黃勇，丁宸聰

(海軍裝備研究院，上海 200436)

針對預(yù)警機雷達的機載航跡假目標(biāo)干擾技術(shù)*

黃勇，丁宸聰

(海軍裝備研究院，上海 200436)

航跡假目標(biāo)欺騙干擾是針對雷達的一種新型綜合干擾技術(shù)，可作為特殊技術(shù)手段用來對抗預(yù)警機作戰(zhàn)。介紹了航跡假目標(biāo)欺騙干擾技術(shù)的發(fā)展背景，總結(jié)了針對預(yù)警機機載警戒雷達實施航跡假目標(biāo)欺騙干擾所需突破的關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上，建立了航跡假目標(biāo)生成模型，并探討了反預(yù)警機機載雷達抗干擾技術(shù)的思路。

預(yù)警機；雷達,航跡欺騙；干擾；機載；副瓣

0 引言

預(yù)警機能夠指揮和協(xié)調(diào)多機種完成各種空中作戰(zhàn)任務(wù)，起著空中活動雷達站和指揮中心的作用，其在現(xiàn)代空戰(zhàn)中表現(xiàn)出的特殊地位和作用，迫使各國努力尋求對抗預(yù)警機的特殊對策。預(yù)警探測、指揮控制和動態(tài)戰(zhàn)場管理是預(yù)警機在戰(zhàn)場上的三大任務(wù)，因此，研究如何有效干擾預(yù)警機機載雷達，削弱其預(yù)警探測能力是與其對抗的首要環(huán)節(jié)。本文將采用在機載支援干擾吊艙的方式，研究對預(yù)警機機載雷達的航跡假目標(biāo)欺騙干擾技術(shù)，為空對空預(yù)警機雷達干擾作戰(zhàn)系統(tǒng)的合理設(shè)計提供理論支持。

1 雷達干擾技術(shù)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

雷達干擾的產(chǎn)生和發(fā)展，與雷達技術(shù)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。早期的雷達多數(shù)是工作頻率固定、發(fā)射功率較低，對于這樣的雷達干擾，瞄準(zhǔn)式噪聲干擾完全能夠勝任。第二次世界大戰(zhàn)以后，雷達技術(shù)飛速發(fā)展，表現(xiàn)在其功率增加、占據(jù)的頻帶不斷擴寬，迫使遮蓋性干擾機增加其干擾功率和干擾帶寬，致使干擾功率譜密度不斷下降。這種以連續(xù)波平均功率對抗雷達脈沖功率的方法顯然是不經(jīng)濟的，促使人們不斷尋找更加靈活的干擾方法。

欺騙干擾是現(xiàn)代雷達干擾的發(fā)展趨勢，至今仍在高速發(fā)展中。有源欺騙干擾按欺騙效果區(qū)分，可以分為假目標(biāo)欺騙干擾和假目標(biāo)航跡欺騙干擾。假目標(biāo)欺騙干擾是欺騙干擾中研究最多的一類，其基礎(chǔ)理論比較成熟，工程實現(xiàn)難度也基本克服，至今為止，已經(jīng)形成多種類型的干擾機，但隨著干擾任務(wù)和新體制雷達的發(fā)展，基于假目標(biāo)欺騙干擾的各種干擾算法仍然在發(fā)展中。假目標(biāo)欺騙干擾的實現(xiàn)方式多是基于數(shù)字射頻轉(zhuǎn)發(fā)式干擾(digital radio frequency memory,DRFM)，其工作原理是將干擾機收到的信號進行下變頻保真采樣，然后按照假目標(biāo)的類型，運動的速度等調(diào)制相應(yīng)的幅度、相位、多普勒頻率，而后將生成的信號按照一定規(guī)律延時、發(fā)射，雷達接收到干擾信號后將會形成一個或多個假目標(biāo)。針對不同的任務(wù)，其幅度、相位、多普勒頻率、延時將會有不同的算法[1-6]。但由于假目標(biāo)欺騙干擾無法在雷達上形成復(fù)雜的運動軌跡，很容易被雷達航跡關(guān)聯(lián)器所識別、剔出，因此，它的主要功能是降低雷達效能，無法達到以假亂真，迷惑對方之目的。

航跡欺騙干擾是欺騙干擾中的另一個重要類型，或者說是更高層次的欺騙干擾，2000年后相關(guān)概念才出現(xiàn)在國內(nèi)有關(guān)文獻中。但迄今為止，根據(jù)公開的文獻，仍未形成有效的航跡欺騙干擾樣機[7-9]。對空中機載預(yù)警雷達這樣的“動態(tài)”雷達的航跡欺騙干擾更是當(dāng)前的研究盲點。國內(nèi)對空中預(yù)警機干擾研究大多集中在戰(zhàn)術(shù)層次上，利用技術(shù)手段實施預(yù)警機作戰(zhàn)研究主要的方法是采用多部干擾機沿預(yù)警機飛行方向部署多干擾站的方法[10]。王志斌等人[11]推導(dǎo)了利用多部地面干擾機干擾空中預(yù)警雷達的干擾方程，同時通過對干擾方程和多站干擾下雷達探測區(qū)變化的分析，有效解決了電子干擾裝備如何部署的問題。但上述干擾方式仍為噪聲壓制式干擾，不能形成有效的航跡假目標(biāo)干擾，其干擾效果較差，另外當(dāng)?shù)匦螚l件復(fù)雜時，比如海上作戰(zhàn)或山地遮擋，多站部署的條件亦不能滿足。為了解決干擾機的部署問題，可以采用在戰(zhàn)斗機上掛載干擾吊艙的方式實施干擾，國外已研究了如何利用此種方法對地面預(yù)警組網(wǎng)雷達實施航跡假目標(biāo)干擾[12-14]，但針對空中預(yù)警機實施“空對空”的航跡假目標(biāo)干擾，此項技術(shù)還未見任何報道。

2 對預(yù)警機機載雷達進行航跡干擾需突破的關(guān)鍵問題

(1)針對當(dāng)前的航跡欺騙干擾實際上產(chǎn)生的只是簡單的沿徑向移動的航跡，易被識別的問題，如何產(chǎn)生運動軌跡與真實目標(biāo)相似但方位多變的多航跡假目標(biāo)是對機載預(yù)警雷達實施有效欺騙干擾的前提。

(2)預(yù)警機始終處于運動狀態(tài)，而干擾機又外掛在機載平臺上，如何解決空間波束同步問題將是實現(xiàn)這種“空對空”、“動對動”的航跡假目標(biāo)欺騙干擾的關(guān)鍵。

(3)預(yù)警機機載雷達大都具有超低副瓣和頻率捷變技術(shù)，因此在干擾機實施副瓣干擾時，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號與雷達波異步，易被信號處理器識別并剔除。另外，機載雷達還廣泛使用副瓣對消和副瓣消隱等抗干擾技術(shù)。因此，在研究航跡假目標(biāo)干擾時，必須對上述機載雷達的反抗干擾措施加以考慮。

3 對預(yù)警機機載雷達進行航跡干擾的技術(shù)實現(xiàn)途徑

3.1 航跡假目標(biāo)生成技術(shù)

采用副瓣干擾的方法，干擾機實時偵收雷達的副瓣信號，轉(zhuǎn)發(fā)帶有設(shè)計好的假目標(biāo)信息的干擾信號，最終在雷達顯示屏上顯示與真目標(biāo)運動軌跡相似但方位各不相同的多目標(biāo)航跡。如圖1所示，在雷達作用距離范圍內(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t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。

圖1 航線假目標(biāo)航跡點產(chǎn)生示意圖Fig.1 Schematic diagram of track deception generation

要想產(chǎn)生上述航跡假目標(biāo)，需要考慮以下4個方面的問題：①干擾機的輻射功率應(yīng)合理設(shè)置，確保能使干擾機信號從脈沖多普勒(pulse Doppler,PD)雷達天線的副瓣進入；②干擾機的靈敏度足夠高，可以接收到雷達天線的副瓣信息；③考慮對方PD雷達的相對地理位置和分析天線的掃描規(guī)律，進而確定信號轉(zhuǎn)發(fā)的延時量；④如何使得假目標(biāo)的持續(xù)時間和速度均可控，以模擬不同特征的目標(biāo)。針對上述問題，通過以下途徑解決：

(1) 所謂副瓣干擾就是由干擾機自動測出雷達的主瓣和副瓣后，在副瓣期間(部分或全部)施放干擾。如果保證雷達副瓣所接收到的干擾信號功率大于或等于雷達所能檢測到的最小信號功率，那么雷達就會把副瓣進入的干擾誤認(rèn)為是瞬時主瓣指向的目標(biāo)的方位。擬從雷達輻射方程出發(fā)，建立干擾機的偵察方程數(shù)學(xué)模型，確定對雷達實施航跡干擾所需的等效干擾功率，進而設(shè)置干擾機的輻射功率。

(2) 當(dāng)雷達天線主瓣掃過干擾機方向后，還需轉(zhuǎn)過1個角度Δθ，才能使其主瓣對準(zhǔn)假目標(biāo)所在的方位，假定雷達天線的極化方式和轉(zhuǎn)速已知，轉(zhuǎn)速為vθ，則方位時延時間為

Δtθ=Δθ/vθ，

(1)

式中：0≤Δtθ

在被模擬的假目標(biāo)沿雷達徑向運動時，Δtθ為一固定值，有時往往需要模擬的假目標(biāo)不是沿雷達的徑向運動，而是與雷達的徑向有一定的夾角，此時Δtθ會隨著目標(biāo)的運動而不斷變化。設(shè)此時假目標(biāo)的切向速度為vω(ω與雷達天線運動方向相同時為正，反之為負(fù))，則由于目標(biāo)運動而引起的方位延遲量為

Δθω= 2arcsin(vωT/2r)，

(2)

式中：r為前一次被模擬目標(biāo)的距離值。

則假目標(biāo)下次的方位延遲時間需改寫為

(3)

(3) 要在雷達的指定方位上產(chǎn)生假目標(biāo)航跡點，除了要知道假目標(biāo)相對于雷達主瓣的方位延遲量Δθ之外，還必須知道假目標(biāo)相對于雷達的距離延遲量ΔR，設(shè)假目標(biāo)相對雷達的徑向速度為vr，起始模擬距離為R，則假目標(biāo)相對于雷達的徑向移動距離為

ΔR=vrT.

(4)

則此時模擬目標(biāo)的距離為Rr=R+ΔR。顯然，在確定了假目標(biāo)的方位延遲量和距離延遲量后，就可以在雷達上產(chǎn)生想定的航跡點。隨著連續(xù)的航跡點的產(chǎn)生，就可以在雷達上形成假定的假目標(biāo)航線。

3.2 空間波束同步技術(shù)

干擾機要想使在不同位置上的機載預(yù)警雷達PPI(plan position indicator)顯示器上顯示相似或同一條航跡，關(guān)鍵點以及難點是確定對不同位置處的雷達進行欺騙的起始目標(biāo)的角度必須與對起始處實施欺騙的起始角度存在相關(guān)性，最終在時域和空域等條件上保持一致性，才能使機載PD雷達在數(shù)據(jù)融合處理時認(rèn)為各點觀測到的航跡路線是由同一個目標(biāo)形成的，可以采用時分技術(shù)[15]加以解決。

假設(shè)干擾機J與機載雷達在A，B2個地理位置之間的空間坐標(biāo)關(guān)系如圖2所示。

圖2 干擾機與雷達在A，B 2個地理位置之間的空間坐標(biāo)關(guān)系Fig.2 Spatial coordinates relations of jammer and radar at location A and B

則ΔθBi的計算如下：

(5)

(6)

(7)

∠BACi=∠DACi-∠DAB，

(8)

(9)

(10)

(11)

將式(6)～(9)分別代入式(11)可得

(12)

(13)

3.3 對預(yù)警機機載雷達抗干擾手段的考慮

根據(jù)預(yù)警機警戒雷達抗干擾的手段，分別說明反抗干擾技術(shù)的技術(shù)途徑：

(1) 超低副瓣

一部采用時分的方式的干擾機可以實現(xiàn)航跡假目標(biāo)的有效干擾，但當(dāng)機載雷達具有超低副瓣特性來抗干擾時，用此種辦法實現(xiàn)干擾的技術(shù)難度加大，而且干擾機實際飛行軌跡的設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，基本難以實現(xiàn)?？梢圆扇　岸鄬σ弧钡母蓴_方式[16]，也就是說，預(yù)先判定預(yù)警機運動軌跡，每部干擾機對應(yīng)干擾一個位置處的雷達，根據(jù)實時偵察到的雷達參數(shù)，發(fā)射干擾信號，最后進行干擾信號空間信息融合。

(2) 頻率捷變

機載預(yù)警雷達采用頻率捷變技術(shù)來抗干擾，雷達的信號處理航跡相關(guān)單元，會根據(jù)發(fā)射信號與回波信號在波形、頻譜、調(diào)制樣式等結(jié)構(gòu)上的差別來進一步消弱、抑制和排除干擾。因此，干擾機若能實時偵收到雷達全方位的副瓣信號，加之完美的信號復(fù)制和合理的轉(zhuǎn)發(fā)時機控制，即可排除此種方式的抗干擾。若不能實時偵收到雷達全方位的副瓣信號，將重點考慮研究對轉(zhuǎn)發(fā)的雷達信號加以分選，通過優(yōu)化算法實施“開窗控制”，使得轉(zhuǎn)發(fā)的信號盡可能涵蓋雷達即時信號信息。

(3)副瓣對消和副瓣匿隱

機載預(yù)警雷達裝有輔助天線，可以通過副瓣對消和副瓣匿隱來鑒別并消除副瓣干擾。本文所研究干擾技術(shù)能夠形成多方位的航跡假目標(biāo)，而雷達采用副瓣匿隱技術(shù)后將會使得其在整個扇區(qū)上形成極大的漏警概率。因此，預(yù)警雷達使用副瓣對消和副瓣匿隱抗干擾技術(shù)時，只要能夠形成全方位的航跡假目標(biāo)干擾，必將能夠大大降低雷達的檢測性能，并使其處理能力很快達到飽和，達到預(yù)期的干擾效果。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，預(yù)警機已成為整個作戰(zhàn)體系的神經(jīng)中樞，為了有效對抗地對空干擾系統(tǒng)的干擾，預(yù)警機機載預(yù)警雷達通常采用超低副瓣，脈沖壓縮，頻率跳變等抗干擾措施，傳統(tǒng)的地對空干擾已無法有效削弱、破壞敵方的預(yù)警雷達使用效能。航跡假目標(biāo)欺騙干擾作為一種更高層次的綜合干擾措施，在機載預(yù)警雷達干擾中具有一定的優(yōu)勢，近年來已受到廣泛的關(guān)注。本文總結(jié)了實現(xiàn)該項技術(shù)需突破的關(guān)鍵問題，在此基礎(chǔ)上建立了航跡假目標(biāo)生成模型，并探討了反預(yù)警機機載雷達抗干擾技術(shù)的思路。下一步將重點研究其干擾效果仿真和工程實現(xiàn)問題。

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Track Deception Technology Against Warning Aircraft Radar Based on Airborne Mode

HUANG Yong, DING Chen-cong

(Naval Academy of Armament, Shanghai 200436,China)

Track deception is a new integrated jamming technique which can cope with warning aircraft radar. Firstly, the development background of this technology is described. Then, some key difficulties about track deception jamming against warning aircraft radar based on airborne mode are summarized. The method of track deception generation is analyzed. At last, the methods of how to cope with the anti-EW (electronic warfare) techniques of warning aircraft radar are investigated.

early warning aircraft; radar; track deception; jamming; airborne; side-lobe

2014-10-01；

2014-12-29

黃勇(1982-)，男，江蘇鹽城人。工程師，博士，研究方向為航空電子對抗。

通信地址：200436 上海市閘北區(qū)場中路3300弄120號電子室 E-mail：huangyonghefei@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.03.003

TN972；TN959.73

A

1009-086X(2015)-03-0015-05