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        “交叉眼”技術(shù)對(duì)角跟蹤雷達(dá)導(dǎo)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(duì)抗 2015年3期
        關(guān)鍵詞:單脈沖導(dǎo)引頭干擾源

        張 偉,莫翠瓊,陳秋菊,余 強(qiáng)

        (電子工程學(xué)院,安徽 合肥230037)

        0 引言

        單脈沖角跟蹤技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的干擾技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾能力,在精確制導(dǎo)武器中應(yīng)用廣泛。英國(guó)的“空中閃光”,美國(guó)的PAC-3、“霍克”改進(jìn)型,意大利的“阿斯派德”等導(dǎo)彈的導(dǎo)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(duì)抗單脈沖角跟蹤系統(tǒng),但角跟蹤雷達(dá)導(dǎo)引頭通過被動(dòng)跟蹤干擾源,能夠維持對(duì)預(yù)定攻擊目標(biāo)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(biāo)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(duì)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_(dá)導(dǎo)引頭引導(dǎo)至干擾源連線之外,對(duì)單脈沖角跟蹤系統(tǒng)有較好的欺騙干擾作用。通常飛機(jī)、艦船等作戰(zhàn)平臺(tái)將其作為有效的自我防護(hù)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(tái)回波等因素對(duì)干擾效果的影響,為進(jìn)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(gè)獨(dú)立的接收支路來同時(shí)接收目標(biāo)的回波信號(hào),然后再將這些信號(hào)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(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。根據(jù)取出角誤差信號(hào)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(shí)際應(yīng)用較少。

        在振幅定向法單脈沖雷達(dá)中,天線在一個(gè)角平面內(nèi)有兩個(gè)部分重疊的波束,如圖1所示。將波束同時(shí)接收到的信號(hào)進(jìn)行和、差處理,差信號(hào)就是這個(gè)角平面內(nèi)的角誤差信號(hào)。如果誤差角ε=0,則目標(biāo)出現(xiàn)在天線等信號(hào)軸上,此時(shí)兩波束收到的回波信號(hào)幅度相同;若ε<0或ε>0,則差信號(hào)的輸出振幅與ε成正比,符號(hào)由目標(biāo)偏離等信號(hào)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(dá)角跟蹤系統(tǒng)

        單脈沖雷達(dá)多采用4個(gè)天線構(gòu)成水平和俯仰兩個(gè)平面的角度測(cè)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(dá)方框圖如圖2所示[3]。

        圖2 單平面振幅和差式單脈沖雷達(dá)方框圖

        其工作過程簡(jiǎn)單描述為:振幅和差式單脈沖雷達(dá)發(fā)射信號(hào)時(shí),發(fā)射信號(hào)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(hào);接收信號(hào)時(shí),回波信號(hào)同時(shí)被兩個(gè)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(hào)的和處理,在差端(即Δ 端)完成信號(hào)的差處理,并分別輸出和、差信號(hào)。和差信號(hào)經(jīng)過變頻通道后進(jìn)行檢波、鑒相,得到角度誤差信號(hào),進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直流誤差電壓,驅(qū)動(dòng)天線完成天線的空間指向穩(wěn)定,使之一直對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)[4]。

        2 “交叉眼”干擾原理

        “交叉眼”干擾是在雷達(dá)跟蹤波束內(nèi)設(shè)計(jì)兩個(gè)干擾源,且干擾信號(hào)到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)時(shí)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(hù)目標(biāo)的附近,當(dāng)參數(shù)選擇適當(dāng)時(shí),可以使單脈沖雷達(dá)的瞄準(zhǔn)軸超出兩干擾源之間的連線,而產(chǎn)生很大的跟蹤角誤差?!敖徊嫜邸备蓴_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(hào),Ar、AJ1、AJ2分別為目標(biāo)回波信號(hào)和J1、J2的幅度。設(shè)θ0為兩波束最大增益方向與等強(qiáng)信號(hào)方向的夾角,θ3為目標(biāo)回波偏離等強(qiáng)信號(hào)方向的張角,θ為兩干擾源中心線偏離等強(qiáng)信號(hào)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(hào)J2和目標(biāo)回波信號(hào)相對(duì)于干擾信號(hào)J1的相位差,則雷達(dá)天線1、2分別接收到的信號(hào)為[6]:

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

        式中,

        根據(jù)單脈沖雷達(dá)測(cè)角原理,誤差信號(hào)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(duì)天線方向圖進(jìn)行了近似,并設(shè)目標(biāo)回波信號(hào)與干擾信號(hào)J1幅度比為a,兩干擾源幅度比為b,即:

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

        當(dāng)ε>0時(shí)跟蹤天線的指向角向右偏;當(dāng)ε<0時(shí)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(duì)于雷達(dá)對(duì)準(zhǔn)軸的夾角Δθ,三個(gè)信號(hào)之間的相位差φ1、φ2,回波信號(hào)與干擾信號(hào)J1的幅度比a,干擾源J1與J2幅度比b,以及目標(biāo)偏離兩干擾源中心線的角度(θ-θ3)有關(guān)[7]。

        當(dāng)作戰(zhàn)飛機(jī)采用自衛(wèi)式干擾時(shí),即θ=θ3,式(10)可以化簡(jiǎn)為:

        3 “交叉眼”干擾仿真與效果分析

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

        3.1 兩干擾源功率不同時(shí),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(dāng)b分別取0.8、0.9、1、1.1、1.2時(shí),ε與φ1之間關(guān)系如圖4所示。

        圖4 b不同取值時(shí)ε 與φ1 之間的關(guān)系

        1)由圖4可知,當(dāng)b<1即AJ1<AJ2時(shí),ε>0,誤差角偏向J2方向。當(dāng)b>1即AJ1>AJ2時(shí),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(dāng)φ1=π,β=1,指向角的偏離角度是一個(gè)沖激脈沖,即ε→∞,此時(shí)指向角的偏離角度最大。但實(shí)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(hào)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(dāng)兩干擾源與雷達(dá)間距離不等時(shí),需要移相器產(chǎn)生一個(gè)相位補(bǔ)償,從而保持兩路干擾信號(hào)間具有固定的相移;二是使“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)軸線對(duì)準(zhǔn)雷達(dá),這時(shí)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(shí),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(dāng)φ1分別取177°、178°、179°、180°時(shí),ε與b 之間關(guān)系如圖5所示。

        圖5 φ1 不同取值時(shí)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(shí),ε與b 之間成正比關(guān)系;當(dāng)0.96<b<1.04時(shí),ε與b 之間成反比關(guān)系。

        2)由圖5可知,在φ1=180°,b=1.007時(shí),指向角的偏離角度達(dá)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(tái)體目標(biāo)回波信號(hào)引起的,且偏離的程度跟a成正比關(guān)系。

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

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

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

        圖6 a不同取值時(shí)ε 與φ1 之間的關(guān)系

        由圖6可知,“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)回波越大,誘偏誤差角越小,對(duì)“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(jiǎn)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(dá)系統(tǒng)的工作過程,推導(dǎo)了“交叉眼”干擾對(duì)導(dǎo)引頭進(jìn)行角度欺騙時(shí)所引起的測(cè)角誤差。綜合考慮兩點(diǎn)源各因素對(duì)“交叉眼”干擾效果的影響,可設(shè)計(jì)針對(duì)某種雷達(dá)的最佳干擾配置,同時(shí)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(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)的發(fā)展及抗干擾能力研究[J].飛航導(dǎo)彈,2008(11):44-47.

        [2]丁鷺飛,耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安:電子科技大學(xué)出版社,2006.

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

        [4]陳安娜.對(duì)單脈沖雷達(dá)的相干兩點(diǎn)源干擾機(jī)理研究[J].航空兵器,2007,43(2):7-11.

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

        [6]耿艷,白渭雄,劉志.非相干兩點(diǎn)源對(duì)單脈沖雷達(dá)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(dá)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(xiàn).“交叉眼”干擾數(shù)學(xué)建模[J].現(xiàn)代雷達(dá),2013,35(6):69-72.

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