基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標干擾的研究

佘 忱，張 磊

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

舷外有源誘餌作為水面艦艇反導的重要手段，具有反應(yīng)速度快、信號逼真度高、價格低廉和使用方便等優(yōu)點，一直備受世界各國的廣泛關(guān)注[1-5]。尤其是近年來隨著數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術(shù)的發(fā)展，舷外有源誘餌可以實現(xiàn)對雷達信號的精確復制與再現(xiàn)，形成高逼真的相干假目標干擾[6-9]。這些假目標干擾在雷達接收機中可以獲得相干處理增益，從而破壞反艦導彈末制導雷達對艦艇的檢測和跟蹤，降低反艦導彈的捕捉、選擇、命中和突防概率，從而達到保護真實目標的目的[10-12]。

距離假目標產(chǎn)生過程簡單，干擾效果明顯，是舷外有源誘餌常用的干擾樣式。雖然現(xiàn)有反艦導彈末制導雷達具有一定的抗干擾措施，但是用這些措施對抗距離假目標往往不能取得很好的效果[13-15]。距離假目標普遍使用基于DRFM的干擾技術(shù)。盡管DRFM能夠精確地復制雷達脈內(nèi)特征，形成與雷達信號相干的干擾信號，但DRFM必須通過重頻跟蹤器來跟蹤和預測雷達下一時刻的發(fā)射信號，這給反艦導彈末制導雷達抗干擾帶來了天然的優(yōu)勢。

本文提出基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標干擾的方法，首先建模研究舷外有源誘餌距離假目標干擾的產(chǎn)生原理，然后對重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標干擾的方法進行理論分析，最后進行數(shù)值仿真。本文的研究能夠提高反艦導彈末制導雷達抗干擾能力，對于提高精確制導武器適應(yīng)復雜電磁環(huán)境的能力具有重要的意義。

1 距離假目標干擾理論分析

距離假目標干擾也稱為非密集同步脈沖干擾，主要是使用假目標干擾機接收一個脈沖后，經(jīng)一定時延重發(fā)一個脈沖產(chǎn)生一個假目標，或重發(fā)幾個脈沖產(chǎn)生不同距離上的幾個假目標[17-19]。

假設(shè)接收機接收到的雷達發(fā)射信號為S(t)，經(jīng)過數(shù)字射頻存儲并加以調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)出去的假目標干擾信號為J(t)，通過接收機匹配濾波器h(t)后輸出信號為y(t)。

在脈沖延遲干擾中輸入信號的形式為：

J(t)=A·S(t-t0)

(1)

已知原線性調(diào)頻(LFM)信號通過壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出為S0(t)，則

S0(t)=S(t)*h(t)

(2)

因為h(t)是一個時不變系統(tǒng)，所以:

y(t)=J(t)*h(t)=A·S(t-t0)*h(t)=

A·S0(t-t0)

(3)

由上式可知，延遲處理后所得假目標的脈壓效果同真目標的脈壓效果相同，幅度與轉(zhuǎn)發(fā)時假脈沖的幅度有關(guān)。且t0>0時，假目標滯后于真目標；反之，超前于真目標。

雷達的發(fā)射信號可以寫為:

(4)

式中:U為雷達發(fā)射信號振幅；rect表示矩形函數(shù)；τ為脈沖寬度；Tr為脈沖重復周期；w0為發(fā)射信號的中心頻率；Φ0為發(fā)射信號的初相位。

根據(jù)目標回波模型，雷達接收機輸入端的目標回波信號應(yīng)為:

(5)

那么在實施距離假目標干擾時，就要求此時的第k個假目標的干擾信號為：

Jk(t)=Uj·

(6)

圖1 5個距離假目標

2 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標算法

采用脈沖重復周期隨機捷變體制，可以使得基于DRFM的舷外有源誘餌不能正確預測雷達脈沖重復周期，然后采用幀間乘性非相參積累的方法抑制密集距離假目標干擾。該方法能夠有效剔除可形成穩(wěn)定航跡的密集距離假目標，使末制導雷達能夠正確跟蹤被保護目標，且適用于低干信比條件。

抗干擾信號處理流程如圖2所示。當反艦導彈末制導雷達識別到有距離假目標后采用脈沖重復周期隨機捷變，將1組經(jīng)過包絡(luò)對齊(如Keystone變換)后的脈沖分為M幀，分別對M(如M=4)幀脈沖進行相參積累處理和恒虛警率(CFAR)檢測，將4幀的輸出結(jié)果按對應(yīng)距離采樣單元相乘。幀間乘性非相參積累后只剩下目標回波信號，達到抗密集距離假目標干擾的目的。

圖2 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標算法流程

3 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標仿真

仿真中，采用帶寬200 MHz、脈寬20 μs的線性調(diào)頻(LFM)信號作為原始雷達信號。目標位于40 km處，干擾信號為密集距離假目標干擾，假目標數(shù)目為10個，舷外有源誘餌產(chǎn)生的假目標提前于目標回波。圖3～圖5為經(jīng)過脈沖壓縮處理以后的結(jié)果和經(jīng)過雷達信號處理后的距離跟蹤誤差及角度跟蹤誤差結(jié)果。

由圖3～圖5可以看出，經(jīng)過脈沖壓縮處理后，密集距離假目標干擾在目標前形成10個假目標，并且干擾信號的幅度比目標回波大，在不存在干擾時，距離跟蹤誤差的絕對值小于1 m，角度跟蹤誤差的絕對值小于0.05°，當存在密集假目標干擾時，距離跟蹤誤差的絕對值約為370 m，角度跟蹤誤差的絕對值大于2°。由此可以看出，當存在舷外有源誘餌距離假目標干擾時，距離跟蹤和角度跟蹤誤差大大提高，此時，末制導雷達無法對目標進行正常的跟蹤。

圖5 角度跟蹤誤差

圖3 經(jīng)過脈沖壓縮處理以后的結(jié)果

當采用基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標算法后，經(jīng)過雷達信號處理后的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差如圖6～圖7所示。

圖4 距離跟蹤誤差

圖6 角度跟蹤誤差

圖7 角度跟蹤誤差

由圖6和圖7可以看出，當采用抗距離假目標干擾的重頻捷變以后，距離跟蹤誤差的絕對值約為0.85 m，角度跟蹤誤差的絕對值約0.05°。由此可以看出，即使存在強烈、密集的舷外有源誘餌距離假目標干擾，通過抗干擾算法，仍可以獲得非常高的距離跟蹤和角度跟蹤誤差精度，也即，經(jīng)過抗干擾處理以后，末制導雷達可以獲得正常的目標跟蹤。

4 結(jié)束語

本文針對舷外有源誘餌距離假目標的抑制開展理論建模和仿真研究，首先建立了距離假目標干擾的理論模型，在此基礎(chǔ)上提出了基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標的算法，最后仿真研究了基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差性能。本論文的研究可以為末制導雷達抗舷外有源誘餌設(shè)計提供一定的參考意義。