基于隨機(jī)跳頻的末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾性能研究

張 磊，佘 忱

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

從近年來(lái)的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)看，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已由傳統(tǒng)的機(jī)械化戰(zhàn)爭(zhēng)逐漸演變?yōu)橐噪娮討?zhàn)、信息戰(zhàn)為中心的高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)[1-8]。精確制導(dǎo)武器作為現(xiàn)代高技術(shù)武器的典型，具有作戰(zhàn)距離遠(yuǎn)、命中精度高和可全天候作戰(zhàn)等特點(diǎn)[9-11]，影響和促進(jìn)著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式和作戰(zhàn)樣式的變革。末制導(dǎo)雷達(dá)[12-13]作為精確制導(dǎo)武器的核心組成部分，其性能直接影響導(dǎo)彈的命中概率和命中精度。與此同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)精確制導(dǎo)武器的威脅，世界各軍事大國(guó)紛紛研制出了各種針對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)干擾的電子防御手段，這使得攻防雙方的對(duì)抗與反對(duì)抗愈演愈烈。

在末制導(dǎo)雷達(dá)的對(duì)抗中，有源壓制干擾扮演著重要的角色。雷達(dá)有源壓制干擾一般通過(guò)輻射大功率噪聲信號(hào)來(lái)掩蓋并壓制真實(shí)目標(biāo)回波，妨礙或阻止敵方雷達(dá)檢測(cè)、跟蹤或識(shí)別目標(biāo)。瞄準(zhǔn)式干擾[14-15]作為一種比較精確的有源壓制性干擾方式，被廣泛應(yīng)用于末制導(dǎo)雷達(dá)的對(duì)抗過(guò)程中。瞄準(zhǔn)式干擾的特點(diǎn)是噪聲信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度只略大于雷達(dá)接收機(jī)，因此干擾功率集中，干擾頻帶較窄，干擾功率利用率高，干擾效果好。

為了有效抑制壓制式干擾，本文提出基于隨機(jī)跳頻的末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾的方法，首先建模研究瞄準(zhǔn)式干擾的信號(hào)模型，然后對(duì)隨機(jī)跳頻信號(hào)的方法進(jìn)行理論分析，最后進(jìn)行數(shù)值仿真。本文的研究能夠提高末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾能力，對(duì)于提高精確制導(dǎo)武器適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境的能力具有重要的意義。

1 瞄準(zhǔn)式干擾信號(hào)模型

按照干擾信號(hào)中心頻率fj、譜寬Δfj相對(duì)于雷達(dá)接收機(jī)中心頻率fs、帶寬Δfr的關(guān)系，可以將壓制性干擾分為瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾。與其他2種干擾樣式相比，瞄準(zhǔn)式干擾信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度略大于雷達(dá)接收機(jī)，干擾功率利用率更高，因而瞄準(zhǔn)式干擾被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)的對(duì)抗中。

瞄準(zhǔn)式干擾[16]一般滿足：

(1)

采用瞄準(zhǔn)式干擾必須首先測(cè)得雷達(dá)信號(hào)頻率，然后把干擾機(jī)頻率調(diào)整到雷達(dá)的頻率上，保證較窄的帶寬覆蓋，這一過(guò)程稱為頻率引導(dǎo)。瞄準(zhǔn)式干擾的主要優(yōu)點(diǎn)是在干擾頻段內(nèi)的功率強(qiáng)，這是壓制式干擾的首選方式；缺點(diǎn)是對(duì)頻率引導(dǎo)的要求高，有時(shí)甚至是難以實(shí)現(xiàn)的。

若采用噪聲調(diào)頻形式來(lái)實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)式干擾。噪聲調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式為：

(2)

式中：Uj為噪聲調(diào)頻信號(hào)的幅度；fj為載頻；Kf為調(diào)頻斜率，且為常數(shù)；φ為初始相位。

噪聲調(diào)頻干擾的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制噪聲un(t)的幅度變化而變化，瞬時(shí)頻率為：

f(t)=fj+Kfun(t)

(3)

干擾信號(hào)的頻譜為：

(4)

從上式求得干擾信號(hào)的譜寬為：

(5)

當(dāng)式(5)滿足式(1)，則滿足瞄準(zhǔn)式干擾的條件。

圖1為瞄準(zhǔn)式噪聲干擾的頻譜分布。

圖1 瞄準(zhǔn)式噪聲干擾頻譜分布

2 隨機(jī)跳頻信號(hào)模型

隨機(jī)跳頻信號(hào)屬于典型的非平穩(wěn)信號(hào)，其載波頻率隨機(jī)跳變，隨機(jī)跳頻信號(hào)雷達(dá)是均勻步進(jìn)頻雷達(dá)的進(jìn)一步推廣[17-21]。隨機(jī)跳頻信號(hào)s(t)可表示為：

(6)

末制導(dǎo)雷達(dá)可以通過(guò)隨機(jī)跳頻的方式來(lái)對(duì)抗瞄準(zhǔn)式噪聲壓制干擾，其工作原理是將目標(biāo)信號(hào)原有載頻進(jìn)行跳變，跳變范圍大于干擾帶寬。也即當(dāng)干擾帶寬為信號(hào)帶寬的2倍時(shí)，末制導(dǎo)雷達(dá)的頻率跳變范圍要大于2B。跳頻之后，利用新載頻生成新的回波信號(hào)，而干擾信號(hào)還是沿用上一時(shí)刻的原有載頻。這樣利用新載頻進(jìn)行下變頻之后的混合信號(hào)，再通過(guò)通帶帶寬僅為信號(hào)帶寬的低通濾波器，就可以將干擾信號(hào)濾除。

3 基于隨機(jī)跳頻的末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾仿真研究

仿真中，采用載頻12 GHz、信號(hào)帶寬100 MHz、脈寬10 μs、目標(biāo)初始距離15 km、相參脈沖數(shù)128個(gè)，干擾信號(hào)為瞄準(zhǔn)式噪聲干擾，干擾帶寬為200 MHz。圖2和圖3分別為跳頻前、后回波與干擾混合信號(hào)經(jīng)脈壓處理后的結(jié)果。

由圖2和圖3可以看出，當(dāng)不存在瞄準(zhǔn)式干擾時(shí)，經(jīng)過(guò)脈壓處理后，目標(biāo)在15 km處凸顯出來(lái)；當(dāng)存在瞄準(zhǔn)式干擾時(shí)，如果不進(jìn)行抗干擾處理，經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后，目標(biāo)仍被干擾信號(hào)所淹沒；當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)采用隨機(jī)跳頻抗干擾方式時(shí)，瞄準(zhǔn)式干擾得到非常好的抑制，目標(biāo)在15 km處得到明顯的凸顯。

如4和圖5為末制導(dǎo)雷達(dá)采用抗干擾手段前后距離測(cè)量值和距離測(cè)量誤差曲線。

由圖4和圖5可以看出，在施加瞄準(zhǔn)式干擾后，末制導(dǎo)雷達(dá)的測(cè)距誤差非常大，且呈現(xiàn)出雜亂分布。最大誤差約800 m，對(duì)于精確制導(dǎo)炸彈來(lái)說(shuō)，800 m的誤差是完全不夠的。而當(dāng)采用隨機(jī)跳頻抗干擾措施后，距離測(cè)量值與真實(shí)距離相差無(wú)幾，最大誤差小于2 m，因此可以說(shuō)明隨機(jī)跳頻抗干擾措施非常有效。

圖2 跳頻前經(jīng)脈壓處理的結(jié)果

圖3 采用隨機(jī)跳頻后經(jīng)脈壓處理的結(jié)果

圖4 末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾前后距離測(cè)量曲線

圖5 末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾前后距離測(cè)量誤差曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)基于隨機(jī)跳頻的末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾開展理論建模和仿真研究，首先建立了瞄準(zhǔn)式干擾的理論模型，然后分析了隨機(jī)跳頻信號(hào)的產(chǎn)生算法，最后仿真研究了基于隨機(jī)跳頻的末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾的距離測(cè)量性能。本文的研究可以為末制導(dǎo)雷達(dá)抗瞄準(zhǔn)式干擾設(shè)計(jì)提供一定的參考。