反艦雷達導引頭抗拖引干擾技術研究

杜 勇 解 禹 磨國瑞

(1.西安電子工程研究所 西安 710100 2.中國北方工業有限公司 北京 100053)

0 引言

作為現代海戰的主要進攻武器，反艦導彈能對海上各類高價值目標進行有效打擊，實戰表明，反艦導彈是一種高效費比的進攻武器，是決定海上作戰成敗的關鍵武器系統之一。

雷達導引頭以其“打了不管”以及全天候、全天時優勢，已在多款反艦導彈上得到實戰應用。而現代電子技術的進步，衍生的針對雷達的干擾手段也日趨完備，雷達導引頭所面臨的電磁環境也日趨惡劣。尤其是在反艦作戰中，艦上有較大的空間布置大量的電子戰設備，更容易集成部署并同時釋放多種類干擾樣式，這也對導引頭的抗干擾能力提出了更高的要求。

本文結合反艦雷達導引頭的工作流程，針對末制導階段導引頭所面臨的欺騙式拖引干擾開展分析，設計開發了抗干擾算法，并在某導引頭原理樣機上，借用干擾設備進行了干擾對抗試驗，試驗驗證了算法的有效性。

1 基于DRFM技術的欺騙干擾產生機理[1-2]

雷達有源欺騙干擾，主要是采用假目標作用于雷達系統，使系統不能獲取正確的目標參數信息，達到迷惑和擾亂雷達檢測、跟蹤目標的目的。干擾機主要采用存儲轉發(DRFM)架構，干擾信號的產生主要依賴于偵查引導系統截獲的雷達信號，通過對雷達信號進行幅度、時延或頻率調制形成假目標，使雷達跟蹤系統偏離真實目標而達到干擾的效果。轉發的干擾信號與真實目標回波信號在時域、頻域上具有高度的相似性。

圖1為單通道DRFM干擾機的一般組成框圖，包括上、下變頻模塊、模數轉換、數模轉換器、本振、控制單元和功放電路等模塊。DRFM工程實現形式主要有單通道、IQ雙通道和信道化三種方案，具體實現形式根據需求來確定，本文就不展開敘述。

圖1 單通道DRFM干擾機組成框圖

2 欺騙式干擾過程分析[3]

目前常用的欺騙干擾方式有距離拖引、速度拖引、距離速度同步拖引，干擾信號一般按照停拖期、拖引期、保持期、關閉期四個階段周期釋放，對雷達系統實施循環不間斷干擾。四個階段拖引算法原理為

(1)

其中，Tf為假目標，T為實際目標，Vf為拖引速度或距離，Vfmax為最大拖引速度或距離，t1為起始時間，t2為拖引時間，t3為保持時間，t4為關閉時間。

干擾機在各階段，執行各不相同的任務。在停拖期，干擾機捕獲并解譯雷達發射信號，對信號幅度進行調制后直接轉發；拖引期則是根據拖引類型，對信號進行距離、速度及幅度調制，使干擾信號與目標回波逐漸分離達到干擾的目的；保持期則是在干擾信號達到系統設定的最大拖引參數時，干擾信號持續發送一段時間；關閉器則是干擾機停止工作，完成本周期的干擾。

圖2 欺騙式拖引干擾工作過程

3 抗干擾策略分析與設計

從欺騙式拖引干擾的工作機理不難看出，雷達導引頭必須在“拖引期”準確識別出干擾類型，在進入“保持期”之前采取相應的抗干擾措施，才能有效應對欺騙干擾。結合雷達導引頭實際的工作流程，整個抗干擾過程可分為干擾識別和抗干擾跟蹤兩個階段。

3.1 干擾識別

拖引速度的快慢，將直接影響干擾的效果。拖引速度過慢，真假目標始終在同一跟蹤波門內，假目標消失后，導引頭依然能檢測并跟蹤目標，達不到干擾的目的。拖引速度過快，干擾效果明顯，但也為識別干擾類型提供了線索。

綜合考慮海面艦船目標的運動特性、機動特性，通過監測導彈飛行速度、雷達導引頭實時輸出的彈目距離及距離變化率、回波多普勒頻率等信息，可以準確判斷導引頭是否受到干擾。

1)通過比對彈目相對速度與彈體飛行速度，判定距離維是否受到拖引干擾。

彈目相對運動速度VT與彈體飛行速度VM之差，即為艦船機動速度。而受限于艦船特性及作戰使用情況，根據海面艦船的排水量，其最大運動速度Vmax是可以預期的。因此，當彈體飛行速度與彈目相對速度明顯或遠遠大于Vmax時，可判定距離維受到拖引干擾。

彈目相對運動速度可以通過對彈目距離進行濾波得到，而彈體飛行速度則可以利用彈上慣性導航系統的數據解算得到，當二者滿足式(2)關系時，可初步判定當前幀“目標”運動速度異常。

|VT-VM|>(1.2～1.5)×Vmax

(2)

為保證判定的可靠性，可連續進行多幀處理，采取N/M準則(即連續M幀數據，N幀異常)進行最終判定。

2)通過多普勒頻率的監測，判定速度維是否受到拖引干擾。

雷達導引頭末制導目標跟蹤階段，系統無法直接輸出目標多普勒頻率，而是通過運動目標檢測MTD，實時輸出能體現目標運動的多普勒通道號dpl。考慮艦船目標的機動特性(主要是加速能力)，其速度變化量不可能在毫秒時間內發生較大變化。因此，可以通過對dpl的短時平滑監測，來判定速度維是否受到干擾。為保證判定的可靠性，可連續進行多幀處理，采取N/M準則(即連續M幀數據，N幀異常)進行最終判定。

根據上述判據，可以判定所受到的拖引干擾類型：若距離維異常，則可判定系統受到距離拖引干擾；若速度維監測異常，可判定為受到距離拖引干擾；若距離、速度維均異常，則可判定為受到距離-速度聯合拖引。

3.2 抗干擾策略設計

在受到干擾時，假目標通過欺騙跟蹤系統，快速移動后關停，導致跟蹤丟失，因此，抗干擾策略設計的核心在于如何調整波門移動方式，保證干擾信號關停后，跟蹤系統能再次捕獲真實目標。

無干擾跟蹤模式下，跟蹤波門按彈目距離進行實時調整，波門移動速度為彈目相對運動速度。但由于干擾釋放的不確定性，以及干擾識別的滯后性，抗干擾策略啟動時，系統實質上已受到干擾，所測量獲取的彈目距離、彈目相對運動速度實際是彈體相對干擾假目標的距離、速度。因此，退而求其次，跟蹤波門可以按導彈飛行速度進行調整，以保證波門移動速度小于干擾移動速度。另外，考慮到艦船機動的不確定性，在設計抗干擾跟蹤流程時，跟蹤波門較正常跟蹤時的波門，可以適當放大。

如圖3所示，本文設計了以“按彈速遞推跟蹤波門”為核心的抗干擾策略。

圖3 抗干擾算法示意圖

如圖3(a)在停拖期，干擾機釋放假目標，并與真實目標回波在時域、頻域高度重合，雷達跟蹤系統在此時跟蹤目標由真實目標切換至干擾假目標。

如圖3(b)在拖引期1，雷達導引頭在快速識別干擾，調整跟蹤波門按彈體飛行速度進行遞推，短時間內，跟蹤系統跟蹤的目標依然為干擾假目標。

如圖3(c)在拖引期2，干擾假目標快速移動，而跟蹤波門按導彈飛行速度進行遞推，遞推速度遠低于假目標運動速度，假目標信號會迅速脫離波門。假目標脫離波門后，跟蹤系統在波門內重新進行目標匹配，重新捕獲真實目標。在短暫的干擾識別后，跟蹤系統轉換為正常跟蹤，波門彈目相對運動速度進行遞推調整。

如圖3(d)、圖3(e)在保持期、關閉期，雷達導引頭處于正常跟蹤狀態，干擾信號處于跟蹤波門之外，無法起到干擾效果。

根據上述分析，本文設計如下策略，來應對欺騙式拖引干擾對雷達導引頭工作的影響。

1)總體思路：末制導跟蹤全過程，實時監測系統關鍵參數(包括彈體飛行速度、彈目相對運動速度、目標多普勒通道等)，按設定策略與門限快速識別出拖引干擾。欺騙式干擾釋放期間，雷達導引頭跟蹤波門按彈速遞推，假目標運動出波門后，恢復至正常跟蹤狀態，跟蹤波門按彈目距離進行遞推。

2)干擾判決：雷達彈目相對速度(彈目距離濾波得到)與彈體飛行速度之差超過設定閾值；雷達多普勒通道號在短時間內出現較大變化。

3)抗干擾設計：判定雷達受到欺騙干擾后，改變距離波門調整方式，由原來的按跟蹤目標進行調整，更改為按彈目速度進行調整，以期讓假目標快速脫離檢測波門，通過記憶跟蹤再次檢測真實目標；干擾消失后，恢復按跟蹤目標信息進行波門調整。

4 試驗驗證

按照前文分析及所設計的抗欺騙干擾策略，作者利用某雷達導引頭，使用干擾模擬設備開展了相關的驗證試驗。干擾模擬設備采用雙通道分別模擬目標回波和欺騙干擾，并在末端通過功率合成方式，射頻輻射輸出。

如圖4所示，不采取任何抗干擾措施，目標從30 km處以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離拖引欺騙干擾，目標跟蹤會周期性丟失。

圖4 距離拖引干擾下動目標跟蹤曲線(無抗干擾算法)

如圖5所示，目標從30 km開始以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關閉期時間分配分別為2 s、6 s、2 s、2 s，拖引距離為0.6 km，等效相對拖引速度為100 m/s。

圖5 距離拖引干擾下運動目標跟蹤曲線(加抗干擾算法)

如圖6所示，目標從40 km開始以200 m/s速度運動，模擬器周期性釋放距離-速度聯合拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關閉期時間分配分別為2 s、10 s、2 s、2 s，拖引距離為1.5 km，等效相對拖引速度為150 m/s。

圖6 距離-速度聯合拖引干擾下運動目標跟蹤曲線(加抗干擾算法)

采取抗干擾措施后，整個過程中雷達導引頭未出現跟蹤丟失現象，且工作狀態的切換符合預期設計。

從距離跟蹤曲線看，干擾釋放后，會出現短時被拖引現象，在這段時間內，雷達導引頭根據系統各項參數變化，準確識別出干擾，進而啟用抗干擾算法，避免一直跟蹤假目標。而當假目標運動出檢測波門后，雷達導引頭能迅速重新捕獲真實目標。另外，由以上各圖跟蹤目標幅度變化，也可以推算出干擾機釋放干擾和目標的干信比。

5 結束語

電子戰領域，干擾與抗干擾是一對永恒的矛盾，在資源充足的前提下，沒有對抗不了的干擾。本文所提出的抗干擾算法，主要針對反艦雷達導引頭末制導跟蹤階段，利用彈體飛行速度進行波門遞推，通過記憶跟蹤模式進行目標二次捕獲，該算法能一定程度上對抗欺騙式拖引干擾，保證目標跟蹤的穩定性。