反導(dǎo)雷達(dá)抗干擾能力提升對彈載雷達(dá)干擾技術(shù)影響研究

陳 晗，陳方予，左宇飛，潘春云，鄧 濤，張新良，盧瀚智

（1.北京華航無線電測量研究所，北京100013；2.北京機(jī)電工程總體設(shè)計部，北京100854）

0 引言

反導(dǎo)武器發(fā)展催生和促進(jìn)了導(dǎo)彈突防技術(shù)發(fā)展。彈道導(dǎo)彈突防使用彈載雷達(dá)干擾技術(shù)來干擾反導(dǎo)雷達(dá)對彈頭探測和跟蹤，進(jìn)而干擾反導(dǎo)武器對彈頭攔截。

在反導(dǎo)雷達(dá)和彈道導(dǎo)彈突防攻防對抗中，反導(dǎo)雷達(dá)采取了一些有針對性的抗干擾措施，提升了反導(dǎo)雷達(dá)的抗干擾能力。本文簡要介紹反導(dǎo)雷達(dá)在抗干擾能力提升方面采取的一些措施，以及這些抗干擾措施對彈載雷達(dá)干擾機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的影響。

1 反導(dǎo)雷達(dá)提升抗干擾能力措施

1.1 雷達(dá)組網(wǎng)提升抗干擾能力

反導(dǎo)雷達(dá)采取組網(wǎng)工作，使用多部不同工作頻率的雷達(dá)，從不同方向探測彈頭，如圖1所示。組網(wǎng)雷達(dá)之間建有通信鏈路，各雷達(dá)目標(biāo)測量數(shù)據(jù)通過通信鏈路進(jìn)行互傳、共享，融和后形成目標(biāo)預(yù)測彈道，送至反導(dǎo)武器指控系統(tǒng)，生成制導(dǎo)信息，經(jīng)制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)送給攔截彈。

圖1中，組網(wǎng)雷達(dá)可工作在P、L、S、C、X、Ku、Ka等波段，圖1僅以P、L、S、X波段雷達(dá)示意。圖1中，4部不同頻率的雷達(dá)分別從彈頭前向、側(cè)向、后側(cè)向觀測彈頭。

由于彈載雷達(dá)干擾機(jī)收發(fā)信號天線很多設(shè)置在干擾機(jī)最前部，天線電軸指向前向（相對干擾機(jī)飛行方向），輻射的干擾信號能量主要集中在前向的一個角域內(nèi)，側(cè)向和后側(cè)向輻射干擾信號能量相對較低，對雷達(dá)的干擾能力也相對較弱。另外彈頭在側(cè)向和后側(cè)向，有相對較大的RCS[1-2]，對雷達(dá)目標(biāo)探測也有利。

多個不同頻段的雷達(dá)組網(wǎng)后，雷達(dá)網(wǎng)的探測可覆蓋一個較寬的頻率范圍，相對工作頻率范圍較窄的單部彈載雷達(dá)干擾機(jī)，雷達(dá)網(wǎng)在頻域?qū)股暇哂袃?yōu)勢，同時雷達(dá)網(wǎng)可從不同方向觀測彈頭，在空域?qū)股蠈椵d雷達(dá)干擾機(jī)也有優(yōu)勢。

圖1 反導(dǎo)雷達(dá)組網(wǎng)探測彈頭

1.2 雷達(dá)檢測接收信號時域特征提升抗假目標(biāo)干擾能力

反導(dǎo)雷達(dá)通過對彈載雷達(dá)干擾技術(shù)的研究，對彈載雷達(dá)干擾機(jī)發(fā)射的間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)多假目標(biāo)干擾信號[3]有了深入了解，發(fā)現(xiàn)了其時域上的缺陷，針對其時域上的缺陷，采取多項(xiàng)措施，提升了抗多假目標(biāo)干擾能力。

1)利用假目標(biāo)信號脈寬失配特征剔除假目標(biāo)信號。

彈載雷達(dá)干擾機(jī)使用相參多假目標(biāo)干擾技術(shù)時，多采用DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)產(chǎn)生密集多假目標(biāo)干擾信號[4]。反導(dǎo)雷達(dá)針對這種干擾信號脈寬呈現(xiàn)間歇窄脈沖的特征，在接收信號脈壓前進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣分析，包括對接收信號包絡(luò)時間連續(xù)特征分析（檢測信號幅度包絡(luò)）。DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)多假目標(biāo)干擾信號幅度包絡(luò)波形如圖2所示[5]。

雷達(dá)在DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)多假目標(biāo)干擾信號環(huán)境中檢測彈頭回波信號時，接收信號脈壓前后的包絡(luò)波形如圖3所示[6]。

雷達(dá)先檢測脈壓前的接收信號包絡(luò)，根據(jù)接收信號包絡(luò)寬度特征，將接收信號區(qū)域分為干擾信號區(qū)和干擾信號與目標(biāo)信號疊加區(qū)（有效信號區(qū)）。雷達(dá)先剔除有效信號區(qū)外的干擾信號，縮小真實(shí)目標(biāo)回波信號檢測范圍，然后根據(jù)有效信號區(qū)前后沿與真實(shí)目標(biāo)回波信號前后沿有位置關(guān)系的特點(diǎn)（脈壓處理時間等于脈寬加脈壓延遲時間），結(jié)合干擾信號通常出現(xiàn)的位置規(guī)律、幅度失配等特征，識別和去除有效信號區(qū)內(nèi)的干擾信號，將真實(shí)目標(biāo)回波信號檢測出來。

圖2 真實(shí)目標(biāo)回波信號和間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號包絡(luò)

圖3 雷達(dá)脈壓前、后接收信號包絡(luò)

如果雷達(dá)發(fā)射寬帶信號時，接收信噪比較小，雷達(dá)可先發(fā)射窄帶信號，收窄濾波器帶寬，降低內(nèi)部噪聲，提高接收信噪比，找到干擾信號區(qū)，剔除干擾信號區(qū)內(nèi)的干擾信號，然后轉(zhuǎn)入寬帶工作方式，在有效信號區(qū)內(nèi)繼續(xù)識別和剔除干擾信號，檢測真實(shí)目標(biāo)回波信號。

2)利用假目標(biāo)信號幅度失配特征和距離規(guī)律特征剔除假目標(biāo)信號。

彈載雷達(dá)干擾機(jī)的發(fā)射機(jī)有時工作在飽和輸出功率狀態(tài)，希望盡可能發(fā)射大功率干擾信號，利用雷達(dá)檢測門限，將彈頭回波信號壓在檢測門限以下。當(dāng)彈頭、干擾機(jī)距離雷達(dá)較遠(yuǎn)時，這種做法會使得雷達(dá)接收到的干擾信號功率遠(yuǎn)大于彈頭目標(biāo)回波信號功率。雷達(dá)注意到了干擾機(jī)的這種做法，發(fā)現(xiàn)了干擾機(jī)工作在這種方式時，接收到的多假目標(biāo)信號具有大幅度，近似等幅且與距離變化不匹配（真實(shí)目標(biāo)回波信號功率與距離4次方成反比[7]，干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號飽和功率與距離平方成反比[8]）的特點(diǎn)，采用門限技術(shù)[9]，識別和剔除具有這些特征的假目標(biāo)信號。

另外彈載雷達(dá)干擾機(jī)生成的多假目標(biāo)信號，特別是DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)密集多假目標(biāo)信號，假目標(biāo)信號之間的延時時間有時呈現(xiàn)一定的固定規(guī)律，并且當(dāng)彈頭與干擾機(jī)之間存在相對運(yùn)動時，假目標(biāo)信號與彈頭回波信號之間將存在相對運(yùn)動，這種特征也能夠被雷達(dá)用來識別和剔除多假目標(biāo)干擾信號。

1.3 雷達(dá)使用射頻掩護(hù)技術(shù)抑制多假目標(biāo)信號干擾

當(dāng)雷達(dá)檢測到DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)信號時域波形后，可使用有針對性的射頻掩護(hù)技術(shù)[10]，如圖4所示。雷達(dá)根據(jù)干擾機(jī)收發(fā)工作時序規(guī)律，發(fā)射間歇探測信號，探測信號最前面是射頻掩護(hù)脈沖，其寬度為干擾機(jī)接收信號時間加干擾機(jī)反應(yīng)時間，干擾機(jī)反應(yīng)時間可通過預(yù)先設(shè)置一個一般值（微秒量級），然后以一般值為基礎(chǔ)進(jìn)行增減，同時觀察接收信號處理結(jié)果，干擾信號最弱時，射頻掩護(hù)脈沖寬度即為最佳值，超出干擾機(jī)接收信號時間部分即近似為干擾機(jī)反應(yīng)時間。

射頻掩護(hù)脈沖回波信號雷達(dá)接收后不用。

雷達(dá)通過增加發(fā)射探測子脈沖串信號長度，保證整個探測子脈沖串信號脈沖寬度總和不變，從而保證探測威力不變。

如圖4所示，雷達(dá)也可在停發(fā)時間發(fā)射欺騙頻率信號，防止干擾機(jī)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射抗干擾信號，代價是欺騙頻率信號會占用雷達(dá)發(fā)射信號脈寬，降低有效信號能量。干擾機(jī)由于采集不到或者采集到雷達(dá)掩護(hù)脈沖信號，轉(zhuǎn)發(fā)的信號干擾效果下降。

圖4 雷達(dá)發(fā)射間歇探測信號抗DRFM間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)信號

1.4 雷達(dá)利用組網(wǎng)信息識別和剔除假目標(biāo)信號

多部雷達(dá)組網(wǎng)后，任意一部組網(wǎng)雷達(dá)對彈頭的測量信息都可用于其它雷達(dá)進(jìn)行假目標(biāo)信號的識別和剔除。

1.5 研究彈頭目標(biāo)特征提升識別彈頭能力

反導(dǎo)雷達(dá)通過研究彈頭和伴飛物的動態(tài)RCS特征，以及彈頭和伴飛物的運(yùn)動特征，根據(jù)彈頭和伴飛物運(yùn)動特征差異引起的RCS特征差異，從伴飛物環(huán)境中識別彈頭。

2 反導(dǎo)雷達(dá)抗干擾能力提升對彈載雷達(dá)干擾機(jī)及其應(yīng)用的影響

2.1 雷達(dá)組網(wǎng)對彈載雷達(dá)干擾機(jī)及其應(yīng)用的影響

1）雷達(dá)干擾機(jī)數(shù)量需要增加

由于組網(wǎng)雷達(dá)可以工作在不同頻段，整個雷達(dá)網(wǎng)工作頻率范圍可能很寬，一部伴飛式或者內(nèi)置式彈載雷達(dá)干擾機(jī)的工作頻率范圍有可能不能全部覆蓋，可能需要使用多部干擾機(jī)，分頻段覆蓋。

實(shí)際中，彈載伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)為使干擾信號功率能夠充分利用，通常需要對雷達(dá)實(shí)施主瓣干擾，即干擾機(jī)、彈頭在雷達(dá)觀測彈頭方向上成“二點(diǎn)一線”，并且干擾機(jī)在彈頭的前方。彈頭、干擾機(jī)始終位于探測雷達(dá)同一主波束內(nèi)，以保證干擾信號有效，與此同時探測雷達(dá)也需要在干擾信號主波束內(nèi)，以減小干擾信號波束損失[11]。圖1中多部不同位置的雷達(dá)從不同方向探測彈頭時，可能會使得一部干擾機(jī)的天線不能覆蓋所有組網(wǎng)雷達(dá)位置，特別是干擾機(jī)在整個飛行過程中，干擾機(jī)天線的覆蓋角域會隨著干擾機(jī)位置移動而移動，由此可能需要多部干擾機(jī)分別對位于不同位置的組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行干擾。

2）雷達(dá)干擾機(jī)輸出功率需要提高

由于彈頭橫向、后側(cè)向具有相對較大的RCS，當(dāng)雷達(dá)從橫向、后側(cè)向觀測彈頭時，較大的彈頭RCS，需要較大的干擾信號功率掩護(hù)。

3）伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)需要增設(shè)橫向收發(fā)天線

伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)空中釋放后，飛行過程可分為真空段和再入段，真空段的飛行姿態(tài)可通過釋放機(jī)構(gòu)授姿得到，姿態(tài)穩(wěn)定可通過自旋實(shí)現(xiàn)。干擾機(jī)在真空段可使用前向天線對準(zhǔn)探測雷達(dá)，但進(jìn)入再入段后，由于氣動力作用，干擾機(jī)將逐步采取零攻角姿態(tài)飛行，干擾機(jī)前向天線指向?qū)⒅鸩节呌谂c干擾機(jī)速度矢量方向一致（指向飛行速度方向），前向天線有可能不能覆蓋側(cè)向、后側(cè)向探測的雷達(dá)，干擾機(jī)可能需要設(shè)置橫向收發(fā)天線。

對于頻率較低的P、L波段雷達(dá)，干擾機(jī)收發(fā)天線可能需要更大的體積和質(zhì)量，而彈載平臺對載荷體積和重量的限制可能會給P、L波段干擾機(jī)天線設(shè)計帶來困難。

2.2 雷達(dá)檢測接收信號時域特征對彈載雷達(dá)干擾機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的影響

彈載雷達(dá)干擾機(jī)使用多假目標(biāo)干擾信號時，常采用相參儲頻延時轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號，以獲得雷達(dá)接收相參處理增益。實(shí)際中，如果干擾機(jī)全脈沖存儲雷達(dá)信號，當(dāng)雷達(dá)信號脈寬較寬、干擾機(jī)采用時分收發(fā)隔離時，產(chǎn)生的多假目標(biāo)信號將會因存儲雷達(dá)信號時間過長，而在到達(dá)雷達(dá)時間上滯后于彈頭回波信號，有可能遮蓋不住彈頭回波信號，因此干擾機(jī)通常采用間歇采樣延時轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號形式，以縮短干擾信號滯后時間[4]，產(chǎn)生的信號幅度包絡(luò)如圖2所示。

前文中也提到雷達(dá)注意到了這種干擾信號在脈壓前信號脈寬與雷達(dá)探測信號脈寬失配的特征，利用這一特征去識別和剔除這種干擾信號，還可以使用發(fā)射射頻掩護(hù)脈沖信號欺騙雷達(dá)干擾機(jī)，如圖4所示。

針對雷達(dá)這些抗干擾措施，彈載雷達(dá)干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號脈寬需要與雷達(dá)探測信號脈寬一致，消除干擾信號在脈寬上的失配特征。

解決這一問題可以采取干擾機(jī)收發(fā)裝置空間分置方法，將干擾機(jī)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)位置分置，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間采取無線通信方式傳輸雷達(dá)探測信號頻率信息，如圖5所示。

圖5 干擾機(jī)收發(fā)分置

干擾機(jī)使用時，釋放系統(tǒng)保證干擾發(fā)射機(jī)釋放在前，干擾機(jī)接收機(jī)在后，兩者拉開距離R，確保干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射的干擾信號fr不被干擾機(jī)接收機(jī)收到，實(shí)現(xiàn)干擾機(jī)收發(fā)的空間隔離。

干擾機(jī)接收機(jī)接收雷達(dá)探測信號fr，并將fr移頻至fm，發(fā)射給干擾發(fā)射機(jī)，同時保證fm不被自己接收，通過收發(fā)頻率不同，實(shí)現(xiàn)自身收發(fā)隔離。

干擾發(fā)射機(jī)接收干擾機(jī)接收機(jī)發(fā)射的移頻信號fm，通過反向移頻，將fm移至原頻率fr處，經(jīng)調(diào)制，生成干擾信號發(fā)送回給雷達(dá)。干擾發(fā)射機(jī)的接收和發(fā)射與干擾機(jī)接收機(jī)一樣，通過fm和fr間的頻差，實(shí)現(xiàn)頻域隔離。

干擾機(jī)接收機(jī)與干擾發(fā)射機(jī)之間的信號fm傳輸，通過兩者之間的無線通信完成。

圖5示意的干擾系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速全脈沖采樣存儲轉(zhuǎn)發(fā)干擾，產(chǎn)生的干擾信號與雷達(dá)探測信號脈寬一致，使雷達(dá)在信號脈寬上難以識別干擾信號，另外這種方法產(chǎn)生的干擾信號能夠獲得雷達(dá)全部相參處理增益。

干擾機(jī)在產(chǎn)生多假目標(biāo)干擾信號時，還需要注意，多假目標(biāo)之間的距離不應(yīng)出現(xiàn)類似等間距之類的簡單規(guī)律，信號的功率幅度應(yīng)與彈頭回波信號功率幅度相近，且所有多假目標(biāo)信號的功率幅度不應(yīng)相等，應(yīng)有差別，所有多假目標(biāo)信號功率幅度的變化應(yīng)與干擾機(jī)到雷達(dá)之間的距離變化相參。

3 結(jié)束語

導(dǎo)彈突防中的雷達(dá)干擾和抗干擾，在相互對抗中，相互促進(jìn)，不斷提高和發(fā)展。一種新的抗干擾技術(shù)出現(xiàn)，一定會帶來相應(yīng)的干擾技術(shù)改進(jìn)，反之亦然。