王曉麗，李 鵬

(西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710071)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，組網(wǎng)雷達(dá)由于充分利用了各單部雷達(dá)的資源和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的優(yōu)勢，使得雷達(dá)網(wǎng)在探測、定位、跟蹤、識別、威脅判斷等方面的性能得以改善，從而使整體作戰(zhàn)能力得到大幅度提高。導(dǎo)致傳統(tǒng)的“一對一”點(diǎn)源干擾失效，常用的干擾方式面臨挑戰(zhàn)。分布式干擾具有一系列新特點(diǎn)，是一種“面對面”、集眾多、空間分布的干擾機(jī)群，可以壓制較大空域內(nèi)的雷達(dá)［1］，再利用空間功率合成技術(shù)，使得干擾機(jī)具有強(qiáng)大的干擾功率，因此，在未來的信息化戰(zhàn)場上，對雷達(dá)的合成干擾技術(shù)尤其是爭奪制電磁權(quán)方面扮演著重要角色。

1 空間功率合成原理

根據(jù)天線與電波傳播理論，一個(gè)輸入功率為Pt，天線增益為Gt″的單元發(fā)射天線，在自由空間電波傳播條件下，距離天線L處的信號場強(qiáng)幅度為

式中，θ為信號到達(dá)相位。

考慮N個(gè)單元天線陣，在空間某點(diǎn)進(jìn)行功率合成，單只天線輻射功率為Pi，合成位置處的合成功率為P［2－3］。

根據(jù)陣列天線理論和現(xiàn)有微波功率合成研究，如果微波功率源的頻率一致，相位差恒定，在合成位置處可以實(shí)現(xiàn)場強(qiáng)的同相疊加，即相干微波功率合成［4］，理論上最大合成功率P=N2Pi。相應(yīng)地，如果微波功率源的頻率或相位差不恒定，則為非相干微波功率合成，其理論上的最大合成功率P=NPi，即各天線輻射功率的簡單總和。

值得注意的是，由于不穩(wěn)定的頻率或相位，非相干條件下的合成功率P是時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值，而相干條件下的合成功率P則是穩(wěn)定且不隨時(shí)間變化的。

由以上分析可知，相干合成可獲得更高的合成功率，但需要大功率微波鎖相和移相器件以獲得穩(wěn)定的頻率和相位，硬件成本和技術(shù)難度較大，因此非相干功率合成在成本和技術(shù)難度上有一定優(yōu)勢。

圖1 多個(gè)干擾機(jī)作戰(zhàn)場景

如圖1所示的N個(gè)單元天線陣，在距離該陣L處的場強(qiáng)為各個(gè)單元天線輻射信號場強(qiáng)的疊加［5］，即

式中，GT.i是天線增益;θi是相位;ri是距離發(fā)射天線的距離，將陣列里的天線全部疊加，合成場強(qiáng)

在空間功率合成時(shí)，ri一般遠(yuǎn)大于天線單元之間的距離，所以有

首先，假設(shè)陣列天線的幅度都是相同的，考慮相位對合成效率的影響

式中，Δθ21，…，ΔθN1是與第一個(gè)天線的相位差。

根據(jù)電磁場理論，功率密度與電場強(qiáng)度的平方成正比，根據(jù)歐拉公式，可得

ηc≤1，當(dāng)所有陣列天線的相位相等時(shí)，合成功率達(dá)到最大值。另外，考慮幅度對合成功率的影響，相位被設(shè)定為相同，即

式中，ΔEm，i1是第i個(gè)天線元與第一個(gè)陣列天線元的幅度差值。ηc≤1，當(dāng)所有單元具有相同的幅度時(shí)，合成功率達(dá)到最大。

2 功率合成的改進(jìn)方法

功率合成算法思想為N個(gè)天線信號，每個(gè)信號的初始相位是隨機(jī)的，各個(gè)信號相位的隨機(jī)性造成直接合成的效果不理想，達(dá)不到干擾所需功率。為在合成后獲得較大功率，采用以下兩種方法改進(jìn)。

2.1 頻率掃描

為在合成后獲得較大的功率，采用頻率掃描，使信號在掃頻過程中的某點(diǎn)合成一個(gè)理想值，設(shè)定一個(gè)門限值限制其輸出，即當(dāng)N個(gè)天線合成后的峰值大于或等于N倍的單個(gè)信號幅度值時(shí)才產(chǎn)生輸出。如果合成后的功率仍然不能滿足干擾所需功率，則可以增加發(fā)射天線的數(shù)量以提高發(fā)射功率，并且為達(dá)到更好的效果，干擾天線產(chǎn)生的窄波束主軸線的指向必須精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)雷達(dá)［6］。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

由上述分析，在采用空間功率合成技術(shù)的通信對抗中，考慮到多種信號規(guī)格和多種干擾策略，要使干擾陣地中各陣元到合成目標(biāo)處的載波相位誤差和包絡(luò)時(shí)延誤差足夠小，才能達(dá)到較好的干擾效果，因此，多站分布式對抗系統(tǒng)采用時(shí)延－相位聯(lián)合調(diào)整的方法實(shí)現(xiàn)干擾信號的功率合成。

圖2 空間合成功率原理圖

該系統(tǒng)通過聯(lián)合調(diào)整載波信號的載波相位和相位時(shí)延來實(shí)現(xiàn)各陣元發(fā)射的干擾信號在目標(biāo)天線處有較高的合成效率。其中，時(shí)延調(diào)整的精度決定了合成信號的帶寬。精度越高，有效合成帶寬越大;相位調(diào)整的精度決定了信號合成的效率。效率越高，則有效合成帶寬內(nèi)的合成效率越高。二者同時(shí)達(dá)到精度要求，可以實(shí)現(xiàn)一定帶寬內(nèi)較高的合成效率。

為更好地說明這種方法，分析兩個(gè)單獨(dú)的干擾機(jī)作用，干擾效果分別如圖3和圖4所示，經(jīng)過采用時(shí)延－相位聯(lián)合調(diào)整方法的干擾效果，如圖5所示。

圖3 1位置處干擾機(jī)的干擾效果

3 結(jié)束語

介紹了隨意分散布陣干擾站空間功率合成技術(shù)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，是在前期理論研究和工程實(shí)踐基礎(chǔ)上的總結(jié)和延展，從理論上分析了主要矛盾和次要矛盾，探討了具有實(shí)際意義的短波空間功率合成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。最后對基于空間功率合成理論的多站分布式干擾站的系統(tǒng)組成給出了初步構(gòu)想。

［1］ 趙國慶.雷達(dá)對抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

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［3］ 劉思閱，王晶，李鵬.空間對抗中的功率合成技術(shù)［J］.電子信息對抗技術(shù)，2009，23(3):54－59.

［4］ 江志浩，蔡德榮，王孜.空間功率合成技術(shù)的合成效率問題研究［J］.工程實(shí)踐及應(yīng)用技術(shù)，2006，21(5):24－25.

［5］ 章宇兵，張浩，廖桂生.任意分散布陣短波通信干擾機(jī)空間功率合成技術(shù)［J］.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，33(1):150－155.

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