單脈沖末制導(dǎo)雷達舷外有源雷達誘餌檢測研究

杜曉寧，張樹森，王騰飛，郭衛(wèi)波，矯林，孫朋朋

（1.海軍航空工程學(xué)院電子信息工程系，山東煙臺264001；2.中國人民解放軍91851部隊，遼寧葫蘆島125000；3.中國人民解放軍91880部隊，山東膠州266300）

單脈沖末制導(dǎo)雷達舷外有源雷達誘餌檢測研究

杜曉寧1，3，張樹森1，王騰飛2，郭衛(wèi)波3，矯林3，孫朋朋3

（1.海軍航空工程學(xué)院電子信息工程系，山東煙臺264001；2.中國人民解放軍91851部隊，遼寧葫蘆島125000；3.中國人民解放軍91880部隊，山東膠州266300）

舷外有源雷達誘餌通過與艦船形成雙目標(biāo)非相干干擾，對單脈沖末制導(dǎo)雷達的角跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生真正的角度欺騙，影響反艦導(dǎo)彈對艦船的可靠跟蹤。單脈沖末制導(dǎo)雷達接收機輸出信號在一定條件下近似為高斯分布，采用GLRT方法可以對艦船和誘餌進行檢測。

單脈沖；舷外有源雷達誘餌；高斯分布；GLRT方法

0 引言

末制導(dǎo)雷達作為反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)階段重要的制導(dǎo)設(shè)備，是反艦導(dǎo)彈能否成功打擊目標(biāo)的關(guān)鍵所在。舷外有源雷達誘餌是舷外對抗設(shè)備新的發(fā)展方向，具有作戰(zhàn)方式使用靈活、作戰(zhàn)效能高的特點，對反艦導(dǎo)彈的生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。進行末制導(dǎo)雷達抗舷外有源雷達誘餌干擾技術(shù)的研究，提高末制導(dǎo)雷達抗舷外有源雷達誘餌干擾的能力，是當(dāng)前迫切需要解決的軍事前沿問題。

1 單脈沖末制導(dǎo)雷達測角原理

為了提高打擊精度和抗干擾能力，目前的反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達主要采用單脈沖測角體制。振幅和差式測角是常用的單脈沖測角方法，其原理是發(fā)射時采用兩個相同的波束且兩波束部分重疊，接收時信號作和差處理。若目標(biāo)處于兩波束等信號軸方向，則兩天線接收到的信號等強度；否則一個天線收到的信號強，另一個天線收到的信號弱。通過比較兩個天線接收到信號的強弱來確定目標(biāo)偏離等信號軸方向的程度，以此得到目標(biāo)所處的方向。

單平面內(nèi)振幅和差式單脈沖雷達原理如圖1所示，發(fā)射機產(chǎn)生的信號被送至和差比較器的Σ端，1、2端輸出等幅同相的激勵信號，由兩個饋源天線調(diào)制后進行發(fā)射。接收回波時，兩饋源將接收到的回波脈沖信號分別送至和差比較器的l、2端，其中，Σ端兩信號相加，輸出和信號；Δ端兩信號反相相加，輸出差信號。和差兩路信號分別經(jīng)過混頻、中放后，差信號被送入相位檢波器，和信號分為三路：一路通過檢波視放后送入自動距離跟蹤系統(tǒng)作測距用；一路為中放提供自動增益控制信號；另一路與差信號一樣被送入相位檢波器作為基準(zhǔn)信號，輸出角誤差信號，送至伺服系統(tǒng)，控制天線完成角度跟蹤。

2 舷外有源雷達誘餌干擾原理

由于單脈沖末制導(dǎo)雷達能夠通過瞬時比較兩個或多個目標(biāo)的回波信號振幅的比值完成對目標(biāo)定向，因此對單脈沖末制導(dǎo)雷達施加單點源干擾（干擾源置于艦船上），不論采用何種干擾樣式，干擾效果都不夠理想。對抗單脈沖末制導(dǎo)雷達必須對其角跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生真正的誘騙才能有效。舷外有源雷達誘餌質(zhì)心干擾是目前最為有效的破壞單脈沖雷達測角體制的干擾形式。

圖1 振幅和差式單脈沖雷達原理圖

舷外有源雷達誘餌質(zhì)心干擾的機理是雙目標(biāo)非相干干擾，當(dāng)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達鎖定目標(biāo)艦船后，末制導(dǎo)雷達進入跟蹤階段，天線波束中心對準(zhǔn)艦船回波能量中心，艦船偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)反艦導(dǎo)彈來襲，選擇合適時機，發(fā)射舷外有源雷達誘餌彈至預(yù)置地點后，舷外有源雷達誘餌開機，搜索和轉(zhuǎn)發(fā)艦載偵察系統(tǒng)加載的末制導(dǎo)雷達信號，由于被轉(zhuǎn)發(fā)的信號與真實艦船回波處于同一個分辨單元內(nèi)，末制導(dǎo)雷達將跟蹤艦船與誘餌的等效能量質(zhì)心，如圖2所示，隨著反艦導(dǎo)彈逼近艦船和誘餌，如果誘餌的回波功率強于艦船回波功率，反艦導(dǎo)彈將逐漸偏離艦船逼向誘餌，從而達到保護艦船不被反艦導(dǎo)彈襲擊的目的。

圖2 舷外有源雷達誘餌質(zhì)心干擾示意圖

3 末制導(dǎo)雷達接收機輸出信號概率分布

假設(shè)艦船目標(biāo)的RCS符合Swerling IV模型，舷外有源雷達誘餌轉(zhuǎn)發(fā)末制導(dǎo)雷達信號，因此舷外有源雷達誘餌的回波幅度可以假設(shè)與艦船目標(biāo)的回波幅度具有相同的統(tǒng)計特性，等效RCS同樣符合Swerling IV模型，回波幅度αi均服從如下分布：

當(dāng)2個Swerling IV型目標(biāo)位于單脈沖雷達波束內(nèi)時，接收機各通道的輸出信號可建模為：

式中：xi=αicosφi，yi=αisin φi，i=1,2；接收機噪聲服從如下高斯分布：

回波相位φi服從[0,2π)的均勻分布，由于αi與φi相互獨立，因此αi，φi的聯(lián)合概率密度函數(shù)為：

文獻[1]推導(dǎo)得SI的概率密度函數(shù)為：

其中，SQ，DI，DQ的概率分布具有相同的推導(dǎo)過程，SQ與SI具有相同的概率密度函數(shù)，DI與DQ具有相同的概率密度函數(shù)。將式（7）中的分別替換成即可得到DI與DQ的概率密度函數(shù)表達式。

式（7）表示的概率分布相當(dāng)復(fù)雜，難以用現(xiàn)有的檢測算法進行處理。然而根據(jù)概率論的知識可知，多個獨立同分布的變量和趨近于高斯分布，若把式（7）近似為高斯分布，那么就可以采用廣義似然比檢測（Generalized Likelihood Ratio Test，GLRT）方法[2]對2個Swerling IV型目標(biāo)進行檢測。

記兩目標(biāo)回波功率比為：

則式（7）可寫為：

假定SI可近似于如下高斯分布：

通過仿真實驗研究f(SI)與fg(SI)的近似條件，影響近似程度的主要因素是兩目標(biāo)的功率比λ以及目標(biāo)的信噪比。圖3顯示了在不同λ及信噪比下，輸出信號SI的概率分布曲線的近似情況。

圖3 不同的λ及信噪比下SI的概率分布

通過仿真發(fā)現(xiàn)兩目標(biāo)的功率比λ在0.2～5之間，即兩目標(biāo)功率相差7 dB以內(nèi)時，f(SI)可由fg(SI)近似，特別是當(dāng)兩目標(biāo)功率相等（λ=1）時近似程度最好。此外，當(dāng)目標(biāo)信噪比較低時，f(SI)也可由fg(SI)近似。輸出信號SQ,DI,DQ也同樣近似于零均值的高斯分布。

舷外有源誘餌在對抗末制導(dǎo)雷達時，與艦船目標(biāo)回波的功率比一般滿足0.2～5范圍的要求，因此可以認(rèn)為舷外有源誘餌與艦船目標(biāo)的回波符合高斯分布，進而可以采用高斯條件下的檢測算法對艦船目標(biāo)和舷外有源誘餌進行檢測。

因此，在上述近似條件下，GLRT方法理論上可對2個Swerling IV型目標(biāo)進行檢測。下面通過仿真實驗來驗證近似高斯分布的條件下，GLRT方法對2個Swerling IV型目標(biāo)檢測的有效性。

4 仿真實驗

仿真實驗分為4組，4組仿真中艦船和誘餌目標(biāo)的功率之和不變，即總信噪比不變（均為16 dB）。第一組中，兩目標(biāo)功率相等，信噪比均為13 dB；第二組中，艦船目標(biāo)的信噪比為12.8 dB，誘餌目標(biāo)的信噪比為14.9 dB，兩目標(biāo)的功率比λ=0.6；第三組中，艦船目標(biāo)的信噪比為10.8 dB，誘餌目標(biāo)的信噪比為15.8 dB，兩目標(biāo)的功率比λ=0.3；第四組中，艦船目標(biāo)的信噪比為7 dB，誘餌目標(biāo)的信噪比為16.5 dB，兩目標(biāo)的功率比λ=0.1。4組實驗中兩目標(biāo)都對稱地位于天線軸兩側(cè)，脈沖積累數(shù)為10；進行Monte Carlo試驗50 000次，4組實驗的檢測概率如圖4所示。

由圖4可以看出，4組仿真實驗中，GLRT方法對2個Swerling IV型目標(biāo)的檢測概率略低于對目標(biāo)近似分布的檢測概率。當(dāng)兩目標(biāo)功率相等時，具有最大的檢測概率，如4（a）所示；而當(dāng)兩目標(biāo)功率相差較大時，檢測概率最低，如4（d）所示，這是由于此時接收機輸出信號的概率分布已經(jīng)不能近似為高斯分布，但采用GLRT方法仍具有較好的檢測性能。

圖4 兩個Swerling IV型目標(biāo)的檢測結(jié)果

5 結(jié)語

舷外有源雷達誘餌質(zhì)心干擾對末制導(dǎo)雷達形成角度欺騙，末制導(dǎo)雷達接收機輸出信號的概率分布在一定條件下近似為高斯分布，可以采用GLRT方法對艦船和誘餌進行檢測。仿真結(jié)果表明，在艦船和誘餌目標(biāo)的功率相差不大時，接收機輸出信號可以近似為高斯分布，并且采用GLRT方法對艦船和誘餌目標(biāo)進行檢測時具有較好的檢測性能。

[1]來慶福，趙晶，馮德軍，等.單脈沖雷達導(dǎo)引頭質(zhì)心干擾檢測方法[J].現(xiàn)代雷達，2011，33（11）：40-44.

[2]BLAIR W D，BRANDT-PEARCE M.Unresolved Rayleigh target detection using monopulse measurements[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1998，34（2）：543-552.

[3]李朝偉，周希元，陳衛(wèi)東，等.單脈沖雷達主波束內(nèi)多目標(biāo)的檢測方法[J].電子學(xué)報，2006，34（6）：1026-1030.

[4]于華，高東華.舷外誘餌對抗單脈沖雷達體制反艦導(dǎo)彈的研究[J].艦船電子工程，2003（2）：51-54.

[5]胡海，張林，鐘志通.舷外有源誘餌反導(dǎo)方法研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2013，41（6）：34-37.

[6]BLAIR W D，BRANDT-PEARCE M.Monopulse DOA estimation of two unresolved Rayleigh targets[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2001，37（2）：452-469.

[7]WILLETT P K，BLAIR W D，OGLE T L，et al.Comparison of methods for tracking separating targets with a monopulse radar[C]//Proceedings of 2003 SPIE International Society for Optics Engineering Meeting.[S.l.]：SPIE，2003：118-130.

[8]朱玉鵬，李朝偉，黎湘，等.單脈沖雷達多目標(biāo)分辨技術(shù)研究[J].電光與控制，2004，11（4）：7-10.

[9]鄧杏松.艦載舷外有源雷達誘餌干擾效果研究分析[J].艦船電子對抗，2011，34（6）：42-47.

[10]吳圻鵬，王斌，李雪松.舷外有源誘餌保衛(wèi)大型艦艇建模與仿真[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2013，41（5）：159-163.

Study on outboard active radar decoy detection of monopulse terminal guidance radar

DU Xiaoning1，3，ZHANG Shusen1，WANG Tengfei2，GUO Weibo3，JIAO Lin3，SUN Pengpeng3
（1.Department of Electronic and Information Engineering，Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai 264001，China；2.Unit 91851 of PLA，Huludao 125000，China；3.Unit 91880 of PLA，Jiaozhou 266300，China）

The dual-objective non-coherent interference is formed by outboard active radar decoy and ship，which may generate the true angle deception to the angle tracking system of the monopulse terminal guidance radar，and affect antiship missile on reliable tracking of the ships.The output signal of the monopulse terminal guidance radar receiver is approximate to Gaussian distribution under a certain condition，so GLRT method can detect the ship and decoy.

monopulse；outboard active radar decoy；Gaussian distribution；GLRT method

TN95-34

A

1004-373X（2015）23-0016-04

10.16652/j.issn.1004-373x.2015.23.005

杜曉寧（1981—），男，碩士研究生。主要研究方向為精確制導(dǎo)和電子戰(zhàn)技術(shù)。

樹森（1965—），男，教授。主要研究方向為導(dǎo)彈對抗與反對抗。

2015-05-26