噪聲干擾對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭失效機(jī)理分析*

鮑志超，莫翠瓊，王正

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

探測(cè)跟蹤技術(shù)

噪聲干擾對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭失效機(jī)理分析*

鮑志超，莫翠瓊，王正

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

近年來(lái)，一些新的雷達(dá)抗干擾技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的干擾技術(shù)構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在試驗(yàn)中出現(xiàn)了一些常見的干擾方法對(duì)特定雷達(dá)干擾失效的情況。故分析干擾方法失效機(jī)理，對(duì)改進(jìn)干擾方式、升級(jí)干擾裝備具有重要的意義。以自衛(wèi)式噪聲干擾對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭干擾失效為例，首先介紹了主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理，接著分析自衛(wèi)式噪聲壓制干擾對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭失效原因，而后建立噪聲干擾信號(hào)模型，并利用導(dǎo)引頭仿真平臺(tái)，進(jìn)行攻防對(duì)抗仿真，驗(yàn)證理論分析的結(jié)果。

主被動(dòng)工作模式；復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭；噪聲壓制；干擾模型；機(jī)理分析；仿真驗(yàn)證

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，精確制導(dǎo)導(dǎo)彈已經(jīng)成為水面艦艇的主要威脅[1]。而精確制導(dǎo)導(dǎo)彈通常采用主被動(dòng)復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭[2]，其制導(dǎo)的導(dǎo)彈打擊精度高、抗干擾性能好，更重要的是，該雷達(dá)導(dǎo)引頭具有主被動(dòng)2個(gè)工作模式，可以對(duì)具有輻射源的目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距探測(cè)和末段精確制導(dǎo)[3]，致使一些艦載自衛(wèi)干擾難以奏效。自衛(wèi)式噪聲壓制干擾是對(duì)抗反艦導(dǎo)彈的一種常用干擾方式，但對(duì)于主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭的干擾基本失效。本文主要從主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理入手，對(duì)其抗噪聲壓制干擾機(jī)理進(jìn)行分析，并在理論分析的基礎(chǔ)上，建立干擾信號(hào)模型，對(duì)干擾失效機(jī)理進(jìn)行仿真驗(yàn)證，取得了良好的效果。

1 主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理

現(xiàn)代精確制導(dǎo)武器廣泛使用主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭，可以對(duì)有輻射源的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距探測(cè)和末段精確制導(dǎo)[4]，同時(shí)也是一種重要的抗干擾措施，其工作原理如圖1所示[5]。

如圖1所示，主動(dòng)模式和被動(dòng)模式有各自獨(dú)立的信道和信息處理器，2個(gè)模式的信息處理器將處理好的信息輸入信息綜合與程序控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行判決，然后選取適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ?，發(fā)出制導(dǎo)信號(hào)來(lái)控制伺服系統(tǒng)，讓導(dǎo)引頭天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

2 干擾失效機(jī)理分析

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中，主動(dòng)制導(dǎo)和被動(dòng)制導(dǎo)各有優(yōu)缺點(diǎn)。主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭具有全天候探測(cè)、全向攻擊的優(yōu)點(diǎn)[6]，但是容易被敵方偵查系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，隱蔽性差；被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，通過(guò)接收敵方輻射源信號(hào)進(jìn)行跟蹤，探測(cè)距離遠(yuǎn)，隱蔽性強(qiáng)[7]，但若敵方發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈并關(guān)閉輻射源，則不能完成持續(xù)跟蹤[8]。而本文研究的主被動(dòng)復(fù)合尋的制導(dǎo)既可充分發(fā)揮主動(dòng)尋的具有的性能優(yōu)勢(shì)[9]，又能發(fā)揮被動(dòng)尋的免受敵方偵查、隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在抗噪聲壓制干擾能力上有很大的提高，致使自衛(wèi)式噪聲壓制干擾在對(duì)抗主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭時(shí)失效。其失效主要原因如下：

(1) 主被動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換

主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭檢測(cè)目標(biāo)回波時(shí)，沒有受到干擾時(shí)，主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭采用主動(dòng)尋的制導(dǎo)方式進(jìn)行搜索跟蹤；當(dāng)受到噪聲壓制干擾后，導(dǎo)引頭主動(dòng)接收機(jī)的輸出信號(hào)將淹沒在干擾中，此時(shí)導(dǎo)引頭中的干擾識(shí)別電路立即對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，控制導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)入被動(dòng)角跟蹤模式，即跟蹤干擾源。一旦干擾減小或敵方干擾機(jī)關(guān)機(jī)，又立即換回主動(dòng)制導(dǎo)模式[10]。圖2為主被動(dòng)通道轉(zhuǎn)換流程圖。

(2) 自衛(wèi)式干擾的弊端

本文研究的干擾是自衛(wèi)式干擾，即雷達(dá)干擾裝備配置在艦船上。若雷達(dá)導(dǎo)引頭能夠?qū)崿F(xiàn)干擾信號(hào)的跟蹤，也就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)的目的，并且隱蔽性更強(qiáng)。當(dāng)實(shí)施噪聲壓制干擾時(shí)，在主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭雷達(dá)接收機(jī)處的干信比通常遠(yuǎn)超過(guò)模式轉(zhuǎn)換門限，主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭切換到自動(dòng)跟蹤模式，此時(shí)導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)了反輻射的功能，能對(duì)干擾源和艦船目標(biāo)造成硬殺傷。

圖1 主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理Fig.1 Working principle of active and passive radar seekers

圖2 主被動(dòng)通道轉(zhuǎn)換流程圖Fig.2 Conversion process of active and passive mode

3 噪聲壓制干擾模型建立

噪聲壓制干擾就是利用噪聲干擾信號(hào)遮蓋或淹沒雷達(dá)信號(hào)，使敵方接收機(jī)的信噪比大大下降，難以檢測(cè)出有用信號(hào)的一種有源干擾方式[11]。其時(shí)域表達(dá)式[12]為

(1)

式中：Uj為噪聲調(diào)頻信號(hào)的幅度；ωj是噪聲調(diào)頻信號(hào)的中心頻率；KFM為調(diào)頻斜率；調(diào)制噪聲un(t)是一廣義平穩(wěn)、零均值的隨機(jī)過(guò)程；φ在[0,2π]上服從均勻分布，且與un(t)相互獨(dú)立。由于本論文的仿真是在中頻頻段進(jìn)行的，故可以不考慮中心頻率的影響，可以將其簡(jiǎn)化為ωj=0。類似的，隨機(jī)相位φ也可以不考慮即令其為0。即可化簡(jiǎn)為

(2)

仿真噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)，一般分為3步。首先用randn(m,n)函數(shù)產(chǎn)生高斯白噪聲，接著將高斯白噪聲輸入一個(gè)六級(jí)點(diǎn)橢圓濾波器中，最后將濾波器的輸出送入一個(gè)壓控振蕩器中，輸出即為調(diào)頻噪聲干擾信號(hào)[13]。設(shè)置相關(guān)參數(shù)，得到噪聲調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域波形和功率譜密度如圖3所示。

4 仿真驗(yàn)證

4.1 主被動(dòng)導(dǎo)引頭仿真平臺(tái)概述

從功能需求分析，主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭仿真平臺(tái)集彈道仿真、目標(biāo)回波仿真、干擾信號(hào)仿真、三維攻防對(duì)抗圖顯示等為一體，是一個(gè)包含主控、雷達(dá)導(dǎo)引頭仿真、彈道仿真、目標(biāo)仿真、干擾仿真、環(huán)境仿真、仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)等7個(gè)分系統(tǒng)在內(nèi)的通用仿真平臺(tái)[4]，仿真系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

主控分系統(tǒng)提供友好的人機(jī)交互界面，方便使用人員設(shè)置、保存和導(dǎo)入戰(zhàn)情裝訂數(shù)據(jù)，并控制整個(gè)仿真的進(jìn)程；主被動(dòng)導(dǎo)引頭、彈道、目標(biāo)、干擾和環(huán)境5個(gè)模塊是系統(tǒng)的核心功能，通過(guò)建立相應(yīng)的信息處理流程，實(shí)現(xiàn)仿真解算；仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)用于記錄各仿真實(shí)體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，貫穿系統(tǒng)運(yùn)行始終，通過(guò)交互實(shí)現(xiàn)對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)度和管理，從而為評(píng)估導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能打下基礎(chǔ)。上述各分系統(tǒng)之間的信息交互關(guān)系參見表1。

圖3 噪聲調(diào)頻信號(hào)時(shí)域波形及其功率譜密度圖Fig.3 Time-domain waveform and power spectrum of noise

圖4 仿真系統(tǒng)構(gòu)成及信息交互關(guān)系Fig.4 Component of simulation system and relationship between components

表1 仿真系統(tǒng)各模塊信息交互關(guān)系表Table 1 Relationship between components in simulation system

4.2 攻防對(duì)抗仿真試驗(yàn)

以主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭理想工作場(chǎng)景設(shè)置為基礎(chǔ)，考慮自衛(wèi)式噪聲壓制干擾的相關(guān)參數(shù)，從而構(gòu)建典型的自衛(wèi)式噪聲壓制干擾對(duì)抗試驗(yàn)場(chǎng)景[14]。在噪聲壓制干擾對(duì)抗仿真中，設(shè)置導(dǎo)彈的初始位置為(0,200,-400)m，初始速度矢量為(400,0,0)m/s，初始航向角、俯仰角和滾動(dòng)角均為0，艦船目標(biāo)的初始位置為(7 000,0,0)m；干擾機(jī)平均發(fā)射功率為100 W，發(fā)射天線增益為12 dB，發(fā)射信號(hào)帶寬為100 MHz，發(fā)射中頻頻率為20 MHz，發(fā)射綜合損耗為1.8 dB，傳輸綜合損耗1.2 dB，經(jīng)驗(yàn)證滿足主被動(dòng)導(dǎo)引頭模式切換的條件。

圖5、圖6分別給出了理想場(chǎng)景下和噪聲壓制式干擾下的三維攻防對(duì)抗態(tài)勢(shì)圖，對(duì)比可以看出，在噪聲壓制干擾的作用下，導(dǎo)彈軌跡前一小段稍有變化，但是并不影響導(dǎo)彈命中目標(biāo)，噪聲壓制干擾并沒有將導(dǎo)彈成功誘偏，沒有達(dá)到預(yù)期的干擾效果。

圖7給出噪聲壓制干擾下的導(dǎo)彈框架角的真實(shí)值和測(cè)量值的對(duì)比曲線，可以看出，在壓制噪聲干擾下，導(dǎo)彈方位、俯仰框架角的真實(shí)值和測(cè)量值并沒有出現(xiàn)大的偏離，干擾并沒有起到實(shí)際作用。

圖5 理想場(chǎng)景下三維攻防對(duì)抗態(tài)勢(shì)圖Fig.5 Offense and defense situation under ideal circumstance

圖6 噪聲壓制式干擾下三維攻防對(duì)抗態(tài)勢(shì)圖Fig.6 Offense and defense situation under noise jamming ciralmsatance

圖7 噪聲壓制式干擾下的框架誤差角Fig.7 Deviation angle under noise jamming circumstance

通過(guò)對(duì)比壓制干擾下的主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭三維彈道、導(dǎo)引頭框架角與理想工作場(chǎng)景下的曲線可看出，由于主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭可以識(shí)別壓制干擾信號(hào)、自動(dòng)切換成被動(dòng)跟蹤工作模式，導(dǎo)引頭通過(guò)被動(dòng)跟蹤干擾源，能夠繼續(xù)維持對(duì)預(yù)定攻擊目標(biāo)的連續(xù)跟蹤，從而保證將導(dǎo)彈正確地導(dǎo)引至艦船目標(biāo)處，因此針對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭的噪聲壓制干擾基本無(wú)效。

5 結(jié)束語(yǔ)

主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭制導(dǎo)的導(dǎo)彈對(duì)水面艦艇構(gòu)成了重大威脅,對(duì)防御系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)[15]。本文在分析主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理的基礎(chǔ)上,對(duì)自衛(wèi)式噪聲壓制干擾失效機(jī)理進(jìn)行理論分析和仿真驗(yàn)證，取得了良好的效果。 而針對(duì)主被動(dòng)復(fù)合導(dǎo)引頭的有效干擾方法有待進(jìn)一步研究。

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Failure Mechanism of Noise Jamming for Combined Radar Seeker

BAO Zhi-chao,MO Cui-qiong,WANG Zheng

(Electronic Engineering Institute,Anhui Hefei 230037,China)

In recent years,the emergency of some new technologies of radar counter-counter measure (ECCM) has posed a threat to traditional jamming technology severely,and some jamming methods fail to jam specific radar in the same experiment.As a result,the analysis of failure mechanism means a lot to improving jamming method and weapon equipment.Based on the working principle of combined radar seeker, the failure causes of self-protection noise blanket jamming to combined radar seeker are analyzed and discussed, and then the model of noise blanket jamming signal is established, a simulation of attack-defense confrontation is carried out by using the platform of combined radar seeker, and the result of the theoretical analysis is verified.

active passive working mode;combined radar seeker; noise blanket; jamming model;mechanism analysis;simulation verification

2015-12-23；

2016-04-08

鮑志超(1991-)，男，江蘇東海人。碩士生,主要研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗。

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.06.017

TJ765.3+31;TN972;TJ765.4

A

1009-086X(2016)-06-0097-05

通信地址：230037 安徽省合肥市蜀山區(qū)黃山路460號(hào)電子工程學(xué)院503教研室

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