脈沖多普勒引信距離副瓣問(wèn)題分析

袁濤 范明君

摘 要：????? 在超低空攻擊巡航導(dǎo)彈的場(chǎng)景中，由于脈沖多普勒引信存在距離模糊，可能會(huì)出現(xiàn)虛警的現(xiàn)象。本文對(duì)脈沖多普勒引信的模糊圖及海面回波特性進(jìn)行分析，提出了隨機(jī)脈位調(diào)制、隨機(jī)二相碼調(diào)制和重復(fù)頻率跳變?nèi)N距離副瓣解決措施，并進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明重復(fù)頻率跳變具有良好的抗距離副瓣性能。

關(guān)鍵詞：???? 脈沖多普勒引信; 距離副瓣; 超低空; 隨機(jī)脈位調(diào)制; 隨機(jī)二相碼調(diào)制; 重復(fù)頻率跳變

中圖分類(lèi)號(hào)：???? TJ760; TJ43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：??? A

文章編號(hào)：???? 1673-5048（2022）02-0087-06

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2021.0204

0 引? 言

無(wú)線電引信是空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分，如美國(guó)AIM-120導(dǎo)彈、“霍克”導(dǎo)彈、“不死鳥(niǎo)”導(dǎo)彈和PAC-1導(dǎo)彈，法國(guó)“海響尾蛇”導(dǎo)彈，意大利“阿斯派德”導(dǎo)彈，俄羅斯S-300PMU1系統(tǒng)和48N6E導(dǎo)彈、S-300V系統(tǒng)9M82導(dǎo)彈、道爾M1系統(tǒng)9M330導(dǎo)彈等[1]均采用了無(wú)線電引信。其中脈沖多普勒無(wú)線電引信具有良好的距離截止和速度選擇特性，具有較強(qiáng)的抗干擾能力[2]，在空空導(dǎo)彈中得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)空域向低空擴(kuò)展[3]，使用空空導(dǎo)彈攔截海面低空飛行巡航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)需求越來(lái)越迫切。但是脈沖多普勒體制無(wú)線電引信在原理上就存在距離模糊的情況，當(dāng)引信低空使用時(shí)，強(qiáng)烈的海面反射可能會(huì)導(dǎo)致引信發(fā)生虛警。

對(duì)于脈沖多普勒引信抗距離副瓣的影響，常用的措施主要包括增加隨機(jī)脈位調(diào)制或隨機(jī)二相碼調(diào)制。文獻(xiàn)[4]對(duì)脈沖多普勒體制、隨機(jī)脈位脈沖體制、0/π調(diào)相脈沖多普勒體制的抗距離副瓣措施進(jìn)行了分析，隨機(jī)脈位脈沖體制抗距離副瓣能力較好，但難以獲得速度信息，作用距離近; 0/π調(diào)相脈沖多普勒體制會(huì)損失啟動(dòng)概率。本文從雷達(dá)模糊函數(shù)出發(fā)，對(duì)脈沖多普勒無(wú)線電引信距離模糊導(dǎo)致虛警的原因進(jìn)行了分析，對(duì)比了隨機(jī)脈位脈沖多普勒、隨機(jī)二相碼脈沖多普勒引信、重復(fù)頻率跳變脈沖多普勒的性能，研究表明重復(fù)頻率跳變脈沖多普勒體制可以較好地解決距離副瓣虛警問(wèn)題。

3.3 重復(fù)頻率跳變脈沖多普勒引信

雷達(dá)中常用的解距離模糊的方法是通過(guò)發(fā)射兩種不同PRF的信號(hào)[12]，兩次檢測(cè)的脈沖重復(fù)頻率不同，其距離副瓣位置也不同。對(duì)于在引信作用范圍內(nèi)的目標(biāo)，其在兩次不同脈沖重復(fù)頻率下的回波信號(hào)，均會(huì)在距離接收門(mén)處被引信接收到，并被引信識(shí)別為目標(biāo)。

對(duì)于距離副瓣處產(chǎn)生的虛警信號(hào)，由于兩次檢測(cè)的距離副瓣位置不同，因此，在彈道飛行的同一時(shí)刻，不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)重復(fù)頻率均檢測(cè)到距離副瓣背景回波的情況（兩種重復(fù)周期的公倍數(shù)除外）。根據(jù)該特點(diǎn)，可以區(qū)分本周期和距離副瓣處的回波，如圖12所示，圖中不同顏色代表回波脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

假設(shè)某個(gè)時(shí)刻引信與地海面背景的距離為L(zhǎng)，且此距離正好對(duì)應(yīng)為fR1的距離副瓣值，則對(duì)于重復(fù)頻率為fR1的引信，地海面回波會(huì)進(jìn)入引信距離門(mén)，經(jīng)過(guò)相關(guān)濾波后會(huì)輸出多普勒信號(hào); 對(duì)于重復(fù)頻率為fR2（fR1≠fR2）的引信，地海面回波無(wú)法進(jìn)入引信距離門(mén)，引信無(wú)輸出。

一般情況下，跨周期的遠(yuǎn)距回波無(wú)法同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)重復(fù)頻率下的距離副瓣，因此引信完全抑制了距離副瓣的影響。但其存在的問(wèn)題是，當(dāng)引信與海面的距離為兩個(gè)距離副瓣的公倍數(shù)時(shí)，回波會(huì)穩(wěn)定進(jìn)入引信距離門(mén)，此時(shí)引信會(huì)出現(xiàn)虛警，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須使得兩個(gè)重復(fù)頻率下的距離副瓣最小公倍數(shù)足夠遠(yuǎn)，回波能量無(wú)法達(dá)到引信檢測(cè)門(mén)限。

根據(jù)以上分析可知，通過(guò)采用隨機(jī)脈位信號(hào)或隨機(jī)二相碼信號(hào)調(diào)制，距離副瓣處回波功率譜峰值衰減可達(dá)到20 dB左右，但當(dāng)引信波束正垂直海面出現(xiàn)鏡面反射時(shí)，由于回波能量很強(qiáng)，其功率譜峰值仍然會(huì)達(dá)到引信門(mén)限，為此需要進(jìn)一步采取頻域恒虛警的方法來(lái)抑制距離副瓣回波的影響， 如此則系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、計(jì)算量大。而重復(fù)頻率跳變脈沖多普勒引信在重復(fù)頻率跳變后，可完全避開(kāi)距離副瓣的影響，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上僅需要對(duì)重復(fù)頻率切換即可，軟硬件實(shí)現(xiàn)均較為簡(jiǎn)單，特別適合對(duì)傳統(tǒng)脈沖多普勒引信的改進(jìn)，系統(tǒng)成本較低。

4 結(jié)? 論

探測(cè)隱身目標(biāo)的需求使得引信靈敏度日益提高，同時(shí)引信工作頻率和彈目相對(duì)速度的提高使得引信脈沖重復(fù)頻率越來(lái)越高，因此，脈沖多普勒引信距離副瓣虛警的問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻。本文對(duì)脈沖多普勒體制無(wú)線電引信距離模糊導(dǎo)致虛警的原因進(jìn)行分析，提出了隨機(jī)脈位調(diào)制、隨機(jī)二相碼調(diào)制和重復(fù)頻率跳變?nèi)N距離副瓣解決措施，并進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，采用隨機(jī)脈位信號(hào)或隨機(jī)二相碼信號(hào)調(diào)制，可以對(duì)距離副瓣處的能量大幅衰減，但仍需要結(jié)合頻域信噪比進(jìn)一步避免虛警，且系統(tǒng)較為復(fù)雜，而重復(fù)頻率跳變可完全抑制距離副瓣的影響，軟硬件實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是抗有源干擾性能不如隨機(jī)脈位信號(hào)或隨機(jī)二相碼，因此，在引信設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體需求進(jìn)行合理選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高野軍. 淺談國(guó)外引信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 制導(dǎo)與引信， 2018， 39（1）： 1-5.

Gao Yejun. Analysis of the Research Status and Development Process of Fuze System in Foreign Countries[J]. Guidance & Fuze， 2018， 39（1）： 1-5.（in Chinese）

[2] Rammer L， Kern M A， Gruber U， et al. Comparison of Avalanche-Velocity Measurements by Means of Pulsed Doppler Radar， Continuous Wave Radar and Optical Methods[J]. Cold Regions Science and Technology， 2007， 50（1/2/3）： 35-54.

[3] 樊會(huì)濤， 閆俊. 自主化——機(jī)載導(dǎo)彈重要的發(fā)展方向[J]. 航空兵器， 2019， 26（1）： 1-10.

Fan Huitao， Yan Jun. The Important Development Direction of Airborne Missile： Autonomization[J]. Aero Weaponry， 2019， 26（1）： 1-10.（in Chinese）

[4] 劉躍龍， 劉東芳. 雷達(dá)引信抗低空界外干擾研究[J]. 制導(dǎo)與引信， 2017， 38（2）： 15-17.

Liu Yuelong， Liu Dongfang. Research on Radar Fuze Anti-Jamming Low Altitude Clutter Background[J]. Guidance & Fuze， 2017， 38（2）： 15-17.（in Chinese）

[5] 樊會(huì)濤. 空空導(dǎo)彈方案設(shè)計(jì)原理[M]. 北京： 航空工業(yè)出版社， 2013： 407-409.

Fan Huitao. Air-to-Air Missile Conceptual Design[M]. Beijing： Aviation Industrial Publishing House， 2013： 407-409.（in Chinese）

[6] 馮春環(huán)， 楊碩， 丁學(xué)飛. 脈沖多普勒引信抗干擾性能數(shù)字仿真[J]. 航空兵器， 2012（4）： 27-29.

Feng Chunhuan， Yang Shuo， Ding Xuefei. Numerical Simulation of Anti-Jamming Performance for Pulse-Doppler Fuze[J]. Aero Wea-ponry， 2012（4）： 27-29.（in Chinese）

[7] Alabster C.脈沖多普勒雷達(dá)——原理、技術(shù)與應(yīng)用[M].張偉，劉洪亮，譯.北京： 電子工業(yè)出版社，2016： 46-47.

Alabster C. Pulse Doppler Radar： Principles，Technology，Applications [M]. Translated by Zhang Wei， Liu Hongliang. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2016： 46-47.（in Chinese）

[8] 蘇益德， 路明， 臧偉. 無(wú)線電引信海面后向散射系數(shù)仿真分析[J]. 兵器裝備工程學(xué)報(bào)， 2017， 38（5）： 52-55.

Su Yide， Lu Ming， Zang Wei. Simulation and Analysis of the Sea Surface Backscattering Coefficient for Radio Fuze[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2017， 38（5）： 52-55.（in Chinese）

[9] 路明， 秦釗， 熊波， 等. 無(wú)線電引信抗海雜波干擾方法[J]. 海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2011， 26（5）： 539-542.

Lu Ming， Qin Zhao， Xiong Bo， et al. Method of Radio Fuze to Resisted the Sea Clutter[J]. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University， 2011， 26（5）： 539-542.（in Chinese）

[10] 潘玖安. 導(dǎo)彈引信地海雜波反射能量的分析與計(jì)算[J]. 制導(dǎo)與引信， 1999， 20（4）： 22-27.

Pan Jiu’an. Analysis and Calculation of Reflected Energy of Ground and Sea Clutter for Missile Fuze[J]. Guidance & Fuze， 1999， 20（4）： 22-27.（in Chinese）

[11] 馮春環(huán).近感雷達(dá)信號(hào)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 北京： 清華大學(xué)，2002： 14-29.

Feng Chunhuan. Parameter Optimization of Proximity Radar Waveforms [D]. Beijing： Tsinghua University，2002： 14-29.（in Chinese）.

[12] Mahafza B R， Elsherbeni A Z. 雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)MATLAB仿真[M]. 朱國(guó)富， 黃曉濤，黎向陽(yáng)，譯.北京： 電子工業(yè)出版社， 2009： 46-47.

Mahafza B R， Elsherbeni A Z. MATLAB Simulations for Radar Systems Design[M]. Translated by Zhu Guofu， Huang Xiaotao， Li Xiangyang. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2009： 46-47.（in Chinese）

Analysis of Range Sidelobe of Pulse Doppler Fuze

Yuan Tao*，F(xiàn)an Mingjun

（Naval Equipment Department，Wuhan 430061， China）

Abstract： When attacking cruise missile at ultra-low altitude，the pulse Doppler fuze may appear false alarm at the range sidelobe due to range ambiguity. In this paper， the ambiguity graph and the sea echo characteristics of the pulse Doppler fuze are analyzed， then three solutions of range sidelobe false alarm are proposed and compared， which are random pulsed phase modulation， random binary-phase modulation and repetitive frequency hopping. The results show that the repetitive frequency hopping method has good performance of anti range sidelobe.

Key words： pulse Doppler fuze; range sidelobe; ultra-low altitude; random pulsed phase modulation; random binary-phase modulation; repetitive frequency hopping