機(jī)載預(yù)警雷達(dá)抗支援干擾措施研究

姚 丹

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司38所，合肥230088）

0 引 言

預(yù)警機(jī)將雷達(dá)裝上飛機(jī)，提高了雷達(dá)的視距，減小了低空盲區(qū)，是反低空突防的利器。預(yù)警機(jī)作為空中機(jī)動(dòng)指揮平臺(tái)，指揮引導(dǎo)己方戰(zhàn)機(jī)對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。它既具備戰(zhàn)略?xún)r(jià)值，又具備戰(zhàn)術(shù)價(jià)值，可作為核心節(jié)點(diǎn)建立和維持一個(gè)作戰(zhàn)體系。在機(jī)載任務(wù)電子系統(tǒng)中，雷達(dá)是獲取情報(bào)最主要的傳感器，是預(yù)警機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)的核心裝備。因此，雷達(dá)性能的優(yōu)劣，直接決定了預(yù)警機(jī)的性能。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子戰(zhàn)日益激烈，對(duì)雷達(dá)干擾技術(shù)的日益進(jìn)步驅(qū)動(dòng)雷達(dá)抗干擾技術(shù)的不斷提升，而抗干擾能力的高低是直接決定雷達(dá)威力能否發(fā)揮的關(guān)鍵，因此，預(yù)警雷達(dá)抗干擾性能的優(yōu)劣甚至能決定一場(chǎng)戰(zhàn)役的勝負(fù)。

1 遠(yuǎn)距離支援干擾介紹及原理

在遠(yuǎn)距離支援干擾情況下，干擾機(jī)遠(yuǎn)離雷達(dá)和目標(biāo)，通過(guò)輻射強(qiáng)干擾信號(hào)掩護(hù)目標(biāo)。它的干擾信號(hào)主要從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)［1］。因雷達(dá)天線(xiàn)主瓣較窄，在遠(yuǎn)距離支援干擾模式下，干擾機(jī)通過(guò)發(fā)射強(qiáng)電磁信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)天線(xiàn)副瓣，從而使接收機(jī)飽和，目標(biāo)淹沒(méi)在噪聲之中，導(dǎo)致雷達(dá)無(wú)法有效地檢測(cè)目標(biāo)。

1.1 遠(yuǎn)距離支援干擾方式介紹

由于靈巧噪聲干擾既具備欺騙干擾又具備噪聲干擾的特點(diǎn)，目前已成為支援干擾所采用的主要方式。隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，其在電子戰(zhàn)中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

由于脈沖多普勒雷達(dá)的相參特性，致其無(wú)法進(jìn)行脈組內(nèi)頻率捷變。干擾機(jī)可通過(guò)其相參脈沖串精確引導(dǎo)干擾信號(hào)，使干擾信號(hào)頻率誤差控制在kHz量級(jí)內(nèi)。同時(shí)干擾信號(hào)可根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的干擾信號(hào)帶寬，對(duì)目標(biāo)雷達(dá)的頻率和距離維進(jìn)行干擾。

干擾目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)天線(xiàn)接收、補(bǔ)償放大、下變頻至中頻信號(hào)送至數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM），處理之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行上變頻輸出被干擾雷達(dá)復(fù)制脈沖，和噪聲發(fā)生器相加后，產(chǎn)生干擾波形。對(duì)于遠(yuǎn)距離支援干擾，干擾機(jī)只需要接收從雷達(dá)天線(xiàn)副瓣發(fā)射的一個(gè)脈沖便可對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)的頻率，故可以使用這種噪聲干擾來(lái)對(duì)付機(jī)載預(yù)警雷達(dá)［2］。

1.2 遠(yuǎn)距離支援干擾下雷達(dá)方程推導(dǎo)

雷達(dá)、干擾機(jī)和目標(biāo)機(jī)的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 雷達(dá)、干擾機(jī)和目標(biāo)機(jī)位置關(guān)系圖

目標(biāo)回波功率為：

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率；Gt為天線(xiàn)增益；σ為目標(biāo)機(jī)雷達(dá)截面積（RCS）；λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)；R為雷達(dá)到目標(biāo)機(jī)距離；Ls為雷達(dá)損耗因子。

進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的干擾信號(hào)功率為：

式中：Pj、Gj為干擾機(jī)發(fā)射功率和天線(xiàn)增益；γ為干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)天線(xiàn)的極化損失；G′為雷達(dá)天線(xiàn)在目標(biāo)機(jī)方向增益，一般認(rèn)為是旁瓣增益；Rj為雷達(dá)到干擾機(jī)之間的距離；Br和Bj為雷達(dá)和干擾機(jī)的帶寬；Lj為干擾機(jī)發(fā)射損耗因子。

此時(shí)，雷達(dá)方程為：

式中：D0為雷達(dá)檢測(cè)因子。

1.3 干擾實(shí)驗(yàn)效果分析

圖2～圖7給出了遠(yuǎn)距離支援干擾實(shí)驗(yàn)效果，從此次實(shí)驗(yàn)效果看，抬高了雷達(dá)噪底的同時(shí)，在某些頻道上形成了一定數(shù)量的假目標(biāo)；從工作畫(huà)面看，雷達(dá)威力有一定的下降，并在點(diǎn)跡預(yù)處理數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)假目標(biāo)，下面分別給出不同干擾模式下的結(jié)果。

圖2 旁瓣干擾效果圖

圖3 旁瓣干擾頻譜分析

圖4 距離欺騙干擾效果圖

圖8和圖9是雷達(dá)在欺騙干擾和噪聲干擾下工作畫(huà)面。

2 抗支援干擾的措施研究

2.1 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)組成與工作原理

脈沖多普勒（PD）雷達(dá)依靠目標(biāo)的多普勒效應(yīng)提高對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)能力，當(dāng)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)被具有徑向速度的目標(biāo)反射后，目標(biāo)回波信號(hào)的載頻相對(duì)于雷達(dá)發(fā)射載頻發(fā)生了偏移，即多普勒頻偏。

圖5 距離欺騙干擾頻譜分析

圖6 窄帶多普勒干擾效果圖

圖7 窄帶多普勒干擾頻譜分析

圖8 欺騙干擾下雷達(dá)工作畫(huà)面

圖9 噪聲干擾下雷達(dá)工作畫(huà)面

由于PD雷達(dá)有良好的雜波抑制能力，具備利用目標(biāo)的多普勒效應(yīng)從強(qiáng)地雜波中檢測(cè)目標(biāo)的能力，因此，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)一般采用PD體制。系統(tǒng)包括主天線(xiàn)、保護(hù)天線(xiàn)、頻率源、接收機(jī)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理機(jī)以及顯控系統(tǒng)。其中接收機(jī)包括和通道、差通道、保護(hù)通道等，差通道作為測(cè)角使用。在天饋系統(tǒng)中安裝有全向保護(hù)天線(xiàn)，接收機(jī)中包含保護(hù)通道，以達(dá)到抑制強(qiáng)副瓣雜波的目的。

2.2 抗干擾措施

抗干擾措施主要包括以下幾種：

（1）低副瓣天線(xiàn)技術(shù)

從式（3）可以看出，在支援干擾雷達(dá)方程中，雷達(dá)作用距離和天線(xiàn)副瓣成反比關(guān)系，副瓣越低，則探測(cè)威力越大；副瓣越高，探測(cè)威力則越小。

（2）脈組間頻率捷變技術(shù)

因PD雷達(dá)的相參特性，雷達(dá)無(wú)法進(jìn)行脈間頻率捷變，脈組間頻率捷變技術(shù)仍然是抗有源噪聲干擾的有效手段，它能在寬的頻帶內(nèi)快速改變雷達(dá)工作頻率，這樣就迫使干擾機(jī)的頻帶加寬，因而使干擾機(jī)的功率密度下降，干擾的有效性下降。干擾功率密度下降的倍數(shù)，等于雷達(dá)捷變頻帶寬與雷達(dá)工作瞬時(shí)帶寬的比值。圖10給出未采用頻率捷變的干擾頻譜示意圖，從圖11可以看出，采用頻率捷變后，干擾功率被“稀釋”。

圖10 未采用頻率捷變技術(shù)的干擾信號(hào)頻譜

（3）副瓣匿影

雷達(dá)設(shè)計(jì)了旁瓣匿影功能，用以對(duì)抗強(qiáng)副瓣干擾。副瓣匿影原理圖如圖12所示。

從該圖可以看出，若主通道信號(hào)大于輔助通道信號(hào)，則保留信號(hào)；若主通道信號(hào)小于輔助通道信號(hào)，則認(rèn)為信號(hào)從輔助通道進(jìn)入，丟掉信號(hào)。

圖11 采用頻率捷變技術(shù)的抗干擾示意圖

圖12 雷達(dá)副瓣匿影原理圖

（4）副瓣對(duì)消技術(shù)

副瓣對(duì)消（SLC）技術(shù)是一種常用的雷達(dá)抗有源干擾技術(shù)，由于雷達(dá)主瓣窄，增益高，具有很強(qiáng)的方向性，所以有源干擾信號(hào)從主瓣進(jìn)入的概率??；由于副瓣天線(xiàn)較寬，干擾信號(hào)極易從天線(xiàn)的副瓣進(jìn)入。為了抑制干擾，通常副瓣增益比較低。當(dāng)雷達(dá)處于極強(qiáng)的有源干擾環(huán)境時(shí)，目標(biāo)信號(hào)極易淹沒(méi)在噪聲中，從而導(dǎo)致目標(biāo)無(wú)法被有效檢測(cè)。

圖13給出了副瓣對(duì)消原理框圖，SLC技術(shù)是利用輔助天線(xiàn)接收的干擾信號(hào)來(lái)壓低主瓣或副瓣進(jìn)來(lái)的干擾信號(hào)［3］。在接收天線(xiàn)附近安裝若干個(gè)輔助天線(xiàn)，該天線(xiàn)主瓣較寬，增益與主天線(xiàn)的平均副瓣相當(dāng)，為弱方向性天線(xiàn)。利用各天線(xiàn)接收的干擾信號(hào)，通過(guò)一定的自適應(yīng)算法，得到N個(gè)輔助天線(xiàn)的加權(quán)系數(shù)。輔助天線(xiàn)信號(hào)經(jīng)加權(quán)求和后，與主天線(xiàn)接收的干擾信號(hào)相減，使主通道的干擾輸出功率最小，從而達(dá)到副瓣對(duì)消的目的。圖14為對(duì)消后形成零點(diǎn)示意圖。

圖13 自適應(yīng)對(duì)消原理圖

圖14 自適應(yīng)零點(diǎn)形成圖

（5）發(fā)射捷變波形

通過(guò)發(fā)射不同種類(lèi)波形，增加DRFM對(duì)信號(hào)參數(shù)估計(jì)的難度，以達(dá)到抗欺騙干擾目的。

（6）干擾指示

雷達(dá)對(duì)來(lái)自各個(gè)方位的回波信號(hào)背景基底進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)某個(gè)方位存在明顯超過(guò)平均背景的信號(hào)時(shí)，可以判斷此方位存在干擾，雷達(dá)就會(huì)在此方位給出紅色干擾指示線(xiàn)。當(dāng)存在干擾指示時(shí)，可采取適當(dāng)措施以達(dá)到抗干擾的目的。

2.3 抗干擾結(jié)果

圖15給出雷達(dá)采用綜合抗干擾手段后，不同模式工作的結(jié)果。

從圖15可以看出，在采用綜合抗干擾手段之后，雷達(dá)作用距離明顯增大，目標(biāo)航跡連續(xù)，說(shuō)明抗干擾措施有效。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的工作原理以及支援干擾的干擾原理及方式，推導(dǎo)出了在支援干擾環(huán)境下的雷達(dá)方程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了干擾效果，同時(shí)結(jié)合作者經(jīng)驗(yàn)給出了相應(yīng)的抗干擾措施。從某種程度上說(shuō)，抗干擾難度大于干擾難度。而機(jī)載預(yù)警雷達(dá)要想提高在復(fù)雜電磁環(huán)境中的生存能力，必須不斷提高自身的抗干擾水平。

［1］趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

［2］史軍軍，姜秋喜，畢大平.一種有效的靈巧噪聲干擾技術(shù)［J］.航天電子對(duì)抗，2006，22（3）：41－43.

圖15 采用抗干擾措施效果圖

［3］陳伯孝.現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［M］.西安：西安電 子科技大學(xué)出版社，2012.