雷達(dá)型空空導(dǎo)彈抗速度拖引干擾算法研究

耿彥忠， 趙華超， 陳　辛

(中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽　471009)

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雷達(dá)型空空導(dǎo)彈抗速度拖引干擾算法研究

耿彥忠， 趙華超， 陳辛

(中國空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽471009)

摘要：速度拖引干擾是目前對(duì)付雷達(dá)型空空導(dǎo)彈的主要有源欺騙干擾， 隨著戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動(dòng)性能的提高， 速度拖引干擾的使用往往與目標(biāo)的規(guī)避機(jī)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。 這迫使導(dǎo)引系統(tǒng)在拖引信號(hào)中斷后進(jìn)行較大范圍的頻率搜索， 遲滯或無法截獲目標(biāo)， 最終造成角度跟蹤的失敗。 為此， 文中提出了利用空空導(dǎo)彈角度通道濾波信息輔助速度通道抗速度拖引干擾的新的抗干擾算法， 以期達(dá)到抑制目標(biāo)大機(jī)動(dòng)情況下使用速度拖引干擾的效果。 通過仿真表明， 在目標(biāo)大機(jī)動(dòng)時(shí)釋放速度拖引干擾的情況下， 該算法具有較好的抗速度拖引干擾效果。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈； 機(jī)動(dòng)目標(biāo)； 速度拖引干擾； 角度濾波； PD雷達(dá)

0引言

雷達(dá)型空空導(dǎo)彈目前已經(jīng)發(fā)展到第四代， 即具有超視距發(fā)射和發(fā)射后不管的能力， 采用單脈沖跟蹤和脈沖多普勒(Pulse Doppler， PD)末制導(dǎo)體制的主動(dòng)式雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈。 隨著空空導(dǎo)彈的發(fā)展， 電子干擾技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步。 先進(jìn)的電子干擾措施與裝備不斷涌現(xiàn)， 導(dǎo)致雷達(dá)型空空導(dǎo)彈面臨的電磁環(huán)境更加復(fù)雜。 特別是近年來迅猛發(fā)展的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)技術(shù)， 使得有源欺騙干擾具有樣式多、 使用靈活、 對(duì)抗性強(qiáng)等特點(diǎn)。 在有源欺騙干擾中， 速度拖引干擾以其對(duì)雷達(dá)型空空導(dǎo)彈速度通道特有的針對(duì)性， 成為最常見的干擾樣式。 同時(shí)也是需要著力對(duì)付的一種干擾樣式。

鑒于速度拖引干擾的復(fù)雜性及軍事用途的敏感性， 國內(nèi)外學(xué)者對(duì)抗速度拖引干擾算法進(jìn)行了深入的研究， 并取得了一些研究成果。 如Kural利用多普勒頻譜測(cè)量結(jié)果與由距離獲得的多普勒信息之間的偏差判別是否受到了速度拖引干擾； 楊海林等提出了記憶法抗速度拖引干擾和代換法抗速度拖引干擾等。 研究發(fā)現(xiàn)， 這些方法在研究抗速度拖引干擾算法時(shí)， 僅考慮了速度拖引干擾本身的影響， 而沒有把目標(biāo)釋放速度拖引干擾時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況考慮進(jìn)來。

在實(shí)際空戰(zhàn)中， 速度拖引干擾的使用往往與目標(biāo)的規(guī)避機(jī)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。 飛機(jī)向著脫離導(dǎo)彈攻擊路線的方向規(guī)避機(jī)動(dòng)會(huì)造成目標(biāo)回波的多普勒頻率減小， 而此時(shí)速度拖引干擾向多普勒頻率變大的方向拖引， 當(dāng)拖引干擾信號(hào)中斷后， 可以迫使導(dǎo)引系統(tǒng)進(jìn)行較大范圍的頻率搜索， 遲滯或避免導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的重新截獲， 最終造成角度跟蹤的失敗。 針對(duì)這一現(xiàn)象， 本文提出了一種利用角度濾波信息輔助速度跟蹤系統(tǒng)抗速度拖引干擾的新算法。

1速度拖引干擾產(chǎn)生機(jī)理

(1)

當(dāng)fdj與fd的頻率差達(dá)到δfmax時(shí)， 干擾信號(hào)突然中斷， 且中斷的時(shí)間大于速度跟蹤回路的保持時(shí)間、 AGC電路的恢復(fù)時(shí)間和速度通道啟動(dòng)搜索重新捕獲目標(biāo)的時(shí)間， 這段干擾與信號(hào)同時(shí)消失的時(shí)間是對(duì)導(dǎo)引系統(tǒng)速度跟蹤與角度跟蹤造成破壞的關(guān)鍵所在， 由于角度通道與速度通道的聯(lián)動(dòng)作用， 在這段時(shí)間內(nèi)角度信息完全丟失。

在速度拖引干擾中， 干擾信號(hào)多普勒頻率fdj的變化過程如下：

(2)

其中， vf的正負(fù)取決于拖引的方向(也是假目標(biāo)加速度的方向)。

速度拖引電路的工作過程如圖1所示， 圖1(a)所示為導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)的信號(hào)譜；圖1(b)所示為速度拖引干擾的停拖期， 此時(shí)fdj=fd， 信號(hào)電平遠(yuǎn)高于目標(biāo)回波信號(hào)電平，AGC電路按照干擾信號(hào)的電平調(diào)整接收機(jī)增益；圖1(c)所示為速度拖引干擾的拖引期， fdj逐漸拖離fd， fdj和fd的最大頻差是δfmax， 當(dāng)頻率差達(dá)到δfmax時(shí)， 干擾信號(hào)突然中斷， 破壞導(dǎo)引頭的速度跟蹤和角度跟蹤。

圖1　速度拖引干擾電路的工作過程

速度拖引干擾的信號(hào)電平可以是變化的， 從與回波信號(hào)電平相當(dāng)?shù)牡碗娖介_始， 然后隨著速度門拖引程度增大， 干擾電平也增大， 這種干擾樣式主要是針對(duì)采用電平選擇邏輯的檢測(cè)器。

除了功率電平以外， 速度拖引的以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)也會(huì)對(duì)干擾的效果產(chǎn)生很大影響：駐留時(shí)間、 拖引速度、 拖引速度變化方式、 最大拖距和干擾消失時(shí)間。 這些參數(shù)與雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)相匹配才能使速度拖引起到干擾效果。 根據(jù)拖引速度變化方式， 速度拖引干擾有以下四種拖引曲線：線性、 非線性、 線性-折線以及非線性-折線， 其曲線示意圖見圖2。

圖2　速度拖引干擾拖引曲線示意圖

2抗速度拖引干擾算法研究

2.1　傳統(tǒng)抗速度拖引干擾算法

一般抗速度拖引干擾分為兩個(gè)階段， 一是判別速度拖引干擾的存在， 二是甩掉干擾重新搜索并截獲目標(biāo)。

要準(zhǔn)確的判斷出速度拖引干擾的存在， 常見的方法有以下幾種：

(1) 利用目標(biāo)回波信號(hào)頻譜分裂以及回波信號(hào)幅度突變作為判斷速度拖引干擾出現(xiàn)的標(biāo)志；

通過研究， 現(xiàn)在的速度拖引干擾信號(hào)電平是可以變化的， 使得第一種方法無效； 而第二種方法則容易將目標(biāo)做大機(jī)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)誤認(rèn)為干擾。

2.2　基于輔助信息抗速度拖引干擾

通常速度拖引干擾信號(hào)由自衛(wèi)式干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)而得， 由于自衛(wèi)式干擾機(jī)吊掛在目標(biāo)上， 因此速度拖引干擾信號(hào)本身具有目標(biāo)準(zhǔn)確的角度信息。 當(dāng)導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭受到速度拖引干擾時(shí)， 顯然導(dǎo)引頭速度跟蹤回路測(cè)得的導(dǎo)彈目標(biāo)接近速度值是不準(zhǔn)確的。 但是， 由于干擾信號(hào)也帶有目標(biāo)的角度信息， 因此， 無論導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)回波信號(hào)還是干擾信號(hào)， 均可以利用角度測(cè)量值來檢測(cè)此類干擾。

根據(jù)上述思路， 結(jié)合傳統(tǒng)抗速度拖引干擾算法， 本文提出了新的判斷方法， 即無論是否發(fā)現(xiàn)速度門有多個(gè)目標(biāo)或目標(biāo)回波突變現(xiàn)象， 保持對(duì)當(dāng)前跟蹤信號(hào)的跟蹤和處理， 通過綜合利用導(dǎo)引頭速度通道和輔助通道濾波得到的目標(biāo)速度信息對(duì)比， 以及估計(jì)的目標(biāo)加速度和目標(biāo)最大加速度的對(duì)比來判斷速度拖引干擾是否存在。

在判斷出存在速度拖引干擾后， 停止對(duì)當(dāng)前信號(hào)的跟蹤， 并利用輔助通道的多普勒指示， 完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)的重新截獲。

3仿真與分析

利用空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制中經(jīng)常用的虛擬樣機(jī)技術(shù)， 對(duì)本文提出的抗速度拖引干擾方法進(jìn)行仿真分析。

設(shè)載機(jī)和目標(biāo)機(jī)在同等的高度條件下迎頭飛行， 載機(jī)飛行速度為400 m/s， 目標(biāo)機(jī)飛行速度為300 m/s， 發(fā)射距離為R0。 目標(biāo)進(jìn)行逃逸機(jī)動(dòng)， 本文選取依次增大的1N， 2N， 3N， 4N四個(gè)機(jī)動(dòng)量值， 其中N為一個(gè)常值系數(shù)。 導(dǎo)彈與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖如圖3所示。R0為導(dǎo)彈發(fā)射距離；R1為導(dǎo)彈目標(biāo)遭遇點(diǎn)偏離初始彈目連線的距離；R2為載機(jī)和目標(biāo)的高度。

圖3　導(dǎo)彈目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡圖

針對(duì)該仿真條件， 加入適當(dāng)參數(shù)的速度拖引干擾模型， 并分別對(duì)加入抗速度拖引干擾模型和不加入抗速度拖引干擾模型兩種情況下進(jìn)行300次蒙特卡洛仿真， 得到兩種情況下導(dǎo)彈的命中概率， 仿真結(jié)果如表1所示。

表1　抗干擾成功率對(duì)比仿真結(jié)果

由表1可知， 當(dāng)目標(biāo)在做逃逸機(jī)動(dòng)情況下釋放速度拖引干擾時(shí)， 無論是否加載抗速度拖引干擾模型， 導(dǎo)彈的成功概率都隨著目標(biāo)機(jī)動(dòng)量的增加而減?。?在加載抗速度拖引干擾模型以后， 導(dǎo)彈命中概率相對(duì)未加載抗速度拖引干擾模型時(shí)有較大幅度增加， 特別是在目標(biāo)機(jī)動(dòng)為3N和4N時(shí)， 導(dǎo)彈的命中概率是未采用抗干擾措施的4倍以上。

上述分析表明， 本文提出的抗速度拖引干擾算法具有較好的抗目標(biāo)大機(jī)動(dòng)情況下釋放速度拖引干擾的能力。

4結(jié)論

對(duì)目標(biāo)在釋放速度拖引干擾的同時(shí)實(shí)施大機(jī)動(dòng)這一空戰(zhàn)實(shí)際情況， 提出了利用角度輔助通道濾波信息協(xié)助速度通道抗速度拖引干擾的這一新的抗干擾思路。 通過仿真證明， 本文提出的新算法具有較好的抗目標(biāo)大機(jī)動(dòng)情況下速度拖引干擾的能力， 也為空空導(dǎo)彈抗目標(biāo)大機(jī)動(dòng)情況下速度拖引干擾提供新的思路。

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Research on Countering Velocity Gate Pull-off Jamming Algorithm

of Radar Air-to-Air Missile

Geng Yanzhong, Zhao Huachao, Chen Xin

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:The velocity gate pull-off jamming (VGPO) is the most important active deception jamming for countering the radar air-to-air missile. With the improvement of the fighter maneuver performance, the use of VGPO and the target evasive maneuver are often simultaneous. This results in that the guidance system should have to research wide range for intercepting the target, which makes it difficult to intercept again. And the angle tracking fails eventually. For this, the paper presents a new anti-jamming algorithm which uses the angle information of the target to assist the velocity information for courrtering VGPO. The simulation proved the validity of the new algorithm.

Key words:air-to-air missile; maneuvering target; velocity gate pull-off jamming(VGPO); angular filtering; PD radar

作者簡介：耿彥忠(1988-)， 男， 河南周口人， 碩士， 研究方向?yàn)轱w行器總體設(shè)計(jì)。

收稿日期：2015-02-10

中圖分類號(hào)：TJ765.3； TN972+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5048(2015)06-0017-04