張國兵 ， 郎榮玲

（1.北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100083；2.中國人民解放軍91336部隊 河北 秦皇島 066000）

雷達抗干擾技術(shù)和雷達干擾技術(shù)經(jīng)過長期的對抗與較量，使雙方都得到迅速發(fā)展，導(dǎo)致單一或簡單的雷達干擾技術(shù)已經(jīng)無法對現(xiàn)代雷達實施有效的干擾，雖然人們在不斷地探索新的干擾技術(shù)，但是目前人們主要采用多種干擾技術(shù)復(fù)合使用，對敵方雷達實施有效的干擾，以便達到一定的戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略目的。例如針對目前搜索警戒雷達，它們采用低旁瓣、頻率捷變等抗干擾技術(shù)，使得單一的距離假目標(biāo)欺騙和方位欺騙難以對其進行有效的干擾，且干擾源容易暴露在雷達主瓣方向。而采用有源多假目標(biāo)航跡欺騙干擾技術(shù)，可以逼真地模仿目標(biāo)的運動軌跡，不容易被雷達剔除，從而增大了敵方情報系統(tǒng)的虛警率。這種干擾技術(shù)可用于掩護己方空中進攻或撤退，也可干擾敵方并誘敵開機，暴露兵力部署。所以，研究多假目標(biāo)航跡欺騙技術(shù)具有重要的軍事價值[1]。

1 半實物仿真的特點和優(yōu)點

半實物仿真是指在仿真試驗系統(tǒng)的仿真回路中接入所研究系統(tǒng)的部分實物的仿真。與其它仿真方法相比，半實物仿真具有以下特點：1）在所研究系統(tǒng)中有的部分很難建立起準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，為了保留該部分的功能、性能的準(zhǔn)確性，在半實物仿真中，該部分以實物與其它仿真分系統(tǒng)對接；2）是利用半實物仿真，還可以進一步修正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，提高數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確度；3）利用半實物仿真，將更直接、客觀、有效地檢驗系統(tǒng)各設(shè)備的功能和性能[2]。

根據(jù)半實物仿真的特點，半實物仿真同其它的仿真方法相比具有實現(xiàn)更高真實度的可能性，是仿真技術(shù)中置信度最高的一種方法。在使用過程中，可以固化、重復(fù)某一工作狀態(tài)，具有較高的實用性和可擴展性，而且半實物仿真具有研制周期短、經(jīng)費低等優(yōu)點。因此，利用半實物仿真手段研究多假目標(biāo)航跡欺騙技術(shù)具有較強的真實性和實用性。

2 多假目標(biāo)航跡欺騙的原理

2.1 實現(xiàn)多假目標(biāo)航跡欺騙的條件

多假目標(biāo)航跡欺騙主要是針對于搜索警戒雷達實施迷惑干擾，干擾機要想在敵方一部或者多部雷達終端顯示器上形成任意想定的多假目標(biāo)航跡路線，必須滿足以下5個條件：1）干擾機的輻射功率必須足以使干擾信號從對方雷達天線旁瓣進入；2）必須偵察分析出雷達天線的掃描規(guī)律和主波束寬度，并精確測出其參數(shù)；3）干擾機的接收靈敏度必須足以接收到雷達的旁瓣信號；4）干擾機的輻射功率、假目標(biāo)的持續(xù)時間和速度均可控，以模擬不同特征的目標(biāo)；5）能精確測定輻射源的地理位置[4]。

2.2 航跡欺騙產(chǎn)生的原理

多目標(biāo)欺騙航跡模擬電路的組成如圖1所示，航跡模擬電路各點輸出的波形如圖2所示。T1是指接收機B收到的脈沖群，每一個脈沖延遲T1。

圖1 航跡模擬電路組成方框圖Fig.1 Composition of circuit for track simulation

TR/2代表的距離為欺騙源距雷達站的距離，ΔT1/2代表欺騙目標(biāo)可以移動到與雷達站最近的距離。

ΔT0：代表欺騙目標(biāo)可以移動的距離范圍；

快鋸齒波與慢鋸齒波兩者相交點表示產(chǎn)生欺騙脈沖點，鋸齒波的斜率代表移動脈沖的速度；

ΔT2：代表欺騙目標(biāo)航跡起始角延遲的時間；

T2：代表在雷達波束寬度內(nèi)對應(yīng)于目標(biāo)的照射時間；

T：代表雷達的脈沖重復(fù)周期。

欺騙目標(biāo)航跡的產(chǎn)生過程：根據(jù)欺騙源的位置，確定脈沖的延遲時間T1，使欺騙觸發(fā)脈沖延遲到雷達脈沖第2個的后面，距第第2個脈沖為T0，用延遲了的脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生的寬度為T1，再用方波T1控制快鋸齒波的產(chǎn)生。用一個慢鋸齒與快鋸齒相交，便產(chǎn)生了移動，這個移動脈沖就是我們要產(chǎn)生的欺騙目標(biāo)。在方位上的欺騙是以收到的雷達主瓣信號為基礎(chǔ)，把它延遲ΔT2，它所延遲的角度則為：

式中θ代表雷達旋轉(zhuǎn)范圍；t0為雷達天線轉(zhuǎn)過θ角所需時間。

雷達轉(zhuǎn)過第1圈時，延遲ΔT2，出來第1個亮點；

當(dāng)轉(zhuǎn)過第2圈時，延遲ΔT2+ΔTi，出現(xiàn)第2個亮點；

當(dāng)轉(zhuǎn)過第 3圈時，延遲 ΔT2+2ΔTi，出現(xiàn)第 3個亮點……依次類推。產(chǎn)生角度欺騙所需的時間為：

產(chǎn)生欺騙角度θn：

產(chǎn)生欺騙距離Rn：

圖2 航跡模擬電路各點輸出波形關(guān)系圖Fig.2 Output waveforms form all points of circuit for track simulation

2.3 多假目標(biāo)欺騙的參數(shù)匹配

在實施多假目標(biāo)欺騙干擾時，必須對敵方搜索警戒雷達的相關(guān)參數(shù)進行測量與分析，并依據(jù)受干擾雷達的工作參數(shù)，確定干擾機的欺騙干擾參數(shù)。下面以某型A雷達為例，其參數(shù)如表1所示，可以確定干擾機實施多假目標(biāo)欺騙的參數(shù)及數(shù)據(jù)如表 2、3、4所示。

表1 A雷達參數(shù)設(shè)置Tab.1 Settings of A Radar parameters

由基本計算公式（6）、（7）。

表2 干擾機匹配參數(shù)設(shè)置Tab.2 Settings of jammer matching parameters

可解得干擾機發(fā)射等效功率，式中PjGj為發(fā)射機等效功率；Pmin為雷達接收機靈敏度（-140 dBW）；λ為工作波長（0.1 m）；Ga（θ）為雷達天線副瓣增益（-25 dB）。 解算數(shù)據(jù)見表 3，該數(shù)據(jù)為10～250 km距離假目標(biāo)所需的干擾機發(fā)射等效功率[5]。

表3 不同距離上干擾機發(fā)射等效功率Tab.3 Launch equivalent powers of jammer in different distances

2.4 多目標(biāo)欺騙航跡的數(shù)據(jù)預(yù)算

干擾機在偵察分析出A雷達的工作參數(shù)后，依照多目標(biāo)欺騙航跡模擬的原理，預(yù)先產(chǎn)生多批假目標(biāo)欺騙航跡的數(shù)據(jù)，對A雷達實施多批假目標(biāo)欺騙干擾，多批假目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原理相同，下面以兩批假目標(biāo)欺騙航跡數(shù)據(jù)為例進行說明。

確定A雷達的工作參數(shù)后，將干擾機的干擾參數(shù)初始化，其具體參數(shù)如下：

1） 天線旋轉(zhuǎn)周期 6 s；Δθ=10°；T2=0.033 3 s；ΔTi=0.02 s；ΔRi=1 km；Δθi=1.2°；R=80 km 將它們代入公式（9）：

算得一組想定數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制成圖2中的航跡a。

2） 天線旋轉(zhuǎn)速度 6 s；Δθ=20°；T2=0.066 6 s；ΔTi=0.025 s；ΔRi=2 km；Δθi=1.5°；R=150 km 將其代入公式（9），算得一組想定數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制成圖3中的航跡b。

圖3 兩批假目標(biāo)航跡圖Fig.3 Two group of false tracks

3 半實物仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

本半實物仿真系統(tǒng)采用了計算機仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微波技術(shù)和數(shù)學(xué)建模技術(shù)對雷達和雷達干擾機以及它們之間的對抗過程進行等效仿真模擬。其構(gòu)成框圖如圖4所示，主要由雷達模擬分系統(tǒng)、雷達干擾模擬分系統(tǒng)兩部分組成，雷達模擬和雷達干擾模擬兩個分系統(tǒng)之間采用射頻注入方式進行對接，而雷達模擬分系統(tǒng)和雷達干擾機的收發(fā)天線以及收發(fā)功率都是采用物理等效的方式進行動態(tài)天線方向圖仿真模擬，這種實現(xiàn)方式不僅使雷達與雷達干擾機之間的對抗空間按等效原理縮小，而且嚴(yán)格保證了它們之間的時空一致性。

圖4 半實物仿真系統(tǒng)構(gòu)成框圖Fig.4 Hardware-in-the-loop simulation system structure

3.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計特點

為了保證系統(tǒng)功能和性能的真實性，并且能夠為雷達干擾及抗干擾技術(shù)研究提供有力的驗證依據(jù)，系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面盡量采用實際裝備的硬件結(jié)構(gòu)，只有目標(biāo)、雜波環(huán)境模擬和收發(fā)天線模擬采用仿真的手段進行天線方向圖模擬。系統(tǒng)的這種硬件設(shè)計特點確保了系統(tǒng)各個層次處理信息的真實性、完整性。

雷達模擬分系統(tǒng)可以模擬多種體制雷達，因此分系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面比較有顯著特點是數(shù)字波形產(chǎn)生模塊和信號處理模塊。數(shù)字波形產(chǎn)生模塊采用了PC104+FPGA的模式，利用控制軟件可對目標(biāo)屬性、目標(biāo)環(huán)境和調(diào)制方式進行建模，以及設(shè)置的雷達工作參數(shù)，在FPGA中進行綜合處理，以產(chǎn)生相應(yīng)的雷達信號數(shù)據(jù)；信號處理模塊采用了FPGA和DSP及SRAM結(jié)合的硬件處理結(jié)構(gòu)，通過軟件編程對其進行控制，可以使信號處理模塊進行重構(gòu)，構(gòu)成不同的信號處理模式。兩個模塊都具有靈活多變，適合多種工作模式的特點[6]。

干擾模擬分系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面主要采用了PC104+DRFM技術(shù)，基于DRFM的干擾設(shè)備能夠?qū)孬@的雷達信號能進行高精度的保存并能進行逼真的復(fù)制，同樣能將信號的相參信息保留和復(fù)制，通過適當(dāng)?shù)母蓴_調(diào)制就能產(chǎn)生與雷達信號相參的欺騙信號，從而可以對相參雷達形成有效的航跡欺騙干擾。

3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計特點

系統(tǒng)的軟件設(shè)計與硬件緊密結(jié)合，甚至硬件軟件化，彌補了硬件設(shè)計中的不足，使整個系統(tǒng)靈活可控，可重復(fù)，可重構(gòu)，工作模式可固化，并且具有較強的實時監(jiān)測和分析功能，能夠直觀地檢測和分析各個層次信號的變化情況。系統(tǒng)軟件的這種設(shè)計思想有利于雷達干擾技術(shù)的研究。數(shù)據(jù)庫技術(shù)[7]的應(yīng)用實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)化管理。采用數(shù)據(jù)庫對雷達參數(shù)、目標(biāo)環(huán)境參數(shù)、干擾航跡參數(shù)進行量化、層次化、簡單化管理，有利于系統(tǒng)應(yīng)用軟件對組態(tài)化參數(shù)進行加載，可以快速構(gòu)成復(fù)雜、多變的雷達干擾過程。

4 多假目標(biāo)航跡欺騙在半實物仿真系統(tǒng)中的實現(xiàn)

圖5 航跡產(chǎn)生原理示意圖Fig.5 Principle of generating tracks

如圖5所示，在雷達的作用距離范圍內(nèi)的任意方位，預(yù)先假定一條假目標(biāo)運動的航線S（t），當(dāng)雷達的主瓣在tAN時刻與航線S（t）相交時，干擾機發(fā)射干擾信號，從雷達副瓣進入雷達接收機，在相交點形成假目標(biāo)航跡點。時間tAN的預(yù)測是航線欺騙干擾的關(guān)鍵。

根據(jù)航跡產(chǎn)生原理，圖3中的兩批假目標(biāo)在半實物仿真系統(tǒng)中實現(xiàn)的效果如圖6所示，與理論仿真航跡基本一致。

圖6 雷達終端顯示的假目標(biāo)航跡Fig.6 False tracks display in Radar terminal

航跡產(chǎn)生原理：在進行航跡欺騙模擬時，需要由雷達干擾模擬分系統(tǒng)的接收單元完成對雷達模擬分系統(tǒng)的掃描周期等參數(shù)的測量，并在進行干擾模擬時，實時測量雷達天線主瓣的方向。一般情況下，雷達天線主瓣中包含較多的雷達信號脈沖，因此，實現(xiàn)雷達主瓣的信號照射到預(yù)想的目標(biāo)上時，便可以產(chǎn)生假目標(biāo)信號，此時干擾模擬分系統(tǒng)便根據(jù)當(dāng)前天線指向干擾模擬分系統(tǒng)的天線副瓣方向，向雷達模擬分系統(tǒng)輸出假目標(biāo)信號，信號功率則根據(jù)所模擬目標(biāo)信號的特點、距離、副瓣與主瓣的增益比等參數(shù)決定。在進行干擾信號模擬時，需要由控制單元實時對雷達模擬天線主瓣位置進行預(yù)測和估計以提前對DRFM進行控制，實現(xiàn)全主瓣寬度內(nèi)的假目標(biāo)模擬。

5 結(jié)束語

在滿足雷達對抗干擾條件下，該半實物仿真系統(tǒng)不僅可以對多批假目標(biāo)的任意航跡欺騙進行模擬，而且還可以對其他有源干擾樣式進行模擬，構(gòu)成逼真的雷達對抗動態(tài)過程，實現(xiàn)針對性地研究。因此，根據(jù)半實物仿真系統(tǒng)的優(yōu)點，該系統(tǒng)對雷達對抗各種干擾技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)效果的研究具有一定的實用價值。

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