一種基于距離分辨的抗拖曳式干擾方法研究

李世平

摘 要： 本文在脈沖多普勒雷達導引頭的基礎上，針對拖曳式誘餌干擾，提出一種基于距離分辨的抗拖曳式干擾方法，采用線性調(diào)頻信號，增加導引頭的距離分辨能力，使導引頭能有效區(qū)分目標回波和干擾信號。并建立了仿真模型，進行數(shù)字仿真，驗證了方法的有效性。

關鍵詞： 導引頭；誘餌；線性調(diào)頻；仿真

0 引言

拖曳式誘餌是一種針對脈沖多普勒雷達導引頭的有效干擾方法。載機通過光纖拖曳一個有源干擾發(fā)射裝置轉發(fā)雷達信號、對雷達/導引頭實施假目標欺騙干擾。由于拖曳式干擾與載機間的距離較短且與載機具有幾乎相同的運動特性，在中遠距離上，不管是迎頭、尾追還是截擊，載機回波與誘餌干擾信號的多普勒頻率之差小于PD體制導引頭的多普勒頻率分辨單元寬度，PD體制導引頭很難分辨、識別載機回波與干擾信號（二者的多普勒譜線幾乎重合）。在距離維度上，由于載機和誘餌具有一定的距離，通常為100m～300m，信號從載機發(fā)出，傳送到誘餌發(fā)射出來具有一定的時間延遲，如果信號波形的距離分辨率足夠高，則可以通過距離進行分辨。本文利用線性調(diào)頻信號的高距離分辨特性，從距離維進行目標和干擾信號的區(qū)分，對抗簡單轉發(fā)式干擾。

1 導引頭工作原理

脈沖多普勒雷達導引頭接收到回波信號后，要對回波信號進行處理。通常采用的方法是將三個支路的回波信號分別經(jīng)過匹配濾波、多普勒濾波[1]，然后通過多普勒濾波器組的輸出測量多普勒頻率，采用振幅和差式測角對誤差角進行測量。

實現(xiàn)速度跟蹤的關鍵是如何在頻域形成一個時刻套住目標的速度門。在基于FFT的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，可以通過比較相鄰多普勒濾波器的輸出實現(xiàn)多普勒跟蹤。通過目標檢測、速度跟蹤系統(tǒng)后，進入角度跟蹤系統(tǒng)的回波信息是在速度波門內(nèi)的一段回波信號。分別將速度門內(nèi)的和通道信號、差通道信號的實部取出求和，然后確定角誤差信號。

2 拖曳式干擾原理

拖曳式干擾[2]是一種載體外有源干擾， 載機通過光纖拖曳一個有源干擾發(fā)射裝置轉發(fā)雷達信號、對制導雷達實施假目標欺騙干擾。在導彈與目標距離較遠的情況下，彈目距離R遠遠大于載機和誘餌的距離L，載機和誘餌相對于導引頭的張角△θ非常小，則載機和目標的運動速度基本相同，二者的徑向速度差也非常小，多普勒頻差小于導引頭的速度分辨率，此時認為兩者速度基本相等。在中遠距離情況下，△θ遠小于導引頭波束的寬度，誘餌與目標同時落入導引頭主瓣波束之內(nèi)，速度跟蹤系統(tǒng)鑒頻特性零點與信號的多普勒頻率重合，同時也與干擾源的多普勒頻率重合，即干擾信號很容易捕獲導引頭速度跟蹤波門。隨著彈目距離的逐步減小，△逐步增大，徑向速度之間差異越來越大，當大于多普勒雷達的速度分辨率時，二者的多普勒譜線將逐步分離。由于干擾信號功率大于目標回波信號功率，速度波門將選擇跟蹤干擾源，當速度差異大于速度跟蹤波門的寬度時，目標信號將逃離到導引頭的速度跟蹤波門之外。

在角度上，拖曳式誘餌對單脈沖多普勒雷達導引頭的角度干擾可以看作空間兩點源對角度跟蹤系統(tǒng)的干擾[3]，如果拖曳式誘餌起作用，導引頭的角度跟蹤系統(tǒng)響應會因由第二個反射源的存在而發(fā)生變化。拖曳式誘餌通過電纜或光纜與載機相連，由載機拖曳，提供電源，并且控制誘餌的工作，誘餌轉發(fā)目標接收到的信號，并進行一定的信號處理，產(chǎn)生干擾波形。由于拖曳式誘餌干擾信號與目標回波信號間存在時延和多普勒頻差，即拖曳式誘餌可與目標一起對導引頭形成非相干雙點源干擾，對導引頭在角度上造成欺騙干擾，使雷達導引頭跟蹤它們回波信號的能量中心。

在距離上，雷達距離分辨率是由脈沖的寬度決定的，理論分辨率可表示為

（1）

式中：c為光速；τ為雷達系統(tǒng)的脈沖寬度。

工程可分辨距離應在理論分辨值的基礎上乘以一個系數(shù)。單脈沖雷達導引頭為窄帶雷達，典型脈沖寬度為1μs，系統(tǒng)帶寬為1MHz，則距離的理論分辨率為150m。拖曳式誘餌的拖曳線長度L般為75m ～200m，如美波音767軍用運輸機L為91m ～122m，其他戰(zhàn)斗機的L也在100m左右[4]。當載機由遠及近，一般脈沖雷達和導引頭很難從距離上對誘餌和載機進行分辨。

3 線性調(diào)頻抗拖曳式干擾方法

線性調(diào)頻信號是一種大時寬帶寬積信號，具有良好的距離分辨率。其距離分辨能力與調(diào)制帶寬成反比，即

（2）

式中：c為光速；B為調(diào)制帶寬。

線性調(diào)頻信號可采用如下數(shù)學表達式表示：

（3）

式中：A（t）為光速；f0為載頻；k=B/τ為調(diào)頻斜率。

取TM=τ，假設匹配濾波器的輸入是位于位置距離R0處的目標回波，對應的時延t0=2R0/c，匹配濾波器輸出的信號分量為：

（4）

輸出波形為一個三角波，它的峰值出現(xiàn)在相關時延為零處，x-t0=x+τ-t或t=τ+t0處。峰值出現(xiàn)在t0+τ時刻，對應于目標回波實際時延與因果匹配濾波器時延之和。

考慮拖曳式誘餌為轉發(fā)式干擾，不對信號作其它調(diào)制，則干擾信號與回波信號類似，由于誘餌相對于載機有100m左右的距離，在迎擊狀態(tài)下，經(jīng)脈沖壓縮后，干擾信號相對于回波信號有0.67μs的延時。因此，如果導引頭能將間隔0.67μs的信號區(qū)分開，則導引頭能將目標信號和干擾信號區(qū)分開來。在導彈迎擊目標的條件下，干擾信號相對于回波信號有延遲，通過選取時延小的信號為目標，可在距離維進行抗拖曳式干擾。

4 仿真驗證

設置仿真條件：調(diào)制帶寬20MHz，脈沖寬度4μs，脈沖周期10μs，采樣率200MHz，拖曳纜繩長度100m，干擾類型為轉發(fā)干擾，干擾信號比目標信號強10dB，載頻為0，回波相對周期起始時刻的延時為5μs。單個脈沖的仿真結果見圖1。

由圖1可知，采用20MHz帶寬的線性調(diào)頻信號，經(jīng)過脈沖壓縮后，在一個周期內(nèi)能將間距為100m的兩個信號分隔開。在迎擊狀態(tài)的簡單轉發(fā)式干擾狀態(tài)下，干擾信號相對于回波信號有一定的時間延遲，因此，在同一脈沖重復周期中，經(jīng)脈沖壓縮后的干擾信號的時延要比回波信號的大，在多個脈沖中，通過選取時延較小的信號進行積累、檢測和跟蹤，可有效地選取目標回波信號進行跟蹤，從而實現(xiàn)抗簡單轉發(fā)式拖曳誘餌干擾。

5 結論

本文通過采用線性調(diào)頻信號，提高信號的距離分辨率，實現(xiàn)目標與干擾信號的有效分辨，從而達到抗簡單轉發(fā)式干擾的目的。通過仿真，驗證了該方法的有效性。

參考文獻

[1] Ikits M， Brederson， JDand Hansen， C.， Hollerbach， J. An improved calibration. framework for electromagnetic tracking devices [C].Proc. IEEE Virtual Reality. 2001：13-17.

[2] 陶茀毓.拖曳式干擾與防空導彈的制導體制[C].“現(xiàn)代雷達面臨的電子威脅”學術研討會論文集，2003（12）：160-165.

[3] F Neri.Anti-monopulseJamming Techniques[C].International Microwave & Optoelectronics Conference.2002，2：45-50.

[4] 趙興錄，等.地空導彈武器系統(tǒng)抗拖曳式干擾方法[J]. 現(xiàn)代雷達，2013，35（3）：1-4.