李庚澤， 顧村鋒， 朱 俊， 李 嶸

（1.92941部隊，遼寧 葫蘆島125000；2.上海機電工程研究所，上海201109；3.上海航天技術研究院，上海201109）

0 引言

脈沖體制主動雷達導引頭大多采用高重頻信號，存在遮擋效應?；夭ㄐ盘栠M入遮擋期時，信號能量急劇下降，導引頭無法正常探測目標，甚至錯鎖干擾或雜波。在低空、超低空狀態(tài)下，還有可能鎖定鏡像目標，測角精度降低，影響導引頭跟蹤性能。雷達導引頭有三種常用的抗遮擋技術：變重頻抗遮擋法［1］、遮擋期外推法［2］、遮擋預判法。

本文在介紹遮擋效應及其對導引頭影響的基礎上，分析三種抗遮擋技術的適用場合，為導引頭抗遮擋技術的選用提供依據(jù)。

1 遮擋機理與影響

1.1 遮擋機理

脈沖體制主動雷達導引頭接收到的目標回波信號功率為

式中：P 為發(fā)射功率；G 為天線增益；λ 為工作波長；σ為目標雷達散射截面；Rmt為彈目距離；L1為系統(tǒng)損耗；L2為大氣損耗；τr為接收波門寬度；d為遮擋因子。接收波門寬度τr是指每個探測周期內(nèi)可接收回波信號的時間寬度，如圖1所示。

圖1 遮擋波門示意圖

圖1中，實線為發(fā)射脈沖，虛線為接收波門，陰影部分為回波脈沖。當Δτ由Tr→0變化時，回波信號的遮擋狀態(tài)為“全遮擋→部分遮擋→無遮擋→部分遮擋→全遮擋”。

遮擋因子d 的計算式為

式中：τt為發(fā)射脈沖寬度；τr為接收波門寬度；τp為信號保護間隔；Tr為信號周期（Tr＝τt+τr+2τp）；Δτ 為 時 間 延 遲 相 對 信 號 周 期 的 模，Δτ ＝mod（τ，Tr）；τ 為 接 收 信 號 的 時 間 延 遲（τ ＝2Rmt／c，c為光速）。

圖2給出了一種典型彈道下，導引頭接收能量變化的仿真結果。設定的仿真參數(shù)：P＝100 W；G＝30dB；λ＝3.75cm；σ＝2m2；L1＝5dB；L2＝（0.1 Rmt／1 000m）dB；Tr＝1／300kHz；τt＝0.4Tr；τr＝0.5Tr；τp＝0.05Tr。

圖2 典型彈道情況下的目標回波能量變化

接收能量隨著彈目距離減少（對應于時間增大）而增大，同時存在周期性遮擋現(xiàn)象。

1.2 遮擋影響

（1）鏡像影響

在低空、超低空彈道情況下，導引頭除了接收來自目標的能量外，還可能接收來自鏡像目標的能量。采用圖2設定的仿真彈道，得到圖3所示的導引頭接收的目標回波能量與和鏡像信號能量的對比圖。在鏡像目標能量的仿真過程中，考慮了地面或海面反射系數(shù)的影響，且認為導彈-目標距離與導彈-鏡像目標距離近似相等，則導引頭接收到的鏡像目標能量為

式 中：Pr，i為 鏡 像 目 標 回 波 能 量；σt，i為 生 成 鏡 像信號對應的目標雷達散射截面；ρ（β）為地面（海面）反射系數(shù)，隨擦地（海）角β變化；Rm，i為導彈-鏡像目標距離。

在仿真中，引用了文獻［3］的垂直極化條件下的地面（海面）反射系數(shù)模型，該模型可表示為

其中：

式中：ε為復介電常數(shù)，取近似值為65-j30.7［3］；Δh為反射面起伏高度，取為0.1m。

圖3 目標與鏡像能量示意圖

圖4 雷達誤差仿真圖

由圖3（a）可見，整體上鏡像能量小于回波能量。從局部放大后的圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)，當目標回波能量進入遮擋期后，鏡像回波能量存在大于目標回波能量的時刻，這不僅會引入跟蹤誤差，甚至會導致誤鎖鏡像目標。

（2）對雷達誤差的影響

基于比幅單脈沖體制，進行雷達誤差影響仿真分析。導引頭天線的和差方向圖分別為

式中：θ為視線偏離角；θb為3dB波束寬度。

雷達誤差為

式中：real表示取實部。

圖4給出了典型彈道情況下導引頭雷達誤差輸出值，圖4（a）為整體圖，圖4（b）為局部放大圖。

由圖4可見，當目標回波信號進入部分遮擋和全遮擋后，導引頭回波通道能量下降，導致信噪比降低，引起雷達誤差波動加大，其量級遠遠大于正常雷達誤差值，已無法滿足制導控制系統(tǒng)的要求。

2 抗遮擋技術

2.1 變重頻抗遮擋技術

（1）基本原理

文獻［1］中給出了變重頻抗遮擋方法。

由式（2）可知，當（τt+τp）≤Δτ＜（τr+τp）時，可使導引頭回波信號處于無遮擋期，考慮到Δτ＝mod（τ，Tr），其中τ由彈目距離決定，Tr為照射信號重復周期。改變Tr，使得Δτ 滿足（τt+τp）≤Δτ＜（τr+τp）的要求，可實現(xiàn)變重頻抗遮擋。

（2）適用場合

原理上，變重頻抗遮擋方法可以消除遮擋效應。變重頻是以精確測距為基礎的。若采用（200～500）kHz的高重頻，遮擋周期對應的彈目距離變化為（300～750）m。采用圖2 仿真時的波形參數(shù)，無遮擋期占整個周期的10%，也可以通過降低發(fā)射脈沖的占空比，增加無遮擋期，但會降低導引頭發(fā)射機效率。顯然，測距誤差應遠小于距離變化范圍的10%，若以1%計算，（200～500）kHz重頻范圍對應的測距誤差為（3.0～7.5）m。測距精度計算式為

式中：ΔR 為測距精度，c為光速；B 為信號帶寬。

由式（10）可以求得滿足（3.0～7.5）m 測距精度要求的信號帶寬為（20～50）MHz。

顯然，變重頻抗遮擋技術適用于寬帶導引頭系統(tǒng)，窄帶脈沖多普勒體制的導引頭將無法實現(xiàn)變重頻抗遮擋功能。

2.2 遮擋期外推技術

（1）基本原理

文獻［2］給出了基于遮擋期外推技術的抗遮擋方法。為了降低遮擋期對導引頭角度跟蹤系統(tǒng)、頻率跟蹤系統(tǒng)和制導系統(tǒng)的影響，在角度跟蹤系統(tǒng)中增加了速度反饋控制、在速度跟蹤系統(tǒng)中增加了加速度反饋控制，在制導系統(tǒng)中采用狀態(tài)卡爾曼濾波。遮擋期間，三個系統(tǒng)都采用外推控制，盡量減小誤差。

（2）適用場合

遮擋期外推法可減少角度環(huán)路、速度環(huán)路和制導系統(tǒng)在遮擋期的跟蹤誤差。在處理過程中，回波信號處于部分遮擋期和遮擋期時，導引頭受信噪比的影響，面臨雷達誤差增大，制導指令惡化等問題。此外，鏡像目標影響問題也未得到解決。

2.3 遮擋預判技術

（1）基本原理

由式（2）可知，導引頭接收信號的遮擋周期與導引頭照射信號重復周期Tr一致。每個遮擋周期中，彈目距離變化值為cTr／2，在特定信號重復周期Tr情況下，若獲得遮擋期或無遮擋期的起始點，并精確得到彈目相對速度，即可判斷遮擋期的起始和結束時刻。

圖5給出了能量峰值點為起點的遮擋預判示意圖。假設某一時刻能量峰值點對應時刻為tT，后續(xù)遮擋預判時刻點為tZ，兩點間的彈目距離變化為L，則預判的遮擋起始點可表示為

式中：v（t）為彈目相對速度。

顯然，兩點間對應的彈目距離變化L 與兩個時刻內(nèi)彈目相對速度的時間積分相等。

圖5 遮擋預判示意圖

（2）適用場合

通過遮擋預判，可以預知遮擋期到來的時刻，可以在遮擋期到來前關閉接收通道，防止導引頭誤鎖目標鏡像信號，避免惡化雷達誤差。遮擋預判技術的實現(xiàn)，需要精確獲得回波能量峰值點和彈目相對速度。采用原始回波數(shù)據(jù)求導、平滑濾波，再擬合的方法，可精確獲得回波能量峰值點。

在主動雷達導引頭中，相對速度與多普勒頻率的關系為

式中：v（t）為彈目相對速度；λ為工作波長；fD為彈目多普勒頻率。

由導引頭的速度跟蹤環(huán)路可以測得多普勒頻率，頻率分辨率與導引頭接收機的采樣率有關，可達赫茲級。設頻率分辨率為50 Hz，則速度分辨率約為1m／s。彈目相對速度通常在1km／s以上，1 m／s的速度跟蹤分辨率足以忽略速度跟蹤環(huán)路帶來的測速誤差，使遮擋預判技術的實現(xiàn)成為可能，遮擋預判技術不受導引頭帶寬的影響，可適用于窄帶導引頭系統(tǒng)。

圖6所示為典型彈道下回波峰值能量點和預判點獲取仿真圖。

由圖可見，即使受到噪聲影響，也能很好地找到回波能量峰值點。

遮擋預判技術的缺點在于進入遮擋期后，關閉了導引頭接收通道，在該階段失去了目標信息。

3 抗遮擋技術適用性

在工程應用中，可依據(jù)導引頭體制有針對性地選擇抗遮擋技術。

圖6 回波能量峰值點和預判點仿真圖

對于寬帶體制的導引頭，可以在精確測距的基礎上，采用變重頻抗遮擋技術，消除遮擋對導引頭的影響。

對于窄帶導引頭體制，變重頻技術已不適用。單純的遮擋期外推技術也不能完全消除遮擋對導引頭的影響。綜合利用遮擋預判和遮擋期外推技術，可以在遮擋期前關閉接收通道，防止雷達誤差和導引頭指令惡化，避免誤鎖鏡像目標，同時在部

分遮擋和遮擋期實現(xiàn)各種環(huán)路的外推控制。

4 結論

脈沖體制主動導引頭存在遮擋效應，在遮擋期導引頭易受鏡像目標影響，惡化雷達誤差。

變重頻、遮擋外推和遮擋預判三種抗遮擋技術有各自適用場合。分析表明：對于寬帶體制的導引頭可采用變重頻抗遮擋技術，消除遮擋問題；對于窄帶體制的導引頭可結合遮擋外推和遮擋預判技術，降低遮擋對導引頭和制導系統(tǒng)的影響。

在工程應用中，可以綜合運用多種抗遮擋技術，提高抗遮擋效果。

［1］ 郭玉霞，吳湘霖，張德峰.雷達導引頭變重頻抗遮擋算法設計［J］.航空兵器，2009，（3）：28-30.

［2］ 沈亮，李合新.PD 雷達導引頭的遮擋現(xiàn)象及其處理方法［J］.制導與引信，2007，28（1）：1-6.

［3］ Lang M W（著），薛德鏞（譯）.陸地和海面的雷達波散射特性［M］.北京：科學出版社，1981.