孫迎豐，曾維貴，田燕妮，王新政

(海軍航空工程學院，山東煙臺 264001)

0 引言

箔條干擾是目前最為成熟的無源干擾技術(shù)之一，其使用簡單、效費比高，在電子干擾對抗領域獲得廣泛應用。特別是現(xiàn)代海戰(zhàn)中，箔條質(zhì)心干擾是艦船常用的可有效對抗反艦導彈的干擾樣式。因此，對雷達導引頭抗質(zhì)心干擾問題的研究具有重要意義。

現(xiàn)有抗箔條干擾方法多從信號處理的角度出發(fā)，利用箔條干擾與真實目標的信號差異濾除干擾信號的影響。但是質(zhì)心干擾情況下的箔條與目標在空間上不可分辨，兩者的回波混雜在一起，信號時域特征難以被利用。而且在海戰(zhàn)場景下，艦船的速度和隨風運動的箔條速度差別不大，多普勒濾波方法難以奏效?；跇O化信息的抗干擾方法是雷達領域研究的熱點，文獻［1-3］利用目標和箔條極化特性差異進行了抗質(zhì)心干擾的研究，該類方法需要獲取目標和箔條的先驗極化信息，且抗干擾效果與兩者的極化特性差異程度有關(guān)。

文獻［4］根據(jù)箔條與目標的高分辨距離像特性差異，提出基于幾何推理的匹配抗箔條干擾方法。該方法理論性較強，但是基于高分辨技術(shù)抗干擾的思路值得借鑒。文中首先分析箔條質(zhì)心干擾作用機理及單脈沖雷達導引頭的角信息處理方法，結(jié)合距離高分辨的技術(shù)特點，提出了抗質(zhì)心干擾的角跟蹤新方法，最后通過對典型的箔條質(zhì)心干擾海戰(zhàn)場景的仿真驗證該方法的有效性。

1 箔條質(zhì)心干擾及機理分析

箔條是用金屬或鍍敷金屬的介質(zhì)制成的細絲。根據(jù)電磁輻射理論，箔條在雷達電磁波的作用下會產(chǎn)生二次輻射。通過將大量箔條散布空中形成箔條云團，便能在一定的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生很強的雷達回波，干擾雷達對目標的檢測和目標真實信息的提取。

箔條質(zhì)心干擾主要應用在雷達導引頭對目標跟蹤的末段階段，如圖1所示。當雷達導引頭已經(jīng)跟蹤上艦船目標以后，艦船在其周圍布放箔條形成干擾假目標，由于干擾假目標處于雷達導引頭的跟蹤范圍內(nèi)，雷達導引頭跟蹤真、假目標的能量質(zhì)心;隨著導彈飛臨目標所在區(qū)域，雷達導引頭的跟蹤范圍縮小，在一定條件下，雷達導引頭將從跟蹤質(zhì)心逐漸轉(zhuǎn)向跟蹤箔條干擾假目標。

圖1 箔條質(zhì)心干擾原理示意圖

對雷達導引頭的目標跟蹤而言，箔條質(zhì)心干擾的作用機理為:箔條干擾與艦船目標處于相同的雷達空間分辨單元內(nèi)，干擾信號與目標回波信號混疊在一起，雷達導引頭無法從接收信號中獲取準確的目標位置信息，由于雷達導引頭通常以跟蹤波門內(nèi)信號能量質(zhì)心作為跟蹤點，而在此情況下，該跟蹤點往往偏離被攻擊的艦船。

隨著過程的推進，箔條若能憑干信比優(yōu)勢將跟蹤點轉(zhuǎn)移至干擾假目標，則可破壞雷達導引頭對目標跟蹤?？梢?，箔條質(zhì)心干擾是一個動態(tài)過程，只有實現(xiàn)對質(zhì)心效應所產(chǎn)生誤差的有效累積，才能干擾成功。

2 基于角偏差加權(quán)的抗干擾方法

2.1 單脈沖測角信息處理

箔條質(zhì)心干擾情況下，雷達導引頭無法獲取準確的目標位置信息，即同時存在測距偏差和測角偏差，其中，測角偏差是導致導彈無法命中目標的主要原因。

雷達導引頭的角跟蹤環(huán)路多采用單脈沖測角技術(shù)，其中以振幅和差法應用最為廣泛。其原理是在同一角平面內(nèi)形成兩個形狀相同并對稱于天線軸線的傾斜波束，對兩波束同時接收的信號進行和差處理，從中獲取目標偏離天線軸的角度信息。

設兩個波束的方向性函數(shù)為F(θ)，與天線軸線的傾斜角為±θ0，和、差波束方向圖函數(shù)分別為FΣ(θ)和 FΔ(θ)，則有:

目標回波經(jīng)單脈沖天線接收并輸出的和信號SΣ(t)與差信號SΔ(t)，分別送入單脈沖接收機的和通道、差通道進行混頻及中頻放大等處理，得到兩通道輸出的信號為:

其中:KΣ、KΔ分別為和、差通道的信號傳輸系數(shù);φΣ、φΔ分別為和、差通道中的相移。

經(jīng)分析可知，當目標偏離等天線軸的角度不大時，差信號Δ的幅度與偏離角的大小成正比;為消除回波幅度變化的影響，需要利用和信號Σ對差信號Δ進行幅度歸一化處理，其比值大小與偏離角呈線性關(guān)系，和差信號的相位差也與偏離角的方向相關(guān)。因此，通過對和差通道輸出信號的幅相比較，可以得到目標相對于天線軸線的偏離角，即單脈沖角度測量公式為:

式中φ為和差信號的相位差，理想情況下，其取值為0°或180°。對于角度測量，該角度用來對目標角度進行估值;對于角度跟蹤，該角度作為角誤差用來控制天線波束位置向誤差減小的方向運動，以實現(xiàn)對目標的連續(xù)角跟蹤。

2.2 抗箔條質(zhì)心干擾新方法

早期雷達導引頭的分辨率較低，在此探測條件下只能將目標視為點目標，且認為對跟蹤波門內(nèi)回波能量質(zhì)心的跟蹤即是對目標的可靠跟蹤。但是隨著雷達分辨率的提高，且對于大中型艦船，距離分辨率遠小于目標尺寸，雷達目標回波中包含了更豐富的目標細節(jié)信息，將有利于目標的識別和跟蹤。

當箔條干擾與艦船目標在空間分開的情況下，利用艦船目標與箔條干擾的高分辨距離像相關(guān)特征差異有可能區(qū)分二者，進而能抑制箔條干擾。但是，在質(zhì)心干擾情況下，箔條干擾與艦船目標回波混雜在一起，回波中所包含的目標信息受到嚴重污染，因此，基于信號處理的抗箔條質(zhì)心干擾方法的有效性將受到質(zhì)疑。

在距離高分辨條件下，艦船等目標可被描述為由多個散射中心組成的復雜擴展目標，且各個散射中心在一定程度上被分離到不同的距離單元中。通過信號檢測可實現(xiàn)強散射中心的提取，再對強散射中心進行單脈沖測角處理，雷達導引頭即可獲得目標在多個距離單元上的角度值，這正是高分辨雷達提供的技術(shù)優(yōu)勢，也是文中抗質(zhì)心干擾方法的基礎。

借鑒距離跟蹤系統(tǒng)中常用的分裂波門法，文中提出了新的抗質(zhì)心干擾角跟蹤方法，基本思路為:當雷達導引頭捕獲目標轉(zhuǎn)入自動跟蹤狀態(tài)后，以天線軸線為中心，建立左右兩個角度波門，分別獲取目標的左右角偏差，并對其進行融合處理輸出控制天線運動的角誤差信號。

假設由單脈沖測角處理得到的角度測量為θi，i=1，2，…，N，N 為測量值數(shù)目，角度波門寬度為 θw，則落入左右波門的角度測量為:

左右波門通過融合處理分別輸出左右角偏差:

對兩偏差信號再次進行融合處理，得:

其中:f(·)用于提取角偏差信號，一般可取平均算子;α、β為自適應加權(quán)因子。

該角跟蹤方法通過建立角度波門不僅可抑制角偏差較大的測量值，而且還增加了角跟蹤過程中可利用的信息量。在目標跟蹤的動態(tài)過程中，無干擾條件下，雷達天線基本對準目標，左右角偏差信號θL和θR保持相對穩(wěn)定;而在實施質(zhì)心干擾后，根據(jù)其干擾作用機理，天線某一側(cè)的角偏差信號勢必明顯增大。因此θL和θR能描述受干擾前后角跟蹤的狀態(tài)變化，可利用自適應的α和β對其加權(quán)處理，使^θ更靠近目標真實位置?？梢?，該方法有利于提高跟蹤穩(wěn)定性及抗干擾能力。

3 仿真實驗分析

為驗證文中所提方法的有效性，文中采用信號仿真方法對雷達導引頭接收和信息處理全過程建立了高精度的仿真模型。其中，箔條干擾仿真采用相干散射模型［5］，該模型能準確反映箔條回波信號的諸多特性，包括時域、頻域、極化域等。艦船采用多散射中心模型［6］來描述，也是高分辨雷達信號仿真中常用的目標回波模型。關(guān)于其它仿真模型的研究，有關(guān)文獻論述較多，文中暫不贅述。

仿真中以艦船初始位置為原點，以正東方向為X軸，以正北方向為Y軸建立坐標系，角度定義為與正北方向的夾角，順時針為正。設風速為8 m/s，風向為－45°。艦船長約150 m，寬約30 m，在仿真過程中，艦船不實施機動，保持勻速直線航行，航速為14 m/s，航向為－10°。初始時刻的導彈位置為(－4 000 m，－4 000 m)，導彈飛行速度為300 m/s。雷達導引頭采用LFM脈沖壓縮體制，主要參數(shù)為:工作頻率X波段，LFM 信號的脈沖寬度為10 μs，帶寬為10 MHz，對應的距離分辨率為15 m;天線波束3 dB寬度為5°。

假定初始時刻，雷達導引頭已對艦船進行穩(wěn)定跟蹤。仿真時間為2 s時，艦船向相對于艦船的(150 m，－150 m)位置施放箔條干擾。圖2所示為仿真時間為2.1s時，無干擾條件下的艦船回波信號圖2(a)和質(zhì)心干擾條件下的艦船與箔條混合回波信號圖2(b)。從中可以看出，箔條干擾信號幅度約為艦船回波信號幅度的2倍，且干擾信號在距離維上與艦船回波混雜在一起，嚴重破壞了艦船回波的時域特性，滿足干擾成功的前提條件。同時，這也從信號層次上驗證了仿真模型的有效性。

圖2 脈沖壓縮匹配濾波后的仿真信號

圖3 質(zhì)心跟蹤法的仿真數(shù)據(jù)

圖3所示為采用傳統(tǒng)的質(zhì)心跟蹤法在箔條干擾條件下的仿真數(shù)據(jù)。圖3(a)為導彈、艦船中心和箔條中心的運動軌跡，可以看出，在此對抗場景中，箔條質(zhì)心干擾成功將導彈引偏，致使導彈未能命中目標。圖3(b)所示為雷達導引頭跟蹤點分別與艦船幾何中心和箔條中心的距離(雷達導引頭跟蹤點是指由其信息處理系統(tǒng)輸出的所跟蹤“目標”的距離和角度，再經(jīng)轉(zhuǎn)換至仿真坐標系中的位置點);從中可明顯看出:箔條干擾實施以后，雷達導引頭的跟蹤點明顯偏離艦船，而且在一定時間2～8 s內(nèi)，箔條與艦船在雷達跟蹤點的爭奪過程較為激烈;隨著時間的推移，艦船、箔條與雷達導引頭三者的相對態(tài)勢發(fā)生變化，跟蹤點最終偏向箔條，質(zhì)心干擾成功，導彈飛向箔條云所在位置。

圖4 波門跟蹤法的仿真數(shù)據(jù)

圖4所示為采用文中所提的抗干擾跟蹤法在箔條干擾條件下的仿真數(shù)據(jù)。圖4(a)所示為各仿真實體的運動軌跡，左上角的小圖顯示了導彈命中艦船時刻的位置。由圖4(b)可以看出，箔條干擾實施以后，未能將跟蹤點誘偏，但是在相當一段時間2～13 s內(nèi)，跟蹤點與艦船幾何中心的距離逐漸增大，這是因為箔條干擾盡管得到抑制，但未能從根本上濾除其影響;同樣隨時間推移，三者相對態(tài)勢發(fā)生改變，導引頭跟蹤范圍內(nèi)只存在艦船目標，導彈最終命中目標。

4 結(jié)論

文中分析了箔條質(zhì)心干擾作用機理及單脈沖雷達導引頭的角信息處理方法，首次提出了利用角度波門抑制角誤差、提高信息利用率的角跟蹤方法，并通過仿真實驗驗證了該方法抗箔條質(zhì)心干擾的有效性。必須指出，該方法并未從根本上消除干擾信號，只是在一定程度上抑制質(zhì)心干擾對角跟蹤環(huán)路的影響。對于現(xiàn)有的技術(shù)水平而言，該方法不失為一種實用的好方法。

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