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        “交叉眼”技術(shù)對角跟蹤雷達導引頭的干擾效果分析

        2015-12-21 08:59:34莫翠瓊陳秋菊
        航天電子對抗 2015年3期
        關(guān)鍵詞:單脈沖導引頭干擾源

        張 偉,莫翠瓊,陳秋菊,余 強

        (電子工程學院,安徽 合肥230037)

        0 引言

        單脈沖角跟蹤技術(shù)對傳統(tǒng)的干擾技術(shù)具有很強的抗干擾能力,在精確制導武器中應(yīng)用廣泛。英國的“空中閃光”,美國的PAC-3、“霍克”改進型,意大利的“阿斯派德”等導彈的導引頭都采用了單脈沖角跟蹤技術(shù)[1]。在早期的干擾方法中,噪聲干擾、非相干干擾等常用于對抗單脈沖角跟蹤系統(tǒng),但角跟蹤雷達導引頭通過被動跟蹤干擾源,能夠維持對預定攻擊目標的連續(xù)跟蹤,使得噪聲干擾基本無效。非相干干擾在一定程度上能夠?qū)⒏蓴_目標引偏,但其引偏方向在兩干擾源之間,干擾效果有限。

        在早期閃爍干擾技術(shù)研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來的“交叉眼”干擾技術(shù),是能夠有效對抗單脈沖角跟蹤系統(tǒng)的干擾技術(shù)之一?!敖徊嫜邸备蓴_能夠?qū)⒔歉櫪走_導引頭引導至干擾源連線之外,對單脈沖角跟蹤系統(tǒng)有較好的欺騙干擾作用。通常飛機、艦船等作戰(zhàn)平臺將其作為有效的自我防護手段。為深入理解“交叉眼”干擾原理,提高“交叉眼”干擾的效果,本文在典型干擾情況下,分析干擾源功率比、干擾源相位差、“交叉眼”干擾搭載平臺回波等因素對干擾效果的影響,為進一步完善工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

        1 單脈沖角跟蹤原理

        1.1 單脈沖定向原理

        用幾個獨立的接收支路來同時接收目標的回波信號,然后再將這些信號的參數(shù)加以比較(比幅、比相),從中獲取角誤差信息,通過天線伺服系統(tǒng)完成天線的空間指向穩(wěn)定,使之一直對準目標。根據(jù)取出角誤差信號的方法不同,單脈沖定向分為兩種基本方法:振幅定向和方位定向。方位定向?qū)ο辔坏囊筝^高,在實際應(yīng)用較少。

        在振幅定向法單脈沖雷達中,天線在一個角平面內(nèi)有兩個部分重疊的波束,如圖1所示。將波束同時接收到的信號進行和、差處理,差信號就是這個角平面內(nèi)的角誤差信號。如果誤差角ε=0,則目標出現(xiàn)在天線等信號軸上,此時兩波束收到的回波信號幅度相同;若ε<0或ε>0,則差信號的輸出振幅與ε成正比,符號由目標偏離等信號軸的方向決定[2]。

        圖1 振幅定向法示意圖

        1.2 振幅和差式單脈沖雷達角跟蹤系統(tǒng)

        單脈沖雷達多采用4個天線構(gòu)成水平和俯仰兩個平面的角度測量系統(tǒng),且俯仰平面和水平平面原理類似。典型的單平面振幅和差式單脈沖雷達方框圖如圖2所示[3]。

        圖2 單平面振幅和差式單脈沖雷達方框圖

        其工作過程簡單描述為:振幅和差式單脈沖雷達發(fā)射信號時,發(fā)射信號從和差比較器的和端(即Σ 端)加入,在1、2端輸出等幅同相信號;接收信號時,回波信號同時被兩個波束接收,分別加到和差比較器的1、2端;在和端,完成兩信號的和處理,在差端(即Δ 端)完成信號的差處理,并分別輸出和、差信號。和差信號經(jīng)過變頻通道后進行檢波、鑒相,得到角度誤差信號,進一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直流誤差電壓,驅(qū)動天線完成天線的空間指向穩(wěn)定,使之一直對準目標[4]。

        2 “交叉眼”干擾原理

        “交叉眼”干擾是在雷達跟蹤波束內(nèi)設(shè)計兩個干擾源,且干擾信號到達雷達接收機時的高頻相位保持穩(wěn)定的關(guān)系,它是一種相干干擾。兩干擾源通常設(shè)置在保護目標的附近,當參數(shù)選擇適當時,可以使單脈沖雷達的瞄準軸超出兩干擾源之間的連線,而產(chǎn)生很大的跟蹤角誤差。“交叉眼”干擾原理如圖3所示[5]。

        圖3 “交叉眼”干擾原理圖

        如圖3所示,J1、J2分別為兩干擾信號,Ar、AJ1、AJ2分別為目標回波信號和J1、J2的幅度。設(shè)θ0為兩波束最大增益方向與等強信號方向的夾角,θ3為目標回波偏離等強信號方向的張角,θ為兩干擾源中心線偏離等強信號方向的張角,Δθ 為兩干擾源之間的夾角。φ1、φ2分別為干擾信號J2和目標回波信號相對于干擾信號J1的相位差,則雷達天線1、2分別接收到的信號為[6]:

        經(jīng)過和差比較器處理后,得到S1、S2的和、差信號分別為SΣ、SΔ:

        式中,

        根據(jù)單脈沖雷達測角原理,誤差信號Se(t)為:

        將式(3)和式(4)代入式(6)可以得到:

        又有:

        式(7)中采用式(8)對天線方向圖進行了近似,并設(shè)目標回波信號與干擾信號J1幅度比為a,兩干擾源幅度比為b,即:

        則當誤差信號Se(t)=0時,跟蹤天線指向角的偏離角度ε為:

        當ε>0時跟蹤天線的指向角向右偏;當ε<0時跟蹤天線的指向角向左偏??梢钥闯?,跟蹤天線的指向角的大小跟兩干擾源相對于雷達對準軸的夾角Δθ,三個信號之間的相位差φ1、φ2,回波信號與干擾信號J1的幅度比a,干擾源J1與J2幅度比b,以及目標偏離兩干擾源中心線的角度(θ-θ3)有關(guān)[7]。

        當作戰(zhàn)飛機采用自衛(wèi)式干擾時,即θ=θ3,式(10)可以化簡為:

        3 “交叉眼”干擾仿真與效果分析

        典型場景設(shè)置為:兩個相干干擾源安裝于飛機的兩翼尖上,兩干擾源相距25m,干擾源距離雷達導引頭900m,雷達導引頭接收天線的波束寬度為9°。分析其對于工作頻率為10GHz的單脈沖角跟蹤雷達導引頭的“交叉眼”干擾效果。

        3.1 兩干擾源功率不同時,跟蹤誤差角與兩干擾源相位差的關(guān)系

        設(shè)a=0.01,Δθ=0.1°,φ2=0。當b分別取0.8、0.9、1、1.1、1.2時,ε與φ1之間關(guān)系如圖4所示。

        圖4 b不同取值時ε 與φ1 之間的關(guān)系

        1)由圖4可知,當b<1即AJ1<AJ2時,ε>0,誤差角偏向J2方向。當b>1即AJ1>AJ2時,誘偏方向發(fā)生了改變,誤差角偏向J1方向。

        2)比較圖4各曲線可知,b越接近于1,φ1越接近180°,指向角的偏離角度就越大。當φ1=π,β=1,指向角的偏離角度是一個沖激脈沖,即ε→∞,此時指向角的偏離角度最大。但實際中ε的誤差角將受到天線方向圖的限制。要得到盡可能大的偏離距離,需要精確控制兩路信號的幅度和相位。一般情況下,主要由兩種方式產(chǎn)生兩干擾源的固定相位差:一是當兩干擾源與雷達間距離不等時,需要移相器產(chǎn)生一個相位補償,從而保持兩路干擾信號間具有固定的相移;二是使“交叉眼”干擾搭載平臺軸線對準雷達,這時兩干擾源的移相器產(chǎn)生固定的相移。

        3.2 兩干擾源相位差不同時,跟蹤誤差角與兩干擾源功率的關(guān)系

        設(shè)a=0.01,Δθ =0.1°,φ2=0。當φ1分別取177°、178°、179°、180°時,ε與b 之間關(guān)系如圖5所示。

        圖5 φ1 不同取值時ε與b 之間的關(guān)系

        1)從圖5(a)可以看出b<0.96或b>1.04時,ε與b 之間成正比關(guān)系;當0.96<b<1.04時,ε與b 之間成反比關(guān)系。

        2)由圖5可知,在φ1=180°,b=1.007時,指向角的偏離角度達到最大。由圖可知b稍微偏離b=1,這是由于“交叉眼”干擾搭載平臺體目標回波信號引起的,且偏離的程度跟a成正比關(guān)系。

        3)將圖5(a)~(d)進行對比可知,當φ1偏離180°時,指向角偏離角度的極大值點將隨著φ1偏離180°程度加大而離b=1.007越來越遠。

        3.3 誤差角與“交叉眼”干擾搭載平臺回波的關(guān)系

        當b=0.85,Δθ=0.1°,φ2=0,a 分別取-3、-10、-20、-30dB時,ε與φ1之間的關(guān)系如圖6所示。

        圖6 a不同取值時ε 與φ1 之間的關(guān)系

        由圖6可知,“交叉眼”干擾搭載平臺回波越大,誘偏誤差角越小,對“交叉眼”干擾效果的影響越大。為了減少這種影響,一方面應(yīng)增加干擾功率,另一方面應(yīng)控制b,使b<0.89。但b也不能太小,若b太小,誘偏能力將大大減弱[8]。

        4 結(jié)束語

        本文簡要介紹了單脈沖定向的原理、單平面振幅和差式單脈沖雷達系統(tǒng)的工作過程,推導了“交叉眼”干擾對導引頭進行角度欺騙時所引起的測角誤差。綜合考慮兩點源各因素對“交叉眼”干擾效果的影響,可設(shè)計針對某種雷達的最佳干擾配置,同時也可為研究抗干擾手段提供依據(jù)?!?/p>

        [1]胡磊,李相平,趙臘.雷達導引頭技術(shù)的發(fā)展及抗干擾能力研究[J].飛航導彈,2008(11):44-47.

        [2]丁鷺飛,耿富錄.雷達原理[M].西安:電子科技大學出版社,2006.

        [3]李相平,趙臘,等.相干兩點源對反艦導彈導引頭的干擾研究[J].制導與引信,2008,29(3):48-52.

        [4]陳安娜.對單脈沖雷達的相干兩點源干擾機理研究[J].航空兵器,2007,43(2):7-11.

        [5]陳明嗣.雷達系統(tǒng)仿真與角度干擾技術(shù)研究[D].成都:電子科技大學,2011.

        [6]耿艷,白渭雄,劉志.非相干兩點源對單脈沖雷達的干擾分析[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2009,37(3):127-130.

        [7]范江濤,胡寶潔,陸洪濤,等.單脈沖雷達角度跟蹤干擾的仿真分析[J].艦船電子工程,2010,30(4):113-115.

        [8]曹菲,劉慶云,辛增獻.“交叉眼”干擾數(shù)學建模[J].現(xiàn)代雷達,2013,35(6):69-72.

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