導(dǎo)讀：無人機(jī)機(jī)載拋投式有源誘餌是一種新型自衛(wèi)式有源干擾系統(tǒng)。通過拋投有源誘餌，可在一定時(shí)間內(nèi)模擬載機(jī)的運(yùn)動特性，利用全向天線接收雷達(dá)信號，對雷達(dá)信號進(jìn)行存儲調(diào)制、放大轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生射頻干擾，使雷達(dá)無法穩(wěn)定地跟蹤無人機(jī)，提高了無人機(jī)的生存能力。在分析機(jī)載拋投式有源誘餌系統(tǒng)的組成、工作原理的基礎(chǔ)上，對干擾信號儲頻調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)效能進(jìn)行了仿真，可對后續(xù)系統(tǒng)的研制提供一定的參考和借鑒。

現(xiàn)代空戰(zhàn)環(huán)境中敵我雙方在電磁空間中展開激烈的斗爭，雷達(dá)對抗已然成為主角。隨著先進(jìn)雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的雷達(dá)對抗手段效能日趨下降，對無人機(jī)的戰(zhàn)場生存力帶來了巨大的威脅。在雷達(dá)對抗與反對抗激烈博弈的背景下，需要進(jìn)一步提高無人機(jī)電子對抗能力。

如果雷達(dá)對飛機(jī)實(shí)現(xiàn)跟蹤，意味著已經(jīng)滿足了導(dǎo)彈的發(fā)射條件，具有了對無人機(jī)摧毀性殺傷威脅。因此破壞敵方雷達(dá)對無人機(jī)的穩(wěn)定跟蹤可提高無人機(jī)的生存力。

目前針對雷達(dá)與導(dǎo)彈跟蹤的對抗手段主要包括有源干擾、無源干擾以及機(jī)動手段，這些現(xiàn)有手段在對抗新體制雷達(dá)以及雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈時(shí)存在很大的局限性：

(1) 機(jī)載有源干擾的局限性。隨著各種新體制雷達(dá)的快速發(fā)展，雷達(dá)信號波形復(fù)雜多變，干擾設(shè)備難以偵測到雷達(dá)信號；同時(shí)雷達(dá)采用相參信號處理，對于干擾信號具有很好的抑制作用；另外，雷達(dá)具有主動被動跟蹤工作模式，當(dāng)檢測到大功率干擾信號時(shí)，雷達(dá)將采用被動跟蹤模式，實(shí)現(xiàn)對干擾源的穩(wěn)定跟蹤；并且采用單脈沖測角體制，使得單點(diǎn)源的有源干擾難以形成角度欺騙，因此機(jī)載有源干擾系統(tǒng)難以對雷達(dá)實(shí)施有效干擾。

(2) 機(jī)載無源干擾的局限性。目前，機(jī)載無源干擾主要是箔條干擾。箔條干擾只是被動的反射雷達(dá)輻射的電磁波，在投放后箔條運(yùn)動特性與飛機(jī)差異較大，雷達(dá)能夠輕易地將箔條干擾信號與戰(zhàn)機(jī)回波信號區(qū)分開，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤。

由此可見，傳統(tǒng)的雷達(dá)對抗手段難以破壞先進(jìn)體制雷達(dá)對飛機(jī)的跟蹤，拋投式有源誘餌是一種新型雷達(dá)對抗手段，能夠有效破壞雷達(dá)對無人機(jī)的穩(wěn)定跟蹤，大幅度提高無人機(jī)的戰(zhàn)場生存能力。

系統(tǒng)組成

誘餌彈采用模組化設(shè)計(jì)，由前向天線、環(huán)向天線、誘餌體、折疊尾翼、后向天線等五部分組成，誘餌彈內(nèi)部包含了射頻信號收發(fā)模塊、射頻信號存儲器、干擾產(chǎn)生器、電池等部分。

誘餌彈

誘餌彈飛行穩(wěn)定裝置采用尾翼穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，當(dāng)誘餌彈放入彈倉時(shí)，其尾翼收攏。當(dāng)誘餌彈出倉后，尾翼依靠材料彈性展開。對于尾翼穩(wěn)定的誘餌彈，質(zhì)心在前，阻心在后，因空氣阻力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩會使誘餌的姿態(tài)趨于水平。誘餌彈在飛行過程，自動對來襲導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭實(shí)施有源誘偏干擾，使得來襲導(dǎo)彈偏離載機(jī)，以實(shí)現(xiàn)載機(jī)的自衛(wèi)。誘餌彈體外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為提高誘餌彈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)空間利用效率，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，誘餌彈內(nèi)部模塊采用圓餅狀疊層設(shè)計(jì)模式。誘餌彈體內(nèi)部由干擾產(chǎn)生模塊、射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊、儲頻模塊、電池模塊等五部分組成。

圖1 誘餌彈體外形結(jié)構(gòu)示意圖

射頻接收、發(fā)射模塊

彈射式自衛(wèi)有源誘餌彈在干擾技術(shù)上，擬采用有源干擾體制，通過誘餌彈的收發(fā)天線偵收敵導(dǎo)引頭信號，將信號進(jìn)行有源復(fù)制，通過信號調(diào)制及功率放大后通過天線輻射出去，形成目標(biāo)點(diǎn)跡，對敵來襲導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭實(shí)施有源干擾，擾亂其正常方位探測，阻止其對目標(biāo)的跟蹤捕獲。

誘餌彈的射頻接收模塊主要接收前向、環(huán)向、向后天線的射頻信號，經(jīng)方位選通器進(jìn)行收發(fā)信號方位選取，通過限幅放大、濾波、增益控制、功分等處理形成進(jìn)入儲頻模塊前的基準(zhǔn)射頻信號，一路用于射頻信號存儲，一路形成檢波信號用于干擾波形控制產(chǎn)生電路。

誘餌彈的射頻發(fā)射模塊主要接收儲頻送出的干擾射頻信號，經(jīng)濾波、放大、功分等電路形成一路反饋延時(shí)信號及一路干擾發(fā)射信號，反饋延時(shí)信號通過單刀雙擲開關(guān)再次進(jìn)入接收通道形成基準(zhǔn)射頻信號，干擾發(fā)射信號則通過功率放大器及單刀三擲開關(guān)送入相應(yīng)的發(fā)射天線，其組成框圖如圖3。

圖2 射頻收、發(fā)模塊框圖

天線模塊

天線模塊主要由前向天線、環(huán)向天線、后向天線組成，接收360°方位、俯仰空間內(nèi)威脅信號，發(fā)射干擾信號。其方向圖仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 天線方向圈

工作原理

拋投式有源誘餌的工作過程如圖4所示。拋投式有源誘餌利用載機(jī)的干擾彈發(fā)射裝置發(fā)射，利用誘餌的飛行能力模擬載機(jī)的運(yùn)動特性，對雷達(dá)回波信號進(jìn)行接收儲頻調(diào)制，實(shí)現(xiàn)有源欺騙干擾。

性能分析

飛行特性分析

為使誘餌彈具有良好的飛行穩(wěn)定性，其穩(wěn)定儲備量必須至少在10%～30%，穩(wěn)定儲備量計(jì)算公式如下：

圖4 機(jī)載拋投式有源誘餌工作過程

式中，xp為彈體阻力中心至彈頂?shù)慕^對距離；xs為彈體質(zhì)心至彈頂?shù)慕^對距離；l為彈體的全長。

xp的計(jì)算公式如式(3) 所示：

式中，Yk為彈體引起的升力；xpw為尾翼引起的升力；xpw為尾翼中點(diǎn)至彈頂?shù)慕^對距離，依照誘餌彈結(jié)構(gòu)，有xpw=19.32cm；Y為全彈的升力。

Yk、Ypw、Y的計(jì)算公式如方程組(3) 所示：

式中，Ck為彈體的空氣阻力系數(shù)；Cpw為尾翼的空氣阻力系數(shù)，；Sk為彈體的特征面積；Spw為尾翼的特征面積。

根據(jù)上述公式，在穩(wěn)定儲備量為25%時(shí)，計(jì)算得尾翼長度為18cm，誘餌彈具有更高的穩(wěn)定儲備量，在高空飛行中更加穩(wěn)定。

當(dāng)誘餌被釋放后，可對誘餌的飛行距離進(jìn)行估算。

在水平方向，誘餌受空氣阻力的影響，其運(yùn)動方程如式(4) ：

空氣阻力計(jì)算公式如下：

在豎直方向，誘餌受空氣阻力和重力的影響，其運(yùn)動方程如下 ：

取戰(zhàn)斗機(jī)的飛行速度為320m/s，誘餌的發(fā)射速度為40m/s，空氣密度為0.2265kg/m3，空氣阻力系數(shù)Cx為1.0，Cy為0.8，誘餌質(zhì)量為1kg。積分得：

橫向距離差為

圖5 誘餌與載機(jī)的總距離z隨時(shí)間的變化關(guān)系

干擾效能分析

光纖儲頻的信號存儲方式可分為三種：全脈沖儲頻、示樣脈沖儲頻和準(zhǔn)示樣脈沖儲頻。

全脈沖儲頻方式是當(dāng)輸入信號脈沖寬度小于儲頻電路的最大可儲頻信號長度時(shí)，儲頻電路將輸入信號的所有信息完整的儲頻下來，可以達(dá)到輸入與輸出直接的頻率誤差接近為零，保證輸入與輸出信號之間的相干性。但是全脈沖儲頻方式在建立儲頻階段，需要覆蓋輸入雷達(dá)信號的最大脈寬，因此其所需的儲頻時(shí)間非常長，在希望及時(shí)發(fā)射干擾信號時(shí)，很難做到收發(fā)隔離。

圖6 示樣及準(zhǔn)示樣儲頻模式圖

示樣脈沖儲頻方式是當(dāng)存在雷達(dá)信號輸入時(shí)，系統(tǒng)對其進(jìn)行截取一段并儲存的儲頻方式。由于對輸入信號進(jìn)行了截取，因此用于存儲的信號長度較短，但是由于截取得到的信號寬度很難做到同輸入信號周期成整倍關(guān)系，所以被截取的脈沖首尾相位很難連續(xù)，這將造成系統(tǒng)輸出產(chǎn)生相位差。另外，示樣脈沖儲頻方式往往只能用于頻率恒定的信號，當(dāng)輸入信號是調(diào)制過的信號(如線性調(diào)頻信號或相位編碼信號等) 時(shí)，截取得到的信號會丟失一部分原信號的調(diào)制信息，此時(shí)儲頻電路輸出的信號同原雷達(dá)信號有較大差別，敵方雷達(dá)很容易識別出干擾信號。

準(zhǔn)示樣儲頻方式是通過對輸入信號的間歇采樣及間歇發(fā)射信號，有效地避免了全脈沖儲頻中收發(fā)無法隔離的問題。儲頻電路接收信號時(shí)，將設(shè)備的發(fā)射端斷開，接收天線同儲頻電路相連，這樣可以有效地避免發(fā)射端的旁路對接收信號的影響；當(dāng)電路發(fā)射時(shí)，將設(shè)備的發(fā)射端同接收天線相連，并與儲頻電路斷開，防止高功率的發(fā)射信號對儲頻信號產(chǎn)生影響。光纖儲頻在使用這種方式時(shí)，將儲存幾段時(shí)間內(nèi)的輸入信號，提高了儲頻信號及后期的干擾信號同接收到的敵方雷達(dá)信號的相干性，而且可以通過調(diào)節(jié)矩形窗的寬度來控制每次的采樣時(shí)間，來保證儲頻信號可以獲得較小的延遲時(shí)間。

圖7 雷達(dá)脈沖壓縮結(jié)果和干擾信號壓縮結(jié)果

圖8 雷達(dá)信號與干擾信號疊加后的脈壓結(jié)果

拋投式有源誘餌采用以儲頻為核心的相參干擾技術(shù)，通過對雷達(dá)信號的接收、儲頻、調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)，對雷達(dá)形成有源欺騙干擾。信號儲頻調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)效果仿真分析如圖7和圖8所示。

結(jié)束語

拋投式有源誘餌是一種先進(jìn)的雷達(dá)對抗手段，成本低、體積小，可在箔條彈的位置進(jìn)行原位替換，對載機(jī)平臺的改裝簡單，可迅速形成干擾能力，有效破壞導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭對無人機(jī)的穩(wěn)定跟蹤，大幅度提高無人機(jī)的戰(zhàn)場生存力。