雙基地雷達抗無源箔條干擾性能分析

(1.電子科技大學，四川成都 611731； 2.空軍工程大學，陜西西安 710051；3.同方電子科技有限公司，江西九江 332007； 4.空軍通信士官學校，遼寧大連 116600)

0 引 言

消極干擾中使用最早和最廣的是箔條干擾。箔條干擾源于二戰時期，是對抗雷達探測的軟殺傷技術手段[1-6]。箔條干擾就是利用箔條的物理特性干擾破壞地面雷達、制導雷達的跟蹤系統，使其無法跟蹤真實目標。

由于收發分置，雙基地雷達具有與單基地雷達的不同之處，在抗干擾方面有一定優勢[7-10]。雙基地雷達T,R的位置關系不同、突防航線不同、雷達頻段不同，以及箔條厚度不同，使其抗無源箔條干擾的效果也不同。本文分析計算了幾種特定干擾情況下的雙基地雷達抗無源箔條干擾的性能，仿真得出雷達在箔條干擾下的干擾暴露區。

1 雙基地雷達目標探測判決式

1.1 無干擾情況

根據雙基地雷達方程，在雷達未受到外界的有源與無源干擾的情況下，設雷達最小可檢測回波功率為Smin，則判斷雙基地雷達是否能夠發現目標的充要條件為[11-12]

(1)

式(1)即為雙基地雷達探測目標的判決式。式中：r1,r2分別為目標與雙基地雷達發射站、接收站的距離；σT(β)為目標在無干擾下的雙基地雷達散射截面積；Gt,Gr分別為發射機與接收機的天線增益；λ為雷達的工作波長。計算σ(β)大小的經驗公式為

σT(β)=σ{1+exp[m|β|-(2.4m+1)]}

(2)

式中，σ為目標的單基地雷達截面積，m一般為 7～10，β為雷達的雙基地角。具體β的計算公式為

(3)

1.2 無源箔條干擾情況

本文研究的箔條干擾屬于壓制箔條干擾，它是通過在一定空域中大量投撒，形成干擾走廊，從而達到掩蓋真正目標回波的目的。在推導干擾下的目標判決式之前，首先要計算雙站箔條云的有效干擾面積。

1.2.1 雙站箔條云的有效干擾面積

圖1 長度為L的單根箔條的散射幾何關系

1) 當收發均采用垂直極化方式：

A2(π/2,-β/2)cos4φd]

(4)

2) 當收發有一個采用水平極化，另一個采用垂直極化方式：

(5)

3) 當收發均采用水平極化方式：

(6)

式中，

(7)

(8)

(9)

利用式(4)、式(5)、式(6)，可以求得不同情況下單根箔條的雙基地全向平均截面積，由于箔條云中不同箔條的雙基地全向平均截面積相同，則雙站箔條云的有效干擾面積為

(10)

式中，N為既能被發射基地照射又能被接收基地觀測到的箔條數目，η為云中有效箔條的比例系數，ρ為單位體積內的箔條數目，ΔV為雙基地雷達的體積分辨單元，τ為脈沖寬度，Δθt，Δθr分別為發射與接收波束在方位平面上的波束寬度，Δφt，Δφr分別為發射與接收波束在仰角平面上的波束寬度。

1.2.2 無源箔條干擾下的目標判決式

為了有效評估壓制效果，在此引入箔條干擾壓制系數。其定義[1]為：在給定虛警概率的條件下，使在箔條散射體背景中正確檢測目標的概率小于某一數值(0.1～0.5)所需的最小干擾信號比。壓制系數一般要大于1.5～2.0。其表達式具體如下：

(11)

利用壓制系數推導出雙基地無源箔條有效壓制干擾方程為

(12)

整理上式得，雙基地無源箔條壓制干擾的干擾暴露區必須滿足

(13)

進一步討論式(6)，存在以下4種情況：

1) 若r1Δθt≤r2Δθr且r1Δφt≤r2Δφr：

(r1r2)2≤

(14)

2) 若r1Δθt≤r2Δθr且r1Δφt≥r2Δφr：

r1r23≤

(15)

3) 若r1Δθt≥r2Δθr且r1Δφt≤r2Δφr：

r1r23≤

(16)

4) 若r1Δθt≥r2Δθr且r1Δφt≥r2Δφr：

r24≤

(17)

2 雙基地雷達區域網格搜索算法

在復雜電磁環境下，雙基地雷達的探測區域呈現不規則性，不便于直接仿真計算。在此利用區域網格搜索算法來實現探測區的仿真。具體算法如下：1)設定雙基地雷達的警戒區域Xmin≤x≤Xmax，Ymin≤y≤Ymax；2)用矩形網格對警戒區域進行剖析；3)設定x，y軸的搜索步長分別為Δx，Δy；4)在每一個網格點檢測是否存在目標，具體由式(1)判定；5)利用Matlab仿真出所有劃定的網格點，近似計算探測區面積。警戒區網格剖析簡圖如圖2所示。

圖2 警戒區網格剖析簡圖

在警戒區網格平面內，統計每個網格節點的探測情況，根據以下原則計算探測區面積：

4) 當某個網格中僅有一個頂點或沒有頂點能被探測到目標，該網格不存在于探測面積內，對應探測面積為ΔS≈0。

基于以上4點的考慮，最終探測區域總面積為S=∑ΔS。

3 無源箔條干擾下探測區仿真分析

3.1 參數設定

假設雙基地雷達的參數為：Pt=200 kW，Gt=Gr=32 dB，雷達的最小可檢測功率為Smin=-60 dBmW，λ=0.1 m，τ=1 μs，雷達系統損耗LL=3 dB，發射機俯仰與方位平面3 dB波束寬度主瓣波束寬度為θ0.5=3°，接收機波束寬度與發射機相同；目標的參數為：目標的飛行高度為7 km，單基地雷達的目標截面積σ=5 m2；設定警戒區范圍為：-180 km≤x≤180 km，-180 km≤y≤180 km；區域網格仿真步長為Δx=Δy=3 km；箔條云參數為：平均密度n=4根/米3，有效箔條比例系數ρ=0.4，箔條長度為λ/2。

3.2 仿真分析

基線長為160 km，雙基地雷達在有無箔條干擾下，發射機與接收機分別采用不同極化方式時，雷達的探測區域與干擾暴露區。仿真結果如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 收發一個采用水平極化、一個采用垂直極化的探測區域與干擾暴露區

圖4 收發均采用水平極化的探測區域與干擾暴露區

基線長為50 km，雙基地雷達在有無箔條干擾下，收發分別采用不同極化方式時，雷達的探測區域與干擾暴露區。仿真結果如圖6、圖7和圖8所示。

圖5 收發均采用垂直極化的探測區域與干擾暴露區

圖6 收發一個采用水平極化、一個采用垂直極化的探測區域與干擾暴露區

圖7 收發均采用水平極化的探測區域與干擾暴露區

圖8 收發均采用垂直極化的探測區域與干擾暴露區

將以上6張圖的探測區面積與干擾暴露區面積統計匯總，如表1、表2所示。

表1 基線長度為160 km的探測區面積與干擾暴露區面積

表2 基線長度為50 km的探測區面積與干擾暴露區面積

當箔條長度采用λ/2時，結合表1和表2的數據比較可得如下結論：1)在基線長度一定時，采用收發一個水平極化、一個垂直極化方式，可得較大的干擾暴露區；2)同種極化方式下，基線長度越長，探測面積越小；3)垂直極化下，隨著基線長度的減小，雷達的干擾暴露區面積變小，其他兩種極化方式，干擾暴露區面積幾乎不變；4)干擾暴露區域由以發射機為中心的區域和以接收機為中心的區域組成，且后者的區域面積大于前者的區域面積。

4 結束語

本文定量分析了雙基地雷達在有無箔條干擾下的探測能力，推導了收發天線不同極化方式下箔條截面積的精確表達式，在區域網格剖分搜索算法的基礎上定義了探測區面積的計算方法，當箔條長度采用λ/2時，極化方式與基線長度將很大程度影響雙基地雷達抗無源箔條干擾的能力。這為雙基地雷達布站及天線的采用提供了有利的參考和依據。