鄒 震,朱寶增,陳福興

(中國電子科技集團公司 51所,上海 201802)

0 引 言

單脈沖雷達具有較強的跟蹤能力,被廣泛地應用在導彈制導、方位角追蹤等方面。由于其應用的廣泛性,人們對單脈沖雷達的角度欺騙也進行了更深入的研究,提出了很多干擾措施。在早期,利用單脈沖雷達內(nèi)部的缺陷,噪聲干擾對單脈沖雷達曾經(jīng)起到一定的作用。但隨著現(xiàn)代雷達性能的提高,單脈沖雷達放棄了距離自動跟蹤,采用固定波門、通道合并等技術,單脈沖雷達已實現(xiàn)對噪聲干擾源的抗干擾;所以現(xiàn)在又提出相干干擾、非相干干擾和閃爍干擾等新一代干擾方法。

1 單脈沖雷達角跟蹤系統(tǒng)工作原理

單脈沖雷達利用一個脈沖就可以將目標信息提取完整,所以稱為單脈沖雷達?，F(xiàn)代單脈沖雷達不僅能夠抑制幅度調(diào)制的干擾信號,并且具有較強的跟蹤干擾源的能力。

根據(jù)從回波中獲取角信息方式的不同,單脈沖雷達可分為振幅定向法、相位定向法、綜合定向法。這3種定向方法都可以與3種角度鑒別器(振幅式、相位式、和差式)相搭配來獲得目標角度信息,因此綜合起來有9種形式的單脈沖雷達系統(tǒng)。

1.1 單脈沖雷達定向原理

振幅和差式單脈沖雷達為了確定一個平面內(nèi)的目標角坐標,需要2個互相疊交的天線方向性圖(如圖1所示),并且它們的中心線與等強信號方向偏離角度相等。目標經(jīng)兩天線接收到的信號的振幅差表示目標對等強信號方向的偏移量,而振幅差值的符號表示目標相對于等強信號方向的偏離方向。

相位和差式單脈沖雷達的2個天線單元的中心完全不重合,各天線單元具有完全相同的方向性圖(如圖2所示),并平行地指向目標,因此,各天線接收到的回波信號幅度相等,而相位不同,利用式(1)可以根據(jù)2個分開的天線所收到的回波信號的相位差來確定目標方向角:

式中:θ為目標與等強信號方向夾角;λ為波長;Δφ為相位差。

圖1 單脈沖雷達振幅定向法角坐標的測定

圖2 單脈沖雷達相位定向法角坐標測定

1.2 單脈沖雷達系統(tǒng)框圖

單脈沖雷達多采用4個天線構(gòu)成水平和俯仰2個平面的角度測量系統(tǒng)。由于俯仰平面和水平平面原理類似,所以本文僅在一個平面內(nèi)討論測量系統(tǒng)。

振幅和差式單脈沖雷達系統(tǒng)框圖如圖3所示。信號通過和差網(wǎng)絡后形成和、差支路,和差信號經(jīng)過變頻通道后進行檢波、鑒相,得到角度誤差信號,再由誤差信號控制天線調(diào)整方向,直到差信號為零,和信號最大時,說明天線等強信號方向為目標方向。

由于相位和差式單脈沖雷達對相位要求較高,比較難以控制和實現(xiàn),所以振幅和差式單脈沖雷達應用比較多,本文僅針對振幅和差式單脈沖雷達進行干擾實現(xiàn)的研究與最終的效果仿真。

圖3 振幅和差式單脈沖雷達系統(tǒng)框圖

2 對振幅和差式單脈沖雷達角跟蹤系統(tǒng)的干擾

2.1 非相干干擾

由位于跟蹤系統(tǒng)不可分辨的角度范圍內(nèi)的2個以上干擾源產(chǎn)生的干擾,稱為多點干擾。如果2個干擾源的相位獨立無關,則稱這種干擾為非相干干擾。

設有2個干擾源,它們在目標雷達處產(chǎn)生的和差信號可表示為:

由此可以推導出鑒相器輸出誤差信號為:

式中:Δ θ為兩干擾源對目標雷達的夾角;Kpd為與系統(tǒng)通路有關的傳輸系數(shù)。

可以推斷出單脈沖雷達跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定平衡(Ud=0)時,其誤差角為:

式中:θ為瞄準軸和一個目標干擾源的偏角;β為兩干擾源信號幅度比。

根據(jù)以上對非相干干擾的分析,可以得出如下結(jié)論:

(1)因為非相干干擾只能使得目標雷達跟蹤角偏離干擾源,但是其仍然在干擾源連線上,所以2個干擾源之間的距離要求非?？量?在大型系統(tǒng)、多戰(zhàn)斗平臺上可以采用。

(2)由于需要在多個分散的平臺上裝載,所以成本很高,而且平臺間的信息交互也變得很重要。

(3)公式(5)滿足閃爍干擾的基本原理,所以在采用非相干干擾時可以采用閃爍干擾來提高干擾效率。

(4)由于2個干擾源所成夾角不能超過單脈沖雷達自身分辨角,如果單脈沖雷達分辨角足夠小的話,使用單脈沖雷達導引的導彈落在干擾源之間,由于導彈的殺傷面積很大,這樣也會對系統(tǒng)造成損壞。

(5)現(xiàn)代單脈沖雷達普遍采用的比例導引技術,也會對干擾效果產(chǎn)生一定影響,特別是噪聲干擾、閃爍干擾。

2.2 相干干擾

相干干擾就是由空間中2個在高頻相位上存在一定關系的干擾源所產(chǎn)生的干擾。它是利用在空間上相隔一定距離的2個點源信號(其在幅度上相等,相位上相差180°)在空間產(chǎn)生極為嚴重的相位波前失真。這種信號會使天線跟蹤點遠遠偏離開2個干擾源間距之外。

相干干擾產(chǎn)生角誤差的一般表達式為:

式中:θ為單脈沖雷達跟蹤誤差角;β為兩干擾源信號振幅比;φ為2個干擾信號相位差;Δθ為2個干擾源對雷達的張角。

圖4 干擾信號相位差、幅度比與誤差角的關系

由圖4可以得知,當幅度比越接近于1時,相位差越接近180°,則干擾產(chǎn)生的誤差角越大;當兩路相位差大于 180°±15°時,干擾產(chǎn)生誤差角變得比較平緩,干擾效果不明顯;當兩路信號幅度比為1、相位差為180°時,產(chǎn)生的誤差角是無窮大的,但是此時由于兩路信號的反向、等幅,所以兩路信號將被抵消。

通過上述對相干干擾的分析,可以得出以下結(jié)論:

(1)相干干擾可以使得單脈沖雷達跟蹤角偏離2個干擾源中心連線,在保證足夠偏離狀態(tài)下,可以起到很好的保護作用;

(2)由于要求相位的高精度控制,所以對通道一致性要求較高,最好能進行相位的實時校準;

(3)相干干擾要求幅度也是精確可控的,但是如果滿足大干擾壓制比的情況下,需要采用行波管,而行波管的隨機相位偏移是需要考慮的;

(4)相干干擾需要進行相位的實時校準,所以整個通道比較小,經(jīng)過計算,只要2個天線距離達到10 m基本可以滿足干擾要求。此時相對于非相干干擾方式,相干干擾方式具有在單個平臺上安裝的優(yōu)勢,提高了平臺的機動性。

3 干擾效果仿真

在此采用相干干擾方式,對振幅和差式單脈沖雷達進行干擾效果仿真。相干干擾系統(tǒng)原理框圖如圖5所示。

圖5 相干干擾系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)工作狀態(tài)為:信號經(jīng)過接收通道1、2被接收并送到控制單元;系統(tǒng)做必要處理;送出干擾信號,發(fā)射通道1、2將干擾信號由天線發(fā)射出去實施干擾。

信號在干擾系統(tǒng)之外所經(jīng)過的路程相等,所以2路信號只需要在干擾系統(tǒng)內(nèi)保證相位差變換了180°,即可完成相干干擾。

這里模擬了一個單脈沖制導平臺在相干干擾機干擾情況下的飛行路線,假定單脈沖制導平臺在距離干擾機20 km時開啟單脈沖制導方式,單脈沖雷達波束寬度為5°,每10 m進行一次跟蹤方向引導。

根據(jù)先前得出公式、單脈沖制導平臺參數(shù),假定單脈沖兩干擾源距離為10 m,當幅度比為0.9,相位差為175°,如圖6所示,得到當單脈沖制導平臺離飛機100 m時,方位向距離為129 m;假定相干干擾兩路信號幅度比為0.85,相位差為170°,如圖7所示,可以看出當制導導彈離飛機100 m時,方位向距離為78 m。

圖6 相干干擾下,單脈沖制導導彈飛行軌跡(幅度比0.85,相位差 179°)

圖7 相干干擾下,單脈沖制導導彈飛行軌跡(幅度比 0.85,相位差 170°)

4 結(jié)論

非相干干擾也能將干擾目標引偏,但其缺點是引偏方向在兩干擾源之間,此種干擾必須滿足一定的安裝距離,而相干干擾由于是將單脈沖制導平臺引導至干擾源連線之外,所以在自我保護及實際使用中有很多優(yōu)點。

以上仿真結(jié)果表明,如果控制好幅度、相位,則相干干擾具有非常好的干擾效果。至于如何提高幅度、相位的一致性、精確性,則需要提高電路的穩(wěn)定性;對兩路通道電長度進行一定的約束與增配,盡量保證電長度相近,這樣可以使得在一定帶寬內(nèi),相位一致性較好,為相位、幅度控制提供一定保證。

上面的計算結(jié)果都是基于穩(wěn)定干擾情況下的偏離角,但是單脈沖制導平臺肯定是首先跟蹤到目標,然后才被干擾的,此時可能由于其它方面因素,使得干擾信號不能實現(xiàn)干擾效果,所以在干擾系統(tǒng)中需要先對單脈沖進行距離和速度拖引,使其跟蹤波門需要重新掃描跟蹤,這樣干擾信號由于其大的壓制比才能對單脈沖雷達起到干擾作用。這也是實際應用中非常重要的一點。

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