低頻超寬帶雷達(dá)抗拖曳式干擾仿真技術(shù)研究

劉尚，蔣金華，杜飛飛

(江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，貴州貴陽(yáng)，550009）

0 引言

現(xiàn)代電子對(duì)抗戰(zhàn)中，拖曳式雷達(dá)誘餌

（Towed Radar Active Decoy，簡(jiǎn)稱TRAD）占據(jù)著非常重要的戰(zhàn)略地位。TRAD是由空中運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)通過(guò)拖纜牽引，對(duì)威脅雷達(dá)產(chǎn)生射頻干擾的一種特殊電子裝備【2】。

該裝備形成的干擾信號(hào)功率主要來(lái)自于裝備自身產(chǎn)生的射頻功率源。當(dāng)飛機(jī)使用了機(jī)外電子干擾技術(shù)——拖曳式雷達(dá)有源誘餌時(shí)，其施放的有源干擾能逼真地模擬載機(jī)的航速、航向及雷達(dá)反射特性，使一般單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭的跟蹤系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)運(yùn)動(dòng)特性來(lái)區(qū)分載機(jī)和誘餌。雷達(dá)導(dǎo)引頭的響應(yīng)會(huì)成為真實(shí)目標(biāo)回波和拖曳式干擾兩個(gè)信號(hào)復(fù)雜函數(shù)，這將產(chǎn)生一個(gè)角度誤差，從而增加了導(dǎo)彈的脫靶量，降低了防空武器的殺傷概率。因此拖曳式誘餌已成為防空武器的主要威脅之一。

低頻超寬帶雷達(dá)與傳統(tǒng)窄帶相控陣?yán)走_(dá)不同，其信號(hào)具有瞬時(shí)寬帶特征，具有高距離分辨特性，能夠有效區(qū)分目標(biāo)的不同散射點(diǎn)【3】。針對(duì)拖曳式干擾，能夠從距離維分辨拖曳式誘餌和載機(jī)。本文根據(jù)低頻超寬帶雷達(dá)的信號(hào)帶寬大、距離分辨率高的特點(diǎn)，仿真驗(yàn)證了其抗拖曳式干擾的性能。

1 低頻超寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)模型

低頻超寬帶雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)脈寬窄【4】，其發(fā)射的脈沖信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中，B為信號(hào)帶寬。低頻超寬帶雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)發(fā)射的脈沖信號(hào)如圖1所示。

圖1 低頻超寬帶雷達(dá)脈沖信號(hào)

2 拖曳式誘餌的工作方式

拖曳式誘餌主要用于機(jī)載平臺(tái)的保護(hù)，當(dāng)載機(jī)發(fā)現(xiàn)受到導(dǎo)彈攻擊時(shí)，便投放誘餌產(chǎn)生干擾信號(hào)，誘偏來(lái)襲導(dǎo)彈。誘餌通過(guò)拖曳線由載機(jī)拖動(dòng)飛行，其運(yùn)動(dòng)特性和載機(jī)基本相同，能逼真地模擬載機(jī)特征，使一般雷達(dá)和跟蹤系統(tǒng)無(wú)法區(qū)分載機(jī)和誘餌；且屬于機(jī)外干擾，可以實(shí)現(xiàn)真正的角度欺騙干擾。

拖曳式誘餌是平臺(tái)外干擾設(shè)備，通常發(fā)出與目標(biāo)回波相同的信號(hào)，以達(dá)到角度欺騙的目的。拖曳式誘餌工作示意圖如圖2所示。

圖2 拖曳式誘餌工作示意圖

對(duì)于誘餌系統(tǒng)而言，誘餌轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)時(shí)刻相對(duì)于載機(jī)接收雷達(dá)輻射信號(hào)時(shí)刻滯后了信號(hào)在拖曳線中傳輸?shù)臅r(shí)間。

雷達(dá)從發(fā)射信號(hào)到接收目標(biāo)信號(hào)的時(shí)間為：

雷達(dá)從發(fā)射信號(hào)到接收誘餌干擾信號(hào)的時(shí)間為：

誘餌干擾信號(hào)相對(duì)于載機(jī)回波信號(hào)的延遲為：

誘餌與目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的距離差為：

如果距離差ΔR大于雷達(dá)的距離分辨率Δr=c/ 2B，則雷達(dá)就可以在距離上分辨出目標(biāo)與誘餌。因此只要雷達(dá)距離分辨率足夠高，從距離上分辨出載機(jī)和誘餌后，通過(guò)一定的信號(hào)處理手段就能夠?yàn)V除誘餌的干擾。

在低頻超寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的照射下，目標(biāo)的電磁散射特性表現(xiàn)為多個(gè)散射點(diǎn)的疊加和【5】，而干擾目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)。因此可以利用目標(biāo)與干擾目標(biāo)反射信號(hào)形式的不同進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而達(dá)到抗拖曳式干擾的目的。本文以典型的飛機(jī)目標(biāo)為例進(jìn)行分析研究，如圖3所示。

圖3 典型飛機(jī)模型示意圖

圖4為飛機(jī)散射中心示意圖，該目標(biāo)包含7個(gè)散射點(diǎn)，A代表飛機(jī)的鼻錐，B、C點(diǎn)代表飛機(jī)的前翼，D代表機(jī)身，E、F代表尾翼，G點(diǎn)代表機(jī)尾。拖曳式干擾目標(biāo)由于體積較小，即使在低頻超寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)照射條件下，也可以看作“點(diǎn)”目標(biāo)。典型拖曳式干擾其拖曳線長(zhǎng)度一般為75～200m。

圖4 飛機(jī)散射中心示意圖

3 仿真和分析

本文中以75m拖曳線長(zhǎng)度進(jìn)行仿真，假設(shè)飛機(jī)7個(gè)散射點(diǎn)的距離分布為[5m,10m,10m,15m,20m,20m,25m]，飛機(jī)各散射點(diǎn)的RCS大小相同，誘餌轉(zhuǎn)發(fā)功率取單散射點(diǎn)回波功率的10倍，仿真結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5 目標(biāo)和誘餌的一維距離像圖

在圖5的高分辨一維距離像中，橫坐標(biāo)代表距離，信號(hào)A存在多個(gè)散射點(diǎn)，信號(hào)B只有一個(gè)突出點(diǎn)信號(hào)，信號(hào)A明顯表現(xiàn)為低頻超寬帶雷達(dá)的目標(biāo)回波信號(hào)。由于距離分辨率較高，信號(hào)A與信號(hào)B的距離可以進(jìn)行區(qū)分。此外，信號(hào)A和B之間的距離在70多米左右，相當(dāng)于一個(gè)拖曳線的長(zhǎng)度，可以判斷雷達(dá)受到了拖曳式干擾，干擾目標(biāo)的信號(hào)比目標(biāo)回波信號(hào)要晚一個(gè)拖曳線長(zhǎng)度的時(shí)間。因此綜合判斷認(rèn)為，信號(hào)B為拖曳式干擾目標(biāo)，信號(hào)A為雷達(dá)的目標(biāo)回波信號(hào)。因此，通過(guò)雷達(dá)回波的高分辨一維距離像可以對(duì)飛機(jī)目標(biāo)和拖曳式誘餌進(jìn)行分辨，進(jìn)而達(dá)到抗拖曳式干擾的目的。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)低頻超寬帶相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)模型的建立，利用其信號(hào)的瞬時(shí)寬帶特征，具有距離高分辨特性等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)抗拖曳式誘餌的工作方式和高分辨一維距離像仿真研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)載機(jī)和拖曳式誘餌的有效分辨，得出利用低頻超寬帶雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)抗拖曳式干擾的技術(shù)研究可行有效。