有源相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭干擾技術(shù)

楊愛(ài)平,劉 軍,陳 勇

(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

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展,戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜,各型艦船均進(jìn)行了隱身設(shè)計(jì),要求導(dǎo)彈末制導(dǎo)導(dǎo)引頭必須具有強(qiáng)大的對(duì)敵目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、捕獲、跟蹤的能力,同時(shí)必須具有更強(qiáng)的抗干擾能力。相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭是目前最前沿、最復(fù)雜的雷達(dá)導(dǎo)引頭之一,相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭打破了傳統(tǒng)機(jī)械掃描雷達(dá)導(dǎo)引頭固定波束形狀、固定波束駐留時(shí)間、固定掃描方式、固定發(fā)射功率和固定數(shù)據(jù)率的限制,相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭具有靈活的波束指向及駐留時(shí)間和時(shí)間資源分配等特點(diǎn),從而可以提升導(dǎo)引頭的攻擊能力和攻擊精度,增強(qiáng)了抗干擾能力[1]。

由于彈載使用極為嚴(yán)酷,相控陣制導(dǎo)技術(shù)目前正處于技術(shù)體制突破的關(guān)鍵時(shí)期,軍事強(qiáng)國(guó)都在力爭(zhēng)搶占該技術(shù)的制高點(diǎn),力求領(lǐng)先應(yīng)用在精確制導(dǎo)武器上[2]。目前,美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)和德國(guó)等軍事發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)進(jìn)行相控陣導(dǎo)引頭的研制和相關(guān)試驗(yàn)[3]。

1 有源相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭技術(shù)特點(diǎn)

(1)無(wú)慣性掃描,中末班交班能力強(qiáng)

相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭用電子控制方式實(shí)現(xiàn)天線波束快速無(wú)慣性的轉(zhuǎn)換指向,角空間搜索能力強(qiáng),搜索方式靈活多樣,在搜索樣式、波位駐留時(shí)間和角空間捷變等方面可依據(jù)作戰(zhàn)需求自適應(yīng)設(shè)計(jì),在遠(yuǎn)距離攻擊時(shí)仍可保證高的中末制導(dǎo)交班概率[2]。

(2)抗干擾能力強(qiáng)

有源相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的電掃能力和方向圖捷變能力決定了它比傳統(tǒng)導(dǎo)引頭抗干擾能力強(qiáng)。

有源相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭普遍采用大時(shí)寬帶寬積信號(hào),具有很高的信號(hào)處理增益。

(3)隱身性能好

相對(duì)于傳統(tǒng)末制導(dǎo)導(dǎo)引頭,相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭取消了伺服系統(tǒng),進(jìn)一步降低了導(dǎo)引頭的雷達(dá)截面積(RCS),提高了其隱身性能。

2 有源相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭干擾技術(shù)分析

2.1 前沿復(fù)制干擾

相控陣?yán)走_(dá)普遍采用大時(shí)寬帶寬積信號(hào),包括大時(shí)寬線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)、相位編碼信號(hào)和準(zhǔn)連續(xù)波信號(hào)等波形,本文以線性調(diào)頻信號(hào)為例進(jìn)行分析。

LFM信號(hào)是一種脈沖壓縮信號(hào),它通過(guò)非線性相位調(diào)制或線性頻率調(diào)制來(lái)獲得大時(shí)寬帶寬積。采用這種信號(hào)的雷達(dá)可同時(shí)獲得遠(yuǎn)的作用距離和高的分辨率[4]。為分析計(jì)算方便,LFM信號(hào)用復(fù)數(shù)形式表示(幅度歸一化)如下:

前沿復(fù)制干擾是指干擾機(jī)對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行前沿采樣復(fù)制并循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā),循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)根據(jù)具體參數(shù)設(shè)定來(lái)確定。前沿復(fù)制干擾時(shí)序如圖1所示。

圖1 前沿復(fù)制干擾時(shí)序圖

根據(jù)公式與仿真分析,前沿復(fù)制干擾可以產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo),原線性調(diào)頻脈壓信號(hào)的功率幾乎平均分散到各個(gè)目標(biāo)中,假目標(biāo)的個(gè)數(shù)等于轉(zhuǎn)發(fā)干擾的個(gè)數(shù)N,假目標(biāo)相對(duì)于真實(shí)回波的滯后時(shí)間為轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)相對(duì)截取存儲(chǔ)信號(hào)起始的時(shí)延[5]。

仿真場(chǎng)景1:雷達(dá)信號(hào)脈寬τ=100μs,帶寬B=30 MHz,干信比J/S=0 d B。前沿復(fù)制寬度τ′=10μs,轉(zhuǎn)發(fā)干擾個(gè)數(shù)9個(gè),干擾效果圖如圖2所示。前沿復(fù)制寬度τ′=20μs,轉(zhuǎn)發(fā)干擾個(gè)數(shù)4個(gè),干擾效果圖如圖3所示。

圖2 前沿復(fù)制干擾效果圖(前沿寬度10μs)

從圖2和圖3可以看出,每個(gè)假目標(biāo)獲得的脈壓增益與目標(biāo)回波脈壓增益比值等于前沿寬度與雷達(dá)脈沖寬度比值,假目標(biāo)個(gè)數(shù)等于轉(zhuǎn)發(fā)干擾次數(shù),每個(gè)假目標(biāo)滯后目標(biāo)回波的距離與前沿寬度成正比。當(dāng)前沿寬度較寬時(shí),假目標(biāo)所獲得的脈壓增益較高,但在雷達(dá)距離波門內(nèi)形成的假目標(biāo)個(gè)數(shù)較少。

圖3 前沿復(fù)制干擾效果圖(前沿寬度20μs)

前沿復(fù)制干擾能形成多個(gè)相干的假目標(biāo),但假目標(biāo)之間的距離遠(yuǎn)大于雷達(dá)距離分辨力,同時(shí)所形成的假目標(biāo)基本為單點(diǎn)假目標(biāo),其特性與真實(shí)目標(biāo)差距很大,能夠被相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭識(shí)別,無(wú)法達(dá)到欺騙相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的目的。

2.2 卷積干擾

基于前沿復(fù)制的卷積干擾是指干擾機(jī)對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行前沿采樣復(fù)制并延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā),延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)及時(shí)間根據(jù)具體參數(shù)設(shè)定來(lái)確定。干擾時(shí)序框圖如圖4所示。

圖4 卷積干擾時(shí)序框圖

相比于前沿復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾,卷積干擾可以獲得更密集的假目標(biāo),如果延時(shí)的時(shí)間較小,假目標(biāo)疊加后將連成一片。如果控制好每級(jí)的延時(shí)及轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù),經(jīng)雷達(dá)脈壓后,將形成一長(zhǎng)度較大的假目標(biāo)。

卷積干擾形成的假目標(biāo)滯后于目標(biāo)回波,為了達(dá)到更好的欺騙效果,可利用LFM脈沖壓縮信號(hào)固有的距離-多普勒頻移間存在強(qiáng)耦合的弱點(diǎn),通過(guò)對(duì)截獲的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)調(diào)制1個(gè)附加的頻率后轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)。經(jīng)過(guò)移頻,假目標(biāo)相對(duì)于真目標(biāo)發(fā)生的時(shí)延為:Δt=|ξ|/K,其中ξ為移頻量[6]。

由于假目標(biāo)滯后于目標(biāo)回波的時(shí)間等于卷積干擾復(fù)制的前沿寬度(設(shè)為τ′),因此如需假目標(biāo)能夠覆蓋雷達(dá)回波,則移頻量|ξ|＞τ′K=τ′B/T。

仿真場(chǎng)景2:雷達(dá)信號(hào)脈寬τ=100μs,帶寬B=30 MHz,干信比J/S=15 dB,前沿復(fù)制寬度τ′=10 μs,移頻量4 MHz。延時(shí)1μs,轉(zhuǎn)發(fā)8次,干擾效果圖如圖5所示;延時(shí)200 ns,轉(zhuǎn)發(fā)32次,干擾效果圖如圖6所示。

圖5 卷積干擾圖(延時(shí)1μs,轉(zhuǎn)發(fā)8次)

對(duì)比圖5和圖6,延時(shí)時(shí)間較大時(shí)(1μs),假目標(biāo)為一串很有規(guī)律的點(diǎn)跡假目標(biāo),容易被雷達(dá)識(shí)別,干擾效果較差;延時(shí)量較小時(shí)(200 ns),多個(gè)假目標(biāo)連成了一片且幅度有一定起伏,能夠起到較好的欺騙效果,干擾效果較好。

圖6 卷積干擾圖(延時(shí)200 ns,轉(zhuǎn)發(fā)32次)

2.3 自適應(yīng)干擾

相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的波束捷變、波束電掃描及其靈活的工作模式,大大增加了對(duì)抗難度,采用傳統(tǒng)的電子對(duì)抗技術(shù)已難以實(shí)現(xiàn)有效的干擾。采用自適應(yīng)干擾技術(shù)是傳統(tǒng)電子戰(zhàn)技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)偵察技術(shù)的突破,不斷地感知周圍的電磁環(huán)境、適應(yīng)新的威脅目標(biāo)的識(shí)別,從而自動(dòng)探測(cè)、識(shí)別,智能合成干擾措施,采用高度自適應(yīng)的電子對(duì)抗技術(shù),完成對(duì)相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的有效干擾[7]。自適應(yīng)電子對(duì)抗系統(tǒng)的基本工作原理框圖如圖7所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于相控陣導(dǎo)引頭波束控制靈活、抗干擾能力強(qiáng)、具有自適應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn),將成為引領(lǐng)雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)展方向的新一代導(dǎo)引頭[8]。本文對(duì)基于前沿復(fù)制的卷積干擾進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明延時(shí)200 ns、轉(zhuǎn)發(fā)32級(jí),同時(shí)根據(jù)前沿復(fù)制寬度設(shè)置一定的移頻量后,卷積干擾可對(duì)相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭形成較好的干擾效果。最后提出了對(duì)相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭自適應(yīng)干擾的方案。

隨著技術(shù)體制的成熟,相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭將廣泛應(yīng)用于裝備,本文提出的方法能夠?yàn)橛性磳?duì)抗相控陣末制導(dǎo)導(dǎo)引頭提供較為可行的途徑。

圖7 自適應(yīng)電子對(duì)抗系統(tǒng)工作原理框圖