孟慶翔，王肖洋

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雷達變極化干擾機理分析

孟慶翔1，王肖洋2

（1.中國人民解放軍 69222 部隊，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600；2.中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471000）

變極化干擾正成為下一代干擾機發(fā)展的重要方向。提出利用正交變極化干擾對抗雷達的空域和極化域抗干擾措施，介紹了極化偵察的基本方法，定性分析了正交變極化干擾對抗副瓣對消、副瓣匿影和極化識別三種抗干擾措施的基本機理。分析表明，正交變極化干擾對抗雷達空域和極化域抗干擾措施具有其可行性。

變極化干擾；副瓣對消；副瓣匿影；極化識別

目前，有源雷達干擾通常選擇斜極化或圓極化，通過功率上犧牲3～6 dB的方式，達到對各種極化方式雷達的可靠干擾。但是當雷達采用極化對消、副瓣對消、副瓣匿影、極化識別等抗干擾措施后，固定極化干擾能量損失達15 dB以上，即使有少量的干擾能量進入形成假目標，仍會被雷達信號處理抗干擾手段蔽除。

雷達變極化干擾的實質是對干擾信號再次進行極化域調制，變極化干擾可以是實時跟蹤雷達極化變化的“極化瞄準干擾”，可以是在兩種極化狀態(tài)之間交替變化的“交變極化干擾”，也可以是干擾極化狀態(tài)隨機變化的“隨機極化干擾”。雷達變極化干擾拓寬了干擾樣式變化的維度，從空域、頻域、能量域三個維度拓展到了空、頻、能量、極化域四個維度。利用雷達天線空域極化特性，交變極化干擾可以對抗雷達空域抗干擾措施；進一步采取有針對性的變化策略（比如正交變極化、隨機極化）還可以破壞雷達的極化抗干擾信號處理鏈路[1-3]。宙斯盾艦上部署的APECSⅡ/Ⅲ艦載干擾機，即具有極化分集干擾能力，可對主動制導導引頭實施交叉極化誘偏干擾[4-5]。

1 國外極化干擾的發(fā)展應用情況

電子干擾技術歷來被國外嚴密封鎖，國外對電子對抗領域的極化干擾技術研究起步較早，美國電子戰(zhàn)專家萊羅艾·范布朗特首次提出了交叉極化干擾對角度跟蹤雷達進行角度誘偏的機理。美國防部在2001—2005年開始進行極化捷變干擾機項目的預研。從公開報道的資料來看，目前交叉極化誘偏干擾技術在實際的電子戰(zhàn)系統(tǒng)中已經(jīng)得到應用，美國銷售給約旦空軍的F-16 Block60和美軍裝備的EA-18G電子戰(zhàn)飛機均配備了交叉極化誘偏干擾裝置，美軍在新一代機載干擾吊艙（NGJ）中對極化干擾能力進行了加強。廣泛部署于美軍宙斯盾艦的APECSⅡ/Ⅲ艦載干擾機，其具有極化分集干擾能力，可以對單脈沖制導導引頭實施交叉極化誘偏干擾。

2 極化偵察方法[6-9]

根據(jù)極化電磁理論，任意極化形式的單色波可以分解為2個正交極化分量，采用“相位—幅度”測量法，通過一對等相位中心的極化正交天線，測量兩幅天線接收信號的幅度比和相位差間接測得雷達波極化方向。

設雷達信號為線性調頻信號，且脈內極化不變，在左右旋極化基下，兩天線偵收信號為：

表1 雷達波極化偵察參數(shù)表

雷達工作極化 偵查參數(shù)水平垂直45°135°左旋右旋 θπ/4π/4π/4π/40π/4 φ0ππ/23π/4π/2π/2

由表1可見，對于任意方向的線極化雷達，兩個圓極化天線偵收信號的幅度是相等的，雷達波極化方向是兩天線接收信號相位差的50%.受雷達天線俯仰和偵察天線俯仰關系的影響，偵察系統(tǒng)測得的雷達波極化方向并非完全等價于雷達的工作極化，還需結合一定的先驗知識進行綜合判定。

在實際應用中，電子對抗作戰(zhàn)行動、作戰(zhàn)對象不同，采用“相位-幅度法”估計雷達極化參數(shù)的實現(xiàn)也有所不同。

3 正交變極化干擾對抗空域抗干擾的機理分析

3.1 雷達天線交叉極化特性

典型天線交叉極化增益值如表2所示。

表2 典型天線交叉極化增益值

第一副瓣/dB交叉極化/dB 口面天線1-13.5-8 口面天線2-25-23 口面天線3-28-20 陣列天線-32-23

在雷達天線設計過程中，天線交叉極化抑制比是天線設計的重要指標，但是受天線結構、工藝或者是為了保證主極化方向增益特性而不得作出犧牲等原因，任何天線均存在寄生交叉極化。主極化方向圖與寄生交叉極化方向圖存在錯位現(xiàn)象，通常認為交叉極化方向圖在天線主瓣方向形成凹點，交叉極化增益最大值位于主極化方向圖的第一副瓣附近，交叉極化增益甚至超出主極化方向圖的第一副瓣增益，如圖1所示[10]。

圖1 天線交叉極化示意圖

3.2 正交變極化干擾對抗副瓣對消的機理分析

雷達的副瓣對消設有主天線和輔天線兩個接收通道，主天線窄波束接收，輔助天線全向接收，輔助天線增益與主天線的副瓣增益相當。輔助天線接收的干擾信號與主天線接收的干擾信號加權求和，使主天線等效方向圖在干擾方向形成零點，抑制副瓣干擾。權值根據(jù)干擾方向變化作相應調整，使主天線合成方向圖始終在干擾方向形成零點，副瓣對消能夠較好地對付連續(xù)波噪聲類干擾[11-12]。

副瓣對消算法的一個工作周期分為最優(yōu)對消權值計算和干擾對消兩個階段，與雷達一個脈沖重復周期接近。在最優(yōu)權值計算階段要求干擾環(huán)境相對穩(wěn)定，在干擾對消階段要求干擾環(huán)境與權值計算階段的干擾環(huán)境也相對穩(wěn)定，否則前一階段得到的最優(yōu)權值會在下一階段的干擾對消中失效。

副瓣對消主輔天線極化特性如圖2所示。受到寄生交叉極化的影響，干擾信號極化狀態(tài)發(fā)生變化，導致雷達接收到的干擾信號來向、幅度和相位發(fā)生變化，等價于干擾環(huán)境發(fā)生了變化，削弱副瓣對消效果。從圖2可以看出，干擾信號與雷達主極化匹配時，從雷達主天線的第一副瓣（方向B）進入，輔助天線正常接收干擾信號；當干擾信號與雷達交叉極化匹配時，干擾從方向A進入，主天線接收干擾信號的方向發(fā)生變化，強度增強，輔助天線接收干擾信號明顯減弱。當干擾源極化方式在雷達主極化和交叉極化之間交替變化時，主輔天線系統(tǒng)接收信號的來向和強度交替變化。

圖2 副瓣對消主輔天線極化特性

正交變極化干擾時序如圖3所示。圖4是針對一種自適應副瓣對消算法設計的正交變極化干擾時序，t是偵察得到的雷達工作極化，p是雷達脈沖重復周期，也是極化狀態(tài)變化的周期。圖4是按照圖3的變極化時序設計噪聲干擾，副瓣對消對正交變極化調頻噪聲干擾抑制后的脈沖壓縮結果，對比發(fā)現(xiàn)目標的信干比（SCR）明顯降低，表明正交變極化干擾對副瓣對消有一定的干擾效果。

3.3 正交變極化干擾對抗副瓣匿影的機理分析

雷達的副瓣匿影也設有主天線和輔天線兩個接收通道，與副瓣對消的區(qū)別在于輔助天線增益稍大于主天線的副瓣增益，如圖5所示。在兩個接收通道的輸出端通過比較輸出信號的大小來選通/閉合主接收通道，能較好地對付脈沖型干擾，通常與副瓣對消配合使用[12]。

圖3 正交變極化干擾時序

圖4 正交變極化噪聲對副瓣對消的干擾效果

圖5 副瓣匿影主輔天線極化特性

如果信號是從天線主瓣方向A進入的目標回波，主通道輸出信號強度大于輔助通道輸出信號，此時主通道被選通目標回波正常進入信號分析電路。如果信號是從副瓣方向B進來的干擾信號，輔助通道輸出信號強度大于主通道，此時主通道閉合，干擾能量無法進入。

當對雷達實施交叉極化干擾時，即干擾從方向C進入，由于主天線寄生的交叉極化增益較強，主通道接收信號大于輔助天線接收信號，此時雷達誤以為信號是從主天線主瓣進入的回波信號，主接收通道被選通，干擾能量成功從主天線進入信號分析系統(tǒng)。實施交叉極化干擾，雖然干擾能量成功進入，但存在的問題是，干擾能量進入的同時，目標回波能量也同時被接收，當目標回波能量較強時，干擾能量可能無法壓制目標回波能量。

如果在一個脈沖重復周期內，使干擾極化先與雷達接收極化匹配，讓雷達主接收通道閉合，此時主接收通道對中近區(qū)域較強的目標回波閉合；再進行交叉極化干擾，讓雷達主接收通道選通，此時對遠區(qū)較弱的目標回波選通，干擾能量則更大可能壓制遠區(qū)目標回波。極化變化的時機以被干擾雷達對被掩護目標的燒穿距離為界。

4 正交變極化干擾對抗極化識別的機理分析

相參轉發(fā)式干擾形成的假目標主要在時頻域形成欺騙和密集遮蓋效果，由于并不是真實目標后向電磁散射形成的回波，因此不具有真實目標電磁散射的極化特征。極化識別算法通過測得目標后向電磁散射的極化相干矩陣，然后提取極化相干矩陣的特征值來鑒別真假目標。目前各國現(xiàn)役極化雷達多屬于分時極化測量體制，即交替發(fā)射正交極化的脈沖波，在脈沖間進行發(fā)射極化的切換，對每一個脈沖回波同時進行雙極化接收。分時極化測量體制假設目標姿態(tài)在相鄰兩個脈沖時間內緩變，目標姿態(tài)變化引起的散射特性變化可以忽略。

針對上述極化識別措施，有源假目標干擾可以通過模擬真目標電磁散射的極化相干矩陣，使假目標的極化特征識別量超過極化識別的檢測門限，當實施密集假目標干擾時，可以抬高極化識別的檢測門限。極化偵察系統(tǒng)測得雷達脈沖重復周期和交替發(fā)射水平垂直極化波的時序后，對轉發(fā)式的有源假目標按照雷達發(fā)射極化的變化時序進行極化調制即可，干擾極化狀態(tài)變化周期為一個雷達脈沖重復周期。以圖6中變極化時序1實施干擾時，干擾信號形成極化相干矩陣中各元素關系為|HHj|=|VVj|＞|HVj|=|VHj|，以變極化時序2實施干擾時，極化相干矩陣中各元素關系為|HVj|=|VHj|＞|HHj|=|VVj|。無論采用變極化干擾時序1還是時序2實施干擾，均有|HH－HV|＞，假目標均能夠通過極化識別門限。因此，只需掌握雷達脈沖重復周期規(guī)律即可，并不需要知道雷達發(fā)射極化變化時序。另外，當極化雷達以更復雜的發(fā)射極化工作時，或者工作在全極化測量狀態(tài)時，干擾極化可以進行隨機變化，產(chǎn)生一種極化噪聲，污染極化雷達測得的極化相干矩陣，使極化識別算法無法提取特征值。

圖6 針對極化識別的正交變極化干擾時序

5 結束語

文中定性分析了正交變極化干擾對幾種抗干擾方法的干擾機理，相關理論分析還需要深入推導，并有待廣泛實踐驗證，但是變極化干擾在對抗極化域和空域抗干擾措施方面的潛力值得發(fā)掘?，F(xiàn)代雷達對抗已經(jīng)向時域、頻域、空域和極化域多維度綜合對抗轉變，變極化干擾還需與空時頻域干擾樣式相結合，綜合運用才能充分發(fā)揮其干擾效能潛力。

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TN974

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.001

2095－6835（2018）22－0001－03

孟慶翔（1983—），男，碩士，助理工程師，研究方向為分布式計算、電子對抗。王肖洋（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為雷達與雷達對抗。

〔編輯：嚴麗琴〕