機(jī)載拖曳式雷達(dá)有源誘餌對(duì)抗方法研究與仿真

農(nóng)春麗

(西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安710071)

拖曳式雷達(dá)有源誘餌(Towed Radar Active Decoy，TRAD)干擾是一種新的自衛(wèi)干擾方式，它是指由空中運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)通過拖纜牽引、對(duì)敵方威脅雷達(dá)產(chǎn)生射頻干擾的一種特殊電子裝備。當(dāng)飛機(jī)使用拖曳式雷達(dá)有源誘餌時(shí)，由于出現(xiàn)了第二個(gè)射頻源，所以導(dǎo)彈的角度誤差會(huì)發(fā)生畸變。如果飛機(jī)和拖曳式誘餌在距離、速度或角度上分辨不出來，那么導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的響應(yīng)會(huì)成為兩個(gè)RF源的復(fù)雜函數(shù)，這將產(chǎn)生一個(gè)角度誤差，從而增加了導(dǎo)彈的脫靶距離，提高了飛機(jī)的生存能力［1］。因此拖曳式誘餌已成為飛機(jī)躲避精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的有力手段之一。

1 拖曳式誘餌工作原理

如果將載機(jī)散射回波作為一個(gè)源，則最簡(jiǎn)單的非相干干擾方法就是在載機(jī)附近配置一個(gè)干擾源，如圖1所示。

圖1 非相干干擾示意圖

假設(shè)該干擾源與載機(jī)回波的時(shí)間差、頻率差、角度差、功率比分別為Δt，Δfd，Δθ，KJ，末制導(dǎo)雷達(dá)的距離、多普勒頻率、角度分辨力分別為δR，δfd，δθ，根據(jù)非相干干擾原理，應(yīng)滿足

由此形成末制導(dǎo)雷達(dá)的穩(wěn)態(tài)角度偏差dθ為

式(1)中的3個(gè)約束條件用以保證末制導(dǎo)雷達(dá)在距離、速度和角度上都不能分辨目標(biāo)回波和干擾信號(hào)，從而將載機(jī)與干擾源當(dāng)成一個(gè)“虛擬目標(biāo)”進(jìn)行跟蹤和引導(dǎo)。式(2)則是在此約束條件下得到的跟蹤方向與載機(jī)之間的角度偏差，它主要取決于功率比KJ。

TRAD作為一種載機(jī)外干擾源，通過拖曳線與載機(jī)相連，能逼真地模擬載機(jī)的航速、航向及雷達(dá)反射特性，使一般單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭的跟蹤系統(tǒng)無法通過運(yùn)動(dòng)特性來區(qū)分載機(jī)和誘餌。在中遠(yuǎn)距離上，無論是迎頭、尾追還是截?fù)簦d機(jī)回波信號(hào)與誘餌干擾信號(hào)的多普勒頻率差與距離差，以及彈機(jī)連線與彈誘連線的張角分別小于普通單脈沖導(dǎo)引頭雷達(dá)的多普勒頻率分辨率、距離分辨率以及角度分辨率，即滿足式(1)的條件，導(dǎo)引頭較難分辨載機(jī)回波信號(hào)與誘餌干擾信號(hào)，因此，干擾信號(hào)較容易捕獲導(dǎo)引頭的跟蹤波門。當(dāng)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)到一定位置后，也可以通過載機(jī)機(jī)動(dòng)形成載機(jī)、誘餌、導(dǎo)彈之間的三角態(tài)勢(shì)后，總有一個(gè)不滿足式(1)的時(shí)刻，而且通常是出現(xiàn)角度可分辨的情況Δθ＞δθ，此時(shí)單脈沖末制導(dǎo)雷達(dá)將按照該時(shí)刻前載機(jī)回波與干擾信號(hào)功率比的概率，選擇某個(gè)方向繼續(xù)跟蹤。顯然如果此時(shí)干擾功率高于目標(biāo)回波信號(hào)功率的概率越大，末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤拖曳誘餌的概率也越大。

2 測(cè)量抗拖曳式誘餌干擾的分析與仿真

2.1 可行性分析

通過第一節(jié)拖曳式誘餌干擾工作原理分析可知，拖曳式誘餌作用是使末制導(dǎo)雷達(dá)在距離、速度和角度上都不能分辨目標(biāo)回波和干擾信號(hào)，從而將目標(biāo)與干擾源當(dāng)成一個(gè)“虛擬目標(biāo)”進(jìn)行跟蹤和引導(dǎo)。為通過減小雷達(dá)天線波束寬度，提高雷達(dá)的角度分辨率抑制拖曳式誘餌的干擾不可行時(shí)，因?yàn)槔走_(dá)天線波束越小，載機(jī)逃逸出雷達(dá)天線波束照射范圍的幾率也會(huì)相對(duì)增大。所以需要尋找其他的方法，使雷達(dá)在天線波束寬度在不變的條件下仍然能夠分辨出載機(jī)和誘餌。

由于TRAD與載機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性一致，在中遠(yuǎn)距離上，彈機(jī)連線與彈誘連線的張角較小，導(dǎo)彈——載機(jī)的相對(duì)速度與導(dǎo)彈——誘餌的相對(duì)速度幾乎相同。但隨著距離的接近，兩者對(duì)導(dǎo)彈的張角逐漸增大，相對(duì)速度差也越來越大。這時(shí)如果導(dǎo)引頭的速度分辨力較高，進(jìn)行頻譜分析時(shí)，將可以觀察到單根譜線逐漸分離成兩根，進(jìn)而對(duì)兩者進(jìn)行分辨。一般兩者速度相差兩個(gè)速度分辨單元寬度時(shí)，導(dǎo)引頭即可分辨出載機(jī)與誘餌［2］。

速度選通角度測(cè)量方法是指在進(jìn)行單脈沖測(cè)角前，首先進(jìn)行速度跟蹤，只有當(dāng)速度跟蹤上目標(biāo)后才進(jìn)行角度測(cè)量，此時(shí)角度測(cè)量?jī)H在特定速度回波信號(hào)的單元做角度測(cè)量，因此經(jīng)過速度選通，干擾信號(hào)在頻域被截?cái)?，干擾信號(hào)損失Δfj/Δfd倍，其中Δfd為雷達(dá)的多普勒頻率分辨率。若干擾信號(hào)與雷達(dá)速度跟蹤的信號(hào)不在同一個(gè)速度單元，干擾信號(hào)則被完全抑制。

PD雷達(dá)具有速度測(cè)量的能力，并且改變雷達(dá)參數(shù)可以提高多普勒分辨率，達(dá)到速度高分辨的要求。如果在分離點(diǎn)前，PD雷達(dá)就已經(jīng)從頻率上分辨出目標(biāo)和誘餌，配合速度選通角度測(cè)量，就可以消除誘餌對(duì)導(dǎo)引頭單脈沖測(cè)角系統(tǒng)的干擾［3－4］。

2.2 仿真與分析

針對(duì)導(dǎo)彈迎頭攻擊的作戰(zhàn)場(chǎng)景，載機(jī)的多普勒速度會(huì)小于誘餌的多普勒速度。在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，兩根譜線中頻率較高的一根屬于誘餌，此時(shí)將回波信號(hào)通過一個(gè)帶通或低通濾波器，濾除頻率較高的譜線后再進(jìn)行角度測(cè)量便能夠削弱誘餌對(duì)導(dǎo)引頭單脈沖測(cè)角系統(tǒng)的影響。

仿真初始時(shí)刻以攔截導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，導(dǎo)彈飛行速度1 000 m/s，初始時(shí)刻導(dǎo)彈入射角與導(dǎo)引頭速度矢量均為40°，雷達(dá)發(fā)射功率Pt=1 000 W，目標(biāo)方向?qū)б^發(fā)射天線增益Gt=36 dB，目標(biāo)方向?qū)б^接收天線增益Gr=36 dB，導(dǎo)引頭工作波長(zhǎng)λ=0.03 m，目標(biāo)雷達(dá)截面積σ=3 m2，采用不起伏模型，雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)綜合損耗分別為γT=1 dB，γR=1 dB，導(dǎo)引頭半功率波束寬度為3°，比例導(dǎo)航系數(shù)取3，彈目初始距離R=7 000 m，中放增益G=60 dB，導(dǎo)彈跟蹤下限cT/2=150 m，導(dǎo)彈殺傷半徑70 m。載機(jī)無機(jī)動(dòng)，飛行速度800 m/s，沿水平方向勻速飛行，飛行方位角為39°。誘餌發(fā)射功率Pj=200 W，誘餌天線增益Gj=0 dB，發(fā)射損耗γj=1 dB，拖曳線長(zhǎng)度L=150 m，誘餌下墜角5°。采用速度高分辨時(shí)多普勒分辨力Δfd=976.562 5 Hz，多普勒帶通濾波器的通帶帶寬Bf=Δfd，制導(dǎo)時(shí)間間隔0.020 0 s。

仿真結(jié)束條件:

(1)導(dǎo)彈距離載機(jī)或誘餌的最小距離小于導(dǎo)彈的殺傷半徑。

(2)導(dǎo)彈與目標(biāo)或誘餌的空間距離連續(xù)n個(gè)周期均為漸遠(yuǎn)。

仿真目的:

通過比較普通單脈沖雷達(dá)和速度高分辨單脈沖PD雷達(dá)的仿真結(jié)果，驗(yàn)證速度高分辨單脈沖PD雷達(dá)抗拖曳式誘餌轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的能力。

仿真結(jié)果:

(1)普通單脈沖雷達(dá)，近炸引信引爆導(dǎo)彈時(shí)的彈目距離133.816 3 m，近炸引信引爆導(dǎo)彈時(shí)的彈誘距離為66.290 4 m。仿真導(dǎo)彈、載機(jī)和誘餌的軌跡和角度跟蹤曲線如圖4所示。

圖4 普通單脈沖雷達(dá)仿真結(jié)果

(2)速度高分辨PD雷達(dá)，近炸引信引爆導(dǎo)彈時(shí)的彈目距離66.228 9 m，近炸引信引爆導(dǎo)彈時(shí)的彈誘距離189.483 0 m。仿真導(dǎo)彈、載機(jī)和誘餌的軌跡和角度跟蹤曲線如圖5所示。

圖4和圖5中的“×”均表示載機(jī)或誘餌逃逸出雷達(dá)和波束寬度的時(shí)刻即分離點(diǎn)。通過仿真結(jié)果的比較，可以看出在普通單脈沖雷達(dá)和速度高分辨PD雷達(dá)的仿真參數(shù)相同的情況下，普通單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭完全被誘餌誘偏，導(dǎo)引頭上的近炸引信引爆炸彈時(shí)，載機(jī)逃逸誘餌被炸毀，誘餌起到了保護(hù)載機(jī)的作用;但采用有速度高分辨和多普勒濾波體制時(shí)，導(dǎo)彈在分離點(diǎn)前就已經(jīng)跟蹤上了載機(jī)，導(dǎo)引頭上的近炸引信引爆炸彈時(shí)，載機(jī)被炸毀，誘餌沒有起到保護(hù)載機(jī)的作用。

圖5 速度高分辨PD雷達(dá)仿真結(jié)果

3 結(jié)束語

拖曳式雷達(dá)有源誘餌可以對(duì)單脈沖雷達(dá)進(jìn)行有效的角度干擾，受到國(guó)內(nèi)外軍事領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。盡管單脈沖雷達(dá)目前還不能從角度上分辨出載機(jī)和誘餌，但根據(jù)拖曳式誘餌的特點(diǎn)，采取一些其他技術(shù)方法，還可以有效地抑制其對(duì)單脈沖雷達(dá)角度測(cè)量系統(tǒng)的干擾。

［1］ 方有培．拖曳式有源射頻誘餌干擾防空導(dǎo)彈研究［J］．航天電子對(duì)抗，2001(4):16－19．

［2］ 周棟．拖曳式誘餌對(duì)抗方法探討［J］．制導(dǎo)與引信，2010，31(2):10－11．

［3］ 韓晉平，冉小鳳．拖曳式雷達(dá)誘鉺的噪聲干擾分析與仿真［J］．電子科技，2011，24(3):62－65．

［4］ 張瑜，張德賢．基于類別比例因子和類內(nèi)均分度的χ2統(tǒng)計(jì)改進(jìn)［J］．電子科技，2010，23(12):74－76．