赵 敏，杨士义

(1.中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009；2.驻中国空空导弹研究院军事代表室，河南 洛阳 471009)

0 引 言

近年来，电子对抗技术飞速发展，导弹武器系统面临的电子干扰环境日趋复杂，以拖曳式雷达有源诱饵(Towed Radar Active Decoy)和空射诱饵(Air Launched Decoy)为代表的新型角度欺骗干扰方式，可使诱饵发射的干扰信号和载机回波信号在空中对雷达导引头形成主瓣波束内角度欺骗干扰，使得采用传统单脉冲测角体制的雷达导引头无法正确区分目标和诱饵，从而无法正确测量目标角度，最终引起导弹脱靶，对雷达型导弹的作战使用造成严重威胁。因此，寻求对抗角度欺骗干扰的方法是研制雷达导引头需要迫切解决的关键技术问题。

1 角度欺骗干扰作战使用分析

角度欺骗干扰是针对雷达导引头主瓣内实施的干扰，属于作战平台外干扰，因此抗平台内自卫式干扰策略往往对其无效。拖曳式诱饵干扰和空射诱饵干扰是角度欺骗干扰的典型形式。下面对这两种干扰的作战使用方式进行分析。

1.1 拖曳式诱饵干扰

以美国的AN/ALE-55拖曳式诱饵为代表，由载机通过拖曳线拖曳着诱饵一起飞行，诱饵能够释放电磁干扰信号，使雷达导引头在主瓣波束范围内无法区分载机和诱饵，形成对雷达导引头的有效干扰，是一种典型的角度欺骗干扰样式[1]。使用方式为在中远距离上，机载告警系统发现来袭导弹，便释放拖曳式诱饵，载机电子设备对雷达导引头发射信号快速捕获后，将该信号进行一定的调制和放大，最后通过载机外的诱饵将信号发射出去，目标的真实回波会被强的干扰信号掩盖。此时，由于弹目距离较远，目标与干扰均在导引头的主瓣波束范围内。随着弹目距离的接近，目标与诱饵连线的夹角逐渐增大，而雷达导引头的跟踪波束也将偏向诱饵，最终形成脱靶。拖曳式诱饵干扰的工作模式分为转发式干扰和应答式干扰。在转发模式下，诱饵仅对侦察接收的信号直接放大转发；在应答模式下，通常采用数字射频存储技术(DRFM)，产生与雷达发射信号相干的干扰信号，干扰形式有压制式干扰、距离欺骗干扰、距离多假目标、时频二维多假目标及其组合干扰等。由于应答式拖曳式诱饵干扰与目标信号的高度相干性，降低了雷达导引头信息处理的信干比，增大了雷达导引头区分目标与诱饵的难度，对雷达导引头的威胁程度最大。

1.2 空射诱饵干扰

以美国研制的MALD-J空射诱饵弹为代表，由空中机载平台发射，发射后与载机迅速脱离，利用自带的飞行动力系统按照预定的轨迹飞行，可欺骗、干扰、压制对方雷达探测系统。相比拖曳式诱饵，空射诱饵不要求载机形成一定的攻击态势且不影响载机机动性能，具有功能多样、使用灵活的特点，是未来空战中广泛使用的干扰手段。空射诱饵对武器系统最有威胁的作战使用方式为[2]，当作战飞机进入敌方防空范围内时，为了防止空空导弹和地面防空武器系统的拦截，在雷达告警设备发出安全告警后，由作战飞机发射空射诱饵，对防空导弹造成主瓣内假目标干扰，使得雷达导引头无法区分目标和诱饵，诱骗来袭导弹攻击空射诱饵，从而保护作战飞机安全。

与拖曳式诱饵干扰不同，空射诱饵干扰不依赖机载雷达电子战设备，具备独立的射频收发系统，可利用DRFM技术侦收雷达信号，并进行转发和调制干扰，干扰样式复杂多样，干扰的原理框图如图1所示。

图1 空射诱饵干扰原理框图Fig.1 Schematic diagram of the air launched decoy

2 角度欺骗干扰对抗方法概述

随着国外拖曳式诱饵、空射诱饵干扰的装备，为了提高武器系统的作战效能，国内相关学者从21世纪初开展了大量抗角度欺骗干扰技术研究工作。根据研究工作开展的先后顺序，通过总结和归纳，主要包括以下几方面：

(1)干扰极化抑制

文献[3]提出一种利用极化滤波技术抑制角度欺骗干扰的新方案。将原有的单极化雷达体制扩展到水平、垂直双极化雷达体制，获取雷达回波的全极化信息，以此进行极化滤波处理，获得了较好的抑制干扰效果。文献[4]则利用相干两点源和雷达目标全极化回波特性差异，采用收发同时双极化的方法，设计了识别相干两点源角度欺骗干扰的二元假设检验方法。

(2)多普勒频域分辨

对于采用准连续波体制的雷达导引头，文献[5]根据拖曳式雷达诱饵与目标在多普勒频率上存在的微小差异，提出了采用长时间相参积累的方法，实现目标及诱饵的多普勒频率域分辨。

(3)脉冲前沿跟踪

针对拖曳式诱饵干扰，文献[6]提出通过脉冲信号前沿切割的方法，利用干扰与目标回波信号的延迟，滤除干扰，同时结合脉冲压缩技术，进一步提高雷达的距离分辨能力。

(4)雷达红外复合抗干扰

由于拖曳式诱饵不能对红外导引头形成干扰，文献[7]和[8]提出利用雷达与红外复合工作模式，对抗诱饵干扰的方法，解决近距雷达导引头抗诱饵干扰问题。

(5)频率捷变

文献[9]提出利用频率捷变技术对抗诱饵干扰的方法，通过控制雷达导引头发射信号的载频迅速捷变，使其跳出干扰频率范围，是一种主动抗干扰措施。

(6)角度超分辨抗干扰

为对抗角度欺骗式干扰和拖曳式诱饵干扰，文献[10]提出一种基于数字阵列雷达导引头的角度超分辨估计算法，提高导引头的角度分辨率。文献[11] 提出一种有效的和差 DOA矩阵算法，该算法本质上也是利用空间谱估计分辨目标和诱饵。

(7)弹道规划

文献[12]利用拖曳式诱饵存在锥形危险区的特点，控制导弹的攻击态势，使导弹进入以目标速度矢量为中心的锥区内，保证目标在导弹的杀伤半径之内。

综上所述，各类抗角度欺骗干扰技术实施的基础是利用干扰信号与目标信号的特征差异，在增强目标信号的同时，最大程度地抑制或规避干扰信号。

3 角度欺骗干扰对抗方法的工程实现

在以上论述的基础上，研究几种适合雷达导引头工程应用的抗角度欺骗干扰方法，并对各种方法的抗干扰机理、抗干扰效果及应用的局限性开展分析。

3.1 时域抗干扰

拖曳式诱饵具有光纤拖曳电缆，其长度一般大于100 m，可以从载机上获得各种干扰调制。干扰信号首先由载机上的电子对抗系统产生，然后经过光缆传输至诱饵，最后由诱饵进行发射，因此,对于直接转发式诱饵干扰，干扰信号相比雷达回波信号存在一定的延时。延时时间与导弹、目标飞机和拖曳式诱饵的几何位置有关。目标及诱饵干扰回波延时计算公式为

(1)

式中：τT为目标回波信号延时；RT为目标相对于导弹的距离。

(2)

式中：τJ为诱饵转发的假目标回波延时；RJ为导弹和诱饵的距离；ΔτJ为载机诱饵转发系统附加延迟。

由式(1)～(2)可知，对于直接转发式诱饵干扰，由于存在转发延迟，诱饵信号在时域上落后目标信号，因此，导引头可以采用距离分辨技术，分辨目标回波与干扰信号，距离分辨率应小于干扰转发延时时间，一般小于缆绳长度。在分辨的基础上，采用信号谱分析、前沿跟踪技术可以很大程度上保证导引头跟踪目标回波信号。

前沿跟踪抗诱饵干扰效果如图2所示。对前沿跟踪抗干扰效果进行仿真分析，仿真中缆绳长度为100 m，导弹攻击态势为尾追，目标载机释放诱饵，诱饵和目标均在雷达导引头主瓣波束范围内，导引头距离波门设置为50 m，采用时频分析对干扰和目标回波信号进行处理，仿真结果表明通过距离分辨可以分出目标和诱饵。

上述方法工程实现简单，要求导引头具有距离分辨功能即可，对直接转发式诱饵有效。但当诱饵干扰样式为跨重频调制式干扰时，干扰在时域上存在多个假信号，由于此时干扰能量较强且与目标信号相干，采用距离分辨技术无法有效区分目标和干扰，需要寻求其他的抗干扰途径。

图2 前沿跟踪抗诱饵干扰效果图Fig.2 Schematic diagram of front-edge tracking anti-decoy jamming

3.2 频域抗干扰

雷达导引头常用的工作频段[13]为C,X,Ku,Ka等，若雷达导引头的工作频率覆盖上述频段，诱饵对其进行干扰时，其工作带宽至少在30 GHz以上，相比单频段干扰机而言，带宽的增加意味着干扰功率密度的下降。根据干信比计算公式，雷达导引头接收到的干扰信号与目标回波的功率比值为

(3)

传统雷达导引头一般工作在单一频段，很容易受到敌方的干扰，多频段工作不仅增加了干扰机转发的难度，而且可以提升抗干扰成功概率。假设导引头有N个工作频段，在任一频段下其抗干扰成功概率为Pn(n=1,2，…，N)，则多频段工作条件下导引头抗干扰成功概率为

(4)

由式(4)可知，采用多频段工作可以有效提高导引头的抗干扰成功概率。

多频段导引头需要采用超宽带天线和微波前端设计，保证对多种工作频段信号的有效接收。为了达到较好的抗干扰效果，同时提高导引头的作用距离，多频段导引头可以采用如下工作模式：远距导引头可工作在单一频段下，此时目标和诱饵均在天线主瓣波束范围内，跟踪目标或诱饵均可保证有效跟踪；中远距导引头工作在多频段模式下，利用导引头发射信号的复杂性，增加干扰机截获、转发雷达信号的难度，增加干扰的烧穿距离，同时，导引头可对多频段下的目标回波信号进行融合处理，综合判断导引头受到的干扰频段和类型，进而有效分辨目标和干扰。图3给出了导引头在多频段下的信息融合处理方法。

图3 多频段雷达导引头信息融合处理原理框图Fig.3 Schematic diagram of multi-band radar seeker information fusion

多频段抗干扰理论上只要干扰频段不覆盖导引头所有的工作频段，就可以取得良好的抗干扰效果。但如果干扰机的工作带宽大于导引头带宽，且诱饵可以释放多频段下干扰，则多频段抗干扰效果会下降。

3.3 空域抗干扰

雷达导引头一般采用单脉冲测角体制，该体制具有测角精度高、测角快速等优点。但当导引头天线的主瓣波束范围内同时存在目标和干扰时，受限于导引头的角度分辨率，利用单脉冲测角方式无法区分目标和干扰。因此，为对抗主瓣内诱饵干扰，需要提高雷达导引头的角度分辨能力，使其能够区分主瓣范围内的目标和干扰。

多通道阵列雷达导引头[14]是相控阵雷达导引头的后续发展方向，其采用多通道接收方式将收到的不同空域的微波信号转换为数字信号，利用阵列信号处理中的角度高分辨估计技术，提高导引头对诱饵干扰和目标的分辨能力，实现主瓣波束内角度分辨。MUSIC算法是经典的角度超分辨算法[15]。

假设导引头由N个子阵天线组成，天线接收数据中包含干扰、信号和噪声，其中干扰能量大于信号和白噪声，且干扰、信号和噪声之间互不相干。N个子阵在t时刻接收到的信号数据矢量为

(5)

式中：x(t)为子阵接收到的N×1维数据矢量;S(t)为子阵接收到的干扰和目标回波信号;f(θ,φ)为子阵发射或接收方向图；n(t)为接收到的N×1维加性噪声矢量;aR,sub(θ,φ)和aT,sub(θ,φ)分别为目标回波信号N×1维接收导向矢量和发射导向矢量;1为N×1维单位矩阵。

对式(5)得到的协方差矩阵进行特征值分解：

(6)

式中：Us表示由前K个大特征值对应的特征矢量构成的干扰或信号子空间矩阵；Λv表示由剩余的N-K个特征值构成的对角阵;Uv表示由剩余的N-K个特征值对应的特征矢量构成的噪声子空间矩阵。

构造MUSIC空间谱函数为

(7)

分别在方位角搜索范围θ∈[0°,360°]和俯仰角搜索范围φ∈[0°,90°]上进行谱峰搜索，将PMUSIC(θ,φ)的峰值作为干扰或目标的角度估计值。

图4给出了多通道阵列雷达导引头分辨目标和诱饵信号的原理框图。首先由多通道相控阵天线的N个子阵分别接收来自不同空域的N路信号，然后在接收机内进行混频和放大处理后，送至信号采样，经通道间幅相不一致性补偿后，进行高分辨测角，得到目标和干扰的角度信息。

图4 多通道阵列雷达导引头抗干扰原理框图Fig.4 Schematic diagram of jamming suppression for multi-channnel phased-array radar seeker

利用2×2子阵，对角度超分辨算法性能进行仿真分析，仿真条件为：导引头3 dB波束宽度为7°；主瓣内同时存在1个诱饵与1个目标，诱饵与目标之间角度相隔3°；目标信噪比为20 dB；诱饵干噪比为40 dB。仿真结果如图5所示，结果表明采用角度超分辨在主瓣内可以有效分辨目标和干扰。在分辨的基础上，导引头波束始终跟踪能量较小的目标，防止诱饵对波束的拉偏，实现对抗诱饵干扰的目的。

图5 角度超分辨算法性能仿真Fig.5 Performance simulation of MUSIC algorithm

值得注意的是，角度超分辨算法性能受多种工程应用因素影响。理想条件下，若主波束范围内目标与干扰能量相当且不相干，信噪比大于20 dB，通道间幅度不一致性小于1 dB，相位不一致性小于3°的条件下，MUSIC算法的角度分辨率可达到天线波束宽度的1/5以上，能够满足主瓣内分辨目标和诱饵的需求。但在实际工程应用中，受导引头各通道间不一致性、干扰与目标的相干性以及干扰与目标的强弱差异性等影响，角度超分辨算法性能会有所下降。因此，后续有必要研究适合雷达导引头工程应用的稳健的空间谱估计算法，提升算法的普适性。

3.4 极化域抗干扰

对于诱饵干扰，干扰特性与目标相似，常规的时频分析抗干扰手段很难奏效，而电磁信号的极化特征是除时域、频域外的又一显著特征。雷达极化抗干扰[16]利用干扰与目标在极化域的差异，降低干扰对雷达导引头探测的影响。极化抗干扰的主要技术手段是极化滤波[17]。极化滤波理论表明，通过合理调整电磁接收系统天线的极化方式，可以在极化域内有效地滤除干扰、增强信号，从而改善系统的探测性能。

极化抗干扰的应用必然会带来硬件和软件资源需求的增加，受限于雷达导引头的体积空间，并综合考虑系统的复杂性，导引头可以采用发射单极化、接收双极化设计。该设计仅在雷达天线、接收系统和信号及信息处理系统增加极化通道，并增加极化信号处理。

假设导引头具有极化1和极化2两种极化方式，极化1为发射信号极化方式，极化1、极化2为接收信号极化方式。考虑接收天线的极化信息，导引头极化1通道目标回波信号的基带数学模型可以表示为

(8)

同理，极化2通道接收到的信号模型为

(9)

目标回波信号受到诱饵干扰和接收机热噪声的污染。因此，导引头极化1通道接收到的信号可以表示为

S1(t)=X1(t)+J1(t)+N1(t)

(10)

极化2接收通道的信号可以表示为

S2(t)=X2(t)+J2(t)+N2(t)

(11)

极化对消算法的原理为寻找最优权值，使得极化1通道减去加权后的极化2通道干扰输出功率最小，从而最小化干扰功率,然后利用权值w进行干扰的极化对消：

Y(t)=X1(t)-wX2(t)

(12)

极化滤波的效果取决于干扰与目标回波极化状态的差异。理想条件下，目标的极化角改变很小，即目标的极化方式基本与发射信号的极化方式相同，则极化2通道的信号只含有干扰和噪声，极化1通道减去加权后的极化2通道，目标信号被保留，干扰信号功率被最小化。

图6给出了干扰极化抑制信号处理流程。通过对接收到的两路极化信号进行处理，得到相应的幅度和相位信息，并与极化鉴别得到的干扰极化信息一起经过数字处理，计算出相应的极化参数，而后根据这些参数来设定滤波器，从而达到最佳滤波效果，实现干扰抑制。而极化1差通道也利用同一组参数进行干扰抑制，将和、差通道的滤波输出结果分别进行相干积累，提取目标角度信息。

图6 极化抑制信号处理流程Fig.6 Flow chart of polarization signal depressing

图7给出了单极化发射、双极化接收导引头在干信比为25 dB、干扰与目标极化夹角为45°的条件下，极化1和通道对干扰抑制前后的仿真结果。从图中可以看出，在干扰抑制前目标淹没在干扰中，而在进行干扰抑制之后，能够发现目标峰值。

图7 极化抗干扰抑制结果Fig.7 Result of jamming suppression with polarization

理论分析表明，当目标和干扰的极化差异越大时，即目标和干扰的极化相关性越低时，抑制干扰的效果越好。但在实际工程应用中存在干扰的极化发生瞬变，或干扰与目标的极化特征一致的情况，此时发射单极化下极化滤波抗干扰效果将受到限制，应采用发射多极化设计。

4 角度欺骗干扰对抗技术发展趋势

随着微波技术、信息处理技术和大规模集成电路的迅速发展，雷达导引系统的数字化、智能化水平大幅提升，为抗主瓣干扰技术的实现提供了有利的平台，使得雷达抗干扰向着智能化和综合化的方向发展，抗干扰手段愈加复杂多样。

4.1 多域联合抗干扰

通过第3节的论述可知，雷达导引头采用单一域的干扰对抗措施，对特定条件下的诱饵干扰有着较好的抑制作用。但当诱饵的干扰样式发生变化时，单一域的干扰对抗性能存在着一定的局限性。因此，考虑到拖曳式诱饵干扰样式的的复杂性和多样性，有必要采取多域联合抗干扰的方法。通过获取时、频、空、极化等多域雷达回波信息，对其进行融合处理，根据干扰和目标在各分析域上表现的特点，综合采取干扰对抗措施，可以提升抗干扰成功概率。多域联合抗干扰技术无疑增加了系统的复杂性，对雷达导引头系统设计提出了较高的要求。弹载平台下，导引头体积和重量受到限制。为了获得多域下探测信息，必须对天线、接收机和频率源等硬件进行一体化和小型化设计，才能满足导引头结构设计需求。此外，要求导引头具有较强的信息处理能力，在弹目距离较近的条件下，能够快速综合处理各维信息，为抗干扰设计的时效性奠定基础。

4.2 低截获抗干扰

通过对诱饵干扰的作战分析可知，干扰实施的前提是：接收天线首先截获导弹射频信号，然后由干扰发生器产生各种干扰信号。根据雷达低截获[18]的定义，对于雷达导引头而言，低截获意味着导引头截获目标信号的距离大于干扰机截获导引头信号的距离。为此导引头可以采用低截获设计，使得干扰机无法截获雷达发射信号或者截获距离较近，不影响导弹末制导。通过对干扰机截获距离和导引头截获距离分析[19]，提高导引头低截获性能的途径为减小发射功率、增大发射脉宽、提升信号带宽、提高相参积累时间等。低截获波形[20-22]具有较宽的时宽带宽积，是提高导引头低截获性能的有效途径。

OFDM信号是近年发展起来的一种多载波调制波形[23]，其波形设计灵活，具有较高的距离和频率分辨率，是一种较好的低截获波形，在雷达系统中具有广泛的应用前景，其系统框图如图8所示。OFDM信号本身也存在着缺点，比如峰均比略高，使得导引头发射机在非线性放大时会破坏信号的正交性。为了降低峰均比对系统性能的影响，可以结合相控阵天线各子阵的划分，分子阵发射各载波信号，与常规OFDM雷达系统相比，该导引头实现方案不仅降低了峰均比，也减少了多载波信号产生时串/并和并/串转化流程，简化了系统设计。

图8 OFDM雷达导引头系统框图Fig.8 Schematic diagram of OFDM radar seeker

4.3 智能化抗干扰

人工智能将成为未来武器系统发展趋势[24]，美国已经开始将人工智能技术应用于武器系统的研究。智能化抗干扰就是利用导引头对战场情况进行自动探测、跟踪，通过对获得的信息进行比较、分析、推理、判断，达到识别目标、背景和干扰的目的，进而制定出正确的对策，采取有针对性的抗干扰策略等。智能化的基础在于“学习”[25]，通过对线上或线下获取的大量数据的综合分析，进行干扰特征提取并进行精细化建模与学习，较基于规则的方法可显著提升识别性能，同时借助高性能计算可获得更高的学习效率，可实现快速、迭代的模型升级与性能改进。雷达导引头目标/干扰智能识别流程如图9所示。

图9 智能抗干扰流程图Fig.9 Flow chart of intelligent jamming suppression

5 结 束 语

以拖曳式诱饵和空射诱饵为代表的角度欺骗干扰是近年来针对单脉冲PD制导雷达发展起来的新型干扰样式，严重影响了雷达型导弹的作战效能。在此背景下探测、截获和跟踪性能已不是衡量雷达导引头性能的唯一标准，良好的抗新型角度欺骗干扰性能逐渐成为雷达导引系统设计和改进的出发点之一。随着干扰技术的发展，诱饵干扰的类型和样式也日趋复杂多变。由于干扰的不确定性，单一抗干扰措施只能对抗特定条件下的干扰，存在一定的局限性。从军事装备发展趋势来看，干扰与抗干扰一直是一个博弈的过程，为了在对抗中保持不败之地，雷达导引头必须采取应变的措施，具有多种抗干扰手段，能够快速地根据对干扰环境和态势的感知，调整抗干扰策略，从而取得最佳的抗干扰效果。因此，未来雷达导引头抗干扰技术必将是信息化、智能化和综合化的结果。