李 宏，牟能文，郭 雷

(1．中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽 471003；2．海裝重慶軍代局，重慶 400020)

彈道導(dǎo)彈突防中的相參干擾

李 宏1，牟能文2，郭 雷1

(1．中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽 471003；2．海裝重慶軍代局，重慶 400020)

分析了相參干擾相對(duì)于噪聲干擾的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)彈道導(dǎo)彈突防的特殊應(yīng)用，對(duì)相參干擾的反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)、假目標(biāo)密度設(shè)計(jì)以及多目標(biāo)的干擾問題展開了分析研究，得出了一些有益的結(jié)論。

相參干擾；干擾反應(yīng)時(shí)間；假目標(biāo)密度；多目標(biāo)干擾

0 引言

為在國與國之間的博弈中掌握主動(dòng)，發(fā)展并掌握彈道導(dǎo)彈技術(shù)有著重要的戰(zhàn)略意義。以美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)為典型代表的導(dǎo)彈防御(MD)系統(tǒng)的出現(xiàn)，給彈道導(dǎo)彈帶來了很大威脅。彈道導(dǎo)彈要發(fā)揮威力，必須考慮突防問題。導(dǎo)彈突防有很多技術(shù)措施，其中有源電子干擾是較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的一種常用措施。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的核心是作為傳感器的雷達(dá)，有源電子干擾正是試圖通過干擾敵方導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的雷達(dá)，縮短其發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈的距離或者破壞其識(shí)別系統(tǒng)，使導(dǎo)彈防御系統(tǒng)來不及反應(yīng)，從而使己方攻擊彈頭突防敵方導(dǎo)彈防御系統(tǒng)而攻擊預(yù)定的目標(biāo)。由于彈道導(dǎo)彈的載荷十分有限且寶貴，對(duì)功率、體積和質(zhì)量要求相對(duì)較為寬松的相參干擾技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。相參干擾是目前普遍采用的一種干擾技術(shù)，其在不同的應(yīng)用場合有不同的應(yīng)用方式，本文針對(duì)導(dǎo)彈突防的要求來研究相參干擾的應(yīng)用方式。

1 雷達(dá)相參干擾的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 相參干擾的優(yōu)點(diǎn)

最早發(fā)展并得到應(yīng)用的雷達(dá)干擾技術(shù)是噪聲干擾[1]，包括射頻噪聲、調(diào)幅噪聲、調(diào)頻噪聲等，這種干擾樣式幾乎對(duì)各種不同體制、不同應(yīng)用目的的雷達(dá)均有一定的干擾效果。噪聲干擾實(shí)際上就是跟雷達(dá)硬拼功率，在干擾與雷達(dá)之間的博弈中，誰的功率大，誰就占有優(yōu)勢，因此這種干擾樣式比較適合于干擾機(jī)的功耗、體積、質(zhì)量均不受限的場合，如地面大功率干擾站等。相參干擾是采用數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)，將接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后進(jìn)行一定的調(diào)制后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這種干擾技術(shù)是基于對(duì)欲干擾雷達(dá)信號(hào)的直接采集存儲(chǔ)，具有一定的相參性，進(jìn)入欲干擾雷達(dá)接收機(jī)后經(jīng)雷達(dá)信號(hào)處理，可以得到雷達(dá)信號(hào)處理的部分甚至全部相參處理得益。相對(duì)于噪聲干擾，要達(dá)到同樣的干擾效果，這種干擾樣式對(duì)功率的要求可以大大降低，因此比較適合于干擾機(jī)的功耗、體積、質(zhì)量等受限的場合，如無人機(jī)載干擾機(jī)、彈載干擾機(jī)等。

相對(duì)于噪聲干擾來說，相參干擾的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠節(jié)省干擾功率，這是其優(yōu)勢所在，然而它在其他方面必然會(huì)有所失，也即它必然存在缺點(diǎn)。

1.2 相參干擾的缺點(diǎn)

相對(duì)于噪聲干擾，相參干擾主要存在以下缺點(diǎn)：

1)干擾滯后

由于相參干擾是干擾機(jī)先采集并存儲(chǔ)偵收到的雷達(dá)信號(hào)后，再進(jìn)行調(diào)制和延時(shí)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，因此，干擾機(jī)發(fā)出的干擾信號(hào)必然要滯后于其自身平臺(tái)的回波信號(hào)。譬如，設(shè)雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度為128μs，干擾機(jī)在全脈沖采集存儲(chǔ)后再轉(zhuǎn)發(fā)，則干擾信號(hào)的發(fā)出時(shí)間至少要滯后于干擾機(jī)平臺(tái)回波信號(hào)128μs，在雷達(dá)顯示器上，假目標(biāo)至少在干擾機(jī)平臺(tái)后面19.2km才開始出現(xiàn)。這種情況下，干擾機(jī)只能掩護(hù)身后的目標(biāo)而不能掩護(hù)自身。

2)假目標(biāo)之間存在間隙

相參干擾是復(fù)制的一個(gè)個(gè)假目標(biāo)，假目標(biāo)之間必然存在間隙。如果雷達(dá)信號(hào)為常規(guī)窄脈沖，那么在欲干擾雷達(dá)顯示器上形成的假目標(biāo)間隔就等于干擾機(jī)復(fù)制假目標(biāo)的延時(shí)間隔，如圖1所示，圖1(a)為干擾機(jī)收到的雷達(dá)信號(hào)，圖1(b)為干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的多假目標(biāo)干擾信號(hào)，其中τ為干擾機(jī)復(fù)制的假目標(biāo)間隔。

圖1 對(duì)常規(guī)窄脈沖雷達(dá)干擾的假目標(biāo)間隔示意圖

如果雷達(dá)采用大時(shí)寬帶寬積信號(hào)(如線性調(diào)頻信號(hào))，干擾機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)完一個(gè)完整的脈沖后，再轉(zhuǎn)發(fā)下一個(gè)脈沖，即使之間沒有任何時(shí)延，干擾信號(hào)在經(jīng)過雷達(dá)脈沖壓縮處理后，也將變成一個(gè)一個(gè)隔開的假目標(biāo)。即如果雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度為128μs，干擾機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)完一個(gè)完整的假目標(biāo)之后沒有時(shí)間間隔即刻轉(zhuǎn)發(fā)下一個(gè)假目標(biāo)，則在欲干擾雷達(dá)顯示器上形成的假目標(biāo)間隔將為19.2km；若雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度為64μs，則在欲干擾雷達(dá)顯示器上形成的假目標(biāo)間隔為9.6km。

3)多目標(biāo)干擾能力較弱

考慮一部干擾機(jī)只有一個(gè)干擾源的情況。對(duì)于噪聲干擾來說，只要欲干擾的雷達(dá)工作頻率在干擾帶寬內(nèi)，且位于干擾波束覆蓋范圍內(nèi)，則不管有多少部雷達(dá)，都將會(huì)同時(shí)受到干擾；而對(duì)于相參干擾來說，其瞬時(shí)只能干擾一部雷達(dá)，對(duì)干擾波束覆蓋范圍內(nèi)的多部雷達(dá)，只能采用分時(shí)的方式進(jìn)行干擾，故多目標(biāo)干擾能力較弱[2]。

2 導(dǎo)彈突防的相參干擾應(yīng)用

相參干擾雖然存在一些缺點(diǎn)，但在導(dǎo)彈突防的應(yīng)用場合可以因地制宜地加以利用或加以改進(jìn)。

2.1 干擾反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)問題

對(duì)于彈道導(dǎo)彈來說，干擾機(jī)的使命是掩護(hù)彈頭突防，因此干擾機(jī)首要的任務(wù)是掩護(hù)其身后的彈頭，其次才是掩護(hù)其自身。一般把干擾信號(hào)滯后于其自身平臺(tái)回波信號(hào)的時(shí)間稱為干擾反應(yīng)時(shí)間，因此必須要考慮到干擾反應(yīng)時(shí)間問題。由于相參干擾信號(hào)總是滯后于干擾機(jī)平臺(tái)自身的雷達(dá)回波信號(hào)，即不能進(jìn)行自衛(wèi)干擾，因此實(shí)際作戰(zhàn)中干擾機(jī)平臺(tái)將暴露出來，很容易受到攻擊。對(duì)于定頻雷達(dá)或者頻率脈組捷變雷達(dá)，采用跨周期干擾的方法可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。但是對(duì)于頻率脈間捷變雷達(dá)，這種方法就鞭長莫及了。而且，下面將分析到，當(dāng)要干擾多個(gè)目標(biāo)時(shí)，不管雷達(dá)工作在什么模式，均不宜采用跨周期干擾的方法。

現(xiàn)代器件的制作工藝和水平已經(jīng)使得硬件的反應(yīng)時(shí)間小到基本可以忽略，因此相參干擾的反應(yīng)時(shí)間可近似認(rèn)為等于其采集雷達(dá)脈沖信號(hào)的時(shí)長。如若干擾機(jī)采集雷達(dá)信號(hào)的時(shí)長為200μs，則干擾反應(yīng)時(shí)間就可近似認(rèn)為是200μs，在雷達(dá)顯示器上顯示的干擾信號(hào)將滯后于平臺(tái)30km；若采集雷達(dá)信號(hào)的時(shí)長降為4μs，則在雷達(dá)顯示器上顯示的干擾信號(hào)將只滯后于平臺(tái)600m。假設(shè)彈道導(dǎo)彈在飛行過程中其彈頭總是在伴飛干擾機(jī)之后3km，則干擾機(jī)采集雷達(dá)信號(hào)的時(shí)長只要不大于20μs，干擾信號(hào)就可以遮蓋住彈頭回波，即可以有效掩護(hù)彈頭突防。如果雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈寬為200μs，而干擾機(jī)每次只采集其前20μs然后轉(zhuǎn)發(fā)，則經(jīng)過雷達(dá)脈壓以后，干擾信號(hào)功率將損失相參處理得益20lg(200/20)=20dB，所以一般采用間歇采樣的干擾方法[3-4]，即采集20μs的雷達(dá)信號(hào)后，馬上轉(zhuǎn)發(fā)這20μs的采集信號(hào)，再采集20μs信號(hào)后馬上轉(zhuǎn)發(fā)，如此反復(fù)。間歇采樣干擾的基本原理如圖2所示，若設(shè)全脈沖采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)雷達(dá)脈壓后的信干比為0dB，則間歇采樣干擾經(jīng)雷達(dá)脈壓后的結(jié)果如圖3所示，這樣干擾信號(hào)功率將只損失相參處理得益約20lg2=6dB。

圖2 間歇采樣干擾的基本原理

圖3 間歇采樣干擾脈壓后結(jié)果

但這種干擾方法帶來的一個(gè)問題是假目標(biāo)的間隔達(dá)30km，將無法遮蓋住真目標(biāo)，因此這種方法需要改進(jìn)。其中一種可行的方法可以稱之為“疊加復(fù)制的間歇采樣干擾”，在圖2中，在第二個(gè)干擾時(shí)間段內(nèi)，將第一次和第二次采集的信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，在第三個(gè)干擾時(shí)間段內(nèi)，將第一、第二和第三次采集的信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，如此反復(fù)。這樣疊加后的假目標(biāo)間隔將縮小為6km，為沒有疊加前的1/5，但每個(gè)假目標(biāo)的功率也將下降為沒有疊加前的1/5，也即用功率的減小換來密度的加大。

當(dāng)然，為更加縮短干擾出現(xiàn)在平臺(tái)身后的距離，可進(jìn)一步減少干擾反應(yīng)時(shí)間。如將干擾反應(yīng)時(shí)間設(shè)為5μs，且干擾占空比仍為1/2，沒有疊加時(shí)干擾功率損失仍為6dB，而干擾信號(hào)只滯后于平臺(tái)750m，假目標(biāo)間距也是30km；疊加后的假目標(biāo)間隔將縮小為1.5km，為沒有疊加前的1/20，但每個(gè)假目標(biāo)的功率也將下降為沒有疊加前的1/20。

若干擾機(jī)還要掩護(hù)自身突防，可以采用移頻干擾的方法[5-6]，通過移頻，使得假目標(biāo)“跑”到干擾機(jī)平臺(tái)前面去。關(guān)于移頻干擾的原理這里不再贅述。需要說明的一個(gè)問題是，移頻干擾一般只適用于采用線性調(diào)頻信號(hào)的雷達(dá)，且干擾機(jī)需要偵察分析出線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻斜率，然后采取相應(yīng)的移頻策略。如線性調(diào)頻信號(hào)為正斜率，則采用正移頻；反之，若線性調(diào)頻信號(hào)為負(fù)斜率，則要采用負(fù)移頻。否則，不但不能使干擾前移，還會(huì)使干擾更加滯后。需要說明的第二個(gè)問題是，移頻也是以干擾信號(hào)相參處理得益的損失為代價(jià)的，移頻越多，則移的距離越遠(yuǎn)，但干擾信號(hào)與雷達(dá)匹配濾波器失配越大，干擾功率的損失也越大；而且，移頻的幅度是很有限的，不能無限制地移頻，移頻的極限由欲干擾雷達(dá)信號(hào)的時(shí)寬和帶寬決定。

2.2 假目標(biāo)密度設(shè)計(jì)問題

在導(dǎo)彈突防應(yīng)用中，假目標(biāo)密度是另一個(gè)需要考慮的問題。如果假目標(biāo)太稀疏，則容易暴露真實(shí)目標(biāo)；如果太密集，則每個(gè)假目標(biāo)功率小，壓制效果不明顯。對(duì)于現(xiàn)代脈沖壓縮雷達(dá)，相參干擾一般采用全脈沖復(fù)制或者間歇采樣干擾方式，若干擾信號(hào)沒有進(jìn)行疊加，則假目標(biāo)的間距約等于雷達(dá)脈寬對(duì)應(yīng)的距離，如雷達(dá)脈寬為200μs，則假目標(biāo)間距為30km。為加大假目標(biāo)的密度以達(dá)到壓制效果，一般有兩種方法：“疊加”和“部分截取”，由于“部分截取”相對(duì)于“疊加”來說功率損失要更大一些，故一般采用“疊加”的方法。相參干擾提高假目標(biāo)密度是靠每個(gè)脈沖功率的損失為代價(jià)的，假目標(biāo)越密，則每個(gè)假目標(biāo)的功率越小。那么，假目標(biāo)要密集到什么程度才合適呢？

為了使虛警率不至于過高，現(xiàn)代雷達(dá)廣泛采用恒虛假(CFAR)技術(shù)[7]，常用的CFAR檢測單元如圖4所示[8]。相參干擾對(duì)雷達(dá)的能量壓制是通過抬高雷達(dá)CFAR檢測門限，使得真目標(biāo)回波處于雷達(dá)檢測門限之下而不能被雷達(dá)檢測到。

圖4 雷達(dá)恒虛警單元

傳統(tǒng)的噪聲干擾屬于連續(xù)波干擾，可以始終覆蓋雷達(dá)CFAR處理單元，通過CFAR處理來提高雷達(dá)檢測門限，進(jìn)而壓縮雷達(dá)的作用距離。相參干擾屬于假目標(biāo)干擾，假目標(biāo)是不連續(xù)的，根據(jù)假目標(biāo)間距不同，其有可能始終覆蓋也有可能不能覆蓋雷達(dá)CFAR處理單元：當(dāng)假目標(biāo)間距不大于雷達(dá)CFAR處理單元(19個(gè)雷達(dá)距離單元)時(shí)，至少有一個(gè)假目標(biāo)可以落入雷達(dá)CFAR處理單元，從而有可能通過CFAR處理提高檢測門限來影響雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測；反之，當(dāng)假目標(biāo)間距大于雷達(dá)CFAR處理單元時(shí)，則可能存在一個(gè)假目標(biāo)也落入不了雷達(dá)CFAR處理單元的情況，這時(shí)雷達(dá)檢測門限跟沒有干擾時(shí)相同，無論干擾信號(hào)多強(qiáng)，目標(biāo)回波信號(hào)只要大于雷達(dá)的檢測門限，就能被檢測出來，干擾就不能通過CFAR處理來影響雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測。因此，要求假目標(biāo)間距不能大于雷達(dá)CFAR處理單元。要設(shè)計(jì)假目標(biāo)的間距，可以分以下三種情況進(jìn)行考慮：

1)雷達(dá)采用單元平均選大CFAR處理方式

此時(shí)檢測門限為：

(1)

式中，y為雷達(dá)檢測門限；k為比例系數(shù)，根據(jù)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率的要求而定；ui為各CFAR單元中的信號(hào)電平。

根據(jù)(1)式，當(dāng)假目標(biāo)間距與雷達(dá)CFAR處理單元數(shù)剛好相同(即為19個(gè)雷達(dá)距離單元)時(shí)，能保證總有一個(gè)假目標(biāo)落在雷達(dá)CFAR處理單元內(nèi)，設(shè)此時(shí)每個(gè)假目標(biāo)的功率為P，不考慮雷達(dá)接收機(jī)噪聲的影響，則雷達(dá)檢測門限約為y=kP/8。當(dāng)假目標(biāo)間距小于19個(gè)雷達(dá)距離單元時(shí)，其每個(gè)假目標(biāo)功率必然小于P，雷達(dá)檢測門限也必然小于y=kP/8，所以干擾壓制效果將減弱，如設(shè)假目標(biāo)間距為9.5個(gè)雷達(dá)距離單元，此時(shí)，目標(biāo)左右各有一個(gè)假目標(biāo)落入CFAR處理單元內(nèi)，每個(gè)假目標(biāo)的功率為P/2，但根據(jù)(1)式，此時(shí)雷達(dá)檢測門限將為y=kP/16。因此，當(dāng)雷達(dá)采用單元平均選大CFAR處理方式時(shí)，相參干擾的假目標(biāo)最佳間距為雷達(dá)CFAR處理單元數(shù)。

2)雷達(dá)采用單元平均CFAR處理方式

此時(shí)檢測門限為：

(2)

此時(shí)所有落入雷達(dá)CFAR處理單元的假目標(biāo)均參與了檢測門限的確定，也即干擾能量沒有損失，因此，當(dāng)雷達(dá)采用單元平均CFAR處理方式時(shí)，相參干擾的假目標(biāo)間距只要不大于雷達(dá)CFAR處理單元數(shù)，其功率的利用率就基本相當(dāng)，雷達(dá)檢測門限均約為y=kP/16。

3)雷達(dá)采用單元平均選小CFAR處理方式

此時(shí)檢測門限為：

(3)

同樣的原理可得，這種情況下相參干擾的假目標(biāo)間距為雷達(dá)CFAR處理單元數(shù)的一半(即9.5個(gè)雷達(dá)距離單元)時(shí)，其功率的利用率最佳，此時(shí)雷達(dá)檢測門限約為y=kP/16。

2.3 對(duì)多目標(biāo)的干擾問題

相參干擾瞬時(shí)只對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行干擾，要干擾多個(gè)目標(biāo)時(shí)，只能采用分時(shí)干擾的方法。若干擾機(jī)為支援干擾，則希望干擾機(jī)能夠在雷達(dá)全量程形成干擾，此時(shí)若要分出時(shí)間去干擾其他雷達(dá)，必然大大影響干擾效果[9]。彈道導(dǎo)彈突防時(shí)，干擾機(jī)只需掩護(hù)其身后一定距離的彈頭，而不需要全量程干擾雷達(dá)，所以可以分出時(shí)間去干擾多個(gè)目標(biāo)。譬如，設(shè)干擾機(jī)要干擾3部雷達(dá)，3部雷達(dá)的重復(fù)周期均為3ms，設(shè)導(dǎo)彈飛行過程中彈頭始終位于干擾機(jī)身后1～5km范圍內(nèi)，則干擾機(jī)對(duì)其中1部雷達(dá)干擾0.2ms，即可在身后形成約30km的干擾帶，足夠遮蓋住彈頭目標(biāo)。這樣在一個(gè)雷達(dá)重復(fù)周期內(nèi)，干擾機(jī)可以對(duì)3部雷達(dá)輪流干擾5次。當(dāng)然，要干擾的雷達(dá)數(shù)目越多，則在一個(gè)雷達(dá)重復(fù)周期內(nèi)每部雷達(dá)受到干擾的次數(shù)就會(huì)越少，由于各雷達(dá)脈沖到達(dá)干擾機(jī)的時(shí)間是隨機(jī)的，則雷達(dá)脈沖被漏掉的概率就越大，單部雷達(dá)的干擾效果就會(huì)越差。所以，彈道導(dǎo)彈突防時(shí)，干擾機(jī)的多目標(biāo)干擾能力與欲干擾雷達(dá)的參數(shù)緊密相關(guān)，不能簡單而論。

3 結(jié)束語

由于彈道導(dǎo)彈有效載荷的寶貴性，彈載突防干擾機(jī)比較適合采用對(duì)功率要求相對(duì)較為寬松的相參干擾技術(shù)。本文在分析相參干擾優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)彈道導(dǎo)彈突防的特殊應(yīng)用，對(duì)相參干擾的反應(yīng)時(shí)間、假目標(biāo)密度以及多目標(biāo)干擾問題進(jìn)行了分析研究，得到了一些有益的結(jié)論。當(dāng)然，彈道導(dǎo)彈突防干擾是一項(xiàng)長久的課題，隨著干擾技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用情況的變化將會(huì)不斷地發(fā)展變化，很多問題也會(huì)在實(shí)踐中逐步暴露出來，需要廣大科技工作者不斷加以關(guān)注。■

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Coherent jamming in ballistic missile penetration

Li Hong1， Mou Nengwen2， Guo Lei1

(1.Luoyang Electronic Equipment Testing Center,Luoyang 471003，Henan,China;2.The Military Representative Office of Naval Equipment Department,Chongqing 400020，China)

The advantages and disadvantages of coherent jamming compared with noise jamming are analyzed. Aiming at the utility in ballistic missile penetration, coherent jamming response time，false-target density design and multi-target jamming are studied, and some beneficial conclusions are given.

coherent jamming；jamming response time；false-target density；multi-target jamming

2014-11-19；2015-01-08修回。

李宏(1969-)，男，研究員，博士，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)及雷達(dá)對(duì)抗。

TN972+.1；TJ761.3

A