姚 旺，叢彥超，孔志杰，趙曉寧，周國峰

(中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100076)

0 引言

反艦導(dǎo)彈是現(xiàn)代海戰(zhàn)場的主要作戰(zhàn)武器，雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)是反艦導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)精確打擊的關(guān)鍵與核心，雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)雖然具有作用距離遠(yuǎn)、全天候使用的優(yōu)點(diǎn)，但是會受到海面、氣象、陸地等自然條件產(chǎn)生的干擾，還將受到目標(biāo)艦船施放的有源、無源等各項(xiàng)電子干擾。現(xiàn)代艦船編隊(duì)具有強(qiáng)大的電子對抗能力，例如美國、歐洲的艦船電子對抗系統(tǒng)就包括MK36(SRBOC)艦載箔條/紅外干擾彈發(fā)射系統(tǒng)、AN/SLQ-32電子戰(zhàn)系統(tǒng)、AN/SLQ-29組合式電子戰(zhàn)系統(tǒng)、NULKA舷外有源誘餌等，能夠發(fā)射箔條干擾彈、紅外干擾彈和箔條/紅外復(fù)合干擾彈，可以針對各類雷達(dá)釋放有源壓制干擾和欺騙干擾、釋放舷外有源誘餌、進(jìn)行多種假目標(biāo)組合干擾。這些多源、復(fù)雜電磁干擾環(huán)境可導(dǎo)致反艦導(dǎo)彈雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)辨不明、找不準(zhǔn)，嚴(yán)重影響雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)的精確制導(dǎo)能力。隨著電子對抗技術(shù)的不斷進(jìn)步、作戰(zhàn)樣式的不斷豐富，海戰(zhàn)場電磁環(huán)境越來越惡劣，雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)對于海戰(zhàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力已成為精確制導(dǎo)領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù)，抗干擾技術(shù)是雷達(dá)末制導(dǎo)領(lǐng)域后續(xù)的重要研究方向[1-2]。

1 國外抗干擾技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國通過一系列專項(xiàng)研究計(jì)劃以推動(dòng)雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展，例如“微波/毫米波集成電路計(jì)劃”、“高靈敏度雷達(dá)計(jì)劃”等。其中E-3預(yù)警機(jī)裝備的S頻段AN/APY-2雷達(dá)應(yīng)用脈沖多普勒體制，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的全方位探測，為進(jìn)一步提升雷達(dá)的抗干擾能力，該雷達(dá)還應(yīng)用的高脈沖重復(fù)頻率、低副瓣增益天線等技術(shù)；RADAC極化跟蹤雷達(dá)應(yīng)用虛擬極化處理技術(shù)，具備極化抗干擾功能；法國TRS-2140雷達(dá)應(yīng)用全相參體制、數(shù)字波束形成、接變頻等技術(shù)，大大提升了雷達(dá)適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的能力。

隨著大規(guī)模集成電路與多源信息融合技術(shù)的發(fā)展，將多種模式導(dǎo)引頭一體化設(shè)計(jì)，利用多模復(fù)合末制導(dǎo)已經(jīng)成為抗干擾技術(shù)的重要研究方向，例如：俄羅斯蚊式掠海反艦導(dǎo)彈采用主被動(dòng)雷達(dá)復(fù)合導(dǎo)引頭、瑞典RBS15MK3遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈采用主動(dòng)雷達(dá)紅外成像復(fù)合導(dǎo)引頭，該類復(fù)合導(dǎo)引頭同時(shí)具備兩種以上末制導(dǎo)模式的優(yōu)點(diǎn)，可有效規(guī)避單一末制導(dǎo)模式的局限，顯著提升了末制導(dǎo)系統(tǒng)的抗干擾能力[3]。

2 海戰(zhàn)場環(huán)境典型干擾及應(yīng)對措施

2.1 海雜波干擾

2.1.1 干擾樣式

雷達(dá)在探測海面大型目標(biāo)時(shí)，所接收到的回波信號將同時(shí)存在海雜波。通常在高海況情況下，雷達(dá)導(dǎo)引頭能探測到目標(biāo)的最大距離(作用距離)主要受到海雜波強(qiáng)度的影響。另外，雷達(dá)導(dǎo)引頭工作頻率、極化形式、導(dǎo)引頭與目標(biāo)間的相對位置也對雜波強(qiáng)度有一定影響[4-7]。

海雜波歸一化后向散射系數(shù)隨著雷達(dá)波束擦海角和海情不同而不同，海情越小，海雜波歸一化后向散射系數(shù)越小，當(dāng)擦海角小于一定角度時(shí)，海雜波歸一化后向散射系數(shù)會急速下降，當(dāng)入射角大于70°后，海雜波歸一化后向散射系數(shù)會急劇增加(如圖1所示)，此外隨著海情增加海雜波歸一化后向散射系數(shù)也會增加，從而影響到回波信雜波。

圖1 不同海情下海雜波歸一化RCS曲線

2.1.2 對抗措施

實(shí)測海雜波數(shù)據(jù)表明，海雜波多呈現(xiàn)非高斯分布，因此在強(qiáng)海雜波背景下，可采用自適應(yīng)匹配濾波的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的檢測，具體算法如下。

首先對于海雜波向量的協(xié)方差進(jìn)行估計(jì)：

式中,rn表示檢測單元r附近的N個(gè)參考單元接收的回波幅度。

之后開展雜波白化和多普勒導(dǎo)向矢量變化：

式中，pd為多普勒導(dǎo)向矢量，pd=[1,exp(j2πfdTr)，…,exp(j2(P-1)πfdTr)]Γ，多普勒頻率fd∈[-1/(2Tr)，1/(2Tr)]。

由此得到檢測樣本為:

由于目標(biāo)回波與海雜波的相位特征有顯著區(qū)別，目標(biāo)回波相位變化具有線性規(guī)律，而海雜波相位無線性特征，可以據(jù)此特征將目標(biāo)與海雜波有效的區(qū)分開，在海雜波干擾下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可靠檢測。

2.2 抗有源壓制干擾

2.2.1 干擾樣式

噪聲壓制干擾的工作原理是通過釋放大功率噪聲實(shí)現(xiàn)對于目標(biāo)回波的壓制與覆蓋，顯著降低雷達(dá)接收機(jī)的信噪比，使得雷達(dá)系統(tǒng)在強(qiáng)噪聲背景下無法有效進(jìn)行目標(biāo)檢測。典型的有源壓制干擾裝備有美軍的EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)上裝備的AN/ALQ-99F大功率壓制干擾系統(tǒng)。該系統(tǒng)由5個(gè)外掛吊艙組成，每個(gè)干擾吊艙內(nèi)裝有2部超大功率干擾發(fā)射機(jī)、1部跟蹤接收機(jī)及其配套的天線和1部用于供電的沖壓渦輪發(fā)電機(jī)。機(jī)內(nèi)其他設(shè)備包括數(shù)字計(jì)算機(jī)和顯示器以及由2名操作員操作的控制設(shè)備等。

圖2 AN/ALQ-99大功率壓制干擾系統(tǒng)

根據(jù)干擾信號中心頻率fJ、干擾信號帶寬BJ與雷達(dá)導(dǎo)引頭中心頻率f0、接收機(jī)帶寬Br的相對關(guān)系，有源壓制干擾可分為瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾：

瞄準(zhǔn)式：fJ≈f0，BJ=(2～5)Br

掃頻式：BJ=(2～5)Br,f0=fJ(t),t∈[0,T]

實(shí)際戰(zhàn)場環(huán)境中干擾機(jī)可根據(jù)實(shí)際需求對以上3種干擾進(jìn)行組合使用[8-10]。

2.2.2 對抗措施

1)使用捷變頻技術(shù)可以有效的對抗有源噪聲干擾，特別是瞄準(zhǔn)式窄帶干擾。捷變頻雷達(dá)的發(fā)射頻率是隨機(jī)跳變的，這種隨機(jī)變化對于偵察干擾機(jī)來說是一種負(fù)擔(dān)，若無法實(shí)時(shí)的檢測出當(dāng)前信號的頻點(diǎn)并實(shí)施干擾，則無法對導(dǎo)引頭進(jìn)行有效的干擾。

當(dāng)系統(tǒng)采用捷變頻時(shí)，變頻時(shí)間間隔為5～10 ms，一般來說偵察系統(tǒng)無法在如此短的時(shí)間內(nèi)作出正確的反應(yīng)，則當(dāng)其產(chǎn)生干擾信號時(shí)，雷達(dá)導(dǎo)引頭已經(jīng)工作在下一個(gè)頻點(diǎn)上，則此干擾機(jī)根本無法干擾頻率捷變雷達(dá)。即使偵察干擾機(jī)能測出并引導(dǎo)干擾頻率，則此干擾機(jī)也只能掩蓋比自己遠(yuǎn)的雷達(dá)目標(biāo)，而無法掩護(hù)干擾機(jī)的載艦，因?yàn)橄乱粋€(gè)發(fā)射脈沖的頻率又將改變，干擾機(jī)只有在測出新的雷達(dá)頻率后才能再次釋放干擾。

2)當(dāng)雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)確認(rèn)受到噪聲壓制干擾時(shí)，則導(dǎo)引頭可放棄目標(biāo)距離跟蹤，針對噪聲干擾信號進(jìn)行角度跟蹤。試驗(yàn)表明強(qiáng)噪聲下，對噪聲干擾進(jìn)行角度跟蹤性能較好，導(dǎo)引頭提供目標(biāo)角速度信息，距離信息為預(yù)測信息。

2.3 抗箔條干擾

2.3.1 擾樣式

箔條干擾是一種典型的舷外無源干擾，通常由鋁箔條或涂覆金屬的纖維組成，艦船可以通過發(fā)射箔條彈以形成大面積的箔條云，以掩蓋艦船目標(biāo)或形成大面積假目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對于雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)的干擾。箔條干擾成本低廉、制作簡單，在防空、反艦、反導(dǎo)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。箔條干擾一般采用兩種作戰(zhàn)方式：沖淡干擾方式和質(zhì)心干擾方式[11-13]。

圖3 艦船發(fā)射箔條彈

1)沖淡干擾:當(dāng)艦船偵查到來襲導(dǎo)彈后，向距離艦船較遠(yuǎn)的位置發(fā)射箔條彈，形成多個(gè)假目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對于真實(shí)艦船目標(biāo)的“沖淡效果”，反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭開機(jī)后將發(fā)現(xiàn)多個(gè)假目標(biāo)，降低雷達(dá)跟蹤真實(shí)艦船目標(biāo)的概率。

2)質(zhì)心干擾:當(dāng)雷達(dá)導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤艦船目標(biāo)后，艦船在較近的位置發(fā)射箔條彈，使得目標(biāo)與箔條同時(shí)位于雷達(dá)導(dǎo)引頭的跟蹤波門內(nèi)，此時(shí)艦船向箔條運(yùn)動(dòng)的反方向運(yùn)動(dòng)，由于箔條回波強(qiáng)于真實(shí)目標(biāo)，雷達(dá)導(dǎo)引頭將跟蹤箔條假目標(biāo)，使得艦船可以擺脫雷達(dá)導(dǎo)引頭的跟蹤狀態(tài)。

2.3.2 對抗措施

1)抗沖淡干擾:沖淡式箔條彈爆破后擴(kuò)散面積不是很大，在一定區(qū)域內(nèi)集中散布，從雷達(dá)導(dǎo)引頭的角度來說，相當(dāng)于海面上出現(xiàn)了額外的強(qiáng)目標(biāo)，可誘騙雷達(dá)導(dǎo)引頭捕捉箔條，保護(hù)艦船的安全，通常來說沖淡箔條的回波強(qiáng)度較強(qiáng)，且箔條云不會彌散在整個(gè)天線波束內(nèi)，箔條的后向散射截面積與艦船的后向散射截面積相當(dāng)，在距離維度上，可以看作是一個(gè)具有擴(kuò)散特性的目標(biāo)存在。

為了在搜索階段有效的對抗箔條干擾，可采用增加雷達(dá)導(dǎo)引頭的多普勒分辨率的技術(shù)手段，利用箔條多普勒擴(kuò)散特性對目標(biāo)進(jìn)行識別，一般來說在有風(fēng)的情況下，箔條多普勒擴(kuò)散呈現(xiàn)高斯形狀的分布，多普勒均值接近當(dāng)前的風(fēng)速，圖4給出了實(shí)測的箔條與艦船的距離與速度譜，從圖中可以看到箔條在兩個(gè)維度的擴(kuò)散明顯大于艦船，從該特性上可以將沖淡箔條加以區(qū)分，而選擇艦船目標(biāo)。通過試驗(yàn)分析，利用該特性區(qū)別箔條和艦船的概率可以達(dá)到70%以上。

圖4 實(shí)測箔條與艦船回波譜

2)抗質(zhì)心干擾:為對抗質(zhì)心干擾，當(dāng)雷達(dá)導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)后，可以天線軸線為中心建立左右兩個(gè)角度波門，獲取目標(biāo)左右角偏差，對其融合處理輸出天線運(yùn)動(dòng)角誤差信號。

假設(shè)由單脈沖測角得到的角度為θi，i=1，2,…,N,N為測量值數(shù)目，角度波門寬度為θw，則左右波門的角度測量為：

通過融合處理分別輸出左右角偏差：

θL=f(θi)，θi∈ΩL

θR=f(θi)，θi∈ΩR

對偏差進(jìn)行融合處理：

2.4 抗艦載欺騙干擾

2.4.1 干擾樣式

欺騙干擾是一種艦船自防御技術(shù)，包括距離假目標(biāo)和距離拖引干擾。干擾機(jī)通過捕獲彈載末制導(dǎo)主動(dòng)雷達(dá)的距離跟蹤波門，產(chǎn)生一個(gè)最初和目標(biāo)真實(shí)回波脈沖相重疊的虛假脈沖，而且該虛假脈沖功率強(qiáng)于真實(shí)回波脈沖，隨后，干擾機(jī)逐漸移動(dòng)該虛假脈沖，把距離波門從真實(shí)目標(biāo)距離上拖引開，然后停止拖引，致使末制導(dǎo)雷達(dá)丟失目標(biāo)，以此來干擾雷達(dá)的正常工作。圖5為當(dāng)前美軍裝備在大部分驅(qū)逐艦上的最先進(jìn)的AN/SLQ-32(V)艦載電子干擾系統(tǒng)[14-16]。

圖5 AN/SLQ-32(V)系統(tǒng)

2.4.2 對抗措施

對抗欺騙干擾主要可以使用以下幾種策略：

1)采用重頻與載頻同時(shí)捷變頻技術(shù)，使得距離拖引信號只能向遠(yuǎn)距拖引，干擾系統(tǒng)無法預(yù)知雷達(dá)導(dǎo)引頭將要使用的重頻或載頻，為了保證干擾的有效性，只能產(chǎn)生距離上大于目標(biāo)真實(shí)距離的假目標(biāo)回波，因此拖引只能向遠(yuǎn)處拖引。實(shí)際情況中導(dǎo)彈始終是向目標(biāo)接近的，可以將距離變遠(yuǎn)的信號判決為干擾信號，直接舍去。

2)應(yīng)用雙波門跟蹤法，其工作原理為：導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)時(shí)目標(biāo)速度的變化范圍有限，因此當(dāng)跟蹤波門速度超限時(shí)可判定受到欺騙干擾；當(dāng)系統(tǒng)無干擾時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與跟蹤波門移動(dòng)速度一致的模擬波門，當(dāng)判定系統(tǒng)受到干擾后立即放棄真實(shí)波門而采用模擬波門；當(dāng)判斷干擾消失后則繼續(xù)使用真實(shí)波門，采用此方法可以有效對抗欺騙干擾。

2.5 抗舷外有源干擾

2.5.1 干擾樣式

舷外有源干擾主要為舷外應(yīng)答式干擾，用于導(dǎo)引頭的跟蹤階段，根據(jù)偵測到的雷達(dá)導(dǎo)引頭的發(fā)射信號，進(jìn)行波形存儲與轉(zhuǎn)發(fā)；也可以模擬輻射源工作，對被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭形成假目標(biāo)。圖6為“納爾卡”(Nulka)誘餌彈，是美、澳聯(lián)合開發(fā)的一種有源雷達(dá)誘餌系統(tǒng)，能有效地全天候保護(hù)海軍艦艇對抗反艦導(dǎo)彈。該系統(tǒng)可用作艦艇多層防御系統(tǒng)的一部分，也可作為獨(dú)立系統(tǒng)部署[17-20]。

圖6 納爾卡誘餌彈

2.5.2 對抗措施

對抗舷外有源欺騙式干擾可采用空域抗干擾方法，假設(shè)導(dǎo)引頭由N個(gè)子陣天線組成，天線接收數(shù)據(jù)中包含干擾、信號和噪聲，N個(gè)子陣在t時(shí)刻接收到的信號數(shù)據(jù)矢量為：

式中，x(t)為天線接收到的N×1維數(shù)據(jù)矢量，S(t)為接收到的干擾和目標(biāo)回波信號，f(θ,φ)為天線方向圖，n(t)為N×1維噪聲矢量；αR,sub和αT,sub分別為目標(biāo)回波信號N×1維接收矢量和發(fā)射矢量。

對上式協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解：

式中,Us表示前K個(gè)特征值對應(yīng)的特征矢量構(gòu)成的干擾或信號子空間矩陣，Λv表示剩余N-K個(gè)特征值構(gòu)成的對角陣，Uv由剩余的N-K個(gè)特征值對應(yīng)的特征矢量構(gòu)成的噪聲子空間陣。

構(gòu)造空間譜函數(shù)為：

分別在方位向進(jìn)行0～360°、俯仰向進(jìn)行0～90°上進(jìn)行譜峰搜索，將P(θ,φ)的峰值作為干擾或目標(biāo)的角度估計(jì)值，剔除干擾信息，實(shí)現(xiàn)抗舷外干擾的效果。

3 結(jié)束語

海戰(zhàn)場環(huán)境中存在的復(fù)雜自然干擾與人為電磁干擾對反艦導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo)提出了極大的挑戰(zhàn)。本文基于國外先進(jìn)雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，針對性的分析了海雜波、有源壓制干擾、箔條干擾、艦載欺騙干擾、舷外有源干擾等多種干擾特性，并提出了相應(yīng)的對抗措施，可以一定程度上提升反艦導(dǎo)彈雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)的抗干擾能力，對于反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的工程指導(dǎo)意義。