對副瓣消隱雷達(dá)干擾的可行性探討

袁 英，朱 維

（上海微波設(shè)備研究所，上海 201802）

0 引 言

在雷達(dá)反電子干擾措施（ECCM）中，由于天線是雷達(dá)和環(huán)境之間的傳感器，所以它處于反電子干擾的第一線，其策略是基于發(fā)射和接收天線方向性的空間濾波。這種空間濾波技術(shù)在接收時(shí)表現(xiàn)為副瓣對消、副瓣消隱及自適應(yīng)系統(tǒng)［1］。本文主要進(jìn)行副瓣消隱雷達(dá)的工作原理和干擾可行性、工程可實(shí)現(xiàn)性分析。

1 雷達(dá)副瓣消隱（SLB）的工作原理

在雷達(dá)反電子干擾措施中，副瓣消隱系統(tǒng)的目的是阻止強(qiáng)目標(biāo)和干擾脈沖通過天線副瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，其實(shí)現(xiàn)方法是設(shè)置一個(gè)輔助天線對來自同一信號(hào)源的2個(gè)通道輸出進(jìn)行比較，通過選擇合適的主、輔天線和通道增益，可以分辨出進(jìn)入主瓣和副瓣的信號(hào)，并通過幅度上的差異抑制后者。典型的工作原理如圖1所示。

處于主瓣中的目標(biāo)A在主通道中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大信號(hào)，在輔助通道中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小信號(hào)，合適的消隱邏輯電路會(huì)允許這個(gè)信號(hào)通過。存在于副瓣中的目標(biāo)或干擾或二者同時(shí)在主通道中產(chǎn)生小信號(hào)，但在輔助通道中產(chǎn)生大信號(hào)，于是這些信號(hào)被消隱邏輯電路抑制掉。通過上述方法，雷達(dá)可以抑制來自副瓣的干擾和目標(biāo)信號(hào)，被干擾的扇區(qū)僅為雷達(dá)主瓣的波束寬度，可大大降低受擾程度，并通過干擾扇面確定干擾機(jī)的方位，在組網(wǎng)雷達(dá)中通過三角定位法對干擾機(jī)進(jìn)行精確定位。

2 干擾可行性分析

對于抵近式干擾機(jī)，其主要功能為產(chǎn)生足夠的干擾或掩護(hù)扇區(qū)，以保護(hù)遠(yuǎn)處的目標(biāo)，在此提出“掩護(hù)扇區(qū)”的概念。在這個(gè)扇區(qū)中，真實(shí)目標(biāo)不能在主瓣附近顯示，或者說由于雷達(dá)采取了副瓣消隱措施而造成真實(shí)目標(biāo)在主瓣附近不能被發(fā)現(xiàn)，以圖2為例。

圖1 SLB系統(tǒng)

圖2 掩護(hù)扇區(qū)分析示意圖

在干擾機(jī)與雷達(dá)天線的徑向方位上產(chǎn)生干擾扇區(qū)，該干擾扇區(qū)的大小對應(yīng)雷達(dá)的主瓣波束寬度。在此方位上的遠(yuǎn)距離目標(biāo)被干擾信號(hào)壓制，不能被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。但雷達(dá)能在干擾扇區(qū)之外利用副瓣消隱發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

為增大干擾機(jī)的干擾扇區(qū)，提出了一個(gè)“掩護(hù)扇區(qū)”的概念。盡管雷達(dá)采取副瓣消隱的功能使干擾扇區(qū)變窄成主瓣波束寬度，但“掩護(hù)扇區(qū)”可以使其在主瓣附近對真實(shí)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率變成零。為達(dá)到此目的，干擾機(jī)必須具備以下3個(gè)基本條件：

（1）干擾機(jī)必須具備足夠的接收靈敏度接收雷達(dá)的第一副瓣信號(hào)；

（2）干擾機(jī)必須具備足夠的發(fā)射功率，使其值大于遠(yuǎn)距離真實(shí)目標(biāo)反射信號(hào)的強(qiáng)度；

（3）干擾機(jī)的干擾信號(hào)必須在時(shí)域上連續(xù)，使得在比較電路的輔助通道中永遠(yuǎn)存在著大的干擾信號(hào)。

上述3個(gè)基本要求在圖1中可以加以說明。在圖1（a）中為加大干擾和掩護(hù)區(qū)域，干擾機(jī)必須有足夠的接收靈敏度，以接收雷達(dá)的副瓣輸出功率。保證此時(shí)干擾機(jī)輸出與輸入雷達(dá)信號(hào)嚴(yán)格相關(guān)。對于現(xiàn)代雷達(dá)，低副瓣和超低副瓣的設(shè)計(jì)是其發(fā)展的方向。目前機(jī)械掃描的副瓣電平已接近-45dB。未來的電掃天線也將達(dá)到-45dB的副瓣。對于工作帶寬遠(yuǎn)大于雷達(dá)的干擾機(jī)而言，過高的工作靈敏度設(shè)計(jì)理論上不可能實(shí)現(xiàn)。所以掩護(hù)扇區(qū)初步確定第一副瓣所對應(yīng)的區(qū)域。

在圖1（b）中，當(dāng)輔通道進(jìn)入的信號(hào)大于主通道接收信號(hào)時(shí)，主通道輸出信號(hào)被抑制。即在干擾機(jī)產(chǎn)生的干擾信號(hào)強(qiáng)度大于接收目標(biāo)信號(hào)主瓣時(shí)目標(biāo)信號(hào)被抑制，這個(gè)概念從物理上容易理解。

至于干擾機(jī)產(chǎn)生時(shí)域上連續(xù)的干擾信號(hào)從圖1（b）中可以直觀地了解，當(dāng)接收機(jī)B輸出的信號(hào)v永遠(yuǎn)存在且高于接收機(jī)A的信號(hào)時(shí)，比較輸出可抑制接收機(jī)A的輸出。

3 工程實(shí)現(xiàn)可行性分析

以1部典型雷達(dá)為例可計(jì)算實(shí)現(xiàn)掩護(hù)扇面的干擾機(jī)的基本設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行工程可實(shí)現(xiàn)性分析［2］。

雷達(dá)主要參數(shù)：工作頻段為S波段，功率為60kW，天線增益40dBi，副瓣增益5dBi，輔助天線增益為10dBi。工作場景為：抵近式干擾機(jī)距雷達(dá)距離為50km，RCS值為2m2，目標(biāo)距雷達(dá)100km，干擾機(jī)有效輻射功率為x。

（1）接收靈敏度的估算：

根據(jù)電磁波傳輸理論，干擾機(jī)接收靈敏度為：

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式中：Prmin為干擾機(jī)接收功率值；λ為雷達(dá)工作波長；Pt為雷達(dá)發(fā)射峰值功率；R為干擾機(jī)距雷達(dá)距離；Gt為雷達(dá)第一副瓣天線增益。

代入相應(yīng)假設(shè)值后得：Prmin≈-53dBm。

瞬時(shí)帶寬2GHz（目前雷達(dá)的最大工作帶寬）的接收機(jī)工作靈敏度大于-53dBm，所以工程上可以實(shí)現(xiàn)寬帶干擾機(jī)的工作靈敏度設(shè)計(jì)。

（2）發(fā)射功率的估算

根據(jù)電磁波傳輸理論，在100km處2m2目標(biāo)

式中：Prmin為雷達(dá)接收功率值；λ為雷達(dá)工作波長；Pt為雷達(dá)發(fā)射峰值功率；Gt為雷達(dá)主瓣增益；R為目標(biāo)距雷達(dá)距離；σRCS為目標(biāo)有效反射面積。代入相應(yīng)假設(shè)值后得：對主天線輸出端的信號(hào)強(qiáng)度為：

式中：PtGt為干擾機(jī)的有效輻射功率；R為干擾機(jī)距雷達(dá)距離；G副為主天線副瓣增益。

代入相應(yīng)假設(shè)值后得：

主天線合成輸出信號(hào)為：

同理可以得出輔助天線的輸出：

當(dāng)輔助天線輸出大于主天線輸出時(shí)，主天線無輸出：

當(dāng)x＞1 000mW時(shí)上式可表達(dá)為：

則x＞3.5W時(shí)，即可滿足天線無輸出的要求。

如果干擾機(jī)接收靈敏度優(yōu)于-53dBm，干擾功率大于3.5W，干擾信號(hào)在主副瓣區(qū)域上是連續(xù)的，即可在第一副瓣區(qū)域掩護(hù)100km處RCS值為2的真實(shí)目標(biāo)（雷達(dá)的典型參數(shù)設(shè)計(jì)值如上），工程上上述設(shè)計(jì)值基本可以實(shí)現(xiàn)，并留有一定的余量。

4 結(jié)論

對于副瓣消隱雷達(dá)，通過適當(dāng)調(diào)整干擾機(jī)的接收靈敏度、干擾功率和干擾樣式可實(shí)現(xiàn)干擾和掩護(hù)扇區(qū)的擴(kuò)展，完成主瓣以外區(qū)域?qū)δ繕?biāo)的掩護(hù)。

［1］ Skolnik Merrill I.雷達(dá)手冊［M］.王軍，林強(qiáng)，米慈中，等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［2］ 張錫祥，肖開齊，顧杰.新體制雷達(dá)對抗導(dǎo)論［M］.北京：理工大學(xué)出版社，2010.

［3］ Guo Jian-ming，Li Jian-xun，Lv Qiang.Survey on radar ECCM methods and trends in its developments［A］.CIE International Conference on Radar［C］.Shanghai，China，2006：1578-1581.