交叉眼干擾研究綜述

劉天鵬 魏璽章 劉 振 丁錦燦

①(國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院 長沙 410073)

②(中山大學(xué)電子與通信工程學(xué)院 廣州 510006)

③(國防科技大學(xué)研究生院 長沙 410073)

1 引言

高效低費(fèi)的精確制導(dǎo)武器已成為戰(zhàn)場上最主要的硬殺傷武器，是空海戰(zhàn)場中戰(zhàn)機(jī)、艦船等武器裝備的主要威脅來源。為提高飛機(jī)、艦船平臺的戰(zhàn)場生存能力，對抗精確制導(dǎo)武器的跟蹤打擊，自衛(wèi)式電子干擾正成為電子戰(zhàn)(Electronic Warfare， EW)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

先進(jìn)的空空導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈等精確制導(dǎo)武器廣泛采用主動式雷達(dá)導(dǎo)引頭。在雷達(dá)導(dǎo)引頭角跟蹤中，通常采用兼具較高的測角精度和較強(qiáng)的抗干擾能力的單脈沖測角方式[1]。干擾單脈沖雷達(dá)一度成為電子戰(zhàn)領(lǐng)域的研究難點(diǎn)[2-6]。根據(jù)Dave Adamy[4]在EW101中的總結(jié)，單脈沖雷達(dá)干擾樣式大致有以下幾種：地形反彈干擾[7]、鏡像干擾、邊頻干擾、閃爍干擾[8，9]、拖曳式誘餌[10]、交叉極化干擾[11]，以及交叉眼干擾[12，13]。當(dāng)前，形成裝備的主要干擾樣式大多屬于體外式非相干角度欺騙干擾，如機(jī)載拖曳式誘餌、艦射“海妖”傘降式誘餌彈、“納爾卡”懸停式誘餌彈等，如圖1所示，其特點(diǎn)是干擾機(jī)被配置在被保護(hù)平臺之外，通過發(fā)射大功率干擾信號誘偏來襲導(dǎo)彈，實現(xiàn)平臺自衛(wèi)。

圖1 體外式非相干角度欺騙干擾裝備Fig.1 Off-board nonconherent angular deception jammer

然而，現(xiàn)有的體外式非相干角度欺騙干擾在實戰(zhàn)條件下干擾效果并不理想。例如，機(jī)載拖曳式誘餌存在干擾錐形盲區(qū)、誘偏性能不穩(wěn)定、影響載機(jī)機(jī)動等問題[14]；傘降式誘餌彈受氣象條件影響較大，惡劣氣象條件下難以使用，工作時間受限于降落傘的性能[15]；懸停式誘餌彈使用過程較為復(fù)雜，需要發(fā)射前根據(jù)被保護(hù)艦船的航向、航速以及風(fēng)向等參數(shù)，計算最佳發(fā)射時間和飛行航線，并存在空中懸停時間短的缺陷[16]。

相比之下，交叉眼干擾是一種能夠有效對抗單脈沖測角雷達(dá)的干擾樣式，屬于相干干擾體制，干擾機(jī)被配置在被保護(hù)平臺之上。交叉眼干擾具有可靠性高、系統(tǒng)反應(yīng)時間短、有效干擾時間長、壽命周期成本低，以及能夠?qū)苟鄬?dǎo)彈威脅等優(yōu)勢[5，6]，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

本文將從交叉眼干擾的理論發(fā)展、裝備發(fā)展、應(yīng)用難題以及研究趨勢等方面詳細(xì)闡述，試圖為研究者提供關(guān)于交叉眼干擾的全面認(rèn)識。本文論述理論發(fā)展時，根據(jù)交叉眼干擾發(fā)展的時間脈絡(luò)劃分了3個發(fā)展階段；論述裝備發(fā)展時，從試驗情況、現(xiàn)役裝備2個方面進(jìn)行了闡述；論述應(yīng)用難題時，以研制交叉眼干擾系統(tǒng)為落腳點(diǎn)，從干擾天線結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)容限、干信比需求以及干擾環(huán)路差異等4個方面綜合論述；最后對交叉眼干擾的研究趨勢進(jìn)行了前瞻性分析。

2 交叉眼干擾的理論發(fā)展

交叉眼干擾是通過發(fā)射兩路或多路幅度近似相等、相位相差180°的干擾信號，可以使單脈沖雷達(dá)指向偏離目標(biāo)，甚至使單脈沖雷達(dá)跟蹤失鎖。交叉眼干擾最早于1958年(1977年解密)被提出[17，18]，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，其干擾理論有了長足的進(jìn)步。梳理交叉眼干擾理論發(fā)展脈絡(luò)，大致可以分為人工角閃爍、兩源反向交叉眼干擾、多源反向交叉眼干擾3個階段。

2.1 人工角閃爍階段

交叉眼干擾的最初概念是受角閃爍物理現(xiàn)象啟發(fā)而提出的[17，18]。角閃爍現(xiàn)象對所有跟蹤雷達(dá)都會產(chǎn)生影響，當(dāng)復(fù)雜目標(biāo)上的2個散射點(diǎn)間隔一定距離、相位差180°時，目標(biāo)回波的相位波前將會發(fā)生扭曲，進(jìn)而造成跟蹤雷達(dá)天線指向發(fā)生偏差[19，20]。交叉眼干擾通過人為地模擬了最差情況下的角閃爍現(xiàn)象，實現(xiàn)對單脈沖雷達(dá)的角度欺騙干擾。因此，傳統(tǒng)交叉眼干擾又被稱為“人工角閃爍”干擾[21]、“波前扭曲”干擾[22]。

1963年，Redmill等人[21]對傳統(tǒng)交叉眼干擾進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模以及系統(tǒng)設(shè)計，是較為系統(tǒng)研究交叉眼干擾的早期文獻(xiàn)之一。然而，受限于當(dāng)時的硬件條件，人們難以精確控制2個干擾源之間的180°相位差。此后一段時間內(nèi)，鮮有人繼續(xù)研究交叉眼干擾。

角閃爍現(xiàn)象更適合去理解交叉眼干擾。交叉眼干擾人為復(fù)現(xiàn)角閃爍現(xiàn)象，可從干涉現(xiàn)象對其進(jìn)行物理解釋。幅度近似相等、相位反相的兩路干擾信號在空間合成時會發(fā)生相消干涉，并在雷達(dá)天線處形成零陷。然而，零陷處的相位波前是扭曲的，若雷達(dá)天線以波前法線方向指示目標(biāo)，則天線指向會產(chǎn)生偏差而無法指向真實目標(biāo)，如圖2所示。

線性擬合分析是分析傳統(tǒng)交叉眼干擾的主要手段[23]，通過對單脈沖雷達(dá)的和、差通道波束進(jìn)行線性擬合，來推導(dǎo)在交叉眼干擾作用下單脈沖雷達(dá)的視軸指向，即單脈沖指示角。線性擬合分析下的單脈沖指示角表達(dá)式為

其中， ? 為取實部運(yùn)算，θi為 單脈沖指示角，θr為雷達(dá)視軸轉(zhuǎn)角，θe為2個干擾源相對于雷達(dá)的半張角，G定義為交叉眼增益，由式(2)給出。

圖2 交叉眼干擾的物理解釋Fig.2 The physical interpretation of cross-eye jamming

其中，a和φ 分別為兩路干擾信號的幅度之比和相位之差，分別簡稱為幅度比、相位差。

在交叉眼干擾的作用下，單脈沖指示角由兩部分組成：一部分為指示目標(biāo)角度的雷達(dá)視軸轉(zhuǎn)角θr，另一部分為交叉眼干擾引入的測角誤差θeG。當(dāng)干擾源半張角θe為固定值時，測角誤差與交叉眼增益有關(guān)，且成正比關(guān)系。從交叉眼增益的定義來看，當(dāng)幅度比a→1 、相位差φ =180°時，交叉眼增益將趨于無窮大，而這正是交叉眼干擾要求兩路干擾信號幅度近似相等、相位反相的原因所在。

考慮到波束線性擬合僅在單脈沖雷達(dá)視軸附近時成立，因此人工角閃爍階段的干擾理論僅適用于定性地理解交叉眼干擾，并不具備裝備研制的指導(dǎo)性。

2.2 兩源反向交叉眼干擾階段

隨著數(shù)字射頻存儲器(Digital Radio Frequency Memory， DRFM)在雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用[24，25]以及具備自調(diào)相特性的反向天線陣的提出[26，27]，交叉眼干擾進(jìn)入了兩源反向交叉眼干擾階段[12，13，28-33]。

1997年，美國空軍大學(xué)空軍科技研究所開展了反向交叉眼干擾研究，提出了對抗脈間頻率捷變的交叉眼干擾方案[31]。文獻(xiàn)[12，13，28]中，瑞典國防研究所在1999～2007年期間持續(xù)對交叉眼干擾展開了深入研究，從天線互易的角度分析了交叉眼干擾在復(fù)雜環(huán)境下的干擾性能，并在美國電子對抗協(xié)會-“老烏鴉協(xié)會”(Association of Old Crows， AOC)的國際會議上進(jìn)行了多次現(xiàn)場報告[29]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，交叉眼干擾越來越受重視，多篇美國專利從交叉眼干擾實現(xiàn)、交叉眼干擾識別與消除等方面進(jìn)行了研究[34，35]。在此期間，國內(nèi)學(xué)者開始了交叉眼干擾研究，部分學(xué)者將交叉眼干擾稱為相干兩點(diǎn)源干擾，大多以角閃爍理論為基礎(chǔ)[36-39]，理論上鮮有突破。

2009年，南非普陀利亞大學(xué)du Plessis等人[32，33，40-43]系統(tǒng)研究了兩源反向交叉眼干擾，從反向天線結(jié)構(gòu)對單脈沖雷達(dá)和、差通道回波影響的角度出發(fā)，對反向交叉眼干擾進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，指出反向天線結(jié)構(gòu)是使交叉眼干擾克服苛刻參數(shù)容限并走向?qū)嵱没奈ㄒ豢尚薪Y(jié)構(gòu)方案，主要貢獻(xiàn)在于糾正了線性擬合分析中的近似錯誤，形成了兩源反向交叉眼干擾的一般性結(jié)論[32]。

文獻(xiàn)[32，33]中，作者對兩源反向交叉眼干擾進(jìn)行了精確數(shù)學(xué)分析，其干擾比相單脈沖雷達(dá)的場景如圖3所示。在不考慮平臺反射回波的情況下，單脈沖指示角θi為

其中，β 為自由空間相位常數(shù)，dp為比相單脈沖雷達(dá)天線間隔，ks，kc分別定義為

圖3 兩源反向交叉眼干擾的干擾場景Fig.3 Jamming geometry of two-element retrodirective cross-eye jamming

對比式(1)和式(3)可以看出，在兩源反向交叉眼干擾的作用下，單脈沖指示角與交叉眼增益、干擾天線半張角的關(guān)系蘊(yùn)涵在三角函數(shù)之中，而非線性擬合分析所得到的線性關(guān)系。

在精確分析單脈沖指示角時，文獻(xiàn)[32]給出了兩源反向交叉眼干擾的一般性結(jié)論：交叉眼增益越大、干擾基線越長，交叉眼干擾造成單脈沖雷達(dá)的測角誤差越大；當(dāng)幅度比、相位差接近理想值時，單脈沖雷達(dá)的和通道回波降低；干擾天線的增益不影響測角誤差的大小；交叉眼干擾引入的測角誤差不會體現(xiàn)在單脈沖雷達(dá)的和通道回波中；和通道波束寬度內(nèi)單脈沖指示角不為零，意味著交叉眼干擾可造成單脈沖雷達(dá)跟蹤失鎖。

在硬件器件和干擾理論的推動下，交叉眼干擾裝備實現(xiàn)了快速發(fā)展。目前，文獻(xiàn)報道的交叉眼干擾裝備均是基于兩源反向交叉眼干擾開展研制的。然而，在實際應(yīng)用中，兩源反向交叉眼干擾的干擾性能仍然受到較小的波前扭曲寬度、苛刻的參數(shù)容限和較高的干信比需求等因素的限制。

2.3 多源反向交叉眼干擾階段

采用天線陣列以增加干擾機(jī)系統(tǒng)自由度的思路為解決兩源交叉眼干擾實用化限制因素提供了技術(shù)途徑。基于天線陣列的角度欺騙干擾技術(shù)最早由文獻(xiàn)[44]于1997年提出。在此基礎(chǔ)上，Harwood等人[45]于2007年提出了多源交叉眼干擾的概念，通過提高干擾系統(tǒng)自由度靈活地控制相位波前，但作者并沒有給出多源交叉眼干擾的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

2013年開始，國防科技大學(xué)劉天鵬等人[46-50]為克服兩源反向交叉眼干擾實用化的制約因素，提出了基于線性反向天線陣和圓形反向天線陣的多源反向交叉眼干擾，相比兩源反向交叉眼干擾能夠造成單脈沖雷達(dá)更大的測角誤差，同時具有更優(yōu)的參數(shù)容限和干信比性能。基于圓形反向天線陣提出了多源圓陣反向交叉眼干擾，通過實時調(diào)整干擾環(huán)路的參數(shù)調(diào)制方向，合理設(shè)置多干擾環(huán)路的角度間隔，可實現(xiàn)被保護(hù)平臺360°姿態(tài)角范圍內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)健的干擾性能。

得益于更優(yōu)的干擾性能，多源反向交叉眼干擾研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，已成為交叉眼干擾理論的前沿方向。西安電子科技大學(xué)劉松楊等人[51]提出了基于正交四點(diǎn)源的多源反向交叉眼干擾方案，該方案保證了在干擾平臺旋轉(zhuǎn)、抖動或者被不同方向上的單脈沖雷達(dá)掃描時，仍能保持一定的干擾效果，并進(jìn)行了參數(shù)容限等方面的研究。此外，劉松楊等人[52]又在正交四點(diǎn)源的基礎(chǔ)上結(jié)合線陣提出了正交多點(diǎn)源交叉眼干擾技術(shù)。南非普陀利亞大學(xué)開展了多干擾環(huán)路交叉眼干擾技術(shù)研究[53-56]，推導(dǎo)了多干擾環(huán)路相位中心位于同一點(diǎn)時的交叉眼增益，研究了多個干擾環(huán)路之間路徑差異對干擾性能的影響。

無論是多源反向交叉眼干擾還是多環(huán)路反向交叉眼干擾，其本質(zhì)是一致的，即增加系統(tǒng)自由度提高干擾性能，區(qū)別在于多個干擾環(huán)路的相位中心是否在同一點(diǎn)，如圖4所示。多源反向交叉眼干擾的多個干擾環(huán)路相位中心位于同一點(diǎn)，具有相同的干擾距離r，更利于布局在同一剛性平臺，如圖4(a)所示。而中心不在同一點(diǎn)的多環(huán)路反向交叉眼干擾更適合于分布式多平臺布局，每個干擾環(huán)路具有各自的干擾距離rn、干擾轉(zhuǎn)角θcn，如圖4(b)所示。

基于圖4(a)中多源反向交叉眼干擾的干擾場景，在不考慮平臺反射回波的情況下，單脈沖指示角為[46]

多源反向交叉眼干擾的交叉眼增益GM表達(dá)式為[46]

圖4 多源/多環(huán)路反向交叉眼干擾的干擾場景Fig.4 Jamming geometry of multiple-element or multi-loop retrodirective cross-eye jamming

其中，N為干擾天線陣元個數(shù)，衰減因子定義為Fn=dn/d1，干擾環(huán)路n的 系統(tǒng)參數(shù)定義為An=anejφn，干擾環(huán)路差異定義為Cn=cnejφn。

文獻(xiàn)[46]認(rèn)為兩源反向交叉眼干擾是多源反向交叉眼干擾中陣元數(shù)為2的特例，其一般性結(jié)論同樣適用于多源反向交叉眼干擾。從交叉眼增益GM表達(dá)式可以看出，多源反向交叉眼干擾可以配置更多的幅度比an和相位差φn。圖5為四源反向交叉眼干擾與兩源反向交叉眼干擾之間的交叉眼增益對比，其中紅色曲線為兩源反向交叉眼干擾的交叉眼增益曲線。得益于更多的系統(tǒng)自由度，相比兩源反向交叉眼干擾，多源反向交叉眼干擾可以獲得更大的交叉眼增益、更優(yōu)的干擾性能。

3 交叉眼干擾的裝備發(fā)展

3.1 試驗情況

圖5 多源反向交叉眼干擾的交叉眼增益[46]Fig.5 Cross-eye gain of multiple-element retrodirective cross-eye jamming[46]

圖6 意大利ELETTRONIC公司進(jìn)行的試驗場景Fig.6 Experiments performed by ELETTRONICA

據(jù)了解，1988年開始，意大利ELETTRONIC公司Neri等人[57]對交叉眼干擾開展樣機(jī)研究，在小型直升機(jī)上進(jìn)行了初步試驗。隨后1993年、1999年以及2000年分別在直升機(jī)、艦船、噴氣式飛機(jī)等不同平臺開展了多次外場試驗，如圖6所示，并在2000年AOC會議上第1次公開聲明在艦船和直升機(jī)等軍事平臺上成功驗證了交叉眼干擾的有效性。

2010年，南非普陀利亞大學(xué)[41，58]搭建了交叉眼干擾驗證系統(tǒng)，如圖7所示，開展了暗室試驗和外場試驗，對兩源反向交叉眼干擾的干擾有效性進(jìn)行了試驗驗證。從暗示試驗結(jié)果來看[41]，交叉眼干擾驗證系統(tǒng)有效地驗證了文獻(xiàn)[58]關(guān)于兩源反向交叉眼干擾的一般性結(jié)論。在外場試驗中，當(dāng)單脈沖測角雷達(dá)未進(jìn)入跟蹤模式時，將其瞄準(zhǔn)軸對準(zhǔn)干擾機(jī)天線中心，如圖7(a)所示。當(dāng)單脈沖測角雷達(dá)轉(zhuǎn)入跟蹤模式時，其瞄準(zhǔn)軸迅速偏離干擾機(jī)天線的物理范圍，指向右側(cè)位置，如圖7(b)所示。

3.2 現(xiàn)役裝備

干擾理論的不斷深入直接推進(jìn)了交叉眼干擾的實用化進(jìn)程。據(jù)了解，國外已研制了少量的機(jī)載交叉眼干擾系統(tǒng)，包括歐洲臺風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的防御支援子系統(tǒng)(Defensive Aids Sub System， DASS)[59]和俄羅斯Su-30MK/34等戰(zhàn)機(jī)裝備的“希比內(nèi)”電子對抗系統(tǒng)[60]。受限于保密原因，國內(nèi)尚未見交叉眼干擾系統(tǒng)裝備的有關(guān)報道。

臺風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的DASS系統(tǒng)中的ESM/ECM干擾吊艙安裝在臺風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的兩側(cè)翼尖上，如圖8(a)所示，可根據(jù)實時任務(wù)需求提供包括交叉眼干擾在內(nèi)的多種干擾樣式，為臺風(fēng)戰(zhàn)機(jī)提供了對抗地空、空空導(dǎo)彈的自衛(wèi)防御能力[59]。

“希比內(nèi)”電子對抗系統(tǒng)中的SAP-518干擾吊艙同樣掛載在戰(zhàn)機(jī)兩側(cè)翼尖，如圖8(b)所示。報道稱SAP-518干擾吊艙可為戰(zhàn)機(jī)提供單機(jī)自衛(wèi)功能，通過對雷達(dá)信號復(fù)制、調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)，可導(dǎo)致來襲導(dǎo)彈偏離飛行軌跡[60]。

4 交叉眼干擾的應(yīng)用難題

從國外交叉眼干擾裝備研制情況來看，兩源反向交叉眼干擾已經(jīng)走向?qū)嵱没嘣捶聪蚪徊嫜鄹蓴_處于起步階段。國內(nèi)交叉眼干擾的裝備研制仍面臨著眾多應(yīng)用難題有待解決。本節(jié)將從干擾天線結(jié)構(gòu)、參數(shù)容限、干信比需求、干擾環(huán)路差異等4個方面論述交叉眼干擾的應(yīng)用難題。

4.1 干擾天線結(jié)構(gòu)

圖7 普陀利亞大學(xué)的交叉眼干擾驗證系統(tǒng)[58]Fig.7 Cross-eye jamming system of University of Pretoria[58]

圖8 機(jī)載交叉眼干擾系統(tǒng)Fig.8 The airborne cross-eye jamming systems

交叉眼干擾的干擾天線結(jié)構(gòu)可分為兩類：非反向天線結(jié)構(gòu)和反向天線結(jié)構(gòu)[32，61，62]。傳統(tǒng)交叉眼干擾通常采用非反向天線結(jié)構(gòu)，如圖9所示，通過2個發(fā)射天線發(fā)射兩路相位差180°的干擾信號，實現(xiàn)對單脈沖測角雷達(dá)的角度欺騙干擾。在靜態(tài)條件下，通過保證兩路干擾信號質(zhì)量，且發(fā)射天線對準(zhǔn)被干擾雷達(dá)時，該天線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)交叉眼干擾效果。然而，在實際應(yīng)用場景中基本不存在靜態(tài)條件，由于交叉眼干擾系統(tǒng)通常裝備在飛機(jī)、艦船等運(yùn)動平臺，當(dāng)機(jī)翼振動、船舷搖擺時，兩路干擾信號的傳輸路徑發(fā)生變化，無法保證在被干擾雷達(dá)天線處以180°相位差合成，因此采用非反向天線結(jié)構(gòu)的交叉眼干擾系統(tǒng)基本無法獲得預(yù)期干擾效果。因此，如何實現(xiàn)在動態(tài)條件下兩路干擾信號在雷達(dá)天線處反相合成是研制交叉眼干擾系統(tǒng)的難題之一。

圖9 非反向天線結(jié)構(gòu)[32]Fig.9 The non-retrodirective antenna configuration[32]

圖10 兩種反向天線結(jié)構(gòu)Fig.10 Two retrodirective antenna configurations

為克服動態(tài)平臺的影響，交叉眼干擾應(yīng)采用反向天線結(jié)構(gòu)，如圖10所示。反向天線于1959年被提出，又稱Van Atta天線[26]，通常由成對天線組成。反向天線具有自調(diào)相特性，能夠自動補(bǔ)償信號傳輸路徑差引入的相位差。當(dāng)各天線對的連接線長度相等，則回波信號將按入射波方向“反射”回去，因此又稱為反射器天線陣[27]。反向交叉眼干擾優(yōu)勢在于：無需獲取雷達(dá)天線位置或來波方向，反向天線結(jié)構(gòu)自動將干擾信號按入射方向發(fā)射出去，且不受溫度、平臺振動等環(huán)境影響。為滿足這一特性，反向交叉眼干擾機(jī)內(nèi)部要求2個傳輸方向的饋線延遲相等、信號處理時間相同。

反向天線結(jié)構(gòu)有單收發(fā)天線和收發(fā)天線對兩種結(jié)構(gòu)形式，各有優(yōu)缺點(diǎn)[32]。采用圖10(a)所示的單收發(fā)天線形式的交叉眼干擾機(jī)，共用同一收發(fā)天線、環(huán)形器和饋線進(jìn)行收發(fā)信號，優(yōu)點(diǎn)是具有一致的相位中心，且只有少量非共用的電路元件，易于進(jìn)行相位、延遲等系統(tǒng)匹配，可以使用較長的饋線進(jìn)行收發(fā)信號，能夠滿足系統(tǒng)對基線長度的要求；缺點(diǎn)是環(huán)形器需要較高的隔離度將收發(fā)信號進(jìn)行隔離，當(dāng)2個環(huán)形器的隔離度小于轉(zhuǎn)發(fā)器的增益時，干擾機(jī)系統(tǒng)將發(fā)生震蕩。采用圖10(b)所示的收發(fā)天線對形式的交叉眼干擾機(jī)，成對天線分別進(jìn)行收發(fā)信號，優(yōu)點(diǎn)是不需要環(huán)形器將兩路信號分開，通過設(shè)計天線隔離度來保證2個方向信號的隔離；缺點(diǎn)是非共用元件增多，給系統(tǒng)匹配帶來難度，且天線相位中心不一致，不滿足天線互易原理，易受多徑效應(yīng)等環(huán)境因素的影響。針對不同的應(yīng)用環(huán)境，交叉眼干擾機(jī)應(yīng)優(yōu)選適當(dāng)?shù)姆聪蛱炀€結(jié)構(gòu)。例如針對大型艦船平臺，交叉眼干擾機(jī)應(yīng)采用單收發(fā)天線結(jié)構(gòu)，因為較長的共用饋線使得控制相位相對容易，且能克服海面多徑效應(yīng)的影響。

對于多源反向交叉眼干擾，干擾天線可擴(kuò)展為線性反向陣列、圓形反向陣列、不規(guī)則陣列等多種天線陣列結(jié)構(gòu)。為滿足干擾天線陣列的反向特性，需要多個干擾環(huán)路的饋線長度相等[27]。以4陣元線陣為例，如圖11所示，每2個收發(fā)天線形成一個干擾環(huán)路，天線1和天線4形成干擾環(huán)路1，天線2和天線3形成干擾環(huán)路2，當(dāng)饋線長度滿足l1=l2時，陣列天線的回波信號將按入射波方向折返回去。

4.2 系統(tǒng)參數(shù)容限

交叉眼干擾系統(tǒng)的參數(shù)容限是指為造成單脈沖雷達(dá)特定的測角誤差，幅度比、相位差所能容忍的誤差范圍[40，46，63]。為了造成單脈沖雷達(dá)跟蹤失鎖，幅度比、相位差應(yīng)設(shè)置在理想條件下，即幅度比相位差φn=180°，此時交叉眼干擾可以產(chǎn)生無窮大的測角誤差[46]。然而，微小的傳播路徑差和環(huán)境變化引起的幅相誤差都將引入較大的參數(shù)誤差，若超出參數(shù)容限，系統(tǒng)將無法達(dá)到預(yù)期的干擾效果。因此，如何在精確控制幅度比、相位差以保證干擾性能是研制交叉眼干擾系統(tǒng)的難題之二。

圖11 線性反向天線陣列Fig.11 The linear retrodirective array

圖12 兩源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限分析Fig.12 Tolerance analysis of two-element retrodirective cross-eye jamming

圖13 多源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限分析[46]Fig.13 Tolerance analysis of multiple-element retrodirective cross-eye jamming[46]

文獻(xiàn)[32，40]分析了兩源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限，為控制系統(tǒng)參數(shù)的誤差精度提供了依據(jù)。當(dāng)雷達(dá)載頻為9 GHz、雷達(dá)天線波束寬度為 1 0°、干擾基線為10 m，干擾轉(zhuǎn)角為 30°、干擾距離為1 km時，兩源反向交叉眼干擾對系統(tǒng)參數(shù)容限的要求如圖12所示，圖中曲線為交叉眼增益等高線。為了獲得交叉眼增益為7的干擾性能，相位差誤差應(yīng)控制在 9°以內(nèi)。然而，對于X波段(9 GHz)雷達(dá)導(dǎo)引頭，1 mm的路徑差就會引入 1 0.8°的相位差。可見，對于兩源反向交叉眼干擾，其參數(shù)容限要求十分苛刻。

文獻(xiàn)[46]分析了多源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限，指出更多的系統(tǒng)自由度降低了干擾系統(tǒng)對參數(shù)容限的要求。對于特定的交叉眼增益，多源反向交叉眼干擾的系統(tǒng)參數(shù)可以在更大的范圍內(nèi)取值，即放寬了參數(shù)容限要求。圖13給出了典型條件下基于4陣元線性反向陣列的多源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限要求。為了獲得交叉眼增益為7的干擾性能，相位差誤差應(yīng)控制在1 6°以內(nèi)。可見，相比兩源反向交叉眼干擾，多源反向交叉眼干擾的參數(shù)容限要求更加寬松。

4.3 干信比需求

有效的交叉眼干擾需要較高的干信比，這是由其自身特點(diǎn)所決定的：幅度近似相等、相位差180°的兩路或多路干擾信號在單脈沖雷達(dá)的和通道中相互抵消，致使和通道中干擾信號功率很低。因此，如何在干擾信號近似對消條件下提供有效的干擾功率以對抗平臺強(qiáng)反射回波是研制交叉眼干擾系統(tǒng)的難題之三。

電子戰(zhàn)專著文獻(xiàn)[3-5]指出交叉眼干擾至少需要20 dB以上的干信比才能有效。盡管這一結(jié)論并沒有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論依據(jù)，卻被電子戰(zhàn)領(lǐng)域同行廣泛認(rèn)同。為此，文獻(xiàn)[42，43]分析了兩源反向交叉眼干擾的干信比需求，假設(shè)搭載平臺是位于干擾收發(fā)天線之間的點(diǎn)目標(biāo)，并將干擾信號與平臺發(fā)射回波在和、差通道內(nèi)分別進(jìn)行相加，得到總的和、差通道回波。文獻(xiàn)[42]指出考慮平臺反射回波后，交叉眼增益不再為固定值，而是隨平臺回波相位變化的隨機(jī)分布，并以交叉眼增益分布的中值進(jìn)行性能分析。從兩源反向交叉眼干擾的干信比分析結(jié)果來看，如圖14所示，20 dB的干信比對交叉眼干擾是合理的，此時交叉眼增益中值大于2。然而，20 dB的干信比又略顯保守，只要11.4 dB的干信比即可使交叉眼增益中值大于1，此時單脈沖雷達(dá)受干擾后指向平臺之外的角度上[42]。

多源線陣反向交叉眼干擾的多自由度優(yōu)勢可以降低干擾系統(tǒng)對干信比的需求。文獻(xiàn)[46，48]研究了多源線陣反向交叉眼干擾的干信比需求，推導(dǎo)了多源線陣反向交叉眼干擾的干信比定義，通過仿真結(jié)果驗證了上述結(jié)論[46，48]。以四源線陣為例，圖15給出了典型條件下多源反向交叉眼干擾的干信比需求。為了使交叉眼增益中值大于1，在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)參數(shù)條件下，干信比只需滿足4.55 dB即可。

文獻(xiàn)[42，48]是基于交叉眼增益中值開展干擾系統(tǒng)對干信比的需求分析。在考慮交叉眼增益的極限值時，文獻(xiàn)[64]指出20 dB的干信比取值并不理想，此時可能會引起干擾性能發(fā)生劇烈變化。在考慮交叉眼增益整個分布的基礎(chǔ)上，為獲得穩(wěn)定的干擾性能，多源反向交叉眼干擾的干信比取值應(yīng)在30 dB附近。

為了能夠有效對抗平臺反射回波，滿足干擾性能對干信比的需求，交叉眼干擾對天線有效輻射功率提出了更高的要求，增加了干擾的應(yīng)用難度。一種解決方案是將交叉眼干擾與距離波門拖引干擾組合使用，通過距離波門拖引干擾將波門拖離平臺距離單元，以較小的干信比實施交叉眼干擾，可以獲得距離-角度二維聯(lián)合欺騙干擾效果[30]。

圖14 兩源反向交叉眼干擾的交叉眼增益中值與干信比的關(guān)系[42]Fig.14 Relationship between the median cross-eye gain and JSR for two-element retrodirective cross-eye jamming[42]

圖15 多源反向交叉眼干擾的交叉眼增益中值與干信比的關(guān)系[46]Fig.15 Relationship between the median cross-eye gain and JSR for multiple-element retrodirective cross-eye jamming[46]

4.4 干擾環(huán)路差異

多源反向交叉眼干擾在具有參數(shù)容限和干信比優(yōu)勢的同時，也有存在干擾環(huán)路差異的缺點(diǎn)[46，54-56]。干擾環(huán)路差異是指多個干擾環(huán)路之間的幅相差異，主要是由器件差異、干擾路徑差等因素引起的。器件差異是由硬件不一致造成的，屬于固定差異，可通過精確測量校準(zhǔn)實現(xiàn)精確補(bǔ)償。天線極化失配引入額外相位差可被歸類于天線器件差異[65，66]。干擾路徑差是由干擾系統(tǒng)設(shè)計、干擾場景引起的，隨著干擾場景變化而變化，屬于動態(tài)誤差，需通過動態(tài)校準(zhǔn)方法實現(xiàn)差異的減小或補(bǔ)償。文獻(xiàn)[54]指出干擾環(huán)路差異嚴(yán)重影響了多源反向交叉眼干擾的干擾性能，當(dāng)引入180°相位差時，干擾機(jī)將成為信標(biāo)機(jī)。因此，如何精確補(bǔ)償多個干擾環(huán)路之間的差異是研制多源/多環(huán)路反向交叉眼干擾系統(tǒng)的難題之四。

文獻(xiàn)[46]分析了當(dāng)干擾環(huán)路差異無法精確補(bǔ)償時，參數(shù)容限和干信比需求等干擾性能將發(fā)生嚴(yán)重惡化。以四源反向交叉眼干擾為例，當(dāng)2個干擾環(huán)路之間存在相位差異Δ φ=180°，幅度差異c2/c1=- 0.5 dB時，參數(shù)容限性能將急劇惡化，如圖16(a)所示；即使增加干信比，干擾系統(tǒng)也無法獲取較大的總交叉眼增益中值，如圖16(b)所示。

文獻(xiàn)[55]對干擾環(huán)路差異中的干擾路徑差進(jìn)行了研究，干擾場景如圖4(b)所示，以兩環(huán)路反向交叉眼干擾為例，推導(dǎo)了2個干擾環(huán)路之間的干擾路徑差rΔ，即

其中，rn為干擾環(huán)路n相距雷達(dá)的干擾距離，dn為干擾環(huán)路n的基線長度，θcn為干擾環(huán)路n的相對雷達(dá)的轉(zhuǎn)角。文獻(xiàn)[56]從靜態(tài)補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償2個角度分析干擾路徑差補(bǔ)償問題，對于低頻段雷達(dá)或特定靜態(tài)干擾場景，可以實施靜態(tài)補(bǔ)償；而對于高頻段雷達(dá)和動態(tài)干擾場景，需進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。動態(tài)干擾場景下，為實現(xiàn)對干擾路徑差的動態(tài)補(bǔ)償，需要獲得雷達(dá)目標(biāo)的距離和角度信息，并依賴于外部測距、測角系統(tǒng)。

多源反向交叉眼干擾存在干擾環(huán)路差異的應(yīng)用限制，結(jié)合雷達(dá)告警系統(tǒng)可實現(xiàn)對干擾環(huán)路差異的動態(tài)精確補(bǔ)償。因此，綜合考慮其干擾性能優(yōu)越性，多源反向交叉眼干擾仍具有可觀的實用性。

5 交叉眼干擾的研究趨勢

盡管交叉眼干擾早在20世紀(jì)50年代就被提出，但直到數(shù)字射頻存儲器DRFM、反向天線結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，交叉眼干擾才迎來了新的發(fā)展生機(jī)。為了對交叉眼干擾研究提供有益的參考，填補(bǔ)目前國內(nèi)外在交叉眼干擾研究方面的空白，可開展以下4點(diǎn)研究內(nèi)容：

(1)交叉眼干擾系統(tǒng)幅度、相位高精度控制技術(shù)。幅度、相位的高精度控制直接決定了干擾性能的優(yōu)劣。隨著被干擾雷達(dá)的載頻走向高頻，幅相的精確控制顯得尤為重要。此時，無論是兩源反向交叉眼干擾還是多源反向交叉眼干擾，若無法精確控制系統(tǒng)參數(shù)，都難以獲得良好的干擾效果。同時，考慮到雷達(dá)導(dǎo)引頭的殺傷半徑，最優(yōu)的干擾效果是使雷達(dá)導(dǎo)引頭失鎖，這就要求幅度控制精度在0.5 dB、相位控制精度在1°量級。該問題偏于工程化，需要從多比特量化的DRFM、發(fā)射接收可控的全固態(tài)相控陣天線、干擾環(huán)路的反向特性校準(zhǔn)等方面綜合考慮。

圖16 干擾環(huán)路差對多源反向交叉眼干擾造成的性能惡化[46]Fig.16 The performance deterioration of multiple-element retrodirective cross-eye jamming resulted by jamming loop differences[46]

(2)大尺寸平臺條件下干擾基線長度優(yōu)化選擇方法。將交叉眼干擾應(yīng)用于艦船等大尺寸平臺時，干擾基線長度選擇會對干擾效果產(chǎn)生影響。若干擾天線沿船首船尾布置，長基線將使得干擾信號存在傳輸延時，進(jìn)而導(dǎo)致艦船回波與干擾信號可被雷達(dá)從距離上分開，實現(xiàn)干擾剔除；若干擾天線局部布置，短基線造成的測角誤差偏小，反艦導(dǎo)彈仍能夠打擊艦船平臺而起不到自衛(wèi)防護(hù)作用。可結(jié)合威脅雷達(dá)參數(shù)，分析多源反向交叉眼干擾的最佳干擾基線長度；或者研究多短基線的多環(huán)路反向交叉眼干擾，通過多個短基線干擾環(huán)路共同使用，克服長基線干擾可被分辨而單短基線性能不足的難題。

(3)交叉眼干擾寬帶建模與性能分析。寬帶單脈沖測角技術(shù)已趨于成熟。在寬帶條件下，雷達(dá)目標(biāo)為多散射點(diǎn)模型，其散射特性是由多個散射點(diǎn)合成得到的。當(dāng)假設(shè)目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)的前提條件不再成立時，平臺寬帶反射回波條件下的干擾性能將會發(fā)生變化。應(yīng)建立多散射點(diǎn)模型下的交叉眼干擾數(shù)學(xué)模型，分析干擾性能以及干信比需求變化。

(4)距離角度二維聯(lián)合欺騙干擾技術(shù)。傳統(tǒng)的有源假目標(biāo)欺騙干擾機(jī)通過延時轉(zhuǎn)發(fā)可以產(chǎn)生距離維度上的距離假目標(biāo)。多個距離假目標(biāo)通常具有單一的角度信息，即使假目標(biāo)能夠逼真地模擬真實目標(biāo)的目標(biāo)特性信息，雷達(dá)仍能夠從角度維度上將真目標(biāo)和距離假目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分、識別。考慮到交叉眼干擾可以產(chǎn)生角度維度上的視在假目標(biāo)，如何形成在距離-角度維度上的二維假目標(biāo)，造成雷達(dá)在檢測階段無法區(qū)分真假目標(biāo)，將具有十分重要的理論和應(yīng)用價值。