杜 勇 解 禹 磨國瑞

(1.西安電子工程研究所 西安 710100 2.中國北方工業(yè)有限公司 北京 100053)

0 引言

作為現(xiàn)代海戰(zhàn)的主要進攻武器，反艦導(dǎo)彈能對海上各類高價值目標(biāo)進行有效打擊，實戰(zhàn)表明，反艦導(dǎo)彈是一種高效費比的進攻武器，是決定海上作戰(zhàn)成敗的關(guān)鍵武器系統(tǒng)之一。

雷達導(dǎo)引頭以其“打了不管”以及全天候、全天時優(yōu)勢，已在多款反艦導(dǎo)彈上得到實戰(zhàn)應(yīng)用。而現(xiàn)代電子技術(shù)的進步，衍生的針對雷達的干擾手段也日趨完備，雷達導(dǎo)引頭所面臨的電磁環(huán)境也日趨惡劣。尤其是在反艦作戰(zhàn)中，艦上有較大的空間布置大量的電子戰(zhàn)設(shè)備，更容易集成部署并同時釋放多種類干擾樣式，這也對導(dǎo)引頭的抗干擾能力提出了更高的要求。

本文結(jié)合反艦雷達導(dǎo)引頭的工作流程，針對末制導(dǎo)階段導(dǎo)引頭所面臨的欺騙式拖引干擾開展分析，設(shè)計開發(fā)了抗干擾算法，并在某導(dǎo)引頭原理樣機上，借用干擾設(shè)備進行了干擾對抗試驗，試驗驗證了算法的有效性。

1 基于DRFM技術(shù)的欺騙干擾產(chǎn)生機理[1-2]

雷達有源欺騙干擾，主要是采用假目標(biāo)作用于雷達系統(tǒng)，使系統(tǒng)不能獲取正確的目標(biāo)參數(shù)信息，達到迷惑和擾亂雷達檢測、跟蹤目標(biāo)的目的。干擾機主要采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)(DRFM)架構(gòu)，干擾信號的產(chǎn)生主要依賴于偵查引導(dǎo)系統(tǒng)截獲的雷達信號，通過對雷達信號進行幅度、時延或頻率調(diào)制形成假目標(biāo)，使雷達跟蹤系統(tǒng)偏離真實目標(biāo)而達到干擾的效果。轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號與真實目標(biāo)回波信號在時域、頻域上具有高度的相似性。

圖1為單通道DRFM干擾機的一般組成框圖，包括上、下變頻模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、本振、控制單元和功放電路等模塊。DRFM工程實現(xiàn)形式主要有單通道、IQ雙通道和信道化三種方案，具體實現(xiàn)形式根據(jù)需求來確定，本文就不展開敘述。

圖1 單通道DRFM干擾機組成框圖

2 欺騙式干擾過程分析[3]

目前常用的欺騙干擾方式有距離拖引、速度拖引、距離速度同步拖引，干擾信號一般按照停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期四個階段周期釋放，對雷達系統(tǒng)實施循環(huán)不間斷干擾。四個階段拖引算法原理為

(1)

其中，Tf為假目標(biāo)，T為實際目標(biāo)，Vf為拖引速度或距離，Vfmax為最大拖引速度或距離，t1為起始時間，t2為拖引時間，t3為保持時間，t4為關(guān)閉時間。

干擾機在各階段，執(zhí)行各不相同的任務(wù)。在停拖期，干擾機捕獲并解譯雷達發(fā)射信號，對信號幅度進行調(diào)制后直接轉(zhuǎn)發(fā)；拖引期則是根據(jù)拖引類型，對信號進行距離、速度及幅度調(diào)制，使干擾信號與目標(biāo)回波逐漸分離達到干擾的目的；保持期則是在干擾信號達到系統(tǒng)設(shè)定的最大拖引參數(shù)時，干擾信號持續(xù)發(fā)送一段時間；關(guān)閉器則是干擾機停止工作，完成本周期的干擾。

圖2 欺騙式拖引干擾工作過程

3 抗干擾策略分析與設(shè)計

從欺騙式拖引干擾的工作機理不難看出，雷達導(dǎo)引頭必須在“拖引期”準(zhǔn)確識別出干擾類型，在進入“保持期”之前采取相應(yīng)的抗干擾措施，才能有效應(yīng)對欺騙干擾。結(jié)合雷達導(dǎo)引頭實際的工作流程，整個抗干擾過程可分為干擾識別和抗干擾跟蹤兩個階段。

3.1 干擾識別

拖引速度的快慢，將直接影響干擾的效果。拖引速度過慢，真假目標(biāo)始終在同一跟蹤波門內(nèi)，假目標(biāo)消失后，導(dǎo)引頭依然能檢測并跟蹤目標(biāo)，達不到干擾的目的。拖引速度過快，干擾效果明顯，但也為識別干擾類型提供了線索。

綜合考慮海面艦船目標(biāo)的運動特性、機動特性，通過監(jiān)測導(dǎo)彈飛行速度、雷達導(dǎo)引頭實時輸出的彈目距離及距離變化率、回波多普勒頻率等信息，可以準(zhǔn)確判斷導(dǎo)引頭是否受到干擾。

1)通過比對彈目相對速度與彈體飛行速度，判定距離維是否受到拖引干擾。

彈目相對運動速度VT與彈體飛行速度VM之差，即為艦船機動速度。而受限于艦船特性及作戰(zhàn)使用情況，根據(jù)海面艦船的排水量，其最大運動速度Vmax是可以預(yù)期的。因此，當(dāng)彈體飛行速度與彈目相對速度明顯或遠遠大于Vmax時，可判定距離維受到拖引干擾。

彈目相對運動速度可以通過對彈目距離進行濾波得到，而彈體飛行速度則可以利用彈上慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解算得到，當(dāng)二者滿足式(2)關(guān)系時，可初步判定當(dāng)前幀“目標(biāo)”運動速度異常。

|VT-VM|>(1.2～1.5)×Vmax

(2)

為保證判定的可靠性，可連續(xù)進行多幀處理，采取N/M準(zhǔn)則(即連續(xù)M幀數(shù)據(jù)，N幀異常)進行最終判定。

2)通過多普勒頻率的監(jiān)測，判定速度維是否受到拖引干擾。

雷達導(dǎo)引頭末制導(dǎo)目標(biāo)跟蹤階段，系統(tǒng)無法直接輸出目標(biāo)多普勒頻率，而是通過運動目標(biāo)檢測MTD，實時輸出能體現(xiàn)目標(biāo)運動的多普勒通道號dpl?？紤]艦船目標(biāo)的機動特性(主要是加速能力)，其速度變化量不可能在毫秒時間內(nèi)發(fā)生較大變化。因此，可以通過對dpl的短時平滑監(jiān)測，來判定速度維是否受到干擾。為保證判定的可靠性，可連續(xù)進行多幀處理，采取N/M準(zhǔn)則(即連續(xù)M幀數(shù)據(jù)，N幀異常)進行最終判定。

根據(jù)上述判據(jù)，可以判定所受到的拖引干擾類型：若距離維異常，則可判定系統(tǒng)受到距離拖引干擾；若速度維監(jiān)測異常，可判定為受到距離拖引干擾；若距離、速度維均異常，則可判定為受到距離-速度聯(lián)合拖引。

3.2 抗干擾策略設(shè)計

在受到干擾時，假目標(biāo)通過欺騙跟蹤系統(tǒng)，快速移動后關(guān)停，導(dǎo)致跟蹤丟失，因此，抗干擾策略設(shè)計的核心在于如何調(diào)整波門移動方式，保證干擾信號關(guān)停后，跟蹤系統(tǒng)能再次捕獲真實目標(biāo)。

無干擾跟蹤模式下，跟蹤波門按彈目距離進行實時調(diào)整，波門移動速度為彈目相對運動速度。但由于干擾釋放的不確定性，以及干擾識別的滯后性，抗干擾策略啟動時，系統(tǒng)實質(zhì)上已受到干擾，所測量獲取的彈目距離、彈目相對運動速度實際是彈體相對干擾假目標(biāo)的距離、速度。因此，退而求其次，跟蹤波門可以按導(dǎo)彈飛行速度進行調(diào)整，以保證波門移動速度小于干擾移動速度。另外，考慮到艦船機動的不確定性，在設(shè)計抗干擾跟蹤流程時，跟蹤波門較正常跟蹤時的波門，可以適當(dāng)放大。

如圖3所示，本文設(shè)計了以“按彈速遞推跟蹤波門”為核心的抗干擾策略。

圖3 抗干擾算法示意圖

如圖3(a)在停拖期，干擾機釋放假目標(biāo)，并與真實目標(biāo)回波在時域、頻域高度重合，雷達跟蹤系統(tǒng)在此時跟蹤目標(biāo)由真實目標(biāo)切換至干擾假目標(biāo)。

如圖3(b)在拖引期1，雷達導(dǎo)引頭在快速識別干擾，調(diào)整跟蹤波門按彈體飛行速度進行遞推，短時間內(nèi)，跟蹤系統(tǒng)跟蹤的目標(biāo)依然為干擾假目標(biāo)。

如圖3(c)在拖引期2，干擾假目標(biāo)快速移動，而跟蹤波門按導(dǎo)彈飛行速度進行遞推，遞推速度遠低于假目標(biāo)運動速度，假目標(biāo)信號會迅速脫離波門。假目標(biāo)脫離波門后，跟蹤系統(tǒng)在波門內(nèi)重新進行目標(biāo)匹配，重新捕獲真實目標(biāo)。在短暫的干擾識別后，跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為正常跟蹤，波門彈目相對運動速度進行遞推調(diào)整。

如圖3(d)、圖3(e)在保持期、關(guān)閉期，雷達導(dǎo)引頭處于正常跟蹤狀態(tài)，干擾信號處于跟蹤波門之外，無法起到干擾效果。

根據(jù)上述分析，本文設(shè)計如下策略，來應(yīng)對欺騙式拖引干擾對雷達導(dǎo)引頭工作的影響。

1)總體思路：末制導(dǎo)跟蹤全過程，實時監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)(包括彈體飛行速度、彈目相對運動速度、目標(biāo)多普勒通道等)，按設(shè)定策略與門限快速識別出拖引干擾。欺騙式干擾釋放期間，雷達導(dǎo)引頭跟蹤波門按彈速遞推，假目標(biāo)運動出波門后，恢復(fù)至正常跟蹤狀態(tài)，跟蹤波門按彈目距離進行遞推。

2)干擾判決：雷達彈目相對速度(彈目距離濾波得到)與彈體飛行速度之差超過設(shè)定閾值；雷達多普勒通道號在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大變化。

3)抗干擾設(shè)計：判定雷達受到欺騙干擾后，改變距離波門調(diào)整方式，由原來的按跟蹤目標(biāo)進行調(diào)整，更改為按彈目速度進行調(diào)整，以期讓假目標(biāo)快速脫離檢測波門，通過記憶跟蹤再次檢測真實目標(biāo)；干擾消失后，恢復(fù)按跟蹤目標(biāo)信息進行波門調(diào)整。

4 試驗驗證

按照前文分析及所設(shè)計的抗欺騙干擾策略，作者利用某雷達導(dǎo)引頭，使用干擾模擬設(shè)備開展了相關(guān)的驗證試驗。干擾模擬設(shè)備采用雙通道分別模擬目標(biāo)回波和欺騙干擾，并在末端通過功率合成方式，射頻輻射輸出。

如圖4所示，不采取任何抗干擾措施，目標(biāo)從30 km處以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離拖引欺騙干擾，目標(biāo)跟蹤會周期性丟失。

圖4 距離拖引干擾下動目標(biāo)跟蹤曲線(無抗干擾算法)

如圖5所示，目標(biāo)從30 km開始以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期時間分配分別為2 s、6 s、2 s、2 s，拖引距離為0.6 km，等效相對拖引速度為100 m/s。

圖5 距離拖引干擾下運動目標(biāo)跟蹤曲線(加抗干擾算法)

如圖6所示，目標(biāo)從40 km開始以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離-速度聯(lián)合拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期時間分配分別為2 s、10 s、2 s、2 s，拖引距離為1.5 km，等效相對拖引速度為150 m/s。

圖6 距離-速度聯(lián)合拖引干擾下運動目標(biāo)跟蹤曲線(加抗干擾算法)

采取抗干擾措施后，整個過程中雷達導(dǎo)引頭未出現(xiàn)跟蹤丟失現(xiàn)象，且工作狀態(tài)的切換符合預(yù)期設(shè)計。

從距離跟蹤曲線看，干擾釋放后，會出現(xiàn)短時被拖引現(xiàn)象，在這段時間內(nèi)，雷達導(dǎo)引頭根據(jù)系統(tǒng)各項參數(shù)變化，準(zhǔn)確識別出干擾，進而啟用抗干擾算法，避免一直跟蹤假目標(biāo)。而當(dāng)假目標(biāo)運動出檢測波門后，雷達導(dǎo)引頭能迅速重新捕獲真實目標(biāo)。另外，由以上各圖跟蹤目標(biāo)幅度變化，也可以推算出干擾機釋放干擾和目標(biāo)的干信比。

5 結(jié)束語

電子戰(zhàn)領(lǐng)域，干擾與抗干擾是一對永恒的矛盾，在資源充足的前提下，沒有對抗不了的干擾。本文所提出的抗干擾算法，主要針對反艦雷達導(dǎo)引頭末制導(dǎo)跟蹤階段，利用彈體飛行速度進行波門遞推，通過記憶跟蹤模式進行目標(biāo)二次捕獲，該算法能一定程度上對抗欺騙式拖引干擾，保證目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性。