董二娃, 郝新紅, 閆曉鵬, 于洪海

(北京理工大學(xué) 機(jī)電動(dòng)態(tài)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜,電子干擾與抗干擾已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的基本作戰(zhàn)手段。引信作為各種彈藥終端毀傷效能的控制系統(tǒng),在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中越發(fā)顯示出其重要地位[1]。面對(duì)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境以及抗干擾能力不斷提高的無(wú)線電引信,高性能的引信干擾機(jī)能夠大幅度降低彈藥毀傷威力,提高我軍戰(zhàn)場(chǎng)生存能力[1],是對(duì)付這類終端威脅的有效手段。

超寬帶引信發(fā)射信號(hào)為極窄脈沖,相對(duì)帶寬較大,發(fā)射信號(hào)的功率較低。引信具有高分辨率、良好的目標(biāo)識(shí)別能力以及強(qiáng)抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)[2-5]。另一方面,由于超寬帶引信接收機(jī)的頻帶很寬,不同頻率的干擾容易進(jìn)入引信接收機(jī)中,對(duì)引信的精確定距性能造成一定的干擾。隨著超寬帶引信技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外相關(guān)公司已將超寬帶引信應(yīng)用到相關(guān)裝備上。如美國(guó)時(shí)域公司在第49屆引信年會(huì)上,介紹了一種槍榴彈超寬帶引信。

引信干擾機(jī)必須具有對(duì)抗新體制引信的能力[6],為有效對(duì)抗超寬帶引信,本文研究了超寬帶引信的干擾機(jī)理,闡明了超寬帶引信敏感干擾波形響應(yīng)特性,揭示了掃頻式干擾對(duì)超寬帶引信的干擾機(jī)理,理論推導(dǎo)了掃頻式干擾信號(hào)作用下引信解析模型,仿真計(jì)算了掃頻正弦波調(diào)幅干擾作用下引信接收機(jī)的相關(guān)器輸出特性,并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文成果對(duì)補(bǔ)充現(xiàn)有引信干擾裝備對(duì)超寬帶引信采取何種干擾策略具有重要意義,為引信干擾機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 超寬帶引信工作原理與解析模型

如圖1所示為超寬帶引信的工作原理圖,脈沖振蕩電路將產(chǎn)生的具有脈位調(diào)制的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)傳送給窄脈沖產(chǎn)生電路,窄脈沖產(chǎn)生電路生成窄脈沖信號(hào)后經(jīng)過(guò)寬帶天線發(fā)射出去。同時(shí),取樣脈沖產(chǎn)生電路對(duì)本地驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)定延遲后,與接收天線的回波信號(hào)進(jìn)行相關(guān)積分處理,根據(jù)處理結(jié)果判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)距離,決定引信輸出起爆信號(hào)。

圖1 超寬帶引信原理框圖Fig.1 Block diagram of UWB radio fuze

超寬帶引信發(fā)出的是一系列無(wú)載波皮秒級(jí)的極窄脈沖信號(hào),具有很寬的頻帶。為降低超寬帶無(wú)線引信發(fā)射時(shí)直流分量的能量,提高信號(hào)發(fā)射效率,發(fā)射信號(hào)一般采用高斯函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)[7-8],發(fā)射的窄脈沖信號(hào)能量集中在1/ΔT的(ΔT為脈沖寬度參數(shù))有效帶寬內(nèi)。圖2所示為高斯信號(hào)各階導(dǎo)數(shù)的頻域圖,可見(jiàn)函數(shù)的階數(shù)越高,其頻譜峰值對(duì)應(yīng)頻率越高。

圖2 高斯信號(hào)各階導(dǎo)數(shù)的頻域圖Fig.2 Normalized spectrogram of Gaussian derivatives

超寬帶引信發(fā)射信號(hào)為高斯函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù),本文中使用高斯函數(shù)的2階導(dǎo)數(shù)作為其發(fā)射信號(hào),圖3所示為發(fā)射信號(hào)時(shí)域波形圖。

圖3 發(fā)射信號(hào)時(shí)域波形圖Fig.3 Time domain waveform of emission signals

高斯函數(shù)的2階導(dǎo)數(shù)表達(dá)式為

(1)

式中:t為時(shí)間變量。幅度譜為

W(f)=2πf2ΔT3e-π(fΔT)2

(2)

式中:f為頻率。

超寬帶引信回波信號(hào)的多普勒頻率為2v/c倍的發(fā)射信號(hào)主要頻率,其中v為彈速,c為光速。本文定義的超寬帶引信信號(hào)處理方式為取樣積分相關(guān)處理,發(fā)射信號(hào)使用隨機(jī)脈位調(diào)制。引信發(fā)射信號(hào)表達(dá)式為

(3)

式中:A為超寬帶引信發(fā)射信號(hào)幅度;i為發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù);N為能量累計(jì)周期個(gè)數(shù);w(t)為發(fā)射的高斯信號(hào);δ(·)為沖激函數(shù);T為引信脈沖重復(fù)周期;Xi為[0,kT]上均勻分布的隨機(jī)變量,k為調(diào)制系數(shù)。

圖4、圖5為發(fā)射信號(hào)加入脈位調(diào)制前后的頻譜圖。由圖4、圖5可知,加入隨機(jī)脈位調(diào)制后引信發(fā)射信號(hào)的頻譜變寬且隨機(jī)性更強(qiáng),提高了超寬帶引信的抗截獲能力,導(dǎo)致干擾機(jī)獲取發(fā)射信號(hào)脈沖周期和脈沖寬度的難度變大,無(wú)法得到發(fā)射信號(hào)的精確參數(shù),降低了干擾的成功率。

圖4 未加調(diào)制的發(fā)射信號(hào)頻譜圖Fig.4 Unmodulated normalized spectrogram of emission signal

圖5 調(diào)制系數(shù)為0.3的發(fā)射信號(hào)頻譜圖Fig.5 Normalized spectrogram of emission signal with a modulation coefficient of 0.3

超寬帶引信的回波信號(hào)為

(4)

平均功率表達(dá)式為

(5)

式中:Tr為每個(gè)積分的周期;E為單個(gè)信號(hào)的能量。

發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲τ0后,取樣信號(hào)輸出sd(t)為

(6)

引信回波信號(hào)與本地延時(shí)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理后輸出表達(dá)式為

(7)

且有

(8)

R為引信與目標(biāo)的距離。當(dāng)R=H時(shí),引信相關(guān)處理器的輸出信號(hào)幅值達(dá)到峰值,此時(shí)輸出功率最大且表達(dá)式為

(9)

式中:Rm(·)為超寬帶相關(guān)檢測(cè)時(shí),輸入與固定延遲信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)。

2 瞄準(zhǔn)式干擾下引信響應(yīng)特性分析

干擾信號(hào)到達(dá)引信接收機(jī)時(shí),干擾信號(hào)會(huì)通過(guò)一個(gè)頻帶寬度為Bw的濾波器,一般Bw為引信信號(hào)的頻帶寬度。相關(guān)器處理增益表征為引信相關(guān)器輸出信干比與輸入信干比的比值,通過(guò)處理增益的大小,評(píng)估不同周期干擾信號(hào)的干擾性能[9-12]。瞄準(zhǔn)式干擾在精確獲得引信信號(hào)頻率后,根據(jù)既定的干擾方式對(duì)引信施加干擾。

當(dāng)干擾信號(hào)為正弦波調(diào)幅干擾時(shí),干擾信號(hào)表示為

j(t)=Aj[1+macos(ωdjt)]·cos(ωjt+φj)

(10)

式中:Aj為正弦波調(diào)幅干擾信號(hào)載波幅值;ma為信號(hào)調(diào)制深度;ωdj為信號(hào)調(diào)制角頻率,有ωdj=2πfd,其中,fd表示引信飛向目標(biāo)時(shí)的多普勒頻率;ωj為載波角頻率,該頻率一般等于引信中心頻率;φj為載波的初始相位。根據(jù)文獻(xiàn)[13],施加正弦波調(diào)幅干擾時(shí),超寬帶引信相關(guān)檢測(cè)的信干比增益為

(11)

式中:SJRin、SJRout分別為相關(guān)檢測(cè)前后的信干比;H(·)為回波信號(hào)的頻譜;fj為干擾信號(hào)頻率;fdj為回波信號(hào)的多普勒頻率。

當(dāng)干擾信號(hào)為正弦波調(diào)頻干擾時(shí),干擾信號(hào)為

j(t)=Ajcos(ωjt+mfsin(ωmt))

(12)

式中:mf為干擾信號(hào)的調(diào)制指數(shù);ωm為干擾信號(hào)的調(diào)制角頻率。

由文獻(xiàn)[13],可得施加正弦波調(diào)頻干擾時(shí),超寬帶引信相關(guān)檢測(cè)的信干比增益為

(13)

當(dāng)干擾信號(hào)為正弦干擾時(shí),干擾信號(hào)為

j(t)=Ajcos(ωjt+φj)

(14)

則正弦干擾下,超寬帶引信相關(guān)檢測(cè)信干比增益為

(15)

綜上所述,表1匯總了不同類型干擾信號(hào)作用下,超寬帶引信相關(guān)檢測(cè)的處理增益表達(dá)式。

表1 不同類型干擾信號(hào)作用下超寬帶引信相關(guān)檢測(cè)的處理增益表達(dá)式

根據(jù)表1可知:當(dāng)干擾信號(hào)的干擾頻率fj等于超寬帶引信本地相關(guān)器延遲信號(hào)的頻譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率時(shí),則H(fj)為最大,此時(shí)相關(guān)檢測(cè)處理增益G為最小值,那么此刻的fj稱為最佳干擾頻率。

3 掃頻式干擾下引信響應(yīng)特性分析

基于第2節(jié)的分析以及超寬帶引信的工作特點(diǎn),一方面在偵測(cè)過(guò)程中很難獲得引信發(fā)射信號(hào)的峰值頻率,當(dāng)干擾信號(hào)的頻率與引信信號(hào)的最佳干擾頻率不相等時(shí),干擾效果會(huì)急劇下降。另一方面引信通常采取了隨機(jī)脈位調(diào)制的抗干擾措施,添加隨機(jī)脈位調(diào)制后,干擾信號(hào)的干擾頻率fj很難與引信發(fā)射信號(hào)的峰值頻率相等,導(dǎo)致實(shí)際干擾效果并不理想,為提高干擾成功率,可以通過(guò)掃頻的方式對(duì)引信施加干擾[14-15]。因?yàn)閽哳l式干擾具有容錯(cuò)性的特點(diǎn),在使用中不需要獲得引信精確參數(shù),只需要通過(guò)合理設(shè)置掃描的點(diǎn)數(shù)即可突破引信相關(guān)接收器,進(jìn)而成功作用在引信上[16-20]。

引信干擾機(jī)對(duì)引信進(jìn)行掃頻式干擾時(shí),掃頻帶寬通常會(huì)覆蓋引信的帶寬,干擾信號(hào)的載頻會(huì)在掃頻帶寬內(nèi)按照一定的速度從最低頻率逐漸變換到最高頻率。假設(shè)干擾機(jī)掃頻式干擾的起始頻率為fj0,終止頻率為fjN,掃頻的步長(zhǎng)為Δfj,則第n個(gè)頻點(diǎn)處的干擾信號(hào)載頻為fjn,掃頻的總點(diǎn)數(shù)為N+1,則有

fjn=fj0+nΔfj,n=0,1,…,N

(16)

掃頻式干擾模式下,引信干擾機(jī)發(fā)射的信號(hào)是離散的,超寬帶引信接收到的干擾信號(hào)為一個(gè)分段函數(shù),其表達(dá)式[14]為

js(t)=(Aj+f(t))cos(2πfjnt+φjn)gn(t)

(17)

采用掃頻式正弦波調(diào)幅干擾信號(hào)干擾超寬帶引信時(shí),根據(jù)取樣積分原理,干擾信號(hào)進(jìn)入引信接收機(jī),在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi),對(duì)回波信號(hào)與本地延遲信號(hào)進(jìn)行積分取樣,相關(guān)積累后信號(hào)表達(dá)式為

(18)

根據(jù)式(18),對(duì)引信施加掃頻式正弦波調(diào)幅干擾時(shí),其本質(zhì)是在引信頻帶范圍內(nèi),在多個(gè)頻點(diǎn)處對(duì)引信施加正弦波調(diào)幅干擾,每個(gè)頻點(diǎn)有一定的駐留時(shí)間。當(dāng)掃頻式干擾參數(shù)設(shè)置合理時(shí),干擾信號(hào)在不同頻率點(diǎn)進(jìn)入相關(guān)器,干擾引信與引信接收機(jī)相關(guān)器的響應(yīng)為每個(gè)頻率點(diǎn)處正弦波調(diào)幅干擾信號(hào)與相關(guān)器的響應(yīng)。不同頻點(diǎn)的響應(yīng)模型與瞄準(zhǔn)式正弦波調(diào)幅干擾的響應(yīng)模型相同。當(dāng)瞄準(zhǔn)式調(diào)幅干擾頻率設(shè)置在最佳干擾頻率時(shí),相同干擾照射時(shí)間內(nèi),掃頻式干擾相關(guān)處理后的信干比大于瞄準(zhǔn)式干擾相關(guān)處理后的信干比。

假設(shè)掃頻式干擾中,某一時(shí)刻,正弦波調(diào)幅干擾信號(hào)工作在第n個(gè)頻點(diǎn),此時(shí)干擾信號(hào)進(jìn)入超寬帶引信相關(guān)器后的輸出信號(hào)的功率為

(19)

當(dāng)干擾信號(hào)能量在積累時(shí)間Tr內(nèi)滿足超寬帶引信處理電路所要求的閾值時(shí),干擾信號(hào)便可成功對(duì)引信施加干擾。

根據(jù)對(duì)掃頻式干擾工作模式的分析,掃頻式干擾的關(guān)鍵參數(shù)包括:掃頻帶寬、駐留時(shí)間以及掃頻點(diǎn)數(shù)。

3.1 掃頻帶寬

引信干擾機(jī)掃頻帶寬通常會(huì)覆蓋引信的帶寬,但是超寬帶引信信號(hào)的頻譜帶寬通常為500 MHz以上,比如美國(guó)時(shí)域公司、Multispectral Solutions公司為彈藥配備的超寬帶引信帶寬均大于2 GHz。根據(jù)第2節(jié)內(nèi)容分析,超寬帶引信的最佳干擾頻點(diǎn)為引信信號(hào)頻譜峰值對(duì)應(yīng)頻率,當(dāng)干擾信號(hào)頻率偏離最佳干擾頻率時(shí),會(huì)造成干擾效果下降。同時(shí)根據(jù)式(19),當(dāng)干擾信號(hào)頻率偏離較大時(shí),當(dāng)干擾帶寬加大時(shí),勢(shì)必造成干擾信號(hào)進(jìn)入超寬帶引信相關(guān)處理器的能量較少,即使在引信帶寬內(nèi),其干擾效果也會(huì)急劇下降。

因此,掃頻式干擾的帶寬不必覆蓋超寬帶引信的帶寬,干擾帶寬應(yīng)以引信峰值頻率為中心,覆蓋引信最佳干擾頻率即可,以此提高干擾效果。

3.2 駐留時(shí)間

掃頻式干擾中一次完整掃頻所需時(shí)間為

tj=Δt(N+1)

(20)

干擾信號(hào)為了有足夠的時(shí)間進(jìn)入引信相關(guān)器中,駐留時(shí)間Δt需要滿足:

Δt≥Tr

(21)

根據(jù)式(18),當(dāng)駐留時(shí)間滿足式(21)時(shí),干擾信號(hào)在頻點(diǎn)fjn與引信積分取樣,相關(guān)積累輸出的值才能達(dá)到最大。

3.3 掃頻點(diǎn)數(shù)

掃頻式干擾的掃頻帶寬、跟駐留時(shí)間確定的條件下,由式(16)與(20)可知掃頻點(diǎn)數(shù)決定了掃頻的步長(zhǎng)與完成一次掃頻花費(fèi)的時(shí)間。此時(shí),掃頻點(diǎn)數(shù)的減少會(huì)增加一定時(shí)間內(nèi)的總體掃頻次數(shù),導(dǎo)致在整個(gè)干擾過(guò)程中,進(jìn)入引信相關(guān)接收器中的能量更多,使得引信更容易啟動(dòng)。

綜上分析可知,對(duì)于超寬帶引信的干擾,調(diào)幅掃頻類的干擾是效果最好的干擾方式。對(duì)于掃頻式干擾參數(shù)的設(shè)置,掃頻帶寬不必覆蓋引信的帶寬,但需要覆蓋引信峰值頻率;掃頻干擾的駐留時(shí)間大于引信相關(guān)累計(jì)周期,通常情況下干擾機(jī)駐留時(shí)間大于1 ms,該值大于引信的積累時(shí)間;掃頻的點(diǎn)數(shù)減少會(huì)增加掃頻次,使得進(jìn)入引信的干擾能量更大,引信更容易被干擾。

4 仿真與討論

根據(jù)上述的理論分析,基于MATLAB軟件建立超寬帶引信和不同干擾樣式的模型,仿真分析噪聲、正弦波調(diào)幅、正弦波調(diào)頻以及掃頻式干擾對(duì)引信的干擾效果。針對(duì)掃頻式干擾設(shè)置不同的掃頻參數(shù),對(duì)干擾效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

超寬帶引信仿真模型參數(shù):脈沖重復(fù)頻率10 MHz;脈沖寬度為0.5 ns;引信相關(guān)處理積累周期1 μs;仿真彈目交會(huì)距離為10 m,預(yù)定炸高2 m。

干擾信號(hào)分別為噪聲、正弦波調(diào)頻、正弦波調(diào)幅,干擾載波頻率為引信發(fā)射信號(hào)的峰值頻率,利用信干比增益量化表征不同干擾信號(hào)對(duì)超寬帶引信的干擾效果,引信信干比增益的理論值及仿真值如表2所示。

表2 不同干擾情況下引信信干比增益仿真結(jié)果

根據(jù)表2,在干擾方式設(shè)置為噪聲、正弦波調(diào)頻和正弦波調(diào)幅干擾時(shí)引信信干比增益依次減小,且正弦波調(diào)幅干擾時(shí)信干比增益最小,正弦波調(diào)幅的干擾效果最佳。

根據(jù)式(3)和式(11),引信的最佳干擾頻率為引信的峰值頻率fp(H(f)的峰值頻率)。當(dāng)引信干擾樣式為正弦波調(diào)幅,干擾頻率選擇最佳干擾頻率fp,輸入信干比為-30 dB時(shí),超寬帶引信相關(guān)處理輸出信號(hào)如圖6所示。

圖6 干擾頻率為最佳干擾頻率時(shí)引信輸出波形Fig.6 Output waveform of the fuze with an optimal jamming frequency

干擾樣式為正弦波調(diào)幅,干擾頻率偏離峰值頻率150 MHz,輸入信干比為-30 dB時(shí),超寬帶引信相關(guān)處理輸出信號(hào)如圖7所示。

圖7 干擾頻率偏離最佳干擾頻率時(shí)引信輸出波形Fig.7 Output waveform of the fuze when jamming frequency deviates from optimal jamming frequency

根據(jù)圖6、圖7可知,正弦波調(diào)幅干擾下,當(dāng)干擾信號(hào)頻率為引信峰值頻率時(shí),干擾效果較為明顯,當(dāng)干擾信號(hào)頻率偏離引信峰值頻率時(shí),干擾效果急劇下降。

圖8～圖11分別給出了干擾樣式為正弦波調(diào)幅掃頻式干擾時(shí),超寬帶引信相關(guān)處理輸出波形,輸入信噪比均為-20 dB,同時(shí)在引信模型中加入隨機(jī)脈位調(diào)制的抗干擾措施,脈位調(diào)制系數(shù)k為0.2。掃頻式干擾模型仿真參數(shù)為掃頻范圍[fp-1 000,fp+1 000]、駐留時(shí)間1 μs、掃頻點(diǎn)數(shù)20,仿真結(jié)果如圖8所示。掃頻式干擾模型仿真參數(shù)為掃頻范圍[fp-550,fp+550]、駐留時(shí)間1 μs、掃頻點(diǎn)數(shù)20,仿真結(jié)果如圖9所示。掃頻式干擾模型仿真參數(shù)為掃頻范圍[fp-350,fp+350]、駐留時(shí)間1 μs、掃頻點(diǎn)數(shù)20,仿真結(jié)果如圖10所示。針對(duì)超寬帶無(wú)線電引信,干擾模式為掃頻式干擾,掃頻范圍為引信帶寬時(shí),其結(jié)果如圖8所示。掃頻范圍為以引信峰值為中心帶寬為1.1 GHz時(shí),其結(jié)果如圖9所示。掃頻范圍為以引信峰值為中心帶寬為0.7 GHz時(shí),其結(jié)果如圖10所示。

圖8 引信輸出波形(掃頻范圍為fp±1 000、點(diǎn)數(shù)為20)Fig.8 Relevant output waveform of the fuze (sweep frequency range: fp±1 000, number of points: 20)

圖9 引信輸出波形(掃頻范圍為fp±550、點(diǎn)數(shù)為20)Fig.9 Outputwaveform of the fuze (sweep frequency range: fp±550, number of points: 20)

圖10 引信輸出波形(掃頻范圍為fp±350、點(diǎn)數(shù)為20)Fig.10 Outputwaveform of the fuze (sweep frequency range: fp±350, number of points: 20)

根據(jù)圖8、圖9和圖10,可知適當(dāng)減小掃頻帶寬會(huì)增加通過(guò)引信相關(guān)處理器的能量,使得干擾效果更好。掃頻式干擾模型仿真參數(shù)為掃頻范圍[fp-800,fp-300]、駐留時(shí)間1 μs、掃頻點(diǎn)數(shù)20,仿真結(jié)果如圖11所示。

圖11 引信輸出波形(掃頻范圍為[fp-800,fp-300]、點(diǎn)數(shù)為20)Fig.11 Output waveform of the fuze (sweep frequency range: [fp-800,fp-300], number of points: 20)

根據(jù)圖11可得,干擾信號(hào)的掃頻范圍未覆蓋引信的峰值頻率時(shí),干擾信號(hào)進(jìn)入引信相關(guān)器中的能量會(huì)大幅減少,其干擾效果會(huì)急劇降低。

掃頻式干擾模型仿真參數(shù)為掃頻范圍[fp-350,fp+350]、駐留時(shí)間1 μs、掃頻點(diǎn)數(shù)400,仿真結(jié)果如圖12所示。

圖12 引信輸出波形(掃頻范圍為fp±350、點(diǎn)數(shù)為400)Fig.12 Output waveform of the fuze (sweep frequency range: fp±350, number of points: 400)

根據(jù)圖10和圖12的對(duì)比可知,針對(duì)超寬帶無(wú)線電引信,減少每個(gè)掃頻周期的掃頻點(diǎn)數(shù)會(huì)增加進(jìn)入引信相關(guān)處理器的能量,使得干擾效果更加明顯。

理論推導(dǎo)與仿真結(jié)果表明:

1)相比于瞄準(zhǔn)式干擾,掃頻式干擾在參數(shù)設(shè)置上具有容錯(cuò)性,引信的抗干擾措施使得掃頻式干擾更具實(shí)用性:實(shí)際對(duì)抗過(guò)程中,瞄準(zhǔn)式干擾很難對(duì)準(zhǔn)引信最佳干擾頻率,若干擾頻率設(shè)置產(chǎn)生偏差,會(huì)造成干擾效果的下降。

2)掃頻式干擾時(shí),掃頻帶寬不必與超寬帶引信的帶寬一致,在最佳干擾頻率點(diǎn)以一定的掃頻帶寬進(jìn)行干擾,便可成功干擾引信:干擾機(jī)發(fā)射干擾引信覆蓋超寬帶引信的帶寬會(huì)造成進(jìn)入引信相關(guān)處理器的能量減小,進(jìn)而降低干擾效果。

3)增加掃頻的次數(shù)會(huì)提高干擾成功率:掃頻點(diǎn)數(shù)的減少會(huì)增加掃頻的次數(shù),根據(jù)圖10和圖12的結(jié)果可知,減少掃頻點(diǎn)數(shù)增加了干擾信號(hào)進(jìn)入引信處理電路的能量,該結(jié)果與分析一致。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文在微波暗室內(nèi)對(duì)超寬帶引信進(jìn)行干擾對(duì)抗測(cè)試實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了上述理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果的正確性。對(duì)抗測(cè)試過(guò)程中,超寬帶引信和干擾系統(tǒng)的空間位置保持不變。根據(jù)引信測(cè)試要求,設(shè)置干擾系統(tǒng)的干擾功率、干擾波形以及不同干擾參數(shù),同時(shí)觀察和記錄引信啟動(dòng)情況。

試驗(yàn)過(guò)程中,目標(biāo)是經(jīng)過(guò)標(biāo)定的雷達(dá)散射截面積為1 m2的金屬板。首先通過(guò)儀器測(cè)量引信的有效輻射功率Pe,有

Pe=Pt+Gt

(22)

式中:Pt為引信發(fā)射功率;Gt為引信天線增益。根據(jù)雷達(dá)方程,可得引信與目標(biāo)金屬板距離R為

(23)

式中:Gr為引信接受天線增益;σ為目標(biāo)金屬板的有效散射面積;λ為電磁波波長(zhǎng);Pr為接收回波功率。

由式(22)和式(23),可以計(jì)算得到發(fā)射信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射到達(dá)引信接收機(jī)的能量大小Pin為

Pin=Pr+Gr

(24)

根據(jù)信干比SIR定義,有

(25)

由此可以得到干擾信號(hào)在引信接收機(jī)處的能量大小Pj,再由式(23)便可計(jì)算得到不同信干比下干擾機(jī)設(shè)置功率。測(cè)試場(chǎng)景如圖13所示。測(cè)試過(guò)程中,干擾機(jī)發(fā)射天線與引信接收天線相的距離為5 m。

圖13 超寬帶引信干擾測(cè)試場(chǎng)景圖Fig.13 Interference test scene of UWB radio fuze

超寬帶引信在不同干擾作用下引信啟動(dòng)情況如表3所示,其中瞄準(zhǔn)式干擾的干擾頻率均為頻譜儀檢測(cè)到的引信峰值頻率,掃頻式干擾的掃頻帶寬與引信帶寬一致。

表3 不同干擾、不同信干比情況下引信啟動(dòng)情況

正弦波調(diào)幅掃頻干擾下,超寬帶引信實(shí)驗(yàn)情況如表4所示。

根據(jù)表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出調(diào)幅掃頻類的干擾效果強(qiáng)于其他干擾樣式的干擾效果,是最佳的干擾方式,與理論分析一致。由表4可知,當(dāng)掃頻式干擾的掃頻帶寬未完全覆蓋引信的帶寬時(shí),也可對(duì)引信有效干擾;當(dāng)掃頻帶寬未覆蓋引信頻譜峰值時(shí),干擾效果降低;當(dāng)減少掃頻點(diǎn)數(shù),增加了一定時(shí)間內(nèi)掃頻次數(shù),同時(shí)增加了引信被干擾的次數(shù)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)和仿真分析一致,驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

表4 正弦波調(diào)幅掃頻式干擾下引信啟動(dòng)情況

6 結(jié)論

本文在介紹瞄準(zhǔn)式干擾對(duì)超寬帶引信的響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上,理論分析了掃頻式干擾對(duì)超寬帶引信的干擾機(jī)理,提供了掃頻式干擾的參數(shù)選擇依據(jù)。針對(duì)理論推導(dǎo)進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。當(dāng)干擾方式設(shè)置為噪聲、正弦波調(diào)頻和正弦波調(diào)幅干擾時(shí),信干比增益大小分別為36 dB、23 dB和20 dB。得出以下主要結(jié)論:

1)調(diào)幅掃頻類干擾是對(duì)超寬帶無(wú)線電引信成功實(shí)施干擾的有效敏感波形樣式,正弦波調(diào)幅類干擾效果最優(yōu)。

2)掃頻式干擾參數(shù)選擇時(shí),掃頻帶寬不必與超寬帶引信的帶寬一致,在最佳干擾頻率點(diǎn)以一定的掃頻帶寬進(jìn)行干擾,可以提高干擾效果。

3)掃頻點(diǎn)數(shù)的減少會(huì)增加一定時(shí)間內(nèi)的總體掃頻次數(shù),導(dǎo)致在整個(gè)干擾過(guò)程中,進(jìn)入引信相關(guān)接收器中的能量更多,使得引信更容易被干擾。