一種針對組網雷達的欺騙壓制復合干擾方法

袁 天，羅震明，晏洪勇，劉澤燊

(解放軍75832部隊，廣東 廣州 510515)

0 引 言

組網雷達系統相比于單雷達系統具有預警時間更短、探測空域更廣、精度更高、目標信息量更多等優勢[1-2]，在復雜的電子對抗環境中得到了廣泛應用，對突防作戰造成了嚴重威脅。針對組網雷達帶來的諸多威脅，研究人員提出了單部干擾機實施多假目標航跡欺騙的干擾技術[3]，以及控制飛行器編隊實施的協同欺騙干擾技術[4]，但這些方法仍然存在技術實現難度大、平臺易暴露等問題。

針對這些問題，本文提出欺騙壓制復合干擾方法，闡述了干擾原理，給出了分布式壓制干擾的數學模型，分析了主瓣航跡欺騙干擾中關鍵的參數調制方法，最后進行了仿真實驗，結果表明該方法可以有效對抗組網雷達。

1 復合干擾原理

欺騙壓制復合干擾主要是針對網內某一雷達使用隱身干擾機攜載平臺對其進行主瓣航跡欺騙干擾，針對能夠偵測到虛假目標位置和干擾平臺的其余雷達采用分布式小型干擾機進行較大范圍內的噪聲壓制干擾，保證虛假目標和干擾平臺不被網內其余雷達偵測到。下面以3部雷達組網為例對其原理進行說明，其干擾態勢如圖1所示。

圖1 干擾態勢

觀察圖1，雷達采用探測區域兩兩相互重疊的方式布站。首先使用小型分布式干擾機群對R1、R32部雷達進行壓制干擾，使其探測范圍壓縮到圖中粗實線區域內。對雷達R2實施主瓣航跡欺騙干擾，干擾機平臺和虛假目標均位于其余2部雷達探測范圍之外將不會被其探測到，干擾機沿T1T2航線飛行并發射干擾信號，由于F1位于雷達R2探測范圍之外，因此實際形成的虛假目標航跡為FF2。

2 分布式壓制干擾

在此使用分布式壓制干擾，將網內部分雷達的探測區域進行壓縮。根據文獻[5]可以得出分布式干擾下對雷達的最大壓制距離(自衛距離)為：

(1)

式中：Kj為雷達信息處理設備輸入端干信比(即干擾壓制系數)；σ為雷達反射截面積；Rj為干擾機到雷達的距離；γj為干擾信號對雷達天線的極化損失；Pt、Gt為雷達等效輻射功率；Gr為雷達天線接收目標回波信號的增益；Pj、Gj為干擾等效輻射功率；N為干擾機個數；Gr(θi)為雷達天線接收干擾信號的增益；Lj為干擾信號的極化損失和機內傳輸損耗；Bj為干擾信號帶寬；Ls為目標回波信號在雷達內的傳輸損耗；Bs為雷達中放帶寬。

設雷達的半功率波束寬度為θ0.5=3°，根據文獻[6]，則Gr(θi)計算如下：

(2)

觀察雷達自衛距離計算公式可以發現，當干擾機空間位置固定時，隨著雷達主波束的移動，雷達自衛距離將會變化，將雷達在不同方向時最大探測距離連接起來就是分布式干擾下雷達的暴露區也即是有效區域。

3 主瓣航跡欺騙干擾

要成功實施主瓣航跡欺騙干擾，最主要的就是在適當的時機施放帶有相應干擾參數調制的干擾信號，因此干擾參數的調制是主瓣航跡欺騙干擾能否成功有效的關鍵[7]。以常用的線性調頻(LFM)信號為例，假定雷達發射信號為：

(3)

則調制之后的干擾信號可表示為：

J(t)=krect(t-Δt)·exp[j2π((f0+fd)(t-Δt)+

(4)

式中：k、Δt、fd分別表示對接收到的雷達信號的幅度、時延和多普勒頻率的調制。

3.1 幅度調制分析

假設干擾機模擬的假目標到雷達的距離為Rf，RCS為σ，根據偵察方程，干擾機截獲的雷達信號功率為：

(5)

將干擾信號轉發給雷達，則雷達接收到的干擾信號功率為：

(6)

式中：K=k2，為干擾信號調制結果。

所要模擬的假目標回波功率應為：

(7)

式(7)與式(6)應當相等，則有：

(8)

因此得到幅度調制參數為：

(9)

3.2 時延調制分析

假設干擾機與雷達之間的距離為Rj，假目標與雷達之間的距離則為Rf，雷達的脈沖重復周期為TP，且在此假設假目標位于干擾機與雷達連線的延長線上，則時延Δt可以表示為：

Δt=2(Rf-Rj)/c，Rf>Rj

(10)

雷達、干擾機和假目標的空間關系如圖2所示。

圖2 空間關系

圖2中，A和C表示當前干擾機和假目標位置，B和D表示下一次干擾機和假目標的位置，在此設定OA=Rj0，OC=Rf0，OB=Rj1，OD=Rf1，CD=d，∠AOB=∠COD=θ。

(11)

由前文分析可知，在整個過程中首先得到的是假目標點跡的參數和當前時刻的干擾機位置，即Rj0、Rf0、Rf1和d是已知的，需要求解的就是下一次干擾時干擾機位置，即Rj1。

在ΔCOD中，已知OC、OD和CD，通過余弦定理可以求得θ為：

(12)

在ΔAOB中，已知OA、θ，在此假設α已知，則有∠OAB=π-α，通過正弦定理可以求得OB及Rj1為：

(13)

因此干擾信號的時間延遲為：

(14)

3.3 多普勒調制分析

在干擾過程中2次干擾的時間間隔設為Δt0，在此為方便計算，假定其在干擾點處的速度為其在這段時間內勻速運動的速度，因此可以求出假目標和干擾機的運動速度為：

(15)

(16)

因此干擾信號的多普勒頻率為：

(17)

在進行多普勒調制時，應將自身多普勒效應的影響抵消[8]，因此有：

(18)

α=αmin+rand*(αmax-αmin)

(19)

式中：rand函數表示取0到1之間的隨機數；αmax為航向角最大值；αmin為航向角最小值。

3.4 干擾實施過程

根據前文的分析推導，設計主瓣航跡欺騙干擾過程如圖3所示，具體實施步驟如下：

(1) 干擾偵察。獲得敵方雷達的位置、發射信號形式、波束信號強度和駐留時間等先驗信息。

(2) 虛假航跡設定。根據運動學特征參數限制設計符合敵方雷達一般航跡關聯準則的虛假航跡，得出虛假航跡、點跡的各項參數。

(3) 參數推導裝訂。在對干擾機自身狀態進行初始化測量的基礎上，依據前面提出的干擾信號調制方法推導干擾機運動參數并進行裝訂。

(4) 干擾具體實施。首先判定是否為首次干擾，若是，則使用步驟(3)的初始參數實施首次干擾，而后遞推計算下次干擾參數；若不是，則使用遞推參數釋放干擾，直至干擾結束。

(5) 干擾結束。一是由我方下達干擾結束指令，二是干擾機連續多個雷達工作周期未截獲雷達波束。

圖3 干擾實施流程

4 仿真實驗驗證

在此分別對分布式壓制干擾和主瓣欺騙干擾進行仿真分析。

4.1 分布式干擾仿真

雷達及干擾機參數如下：Pt=150 kW，Pj=5 W，Gt=Gr=30 dB，σ=5 m2，γj=1 dB，Gj=1 dB，Kj=10 dB，Bj=200 MHz，Bs=60 MHz，Lj/Ls=-10 dB。

選取9部相同初始條件的干擾機，與雷達距離均為Rj=40 km，按等間距分布，中心位置位于0°方向。干擾機之間的分布間隔以半功率波束寬度3°為準，仿真結果如圖4所示，局部放大如圖5。

圖4 分布式壓制干擾效果

圖5 干擾效果局部放大

觀察圖4和圖5可以發現，通過多部小型干擾機共同對雷達實施壓制干擾可以使雷達的探測范圍大幅度下降，在雷達主瓣波束對準分布式干擾機群時將出現“楔形缺口”盲區，在這個盲區中，雷達被干擾信號所壓制，探測范圍急劇下降，不能有效地檢測到運動目標，在一定角度范圍內均有較強的壓制效果。

4.2 主瓣欺騙干擾仿真

在此設定虛假目標做勻變速運動，以虛假航跡起始位置為原點建立三維直角坐標系，取雷達位置為(-50 000,50 000,0)，虛假航跡起始點相對于雷達的方位角為315°，干擾機初始位置距離雷達60 km，其初始方位角同樣為315°。設定虛假目標做勻變速運動，其初始位置為(0,0,0)，X、Y、Z方向初始速度均為100 m/s，其加速度情況如表1所示。

表1 虛假航跡加速度

而后根據參數調制方法進行參數計算，按照時間順序施放干擾信號。干擾信號通過雷達處理后在PPI顯示器上的假目標及干擾機航跡如圖6所示。

圖6 假目標及干擾機航跡

根據前文提出的主瓣航跡欺騙干擾實施方法得出的干擾機航跡及運動參數是行之有效的，干擾機按照相應的運動參數進行機動，同時發射經過調制的干擾信號，被雷達接收之后將被雷達關聯波門關聯，最終能在顯示器上形成連續假目標航跡。

綜上所述，通過分布式干擾機實施壓制干擾使

網內部分雷達探測范圍大幅度壓縮，而后利用欺騙式干擾機對網內重要雷達如制導雷達實施主瓣航跡欺騙干擾，這在實際電子對抗中是可以實現的，因此欺騙與壓制2種干擾樣式組成的復合干擾是有效的，具有實際可行性。

5 結束語

本文針對組網雷達對抗問題，提出了欺騙壓制復合干擾方法，對其原理進行了闡述，通過一系列數據處理和分析，得出了主瓣欺騙和分布式干擾合一的復合干擾實施方法。與前人結果相比，其主要優勢在于主瓣欺騙干擾分析更加深入，對具體參數調制方法進行推導，整體實施方法更加詳細，并與分布式干擾緊密結合。最后進行仿真實驗，證明此類復合干擾方法實際可行，對于雷達對抗理論發展和實際應用具有一定的參考意義。