基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估

熊　波，曾　鑫，衛永平

(1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001；2.海軍司令部，北京 100036；3.淮海工業集團有限公司，山西 長治 046012)

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基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估

熊波1，曾鑫2，衛永平3

(1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001；2.海軍司令部，北京 100036；3.淮海工業集團有限公司，山西 長治 046012)

摘要:針對傳統分析方法無法計算干擾信號功率的問題，提出了基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估方法。該方法從本質上揭示了電磁場等相位面產生畸變的原因，得到了欺騙干擾信號角度及合成功率大小。仿真驗證表明，畸變角越大、合成功率越小，與理論分析完全吻合。

關鍵詞:交叉眼干擾；相干干擾；電磁場畸變；電磁場仿真

0引言

單脈沖雷達在理論上通過一次脈沖發射即可確定目標方位，對回答式角度欺騙具有較強的抗干擾能力。但是隨著電子對抗技術的發展，出現了多種針對單脈沖雷達的干擾技術。對單脈沖雷達的角欺騙干擾可分為交叉極化干擾、非相干干擾和相干干擾[1-2]。相干干擾的一種具體實施方式就是“交叉眼干擾”，這種干擾方式不需要在舷外實施干擾即可產生虛假目標，比起拖曳式誘餌等舷外干擾方式來說，戰術實施更容易。但交叉眼干擾機對器件要求非?？量?，能否真正在裝備上實現具有很大的爭議[3]。意大利電子公司在電子對抗技術的研究方面處于國際領先地位，該公司長期以來一直在進行交叉眼干擾機的研制工作。最新資料顯示，該公司進行了一系列試驗，證明“交叉眼”干擾技術是一種魯棒的、可靠的技術，可以有效地對單脈沖雷達進行角度欺騙[3-5]?？梢灶A見，隨著技術的發展成熟，交叉眼干擾很可能成為單脈沖雷達導引頭的最大威脅。因此非常有必要對這種干擾方式進行深入研究。

目前國內的研究大部分是從單脈沖雷達的響應出發對“交叉眼”干擾的效果進行分析，認為當兩路相干信號相位相差180°，功率比接近1時，欺騙干擾效果最好，會產生接近180°的角度偏差[6-9]。事實上，“交叉眼”干擾的實質是空間電磁場的等相位面產生了畸變，與雷達具體工作體制無關，因此僅從單脈沖雷達的響應進行分析具有局限性。其次，這種分析方法只計算了角度偏差的大小，并沒有對合成的干擾功率大小進行計算，得到的結論是角度偏差越大欺騙干擾效果越好。在實戰條件下，真實目標回波信號與干擾信號處于競爭關系，必須考慮干擾信號的功率大小。針對上述問題，本文采用電磁場矢量合成的方法對“交叉眼”干擾進行了詳細的分析，從本質上揭示了電磁場等相位面產生畸變的原因，并推導了欺騙干擾信號的角度及合成功率大小。

1交叉眼干擾對單脈沖雷達的干擾機理

目前大部分文獻是從單脈沖雷達的角度來對交叉眼干擾進行分析的，如圖1所示。

圖1　對單脈沖雷達的交叉眼干擾示意圖Fig.1　Schematic diagram of cross-eye jamming to mono-pulse radar

當天線中軸對準0°時，設其方向圖函數為F(θ)。天線1的中軸在-θ0，其方向圖函數為：F(θ0+θ)；同理，天線2的方向圖函數為：F(θ-θ0)=F(θ0-θ)。

干擾信號J1幅度為A1，對應的入射角度為：

(1)

干擾信號J2幅度為A2，對應的入射角度為：

(2)

設干擾信號J2相對J1有φ的相位延遲。天線1中的響應輸出為：

E1=[A1F(θ0+θ1)+A2F(θ0+θ2)ejφ]ejωt

(3)

天線2中的響應輸出為：

E1=[A1F(θ0-θ1)+A2F(θ0-θ2)ejφ]ejωt

(4)

計算得到接收機輸出誤差信號為[1]：

(5)

其中，Kd為常數；F(θ0)為天線方向圖函數。

由(5)式等于0，得到跟蹤天線指向角為：

(6)

當φ=π，k→1時，跟蹤角度θ→。

可見，交叉眼干擾要取得好的干擾效果，需要兩路干擾信號幅度比趨近1，相位角相差π。

2交叉眼干擾的電磁場分析

假設兩個電磁場極化相同，即E1、E2方向相同；兩個電磁場幅度比為E1∶E2=k∶1，相位分別為φ、0；功率密度分別為P1、P2，它們的入射方向之間夾角為Δθ，如圖2所示。

圖2　電磁場的空間合成Fig.2　Space synthesis of electromagnetic field

顯然H1、H2之間夾角同樣為Δθ。

在空間某一點(不妨假設為O點)，兩個電磁場的幅度比值為k：

E1=kejφE2

(7)

H1=kejφH2

(8)

合成電磁場功率密度為：

(9)

合成電磁場矢量P沿OA方向，假設合成矢量與P2的夾角為β，由式(7)—式(9)推導得：

(10)

通常情況下Δθ較小，取sin(Δθ)=Δθ，cos(Δθ)=1，則式(10)化為：

(11)

可近似?。?/p>

(12)

則合成矢量P與P1、P2中心線的夾角為：

(13)

與式(6)的分析結果完全一致，可見不管從單脈沖雷達的響應還是從電磁場矢量合成來進行分析，欺騙角度的大小都是完全一樣的。

當φ=π時，根據式(9)可得合成功率大小為：

P=

(14)

根據式(12)、式(14)，當兩路相干信號的相位差φ→π，幅度比值k→1時，欺騙角度β→π/2，合成功率P→0。因此，實際運用“交叉眼干擾”方式時，不能一味追求欺騙角度越大越好，必須考慮到干擾功率的大小，做到二者兼顧。

3計算機仿真

兩個均勻平面波，頻率均為1GHz，幅度比為1∶1.1，入射角分別為0°、1°，相位相差180°，仿真近場區范圍為x：0～1m，y：-20～20m，仿真步長0.1m。

采用AnsoftHFSS進行電磁場仿真，得到在x=0的位置觀察電場相位隨y軸變化如圖3所示。

畸變區局部放大如下圖4所示。

圖3　沿y軸相位變化Fig.3　Phase change along the y axis

圖4　畸變區相位沿y軸變化曲線Fig.4　Curves of phase change along the y axis in aberrance zone

從圖4計算得到畸變區域等相位面與y軸夾角為θ1=10.67°，非畸變區域等相位面與y軸夾角為θ2=0.52°。

可見，非畸變區的傳播方向與y軸夾角為0.52°，非畸變區域的電磁場傳播方向沿兩個向量的合成矢量方向?；儏^的傳播方向與y軸夾角為10.67°，兩者之間的夾角即為偏離角10.15°。

根據前面理論分析的結果，畸變角大小為：

(15)

理論計算的偏離角的應為10.5°，仿真得到的偏離角為10.15°，兩者吻合得非常好。產生誤差的原因一是由于理論計算本身采用了近似；二是與仿真時畸變區的選取有關，畸變區選得越小，畸變角就越大，就越接近理論值。另外，從仿真結果也可以看出，畸變角越大的區域，對應的合成電磁場功率越小。

4結論

本文提出了基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估方法，該方法從本質上揭示了交叉眼干擾的角度欺騙是由于電磁場等相位面畸變造成的，與具體的跟蹤雷達體制無關，并通過理論計算得出合成電磁場“畸變角越大、合成功率越小”的結論。通過計算機仿真進行了驗證，結果表明采用電磁場矢量合成進行分析的方法是完全正確的。因此“交叉眼”干擾在具體實施時，并不是畸變角越大越好，而應該綜合考慮到合成功率的大小。交叉眼干擾的實施條件非?？量?，還有很多問題有待于進一步研究，如畸變區的大小對干擾效果的影響、目標真實回波信號與干擾信號的競爭結果等。

參考文獻:

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[9]耿艷,白渭雄,苗松娟.兩點源對單脈沖雷達角度欺騙干擾的仿真與分析[J].火力與指揮控制,2010,35(7):151-153.

*收稿日期:2015-10-22

作者簡介:熊波(1975—),男，四川成都人，博士，副教授，研究方向：信號處理，無線電信號偵察識別。E-mail:flybird_30@sohu.com。

中圖分類號:TJ43

文獻標志碼:A

文章編號：1008-1194(2016)03-0032-03

Cross-eye Jamming Effect Evaluation Based on Electromagnetic Field Vector Synthesis

XIONG Bo1, ZENG Xin2, WEI Yongping3

(1.Naval Aeronautical And Astronautical University , Yantai 264001, China;2. Naval Command, Beijing 100036, China;3. Huaihai Industrial Group Limited Company , Changzhi 046012, China)

Abstract:Aiming at the problem that the traditional analysis method can’t calculate jamming signal power, an method of electromagnetic field vector synthesis for jamming effect evaluation for cross-eye jamming was proposed. The method revealed why the equal phase surface of the electromagnetic field become aberrant. And it also obtained aberrance angle and compositive signal power of the deception jamming signal. Computer simulation showed that, the bigger the the cross-eye jamming signal aberrance was, the smaller is the compositive signal power. It was completely consistent with theoretical analysis.

Key words:cross-eye jamming; coherent dual-source jamming; electromagnetic field aberrance; electromagnetic field computer simulation