基于復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)*

任鵬沖 葉廣強(qiáng) 劉華偉 張卓然

(空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院 西安 710038)

?

基于復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)*

任鵬沖 葉廣強(qiáng) 劉華偉 張卓然

(空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院 西安 710038)

分析了復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)的抗干擾技術(shù)。隨著電子對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展及其在軍事上的不斷應(yīng)用,未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)更加復(fù)雜的電磁環(huán)境將對(duì)雷達(dá)的正常工作提出更高的挑戰(zhàn),從而使得雷達(dá)抗干擾技術(shù)成為當(dāng)前研究的重要課題。論文從復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響及雷達(dá)抗干擾技術(shù)的特點(diǎn)出發(fā),對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)及其工作原理進(jìn)行了重點(diǎn)分析,并指出了當(dāng)前形勢(shì)下雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

電磁環(huán)境; 雷達(dá); 抗干擾; 發(fā)展趨勢(shì)

Class Number TN955

1 引言

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展,未來(lái)高技術(shù)條件下的敵我雙方戰(zhàn)爭(zhēng)越來(lái)越集中在制信息權(quán)和制空權(quán)的爭(zhēng)奪上,雷達(dá)作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的“千里眼”,具有全天候和遠(yuǎn)距離探測(cè)的能力,在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而,雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上面臨著復(fù)雜電磁環(huán)境下的多種威脅,其中電磁干擾已經(jīng)改變了雷達(dá)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)觀念,隨著干擾技術(shù)手段的不斷升級(jí),雷達(dá)抗干擾技術(shù)也在不斷地發(fā)展。雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力越來(lái)越成為影響戰(zhàn)爭(zhēng)全局勝負(fù)的關(guān)鍵因素,現(xiàn)代雷達(dá)對(duì)抗的新技術(shù)也越來(lái)越集中體現(xiàn)在雷達(dá)抗干擾的性能上,因此,提高雷達(dá)的抗干擾能力是當(dāng)前雷達(dá)所面臨的重要課題[1]。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響

1) 復(fù)雜電磁環(huán)境影響戰(zhàn)場(chǎng)感知的真實(shí)性。復(fù)雜電磁環(huán)境擴(kuò)大了戰(zhàn)場(chǎng)范圍,使得目標(biāo)多雜、干擾不斷,雷達(dá)本身也面臨著隱身目標(biāo)、超低空突防、反輻射導(dǎo)彈、電磁脈沖炸彈、高功率微波武器等新技術(shù)武器的綜合威脅,倘若敵方施加大面積的強(qiáng)烈電磁干擾,則很有可能使戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境混亂不堪,造成電磁密度分布過(guò)大使空域飽和,致使各種傳感器失去效能不能正常感知戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì),從而嚴(yán)重影響戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)指揮人員的判斷與決策[24]。

2) 復(fù)雜電磁環(huán)境干擾導(dǎo)航系統(tǒng)。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)跟蹤定位主要依靠其導(dǎo)航系統(tǒng),無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航是艦船、飛機(jī)及各種航空武器主要的定位導(dǎo)航手段。一旦敵方對(duì)我導(dǎo)航設(shè)備施加特定的有意干擾,將極大地影響導(dǎo)航設(shè)備的精確性,致使艦船偏離航向、飛機(jī)脫離軌道、導(dǎo)彈無(wú)法精確命中目標(biāo)等不可挽回的損失。對(duì)無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)干擾最常用的兩種方式是瞄準(zhǔn)式干擾和阻塞式干擾,其中瞄準(zhǔn)式干擾是使用與導(dǎo)航信號(hào)相同的載波頻率、干擾樣式和相關(guān)參數(shù),運(yùn)用定向天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)敵方地域施加特定的區(qū)域性干擾;阻塞式干擾是指在阻塞寬頻帶內(nèi)對(duì)所有頻段的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)施加的有效干擾。

3) 在復(fù)雜電磁環(huán)境下電磁兼容問(wèn)題更加突出。一方面,復(fù)雜電磁環(huán)境使雷達(dá)與其它電子系統(tǒng)、電子設(shè)備的電磁兼容難度加大,為了提高武器裝備自身的戰(zhàn)斗性能,經(jīng)常需要對(duì)其電子系統(tǒng)采取某種技術(shù)手段,來(lái)克服武器裝備或者電子系統(tǒng)的電磁兼容難題,這必將導(dǎo)致新型武器裝備或電子系統(tǒng)的研制周期加長(zhǎng),投入代價(jià)更大;另一方面,如果武器裝備或系統(tǒng)自身的電磁兼容性不好,不僅無(wú)法完成戰(zhàn)斗任務(wù),同時(shí)還會(huì)影響到其它系統(tǒng)的正常工作[2]。

3 雷達(dá)抗干擾技術(shù)特點(diǎn)

隨著軍事高技術(shù)的迅猛發(fā)展,各種新型雷達(dá)體制迅速崛起和廣泛應(yīng)用,以滿(mǎn)足軍事電子戰(zhàn)高技術(shù)激烈對(duì)抗的需求,在雷達(dá)電子對(duì)抗日益激烈的形勢(shì)下,現(xiàn)代雷達(dá)抗干擾技術(shù)應(yīng)具備以下特點(diǎn): 1) 雷達(dá)天線(xiàn)要具有高增益、低副瓣、窄波束、低交叉極化響應(yīng)、副瓣匿隱、電子掃描相控陣和單脈沖測(cè)角技術(shù); 2) 雷達(dá)系統(tǒng)必須要以高速計(jì)算計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行快速的數(shù)字信號(hào)處理、信息交換與傳遞,以提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)力; 3) 在頻域上,雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)占有更多的電磁頻譜資源;在能量上,盡可能地發(fā)揮雷達(dá)在空域、時(shí)域和頻域上的能量集中優(yōu)勢(shì),來(lái)減弱電子干擾的輻射影響[6～7]; 4) 雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)具有綜合的多功能能力,既能應(yīng)對(duì)積極干擾,又能及時(shí)判明消極干擾; 5) 雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)具有全方位、全頻段大功率多功用以及能夠?qū)Ω抖嗄繕?biāo)的多波束能力; 6) 雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)朝著集成化和模塊化的方向發(fā)展,以提高雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性和生存力[3]。

4 復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)

現(xiàn)代雷達(dá)的干擾和抗干擾技術(shù)永遠(yuǎn)是一對(duì)矛盾的兩方面,沒(méi)有干擾不了的雷達(dá)也沒(méi)有抗不了的干擾,它們相互斗爭(zhēng)、相互促進(jìn)、共同發(fā)展[8～10]。在雷達(dá)對(duì)抗日益激烈的趨勢(shì)下,各種雷達(dá)干擾技術(shù)不斷被提出,而針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)也一直在相應(yīng)的發(fā)展之中。如何抵抗敵方的干擾,保持己方雷達(dá)的戰(zhàn)斗力,并將研究成果迅速運(yùn)用于戰(zhàn)場(chǎng),復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾斗爭(zhēng)開(kāi)始在空域、頻域、功率域、調(diào)制域及系統(tǒng)上全面展開(kāi)。

4.1 空域抗干擾

空域內(nèi)的雷達(dá)抗干擾技術(shù)主要有超低副瓣天線(xiàn)、副瓣消隱、單脈沖測(cè)角、相控陣天線(xiàn)掃描捷變以及雷達(dá)組網(wǎng)等。

1) 低副瓣天線(xiàn)。一般情況下雷達(dá)的噪聲干擾是通過(guò)副瓣進(jìn)入接收機(jī)的,因此,超低副瓣天線(xiàn)有效的提高了雷達(dá)對(duì)抗各種副瓣干擾的能力,使得敵方針對(duì)雷達(dá)副瓣信號(hào)的偵查、測(cè)向和干擾變得難上加難,大大地提升了雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力和反偵察能力[4]。

2) 副瓣消隱。副瓣消隱一般有兩個(gè)獨(dú)立的主副通道組成,它的工作原理是將進(jìn)入主通道的干擾信號(hào)和副通道接收到的回波信號(hào)在比較器中進(jìn)行比幅,然后利用選通的原理來(lái)消除干擾,使用這種方法的好處是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)[5,11];副瓣消隱的工作原理框如圖1所示。

圖1 副瓣消隱的工作原理框圖

3) 單脈沖測(cè)角。單脈沖測(cè)角是雷達(dá)中常用的一種測(cè)角方法,它利用多個(gè)天線(xiàn)同時(shí)接收回波信號(hào)通過(guò)比較回波信號(hào)的相位或幅度來(lái)獲得目標(biāo)的角位置信息。單脈沖測(cè)角的技術(shù)特點(diǎn)是可以對(duì)抗角度欺騙干擾。目前應(yīng)用最廣泛的單脈沖測(cè)角方法主要有四種:振幅-振幅式、相位-相位式、振幅和-差式及相位和-差式[12];

4) 相控陣天線(xiàn)掃描捷變。相控陣天線(xiàn)掃描捷變是利用相控陣天線(xiàn)的電子掃描特性,對(duì)被探測(cè)的目標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)掃描。因?yàn)槔走_(dá)天線(xiàn)照射目標(biāo)的時(shí)間表現(xiàn)為很大的隨機(jī)性,從而使接收機(jī)很難偵察、識(shí)別及定位雷達(dá)[11]。

5) 雷達(dá)組網(wǎng)。雷達(dá)組網(wǎng)是指將處于同一區(qū)域多種型號(hào)的多部雷達(dá)連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),使得它們所獲得的情報(bào)資源能夠相互支援和相互融合,在當(dāng)今日益復(fù)雜的電磁環(huán)境中,這種組網(wǎng)探測(cè)的方式能夠有效地抵抗外界的干擾,并能且大大地提高雷達(dá)對(duì)敵方目標(biāo)的偵察識(shí)別和跟蹤定位能力。

4.2 頻域抗干擾

雷達(dá)在頻域內(nèi)的抗干擾技術(shù)主要有自適應(yīng)頻率捷變、窄帶濾波、頻率分集和頻譜擴(kuò)展等。

1) 自適應(yīng)頻率捷變。頻率捷變技術(shù)是頻域?qū)棺钪饕目垢蓴_措施,現(xiàn)代雷達(dá)為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的干擾手段,提高抗干擾效果,一個(gè)重要特點(diǎn)就是很多參數(shù)都可變。如雷達(dá)工作時(shí)的頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、接收機(jī)帶寬等,自適應(yīng)頻率捷變技術(shù)使用現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)雷達(dá)周?chē)碾姶鸥蓴_環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果自動(dòng)算出雷達(dá)最佳的技術(shù)參數(shù);自適應(yīng)頻率捷變抗干擾原理框圖如圖2所示。

圖2 自適應(yīng)頻率捷變抗干擾原理框圖

包括寬頻帶偵察接收機(jī)、干擾頻譜分析器、最佳頻率代碼送頻器等,它的工作原理是根據(jù)干擾頻譜分析的結(jié)果找出干擾強(qiáng)度最弱的頻段,然后調(diào)整雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的載頻到對(duì)方干擾最弱的頻率上,大大地提高了雷達(dá)的抗干擾能力[13]。

2) 窄帶濾波。雷達(dá)信號(hào)在同一個(gè)脈沖組內(nèi)的信號(hào)具有相干性,它能形成非常窄的譜線(xiàn)。使用窄帶濾波器可以把這些譜線(xiàn)過(guò)濾出來(lái),同時(shí)極大地抑制了窄帶濾波器外面的雜波干擾和干擾噪聲[13,20]。因此應(yīng)用相干信號(hào)和窄帶濾波的雷達(dá)是對(duì)抗雜波干擾和干擾噪聲的有效措施。

3) 頻率分集技術(shù)。頻率分集是指為完成同一任務(wù)采用差別較大的多個(gè)頻率近似同時(shí)工作的一種技術(shù)[15]。只要分集的帶寬大于瞄準(zhǔn)干擾的帶寬,頻率分集技術(shù)就能很好地對(duì)抗瞄準(zhǔn)式干擾。在對(duì)抗寬帶阻塞式干擾時(shí)只要增大雷達(dá)頻率分集的帶寬就能迫使干擾機(jī)加大干擾頻譜寬度,從而使干擾的功率譜密度降低,大大地改善雷達(dá)的抗干擾性能;典型的頻率分集雷達(dá)簡(jiǎn)化框圖如圖3所示。

圖3 頻率分集雷達(dá)簡(jiǎn)化框圖

4) 頻譜擴(kuò)展。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代雷達(dá)大多采用擴(kuò)譜技術(shù)。應(yīng)用擴(kuò)普技術(shù)的雷達(dá)帶寬會(huì)被展寬,這樣做的好處是,一方面可以提高雷達(dá)的探測(cè)距離,另一方面由于雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬被展寬,在平均發(fā)射功率不變的情況下,單位頻帶內(nèi)信號(hào)的功率密度就會(huì)降低,使得敵方偵察設(shè)備很難檢測(cè)到這種雷達(dá)信號(hào),從而加大了對(duì)己方雷達(dá)設(shè)備干擾的難度。

4.3 功率域抗干擾

雷達(dá)在功率域內(nèi)的抗干擾斗爭(zhēng)主要有對(duì)雷達(dá)的恒虛警處理、自動(dòng)增益控制、目標(biāo)幅度起伏特性識(shí)別、大信號(hào)限幅等。

1) 恒虛警處理。恒虛警處理是一種通過(guò)設(shè)置檢測(cè)門(mén)限使得雷達(dá)的虛警概率控制在一定范圍內(nèi)的信號(hào)檢測(cè)方法。它不提高雷達(dá)的信噪比,但能保障雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理設(shè)備不因信號(hào)飽和而過(guò)載。應(yīng)用恒虛警處理技術(shù)可以減少雷達(dá)在強(qiáng)烈脈沖干擾和密集連續(xù)波干擾下所產(chǎn)生的虛假信號(hào),同時(shí)降低了雷達(dá)告警的的虛報(bào)概率[14]。

2) 自動(dòng)增益控制。自動(dòng)增益控制是指雷達(dá)根據(jù)先前設(shè)定好的準(zhǔn)則,當(dāng)噪聲干擾和密集的連續(xù)波脈沖干擾進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)時(shí),自動(dòng)控制接收機(jī)的增益,避免這些干擾信號(hào)導(dǎo)致接收機(jī)過(guò)載,此外降低接收機(jī)的信號(hào)增益電平還能抑制小目標(biāo)的回波。目前應(yīng)用比較廣泛的是瞬時(shí)自動(dòng)增益控制[23](IAGC),它是一種用于雷達(dá)接收機(jī)部分的防過(guò)載電路,可有效抑制由等幅波干擾、寬度脈沖干擾和低副瓣脈沖干擾所引起的雷達(dá)接收機(jī)中頻放大器過(guò)載,利用負(fù)反饋原理,根據(jù)輸入干擾信號(hào)的電平變換自動(dòng)調(diào)整中頻放大器的的增益[11,14];瞬時(shí)自動(dòng)增益控制原理方框圖如圖4所示。

圖4 瞬時(shí)自動(dòng)增益控制原理方框圖

3) 目標(biāo)幅度起伏特性識(shí)別。目標(biāo)幅度起伏特性識(shí)別是功率與上識(shí)別目標(biāo)的主要方法,它根據(jù)目標(biāo)反射回波幅度的起伏變化來(lái)判斷目標(biāo)的類(lèi)型,這種措施的好處是比較容易實(shí)現(xiàn)。由于它對(duì)目標(biāo)信號(hào)的信噪比要求較高,因此比較適合對(duì)強(qiáng)烈噪聲干擾信號(hào)的目標(biāo)識(shí)別。

4) 大信號(hào)限幅。大信號(hào)限幅是一種防止信號(hào)對(duì)接收機(jī)干擾和沖擊的抗過(guò)載措施。其基本原理是一種用于功率域和頻率域的寬-限-窄抗干擾電路[16]。寬-限-窄電路原理框圖如圖5所示。

圖5 寬-限-窄電路原理框圖

它包括寬帶放大器、限幅器和窄帶放大器,利用頻域和功率域抗干擾原理多次“整削”噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)的能量同時(shí)又能保護(hù)目標(biāo)回波信號(hào)的能量不受損失,極大地降低了雷達(dá)的虛警概率,因此是一種十分有效地對(duì)抗寬帶噪聲調(diào)頻干擾的抗干擾技術(shù)。

4.4 調(diào)制域抗干擾

雷達(dá)在調(diào)制域內(nèi)的抗干擾斗爭(zhēng)主要有相位編碼、線(xiàn)性調(diào)頻、混沌編碼(PSK/FSK)、調(diào)制參數(shù)捷變等,其中前三種都是比較典型的低截獲概率雷達(dá)信號(hào),具有很好的雷達(dá)抗干擾性能。

1) 相位編碼、線(xiàn)性調(diào)頻、混沌編碼(PSK/FSK)。相位編碼、線(xiàn)性調(diào)頻是常用的脈沖壓縮技術(shù)[17～18],目前現(xiàn)役軍用雷達(dá)中大多采用脈沖壓縮技術(shù)使發(fā)射機(jī)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)很難被敵方截獲接收機(jī)截獲。它的工作原理是將輸入的脈沖通過(guò)一個(gè)由特定系統(tǒng)響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)調(diào)制為具有一定頻率和相位的寬脈沖發(fā)射信號(hào),然后在接收端利用逆變換將信號(hào)壓縮成窄脈沖。由于脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)頻譜比較寬,峰值功率小,且信號(hào)內(nèi)部調(diào)制樣式復(fù)雜,所以針對(duì)這種雷達(dá)信號(hào)的模擬欺騙干擾比較困難[19]?；煦缇幋a是在混沌學(xué)的基礎(chǔ)上提出的一種抗干擾性能更為優(yōu)越的雷達(dá)信號(hào)體制,它克服了單一調(diào)制樣式的不足,提高了雷達(dá)的速度分辨力和距離分辨力,增加了截獲接收機(jī)截獲和識(shí)別雷達(dá)信號(hào)的難度;一種典型的雷達(dá)脈沖壓縮原理框圖如圖6所示。

圖6 典型的雷達(dá)脈沖壓縮原理框圖

2) 信號(hào)參數(shù)捷變。信號(hào)調(diào)制參數(shù)捷變和使用復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)是雷達(dá)在調(diào)制域內(nèi)經(jīng)常用到的兩種抗干擾技術(shù),它們的技術(shù)特點(diǎn)同重頻捷變、頻率捷變、雷達(dá)天線(xiàn)掃描方式捷變等一樣。通過(guò)不斷的改變雷達(dá)調(diào)制信號(hào)的參數(shù)使得干擾系統(tǒng)接收機(jī)很難對(duì)雷達(dá)信號(hào)快速準(zhǔn)確地偵收,進(jìn)而避免了干擾系統(tǒng)對(duì)其有針對(duì)性地施放干擾。極大地提高了雷達(dá)的抗干擾性能及戰(zhàn)場(chǎng)存活率。

SMAP衛(wèi)星[3]是NASA于2015年1月31日成功發(fā)射人類(lèi)首顆用于“土壤水分主被動(dòng)觀察衛(wèi)星”。SMAP衛(wèi)星天線(xiàn)采用周邊桁架式可展開(kāi)機(jī)構(gòu)，外圈是通過(guò)平行四邊單元組成，通過(guò)改變對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的整個(gè)天線(xiàn)收攏展開(kāi)，展開(kāi)口徑達(dá)6 m(圖2)。

4.5 極化抗干擾

每一種雷達(dá)天線(xiàn)都具有極化選擇的功能,當(dāng)外界信號(hào)與雷達(dá)天饋系統(tǒng)極化特性相同時(shí),接收的信號(hào)能量最大,而當(dāng)二者極化狀態(tài)完全不匹配時(shí),接收的信號(hào)能量最小,即它能接收相同極化的信號(hào),抑制正交極化的信號(hào),又由于不同材料和形狀的物體具有不同的極化反射特性,因此它可以根據(jù)目標(biāo)回波信號(hào)的極化特性,來(lái)把外界干擾信號(hào)和要接收的目標(biāo)回波信號(hào)區(qū)分開(kāi),采用自適應(yīng)極化抗干擾技術(shù)從而達(dá)到匹配接收目標(biāo)信號(hào)和抑制有源干擾信號(hào)的目的。雷達(dá)自適應(yīng)變極化抗干擾的原理框圖如圖7所示。

圖7 雷達(dá)自適應(yīng)變極化抗干擾的原理框圖

它由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、雙極化天線(xiàn)、極化識(shí)別器、變極化器以及收發(fā)開(kāi)關(guān)組成,通過(guò)極化識(shí)別器判斷干擾的極化方式,然后控制變極化器產(chǎn)生與外界干擾信號(hào)極化方式正交的雷達(dá)發(fā)射信號(hào),從而抑制干擾信號(hào)的接收[13]。

4.6 體系上的抗干擾

雷達(dá)抗干擾技術(shù)的一個(gè)重要方面就是整合系統(tǒng)的各種資源,使雷達(dá)與其它電子探測(cè)設(shè)備聯(lián)合起來(lái),從體系上實(shí)施抗干擾。其主要的技術(shù)措施包括以下幾個(gè)方面。

1) 自適應(yīng)抗干擾。在實(shí)際的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,各種電磁干擾信號(hào)復(fù)雜多變,很難準(zhǔn)確判斷雷達(dá)在工作中所面對(duì)干擾信號(hào)的樣式和具體參數(shù),進(jìn)而不能及早地實(shí)施有效的抗干擾措施。為此,雷達(dá)在實(shí)際工作中必須具備快速偵察周?chē)姶怒h(huán)境狀態(tài)和變化的能力,有針對(duì)性的采取對(duì)抗措施,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的最佳匹配和對(duì)干擾信號(hào)的最佳濾波[22]。

2) 雙(多)基地雷達(dá)。雙基地雷達(dá)指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相隔較遠(yuǎn)的距離,它的工作特點(diǎn)是采用收發(fā)分置,接收機(jī)無(wú)源被動(dòng)地接收所輻射的能量信號(hào)。多基地雷達(dá)指共用一個(gè)或多個(gè)相隔很遠(yuǎn)的發(fā)射機(jī),使用兩個(gè)以上且有共同覆蓋區(qū)域的接收機(jī)。雙(多)基地雷達(dá)由于其獨(dú)特的原理結(jié)和幾何配置,與常規(guī)單基地雷達(dá)相比具有抗電子偵察能力、抗干擾能力、抗反輻射導(dǎo)彈能力、抗超低空突防能力和抗隱身武器能力等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3) 雷達(dá)組網(wǎng)和傳感器數(shù)據(jù)融合。雷達(dá)組網(wǎng)可以根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境主動(dòng)控制網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)系統(tǒng)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)整個(gè)雷達(dá)群合作抗干擾,與傳感器的數(shù)據(jù)融合,可以使分布在群內(nèi)各處的多部雷達(dá)充分共享傳感器所感知的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),實(shí)時(shí)地感知和調(diào)整雷達(dá)的工作狀態(tài),從而采取有針對(duì)性的抗干擾措施,極大地改善了雷達(dá)的抗干擾能力。雷達(dá)工作方式如隨機(jī)閃爍式開(kāi)機(jī)、多機(jī)接收、假發(fā)射機(jī)欺騙等,隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,雷達(dá)組網(wǎng)正在成為一個(gè)熱門(mén)的研究方向[22]。

5 抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

雷達(dá)抗干擾是在電子領(lǐng)域內(nèi)靈活利用電子頻譜資源進(jìn)行反干擾的一種斗爭(zhēng),其目的是將影響雷達(dá)正常工作的各種干擾信號(hào)能量消弱到能夠容許的程度,以保障雷達(dá)設(shè)備的正常工作。隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜、電子對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展,未來(lái)雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面。

1) 多功能相控陣技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)天線(xiàn)通過(guò)電控指令改變天線(xiàn)在孔徑面上的相位分布,實(shí)現(xiàn)對(duì)波束指向和波束形成的控制作用,利用其波束的自適應(yīng)掃描功能和靈活性,相控陣?yán)走_(dá)可以根據(jù)反干擾的需要來(lái)實(shí)施“功率管理”。與其它雷達(dá)天線(xiàn)相比,多功能相控陣?yán)走_(dá)具有波束穩(wěn)定性好、體積小、反應(yīng)時(shí)間短、靈活快速地波束指向、有效輻射功率高以及抗干擾性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。所有的這些優(yōu)勢(shì)使得相控陣?yán)走_(dá)天線(xiàn)成為電子掃描天線(xiàn)中最引人矚目的一種,在現(xiàn)代的雷達(dá)對(duì)抗中獲得了廣泛的應(yīng)用[23]。

2) 多波束技術(shù)。多波束系統(tǒng)是指利用多波束網(wǎng)絡(luò)或多束透鏡在空間形成的多個(gè)獨(dú)立且相互鄰接的高增益波束。它的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是:每個(gè)波束都包含了天線(xiàn)陣孔徑的全部增益;能以很高的角分辨率對(duì)空間進(jìn)行不間斷地掃描;能覆蓋很寬的頻率范圍和扇面;每個(gè)陣元前面都裝有一個(gè)獨(dú)立的低功率微波放大器,因此可以產(chǎn)生很大的有效輻射功率來(lái)對(duì)抗干擾威脅。

3) 低截獲概率技術(shù)。低截獲概率信號(hào)是指采用頻譜擴(kuò)展和隨機(jī)調(diào)制等措施,降低了雷達(dá)輻射載波的功率。使雷達(dá)探測(cè)到敵方目標(biāo)的同時(shí),敵方截獲到這種雷達(dá)信號(hào)的可能性概率最小,從而保護(hù)雷達(dá)不受外界電子干擾信號(hào)的干擾,大大地增強(qiáng)了雷達(dá)的作戰(zhàn)和生存能力。

4) 無(wú)源探測(cè)技術(shù)。無(wú)源雷達(dá)探測(cè)是指雷達(dá)本身不發(fā)射信號(hào),而依靠接受目標(biāo)所發(fā)射的信號(hào)、目標(biāo)自身的輻射以及目標(biāo)對(duì)其它物體的散射能量來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)信號(hào),通過(guò)某種濾波算法它能夠?qū)δ繕?biāo)信號(hào)進(jìn)行跟蹤定位并以一定的概率在雷達(dá)顯示屏上顯示目標(biāo)的航跡和信號(hào)特征,同時(shí)向其它系統(tǒng)共享該位置信息。尤其是與有源雷達(dá)互補(bǔ)協(xié)調(diào)工作,將能構(gòu)成可靠性高,抗干擾能力更強(qiáng)的綜合探測(cè)系統(tǒng)[21]。

5) 綜合抗干擾技術(shù)。綜合抗干擾是指采用多種戰(zhàn)術(shù)方法和對(duì)抗技術(shù)進(jìn)行的抗干擾措施。單一的抗干擾方法只能對(duì)付某一種單一的干擾,如副瓣對(duì)消只能對(duì)付連續(xù)波噪聲干擾不能對(duì)抗分布式干擾;頻率捷變技術(shù)只能抗有源干擾而不能抗消極干擾;單脈沖測(cè)角技術(shù)只能抗角度欺騙而不能抗距離欺騙等,因此可以將多種抗干擾技術(shù)相結(jié)合,綜合采用多種抗干擾措施來(lái)有效提高雷達(dá)的抗干擾能力。此外,采用靈活多變的戰(zhàn)術(shù)也能發(fā)揮積極有效的抗干擾作用。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜,雷達(dá)總處在有電子干擾的環(huán)境中工作,因此抗干擾就成為了雷達(dá)設(shè)計(jì)制作時(shí)的重要研究?jī)?nèi)容。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前雷達(dá)所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境下抗干擾技術(shù)特點(diǎn)的分析及其對(duì)抗技術(shù)的研究,指出了未來(lái)雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),必須認(rèn)識(shí)到雷達(dá)的干擾和抗干擾技術(shù)是永遠(yuǎn)矛盾的兩個(gè)方面,它們?cè)诟髯缘膶?duì)抗中發(fā)展著自己,只要它們的斗爭(zhēng)不完結(jié),那么它們的發(fā)展就不會(huì)停止。只有在空域、頻域、功率域、極化域,調(diào)制域、系統(tǒng)體制上等掌握更高的技術(shù),擁有更多的電子戰(zhàn)資源優(yōu)勢(shì),才能在戰(zhàn)場(chǎng)中找到對(duì)方的弱點(diǎn),從而掌握雷達(dá)抗干擾技術(shù)的主動(dòng)權(quán)。

[1] 陳明輝,李永禎,王雪松,海基相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的反導(dǎo)防御模式研究[J].航天電子對(duì)抗,2004,33(1):10-14.

[2] 李淑華,黃曉剛,劉平.復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)抗干擾技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá),2013,35(4):1-9.

[3] 趙健.基于復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)抗干擾技術(shù)[J].民營(yíng)科技,2014,(1):59-257.

[4] 王躍鵬,同武勤.現(xiàn)代雷達(dá)電子對(duì)抗技術(shù)[J].艦船電子工程,2005,28(2):3-5.

[5] [美]George W. Stimson.機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)論[M].第二版.吳漢平,等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2005:893-900.

[6] Electronic Warfare Defense planning Tactics N.J. Lampos. Electronic Warfare Magazine[J].1974,6(6):3-7.

[7] ECCOM: Effective Development and Emopployment, O.B. Mitchell, Electronic Warfare Magazine[J].1974,(6):15-19.

[8] Morchin W. Radar Engineer’s Sourcebook[M]. Boston: Artech House, Inc,1993.

[9] Barton David K, Leonov SA. Radar Technology Ency clopedia[M]. Boston: Artech House, Inc,1993.

[10] Schleher DC. Electronic Warfare in Information Age[M]. Boston: Artech House, Inc.

[11] 劉雙清,蔡新舉,占超.雷達(dá)抗干擾技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].艦船電子工程,2013,33(8):7-10.

[12] 王玉濤.單脈沖測(cè)角技術(shù)及工程實(shí)現(xiàn)[D].西安:西安電子科技大學(xué),2007:3-9.

[13] 王勇,彭志剛.現(xiàn)代雷達(dá)抗干擾技術(shù)研究[J].科技視界,2008,23(1):140-143.

[14] 李可達(dá).現(xiàn)代雷達(dá)基本抗干擾技術(shù)[J].航天電子對(duì)抗,2004,32(2):15-19

[15] 林象平.雷達(dá)對(duì)抗原理[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社,1985:178-183.

[16] 杜東平,唐斌.基于頻域?qū)ο脑肼曊{(diào)幅干擾抑制算法[J].電子學(xué)報(bào),2007,(3):557-559.

[17] 趙萬(wàn)春.相控陣脈沖壓縮雷達(dá)抗干擾性能分析[D].西安:西安電子科技大學(xué),2006:17-43.

[18] 張錫祥,白華,楊曼.讓“千里眼”變成“近視眼”-信息戰(zhàn)中的雷達(dá)對(duì)抗[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:45-56.

[19] 呂連元.現(xiàn)代雷達(dá)干擾和抗干擾的斗爭(zhēng)[J].彈箭制導(dǎo),2012,(1):1-6.

[20] 張德寶,沈鵬.復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)分析[J].雷達(dá)對(duì)抗,2011,31(4):9-20.

[21] 朱華邦,杜娟.雷達(dá)抗干擾技術(shù)的新特點(diǎn)及發(fā)展方向[J].飛航導(dǎo)彈,2004,21(5):52-54.

[22] 劉尚富,行正世,趙朋亮.雷達(dá)反對(duì)抗技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].艦船電子工程,2011,31(8):11-13.

[23] 聶紅霞,婁亮,陳利鋒.雷達(dá)電子抗干擾技術(shù)[J].現(xiàn)代導(dǎo)航,2012,(6):433-437.

[24] 王小謨,張光義.雷達(dá)與探測(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008.

[25] 曹鑫,陳欣.雷達(dá)干擾技術(shù)分析與應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù),2011,(7):188-189.

Radar Anti-jamming Technology Based on Complex Electro-magnetic Environment

REN Pengchong YE Guangqiang LIU Huawei ZHANG Zhuoran

(Aeronautics and Astronautics Engineering College, Air Force University of Engineering, Xi’an 710038)

The radar anti-jamming technology under the the complex electro-magnetic environment was analyzed in this paper. With the development of electronic technology and applying in the military,the more complex electro-magnetic environment of the future war was a larger challenge. As a result of it, the radar anti-jamming technology had becomed an important research subject. This paper started from the influences of the complex electro-magnetic environment on radar and the feature of radar anti-jamming technology. It analyzed the radar anti-jamming technology and the working principle under the complex electro-magnetic environment, pointed out the development tendency of radar anti-jamming technology in the current situation.

electro-magnetic environment, radar, anti-jamming, development tendency

2015年3月5日,

2015年4月29日

航空科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):20145596024)資助。

任鵬沖,男,碩士研究生,研究方向:雷達(dá)電子偵察與干擾。葉廣強(qiáng),男,副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:無(wú)人機(jī)電子偵察與干擾。劉華偉,男,副教授,研究方向:無(wú)人飛行器控制與導(dǎo)航。張卓然,男,碩士研究生,研究方向:機(jī)載單站無(wú)源定位。

TN955

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.003