的制高點,力求領先應用在精確制導武器上[2]。目前,美國、俄羅斯、英國和德國等軍事發達國家已經進行相控陣導引頭的研制和相關試驗[3]。

1 有源相控陣末制導導引頭技術特點

(1)無慣性掃描,中末班交班能力強

相控陣末制導導引頭用電子控制方式實現天線波束快速無慣性的轉換指向,角空間搜索能力強,搜索方式靈活多樣,在搜索樣式、波位駐留時間和角空間捷變等方面可依據作戰需求自適應設計,在遠距離攻擊時仍可保證高的中末制導交班概率[2]。

(2)抗干擾能力強

有源相控陣末制導導引頭的電掃能力和方向圖捷變能力決定了它比傳統導引頭抗干擾能力強。

有源相控陣末制導導引頭普遍采用大時寬帶寬積信號,具有很高的信號處理增益。

(3)隱身性能好

相對于傳統末制導導引頭,相控陣末制導導引頭取消了伺服系統,進一步降低了導引頭的雷達截面積(RCS),提高了其隱身性能。

2 有源相控陣末制導導引頭干擾技術分析

2.1 前沿復制干擾

相控陣雷達普遍采用大時寬帶寬積信號,包括大時寬線性調頻(LFM)信號、相位編碼信號和準連續波信號等波形,本文以線性調頻信號為例進行分析。

LFM信號是一種脈沖壓縮信號,它通過非線性相位調制或線性頻率調制來獲得大時寬帶寬積。采用這種信號的雷達可同時獲得遠的作用距離和高的分辨率[4]。為分析計算方便,LFM信號用復數形式表示(幅度歸一化)如下:

前沿復制干擾是指干擾機對截獲的雷達信號進行前沿采樣復制并循環轉發,循環轉發的次數根據具體參數設定來確定。前沿復制干擾時序如圖1所示。

圖1 前沿復制干擾時序圖

根據公式與仿真分析,前沿復制干擾可以產生多個假目標,原線性調頻脈壓信號的功率幾乎平均分散到各個目標中,假目標的個數等于轉發干擾的個數N,假目標相對于真實回波的滯后時間為轉發干擾信號相對截取存儲信號起始的時延[5]。

仿真場景1:雷達信號脈寬τ=100μs,帶寬B=30 MHz,干信比J/S=0 d B。前沿復制寬度τ′=10μs,轉發干擾個數9個,干擾效果圖如圖2所示。前沿復制寬度τ′=20μs,轉發干擾個數4個,干擾效果圖如圖3所示。

圖2 前沿復制干擾效果圖(前沿寬度10μs)

從圖2和圖3可以看出,每個假目標獲得的脈壓增益與目標回波脈壓增益比值等于前沿寬度與雷達脈沖寬度比值,假目標個數等于轉發干擾次數,每個假目標滯后目標回波的距離與前沿寬度成正比。當前沿寬度較寬時,假目標所獲得的脈壓增益較高,但在雷達距離波門內形成的假目標個數較少。

圖3 前沿復制干擾效果圖(前沿寬度20μs)

前沿復制干擾能形成多個相干的假目標,但假目標之間的距離遠大于雷達距離分辨力,同時所形成的假目標基本為單點假目標,其特性與真實目標差距很大,能夠被相控陣末制導導引頭識別,無法達到欺騙相控陣末制導導引頭的目的。

2.2 卷積干擾

基于前沿復制的卷積干擾是指干擾機對截獲的雷達信號進行前沿采樣復制并延時轉發,延時轉發的次數及時間根據具體參數設定來確定。干擾時序框圖如圖4所示。

圖4 卷積干擾時序框圖

相比于前沿復制轉發干擾,卷積干擾可以獲得更密集的假目標,如果延時的時間較小,假目標疊加后將連成一片。如果控制好每級的延時及轉發的次數,經雷達脈壓后,將形成一長度較大的假目標。

卷積干擾形成的假目標滯后于目標回波,為了達到更好的欺騙效果,可利用LFM脈沖壓縮信號固有的距離-多普勒頻移間存在強耦合的弱點,通過對截獲的雷達發射信號調制1個附加的頻率后轉發給雷達。經過移頻,假目標相對于真目標發生的時延為:Δt=|ξ|/K,其中ξ為移頻量[6]。

由于假目標滯后于目標回波的時間等于卷積干擾復制的前沿寬度(設為τ′),因此如需假目標能夠覆蓋雷達回波,則移頻量|ξ|＞τ′K=τ′B/T。

仿真場景2:雷達信號脈寬τ=100μs,帶寬B=30 MHz,干信比J/S=15 dB,前沿復制寬度τ′=10 μs,移頻量4 MHz。延時1μs,轉發8次,干擾效果圖如圖5所示;延時200 ns,轉發32次,干擾效果圖如圖6所示。

圖5 卷積干擾圖(延時1μs,轉發8次)

對比圖5和圖6,延時時間較大時(1μs),假目標為一串很有規律的點跡假目標,容易被雷達識別,干擾效果較差;延時量較小時(200 ns),多個假目標連成了一片且幅度有一定起伏,能夠起到較好的欺騙效果,干擾效果較好。

圖6 卷積干擾圖(延時200 ns,轉發32次)

2.3 自適應干擾

相控陣末制導導引頭的波束捷變、波束電掃描及其靈活的工作模式,大大增加了對抗難度,采用傳統的電子對抗技術已難以實現有效的干擾。采用自適應干擾技術是傳統電子戰技術的發展,通過基于自適應學習偵察技術的突破,不斷地感知周圍的電磁環境、適應新的威脅目標的識別,從而自動探測、識別,智能合成干擾措施,采用高度自適應的電子對抗技術,完成對相控陣末制導導引頭的有效干擾[7]。自適應電子對抗系統的基本工作原理框圖如圖7所示。

3 結束語

由于相控陣導引頭波束控制靈活、抗干擾能力強、具有自適應能力等優點,將成為引領雷達導引頭發展方向的新一代導引頭[8]。本文對基于前沿復制的卷積干擾進行了仿真分析,仿真結果表明延時200 ns、轉發32級,同時根據前沿復制寬度設置一定的移頻量后,卷積干擾可對相控陣末制導導引頭形成較好的干擾效果。最后提出了對相控陣末制導導引頭自適應干擾的方案。

隨著技術體制的成熟,相控陣末制導導引頭將廣泛應用于裝備,本文提出的方法能夠為有源對抗相控陣末制導導引頭提供較為可行的途徑。

圖7 自適應電子對抗系統工作原理框圖