海戰場密集復雜電磁環境對艦載雷達有源干擾效果的影響及對策探討

馬安寧

（海軍駐南京924 廠軍事代表室，南京210019）

1 海戰場復雜電磁環境的特點分析

海戰場密集復雜電磁環境有以下特點：

（1）信號密度高，造成大量脈沖在時域重疊

·雷達數量多。未來海戰場上編隊作戰時，雷達數量可能達到近百部甚至更多。

·單部雷達的重復頻率提高。脈沖多普勒（PD）雷達在敵我作戰飛機和艦艇上得到廣泛采用，其重復頻率比常規雷達高2 個數量級。

·低截獲概率的脈壓雷達被廣泛采用。

·瀕海戰場上存在大量民用導航雷達信號。

·敵方干擾機發射的大量脈沖欺騙信號。

（2）環境背景信號復雜

·自然環境中的反射物（包括本編隊內的艦艇）造成大量反射信號。

·箔條云造成反射。

·本艦衛星通信信號和高占空比雷達信號的干擾。

·本艦或臨近艦艇自衛干擾機發射的高占空比干擾信號。

2 復雜電磁環境中的威脅雷達信號特點分析

（1）采用大范圍頻率捷變

采用達數GHz 以上范圍的頻率隨機捷變。

（2）采用大范圍重復周期抖動

雷達重復周期隨機抖動范圍高達100%。

雷達可以根據需要在毫秒量級的時間幀之間自動改變工作模式。

（4）采用隱蔽技術

威脅雷達的頻率隱藏在民用導航雷達的頻率范圍內。

（5）利用干擾設備的弱點

雷達發射虛假掩護脈沖。

3 密集復雜電磁環境下干擾機的適應性分析

3.1 同時多信號的適應性問題

目前，為了對抗導彈對重要艦艇目標的飽和攻擊，國內外大多數艦載雷達有源干擾機采用具有同時多方位干擾能力的多波束體制干擾發射機，也有個別采用相控陣體制干擾發射機。這些干擾機從原理上具有同時多波束的發射能力，但是，目前由于干擾激勵器和干擾發射機都設計成單信號的，行波管工作在飽和狀態下，所以一般只能同時發射一個信號。

在密集復雜電磁環境下，脈壓威脅雷達得到廣泛應用，大量威脅雷達的脈沖在時域重疊，要求干擾機必須具備同時發射多信號的能力，否則大量脈沖不受干擾，干擾效果差。

因為市政工程造價管理具有較高的技術含量，所以一定要重視管理人員的綜合素質，需要具有較專業的造價管理技術和知識，充分了解市政工程本身的特點，所以企業一定要對相關人員進行培訓，讓造價管理人員的綜合素質和專業技能逐步提高，并且對他們的道德培養進行強化，防止產生管理人員以權謀私的問題，利用職務便利獲得個人利益等情況。

為了對威脅信號進行同時干擾，干擾機必須對威脅信號進行信號的時域跟蹤，通常采用重頻跟蹤器來實現。重頻跟蹤器接收偵察引導接收機輸出的實時脈沖特征參數描述字（PDW）（包括載頻、方位、脈寬、脈幅等），實時輸出對應多部雷達的跟蹤波門，用于對雷達信號進行頻率存儲和干擾激勵信號產生。在密集復雜電磁環境中，偵察引導接收機必須能正確輸出PDW。這就要求偵察引導接收機具有對同時到達信號的參數測量能力。

目前，主要引導接收機采用瞬時測頻體制，它具有頻帶寬、測頻時間快、測頻精度高、動態范圍大、體積小、重量輕等優點；但是不具有對同時到達信號的頻率測量能力，只能測量同時出現的強信號頻率。當2 個信號的功率接近時，會產生很大的測頻誤差。引導接收機通常采用的測向設備主要采用多波束比幅測量體制，具有測向精度高、測向靈敏度高、截獲概率100%的優點，但是不具備對同時到達信號的方位測量能力。

當信號時域重疊時，只能測量強信號的方位。同樣，信號重疊時，小信號脈寬的測量也難以進行，頻率、方位和脈寬是重頻跟蹤器進行信號濾波的重要實時PDW參數，它們出現大量漏測或錯測時，重頻跟蹤器無法對信號進行正確的跟蹤。

3.2 大范圍捷變信號的跟蹤和儲頻問題

對于載頻和重頻大范圍偽隨機捷變的威脅信號，頻率的濾波將失去意義，依靠載頻濾波的重頻跟蹤器很容易被同方位的其他脈沖干擾，而無法進行跟蹤。對于重頻大范圍偽隨機抖動的雷達采用跟蹤的方法難以實現窄波門跟蹤，導致干擾的時間資源和頻率資源浪費，嚴重影響對多部雷達同時干擾時的干擾效果。

對于大范圍偽隨機頻率捷變的威脅信號，現有基于數字儲頻體制的干擾激勵器的瞬時帶寬（1GHz 左右）不足，導致大量威脅脈沖落在儲頻帶寬之外。數字儲頻的瞬時帶寬限于高速ADC 的速度，難以達到整機要求。

3.3 電磁兼容問題

雷達有源干擾設備與偵察引導設備之間存在收發隔離度不足而帶來的電磁兼容問題。由于收發的頻率相同，所以難以采取濾波等措施解決。當隔離度不足時，干擾信號將影響偵察引導設備接收機的門限檢測和測頻及測向功能，從而導致信號大量增批，PDW出現大量錯誤，重頻跟蹤器無法跟蹤雷達信號；也會使數字儲頻的門限電路出現大量虛警，從而嚴重影響干擾設備的正常工作。

當收發隔離度不足時，系統通常采取分時工作的方式，但是分時工作模式下，在干擾停止的時間段內，末制導雷達不受干擾，可以進行正常的信號接收和角度距離跟蹤，但是數據率降低。另外，雷達通過改變工作模式和載頻、重頻等參數，導致偵察引導設備的偵察間隔時間必須盡量縮短，這將提高雷達的數據率和跟蹤精度。

雷達有源干擾設備與同平臺或編隊內其他平臺的衛星通信和高占空比火控雷達處在同一頻段，也存在著電磁兼容的復雜問題，特別是干擾設備與火控雷達在反導時往往需要同時工作，所以兼容性更加重要。衛星通信為調制連續波信號，火控雷達高占空比信號的重頻很高，無法采用通常的匿影措施來解決兼容性問題。而任其進入干擾引導接收機，將導致接收機和數字儲頻門限電路產生大量虛警，產生大量的窄脈沖參數測量，引起PDW測量錯誤和信號分選的增批，也會引起重頻跟蹤器錯誤跟蹤。

4 適應密集復雜電磁環境的干擾設備改進措施

4.1 提高偵察引導設備對同時到達信號參數的測量能力

為了解決同時到達信號的頻率測量問題，可以采用信道化和壓縮接收機體制，目前，主要采用數字信道化體制。數字信道化接收機在具有同時到達信號的測量能力的同時，兼有高靈敏度、高測頻精度的優點。其存在的主要問題是限于高速多位模數轉換器（ADC）的速度，瞬時帶寬難以達到要求，目前的器件可以達到1GHz 左右，系統應用時需要采用多個通道并行工作進行寬帶覆蓋。但是問題轉變為降低成本、減小體積重量，隨著ADC 速度的提高以及大規模高速現場可編程門陣列（FPGA）器件的發展，這些問題不難解決。

為了解決同時到達信號的角度參數測量問題，應優先采用多波束并行測向體制，波束數量越多，方位分辨力越高，每個波束內同時到達信號出現的概率越小。高精度的方位測量能力對于重頻跟蹤器對大范圍頻率捷變信號的跟蹤也是非常重要的，因為在PDW中，雷達唯一無法改變的參數就是方位。降低多波束天線的副瓣電平是另一個重要措施，天線的副瓣電平決定了測向接收機同時到達信號的測量能力，即雙音動態范圍，采取幅度加權的方法可將天線的副瓣電平降低到－30dB 以下。另外，測向接收機需要改進原有的單信號測量方法，在每個波束單獨設置檢測門限，采用并行處理電路進行多通道快速幅度比較，可實現不同方位重疊信號的方位測量。

4.2 改進重頻跟蹤器

同時到達信號測量能力的解決將有助于提高重頻跟蹤器在密集復雜電磁環境中的跟蹤性能。為了解決時分工作模式下干擾效果下降的問題，要求偵察時間盡量縮短，如果能夠短到雷達的重復周期以內，雷達將不能進行測距，干擾效果將不受影響。跟蹤器在干擾發射期間由于偵察引導設備不工作，所以只能采用記憶跟蹤。記憶跟蹤的精度應該達到在記憶跟蹤結束時，雷達信號仍然處于跟蹤器的跟蹤波門內，這樣跟蹤器只利用一個脈沖就可以維持跟蹤，偵察的時間窗口也可以較窄。另外，記憶跟蹤的精度也決定了儲頻電路工作的時間窗口，記憶跟蹤的精度差，輸出的存儲波門必然變寬，落入儲頻窗口的干擾脈沖就多，干擾效果下降，并帶來電磁兼容問題。所以重頻跟蹤器記憶跟蹤的精度需要大幅提高，當然這也需要跟蹤器能夠進行精確、實時的雷達重復周期測量。

雷達工作模式快速變化時，雷達的載頻、重頻和脈寬會快速改變。為了適應其改變，跟蹤器內部需要進行多通道的并行跟蹤，通道的數量應該大于等于雷達的工作模式，才能實現跟蹤波門的穩定輸出。

為了解決大范圍頻率捷變信號的跟蹤問題，可采用高精度的方位、脈寬和脈幅濾波，對于頻率與民用導航雷達重疊的信號，則需要對大量導航雷達脈沖建立跟蹤，在時域和頻域濾除導航信號的干擾。

重頻跟蹤器還必須實時監測雷達是否有意或無意發射欺騙掩護干擾脈沖，掩護脈沖通常比真實脈沖在時間上稍微超前，載頻脈寬等其他特征可以相同也可以不同，所以重頻跟蹤器必須進行正確的檢測、識別和剔除，否則可能只對掩護脈沖進行跟蹤和干擾。

4.3 干擾激勵器和發射機具有同時多信號能力

為了對重疊信號進行有效干擾，必須使干擾激勵器和發射機具有同時多信號發射能力。壓控振蕩器（VCO）基礎上的噪聲技術激勵器產生多信號需要采用多個VCO 通道，在直接數字合成（DDS）基礎上的噪聲技術產生器可以采用單個通道同時產生多個信號。數字儲頻基礎上的欺騙干擾激勵器本身具有多信號的儲頻和復制能力，但是其變頻通道必須依靠多個通道并行工作。

小功率的激勵器可以采用多通道的方式實現多信號產生能力，不會產生信號的互調效應。最終的大功率發射機一般是基于行波管的，由于體積、重量和價格的原因，難以為了實現多信號能力而采用并行工作的方案。為了使行波管避免多信號放大時產生互調，應使其工作在線性狀態，基于多波束陣列發射機的波束開關矩陣也必須采用多刀多擲形式的開關。

4.4 擴展數字儲頻的瞬時帶寬

數字儲頻的瞬時帶寬與高速多比特ADC 的采樣速度有關，為了提高瞬時帶寬，可以采用正交采樣的方法實現瞬時帶寬的加倍，但是這樣的提高仍然達不到要求。

可以采用的一種方案是在引導接收機的射頻前端進行頻率的高速檢測，然后將數字儲頻的變頻通道進行快速引導。頻率的測量速度和引導速度需要達到10ns 量級，才能保證干擾機的最小延遲時間要求，從而保證干擾效果。頻率快速測量的測頻分辨率只要達到數字儲頻瞬時帶寬的一半即可，可以采用瞬時測頻或多通道濾波檢波的方案實現快速頻率測量。頻率的快速引導需要采用快速的直接式頻率合成器來實現，頻率的建立時間取決于超高速微波開關的開啟時間。

4.5 連續波和高占空比等干擾信號的消除

抑制和消除連續波對引導接收機和數字儲頻模塊的影響是提高電子對抗設備密集復雜電磁環境適應能力的重要方面。目前的測頻接收機有時采用開關斬波的方法消除連續波信號的影響，也有將接收機的門限提高到連續波信號以上的處理方法。較好的措施是采用釔鐵石榴石（YIG）或單片微波集成電路（MMIC）可調帶阻濾波器過濾的辦法來消除連續波的影響，通常其抑制度可達40dB左右，為了濾除可能存在的多個干擾源，可以將多個濾波器串聯。對于數字儲頻通道來說，也必須采用同樣的措施，實現對連續波和高重頻干擾信號的濾除，才能避免其對放大、變頻、門限檢測等微波通道的干擾。

對于多方位和多波束比幅測向的寬開直檢式測向接收機來說，連續波和高重頻信號也將嚴重影響其正常工作。但是，由于通道數量多，如果每個通道都增加可調濾波器，那么價格、體積、重量和供電使得引導接收機難以承受。

為了解決測向通道受連續波和高重頻信號干擾的問題，可以借助低副瓣多波束天線來實現。對干擾方向對應的波束進行開關控制，可以將干擾有效抑制；也可采用自適應濾波方案，即在測頻通道采用YIG或MMIC 可調濾波器進行濾波，在多波束的每個測向通道利用經過濾波的測頻通道的分路信號與一個固定中頻進行單邊帶上變頻后作為本振信號，測向天線輸出的信號與該本振信號混頻產生中頻信號，該中頻信號的幅度與測向天線的射頻信號成比例。對于脈沖信號，測頻通道濾波器保持直通狀態，射頻信號與一固定中頻連續波信號經單邊帶混頻器變頻后，作為本振信號，該信號與定向通道來的射頻信號進行混頻后，產生與全向通道固定本振同頻的中頻信號，該中頻信號的脈寬和脈幅與射頻信號相同，經中頻檢波對數視頻放大器（DLVA）后進行量化采樣和方位編碼，可達到與原射頻信號的DLVA方案同樣的性能。當存在連續波或高重頻信號時，測頻通道檢測到連續波信號后，控制可調濾波器濾除該頻率，所有定向通道由于無連續波或高重頻信號的本振輸入而無對應的中頻輸出，而外部的脈沖信號則可以正常接收，從而抑制定向通道的干擾。

4.6 收發隔離問題的解決途徑

提高收發隔離度對于改進干擾機的干擾效果至關重要。提高收發隔離的主要措施有：

（1）選擇適當的天線安裝位置，降低近距離反射影響；

（2）降低收發天線的副瓣電平，降低空間直接耦合度；（3）收發天線采用正交極化，提高正交隔離度；（4）收發天線之間設置隔離裝置，提高空間隔離度；

（5）采用射頻和數字自適應干擾對消措施，抑制干擾信號對接收機的影響。

在系統設計方面，還應該設法降低對收發隔離度的要求，例如自適應降低發射功率、提高接收機的檢測門限，提高時分工作的靈巧性等。

5 結束語

在密集復雜的電磁環境中，艦載有源干擾機需要應對反艦導彈末制導雷達、機載相控陣多功能雷達等威脅作戰對象采取的載頻大范圍捷變、重頻大范圍抖動和掩護脈沖等抗干擾能力提升帶來的挑戰。在引導接收機和干擾發射機方面，需要增加時域重疊信號的參數測量、跟蹤和干擾能力，在電磁兼容性方面需要抑制連續波、高重頻、大量民用導航信號等干擾信號對接收機、干擾激勵器和重頻跟蹤器的干擾，需要解決收發隔離度達不到要求所帶來的影響信號穩定偵收、識別和干擾的難題。解決以上問題之后，艦載有源干擾機將與無源干擾、舷外有源誘餌等設備一起協同配合，完成電子對抗系統肩負的軟殺傷使命任務。

［1］王汝群.戰場電磁環境［M］.北京：解放軍出版社，2006.

［2］劉棱，胡輝.現代電子戰系統發展趨勢［J］.艦船電子對抗，2005（3）：6－10.