邹 震,朱宝增,陈福兴

(中国电子科技集团公司 51所,上海 201802)

0 引 言

单脉冲雷达具有较强的跟踪能力,被广泛地应用在导弹制导、方位角追踪等方面。由于其应用的广泛性,人们对单脉冲雷达的角度欺骗也进行了更深入的研究,提出了很多干扰措施。在早期,利用单脉冲雷达内部的缺陷,噪声干扰对单脉冲雷达曾经起到一定的作用。但随着现代雷达性能的提高,单脉冲雷达放弃了距离自动跟踪,采用固定波门、通道合并等技术,单脉冲雷达已实现对噪声干扰源的抗干扰;所以现在又提出相干干扰、非相干干扰和闪烁干扰等新一代干扰方法。

1 单脉冲雷达角跟踪系统工作原理

单脉冲雷达利用一个脉冲就可以将目标信息提取完整,所以称为单脉冲雷达。现代单脉冲雷达不仅能够抑制幅度调制的干扰信号,并且具有较强的跟踪干扰源的能力。

根据从回波中获取角信息方式的不同,单脉冲雷达可分为振幅定向法、相位定向法、综合定向法。这3种定向方法都可以与3种角度鉴别器(振幅式、相位式、和差式)相搭配来获得目标角度信息,因此综合起来有9种形式的单脉冲雷达系统。

1.1 单脉冲雷达定向原理

振幅和差式单脉冲雷达为了确定一个平面内的目标角坐标,需要2个互相叠交的天线方向性图(如图1所示),并且它们的中心线与等强信号方向偏离角度相等。目标经两天线接收到的信号的振幅差表示目标对等强信号方向的偏移量,而振幅差值的符号表示目标相对于等强信号方向的偏离方向。

相位和差式单脉冲雷达的2个天线单元的中心完全不重合,各天线单元具有完全相同的方向性图(如图2所示),并平行地指向目标,因此,各天线接收到的回波信号幅度相等,而相位不同,利用式(1)可以根据2个分开的天线所收到的回波信号的相位差来确定目标方向角:

式中:θ为目标与等强信号方向夹角;λ为波长;Δφ为相位差。

图1 单脉冲雷达振幅定向法角坐标的测定

图2 单脉冲雷达相位定向法角坐标测定

1.2 单脉冲雷达系统框图

单脉冲雷达多采用4个天线构成水平和俯仰2个平面的角度测量系统。由于俯仰平面和水平平面原理类似,所以本文仅在一个平面内讨论测量系统。

振幅和差式单脉冲雷达系统框图如图3所示。信号通过和差网络后形成和、差支路,和差信号经过变频通道后进行检波、鉴相,得到角度误差信号,再由误差信号控制天线调整方向,直到差信号为零,和信号最大时,说明天线等强信号方向为目标方向。

由于相位和差式单脉冲雷达对相位要求较高,比较难以控制和实现,所以振幅和差式单脉冲雷达应用比较多,本文仅针对振幅和差式单脉冲雷达进行干扰实现的研究与最终的效果仿真。

图3 振幅和差式单脉冲雷达系统框图

2 对振幅和差式单脉冲雷达角跟踪系统的干扰

2.1 非相干干扰

由位于跟踪系统不可分辨的角度范围内的2个以上干扰源产生的干扰,称为多点干扰。如果2个干扰源的相位独立无关,则称这种干扰为非相干干扰。

设有2个干扰源,它们在目标雷达处产生的和差信号可表示为:

由此可以推导出鉴相器输出误差信号为:

式中:Δ θ为两干扰源对目标雷达的夹角;Kpd为与系统通路有关的传输系数。

可以推断出单脉冲雷达跟踪系统稳定平衡(Ud=0)时,其误差角为:

式中:θ为瞄准轴和一个目标干扰源的偏角;β为两干扰源信号幅度比。

根据以上对非相干干扰的分析,可以得出如下结论:

(1)因为非相干干扰只能使得目标雷达跟踪角偏离干扰源,但是其仍然在干扰源连线上,所以2个干扰源之间的距离要求非常苛刻,在大型系统、多战斗平台上可以采用。

(2)由于需要在多个分散的平台上装载,所以成本很高,而且平台间的信息交互也变得很重要。

(3)公式(5)满足闪烁干扰的基本原理,所以在采用非相干干扰时可以采用闪烁干扰来提高干扰效率。

(4)由于2个干扰源所成夹角不能超过单脉冲雷达自身分辨角,如果单脉冲雷达分辨角足够小的话,使用单脉冲雷达导引的导弹落在干扰源之间,由于导弹的杀伤面积很大,这样也会对系统造成损坏。

(5)现代单脉冲雷达普遍采用的比例导引技术,也会对干扰效果产生一定影响,特别是噪声干扰、闪烁干扰。

2.2 相干干扰

相干干扰就是由空间中2个在高频相位上存在一定关系的干扰源所产生的干扰。它是利用在空间上相隔一定距离的2个点源信号(其在幅度上相等,相位上相差180°)在空间产生极为严重的相位波前失真。这种信号会使天线跟踪点远远偏离开2个干扰源间距之外。

相干干扰产生角误差的一般表达式为:

式中:θ为单脉冲雷达跟踪误差角;β为两干扰源信号振幅比;φ为2个干扰信号相位差;Δθ为2个干扰源对雷达的张角。

图4 干扰信号相位差、幅度比与误差角的关系

由图4可以得知,当幅度比越接近于1时,相位差越接近180°,则干扰产生的误差角越大;当两路相位差大于 180°±15°时,干扰产生误差角变得比较平缓,干扰效果不明显;当两路信号幅度比为1、相位差为180°时,产生的误差角是无穷大的,但是此时由于两路信号的反向、等幅,所以两路信号将被抵消。

通过上述对相干干扰的分析,可以得出以下结论:

(1)相干干扰可以使得单脉冲雷达跟踪角偏离2个干扰源中心连线,在保证足够偏离状态下,可以起到很好的保护作用;

(2)由于要求相位的高精度控制,所以对通道一致性要求较高,最好能进行相位的实时校准;

(3)相干干扰要求幅度也是精确可控的,但是如果满足大干扰压制比的情况下,需要采用行波管,而行波管的随机相位偏移是需要考虑的;

(4)相干干扰需要进行相位的实时校准,所以整个通道比较小,经过计算,只要2个天线距离达到10 m基本可以满足干扰要求。此时相对于非相干干扰方式,相干干扰方式具有在单个平台上安装的优势,提高了平台的机动性。

3 干扰效果仿真

在此采用相干干扰方式,对振幅和差式单脉冲雷达进行干扰效果仿真。相干干扰系统原理框图如图5所示。

图5 相干干扰系统原理框图

系统工作状态为:信号经过接收通道1、2被接收并送到控制单元;系统做必要处理;送出干扰信号,发射通道1、2将干扰信号由天线发射出去实施干扰。

信号在干扰系统之外所经过的路程相等,所以2路信号只需要在干扰系统内保证相位差变换了180°,即可完成相干干扰。

这里模拟了一个单脉冲制导平台在相干干扰机干扰情况下的飞行路线,假定单脉冲制导平台在距离干扰机20 km时开启单脉冲制导方式,单脉冲雷达波束宽度为5°,每10 m进行一次跟踪方向引导。

根据先前得出公式、单脉冲制导平台参数,假定单脉冲两干扰源距离为10 m,当幅度比为0.9,相位差为175°,如图6所示,得到当单脉冲制导平台离飞机100 m时,方位向距离为129 m;假定相干干扰两路信号幅度比为0.85,相位差为170°,如图7所示,可以看出当制导导弹离飞机100 m时,方位向距离为78 m。

图6 相干干扰下,单脉冲制导导弹飞行轨迹(幅度比0.85,相位差 179°)

图7 相干干扰下,单脉冲制导导弹飞行轨迹(幅度比 0.85,相位差 170°)

4 结论

非相干干扰也能将干扰目标引偏,但其缺点是引偏方向在两干扰源之间,此种干扰必须满足一定的安装距离,而相干干扰由于是将单脉冲制导平台引导至干扰源连线之外,所以在自我保护及实际使用中有很多优点。

以上仿真结果表明,如果控制好幅度、相位,则相干干扰具有非常好的干扰效果。至于如何提高幅度、相位的一致性、精确性,则需要提高电路的稳定性;对两路通道电长度进行一定的约束与增配,尽量保证电长度相近,这样可以使得在一定带宽内,相位一致性较好,为相位、幅度控制提供一定保证。

上面的计算结果都是基于稳定干扰情况下的偏离角,但是单脉冲制导平台肯定是首先跟踪到目标,然后才被干扰的,此时可能由于其它方面因素,使得干扰信号不能实现干扰效果,所以在干扰系统中需要先对单脉冲进行距离和速度拖引,使其跟踪波门需要重新扫描跟踪,这样干扰信号由于其大的压制比才能对单脉冲雷达起到干扰作用。这也是实际应用中非常重要的一点。

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