彈道導彈突防中的相參干擾

李 宏，牟能文，郭 雷

(1．中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003；2．海裝重慶軍代局，重慶 400020)

彈道導彈突防中的相參干擾

李 宏1，牟能文2，郭 雷1

(1．中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003；2．海裝重慶軍代局，重慶 400020)

分析了相參干擾相對于噪聲干擾的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上，針對彈道導彈突防的特殊應(yīng)用，對相參干擾的反應(yīng)時間設(shè)計、假目標密度設(shè)計以及多目標的干擾問題展開了分析研究，得出了一些有益的結(jié)論。

相參干擾；干擾反應(yīng)時間；假目標密度；多目標干擾

0 引言

為在國與國之間的博弈中掌握主動，發(fā)展并掌握彈道導彈技術(shù)有著重要的戰(zhàn)略意義。以美國導彈防御系統(tǒng)為典型代表的導彈防御(MD)系統(tǒng)的出現(xiàn)，給彈道導彈帶來了很大威脅。彈道導彈要發(fā)揮威力，必須考慮突防問題。導彈突防有很多技術(shù)措施，其中有源電子干擾是較為經(jīng)濟實用的一種常用措施。導彈防御系統(tǒng)的核心是作為傳感器的雷達，有源電子干擾正是試圖通過干擾敵方導彈防御系統(tǒng)中的雷達，縮短其發(fā)現(xiàn)導彈的距離或者破壞其識別系統(tǒng)，使導彈防御系統(tǒng)來不及反應(yīng)，從而使己方攻擊彈頭突防敵方導彈防御系統(tǒng)而攻擊預定的目標。由于彈道導彈的載荷十分有限且寶貴，對功率、體積和質(zhì)量要求相對較為寬松的相參干擾技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。相參干擾是目前普遍采用的一種干擾技術(shù)，其在不同的應(yīng)用場合有不同的應(yīng)用方式，本文針對導彈突防的要求來研究相參干擾的應(yīng)用方式。

1 雷達相參干擾的優(yōu)缺點

1.1 相參干擾的優(yōu)點

最早發(fā)展并得到應(yīng)用的雷達干擾技術(shù)是噪聲干擾[1]，包括射頻噪聲、調(diào)幅噪聲、調(diào)頻噪聲等，這種干擾樣式幾乎對各種不同體制、不同應(yīng)用目的的雷達均有一定的干擾效果。噪聲干擾實際上就是跟雷達硬拼功率，在干擾與雷達之間的博弈中，誰的功率大，誰就占有優(yōu)勢，因此這種干擾樣式比較適合于干擾機的功耗、體積、質(zhì)量均不受限的場合，如地面大功率干擾站等。相參干擾是采用數(shù)字射頻存儲(DRFM)技術(shù)，將接收到的雷達信號進行存儲，然后進行一定的調(diào)制后再進行轉(zhuǎn)發(fā)。這種干擾技術(shù)是基于對欲干擾雷達信號的直接采集存儲，具有一定的相參性，進入欲干擾雷達接收機后經(jīng)雷達信號處理，可以得到雷達信號處理的部分甚至全部相參處理得益。相對于噪聲干擾，要達到同樣的干擾效果，這種干擾樣式對功率的要求可以大大降低，因此比較適合于干擾機的功耗、體積、質(zhì)量等受限的場合，如無人機載干擾機、彈載干擾機等。

相對于噪聲干擾來說，相參干擾的最大優(yōu)點是能夠節(jié)省干擾功率，這是其優(yōu)勢所在，然而它在其他方面必然會有所失，也即它必然存在缺點。

1.2 相參干擾的缺點

相對于噪聲干擾，相參干擾主要存在以下缺點：

1)干擾滯后

由于相參干擾是干擾機先采集并存儲偵收到的雷達信號后，再進行調(diào)制和延時復制轉(zhuǎn)發(fā)，因此，干擾機發(fā)出的干擾信號必然要滯后于其自身平臺的回波信號。譬如，設(shè)雷達發(fā)射脈沖寬度為128μs，干擾機在全脈沖采集存儲后再轉(zhuǎn)發(fā)，則干擾信號的發(fā)出時間至少要滯后于干擾機平臺回波信號128μs，在雷達顯示器上，假目標至少在干擾機平臺后面19.2km才開始出現(xiàn)。這種情況下，干擾機只能掩護身后的目標而不能掩護自身。

2)假目標之間存在間隙

相參干擾是復制的一個個假目標，假目標之間必然存在間隙。如果雷達信號為常規(guī)窄脈沖，那么在欲干擾雷達顯示器上形成的假目標間隔就等于干擾機復制假目標的延時間隔，如圖1所示，圖1(a)為干擾機收到的雷達信號，圖1(b)為干擾機轉(zhuǎn)發(fā)的多假目標干擾信號，其中τ為干擾機復制的假目標間隔。

圖1 對常規(guī)窄脈沖雷達干擾的假目標間隔示意圖

如果雷達采用大時寬帶寬積信號(如線性調(diào)頻信號)，干擾機在轉(zhuǎn)發(fā)完一個完整的脈沖后，再轉(zhuǎn)發(fā)下一個脈沖，即使之間沒有任何時延，干擾信號在經(jīng)過雷達脈沖壓縮處理后，也將變成一個一個隔開的假目標。即如果雷達發(fā)射信號的脈沖寬度為128μs，干擾機在轉(zhuǎn)發(fā)完一個完整的假目標之后沒有時間間隔即刻轉(zhuǎn)發(fā)下一個假目標，則在欲干擾雷達顯示器上形成的假目標間隔將為19.2km；若雷達發(fā)射脈沖寬度為64μs，則在欲干擾雷達顯示器上形成的假目標間隔為9.6km。

3)多目標干擾能力較弱

考慮一部干擾機只有一個干擾源的情況。對于噪聲干擾來說，只要欲干擾的雷達工作頻率在干擾帶寬內(nèi)，且位于干擾波束覆蓋范圍內(nèi)，則不管有多少部雷達，都將會同時受到干擾；而對于相參干擾來說，其瞬時只能干擾一部雷達，對干擾波束覆蓋范圍內(nèi)的多部雷達，只能采用分時的方式進行干擾，故多目標干擾能力較弱[2]。

2 導彈突防的相參干擾應(yīng)用

相參干擾雖然存在一些缺點，但在導彈突防的應(yīng)用場合可以因地制宜地加以利用或加以改進。

2.1 干擾反應(yīng)時間設(shè)計問題

對于彈道導彈來說，干擾機的使命是掩護彈頭突防，因此干擾機首要的任務(wù)是掩護其身后的彈頭，其次才是掩護其自身。一般把干擾信號滯后于其自身平臺回波信號的時間稱為干擾反應(yīng)時間，因此必須要考慮到干擾反應(yīng)時間問題。由于相參干擾信號總是滯后于干擾機平臺自身的雷達回波信號，即不能進行自衛(wèi)干擾，因此實際作戰(zhàn)中干擾機平臺將暴露出來，很容易受到攻擊。對于定頻雷達或者頻率脈組捷變雷達，采用跨周期干擾的方法可以彌補這個缺陷。但是對于頻率脈間捷變雷達，這種方法就鞭長莫及了。而且，下面將分析到，當要干擾多個目標時，不管雷達工作在什么模式，均不宜采用跨周期干擾的方法。

現(xiàn)代器件的制作工藝和水平已經(jīng)使得硬件的反應(yīng)時間小到基本可以忽略，因此相參干擾的反應(yīng)時間可近似認為等于其采集雷達脈沖信號的時長。如若干擾機采集雷達信號的時長為200μs，則干擾反應(yīng)時間就可近似認為是200μs，在雷達顯示器上顯示的干擾信號將滯后于平臺30km；若采集雷達信號的時長降為4μs，則在雷達顯示器上顯示的干擾信號將只滯后于平臺600m。假設(shè)彈道導彈在飛行過程中其彈頭總是在伴飛干擾機之后3km，則干擾機采集雷達信號的時長只要不大于20μs，干擾信號就可以遮蓋住彈頭回波，即可以有效掩護彈頭突防。如果雷達發(fā)射信號脈寬為200μs，而干擾機每次只采集其前20μs然后轉(zhuǎn)發(fā)，則經(jīng)過雷達脈壓以后，干擾信號功率將損失相參處理得益20lg(200/20)=20dB，所以一般采用間歇采樣的干擾方法[3-4]，即采集20μs的雷達信號后，馬上轉(zhuǎn)發(fā)這20μs的采集信號，再采集20μs信號后馬上轉(zhuǎn)發(fā)，如此反復。間歇采樣干擾的基本原理如圖2所示，若設(shè)全脈沖采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)雷達脈壓后的信干比為0dB，則間歇采樣干擾經(jīng)雷達脈壓后的結(jié)果如圖3所示，這樣干擾信號功率將只損失相參處理得益約20lg2=6dB。

圖2 間歇采樣干擾的基本原理

圖3 間歇采樣干擾脈壓后結(jié)果

但這種干擾方法帶來的一個問題是假目標的間隔達30km，將無法遮蓋住真目標，因此這種方法需要改進。其中一種可行的方法可以稱之為“疊加復制的間歇采樣干擾”，在圖2中，在第二個干擾時間段內(nèi)，將第一次和第二次采集的信號同時轉(zhuǎn)發(fā)，在第三個干擾時間段內(nèi)，將第一、第二和第三次采集的信號同時轉(zhuǎn)發(fā)，如此反復。這樣疊加后的假目標間隔將縮小為6km，為沒有疊加前的1/5，但每個假目標的功率也將下降為沒有疊加前的1/5，也即用功率的減小換來密度的加大。

當然，為更加縮短干擾出現(xiàn)在平臺身后的距離，可進一步減少干擾反應(yīng)時間。如將干擾反應(yīng)時間設(shè)為5μs，且干擾占空比仍為1/2，沒有疊加時干擾功率損失仍為6dB，而干擾信號只滯后于平臺750m，假目標間距也是30km；疊加后的假目標間隔將縮小為1.5km，為沒有疊加前的1/20，但每個假目標的功率也將下降為沒有疊加前的1/20。

若干擾機還要掩護自身突防，可以采用移頻干擾的方法[5-6]，通過移頻，使得假目標“跑”到干擾機平臺前面去。關(guān)于移頻干擾的原理這里不再贅述。需要說明的一個問題是，移頻干擾一般只適用于采用線性調(diào)頻信號的雷達，且干擾機需要偵察分析出線性調(diào)頻信號的調(diào)頻斜率，然后采取相應(yīng)的移頻策略。如線性調(diào)頻信號為正斜率，則采用正移頻；反之，若線性調(diào)頻信號為負斜率，則要采用負移頻。否則，不但不能使干擾前移，還會使干擾更加滯后。需要說明的第二個問題是，移頻也是以干擾信號相參處理得益的損失為代價的，移頻越多，則移的距離越遠，但干擾信號與雷達匹配濾波器失配越大，干擾功率的損失也越大；而且，移頻的幅度是很有限的，不能無限制地移頻，移頻的極限由欲干擾雷達信號的時寬和帶寬決定。

2.2 假目標密度設(shè)計問題

在導彈突防應(yīng)用中，假目標密度是另一個需要考慮的問題。如果假目標太稀疏，則容易暴露真實目標；如果太密集，則每個假目標功率小，壓制效果不明顯。對于現(xiàn)代脈沖壓縮雷達，相參干擾一般采用全脈沖復制或者間歇采樣干擾方式，若干擾信號沒有進行疊加，則假目標的間距約等于雷達脈寬對應(yīng)的距離，如雷達脈寬為200μs，則假目標間距為30km。為加大假目標的密度以達到壓制效果，一般有兩種方法：“疊加”和“部分截取”，由于“部分截取”相對于“疊加”來說功率損失要更大一些，故一般采用“疊加”的方法。相參干擾提高假目標密度是靠每個脈沖功率的損失為代價的，假目標越密，則每個假目標的功率越小。那么，假目標要密集到什么程度才合適呢？

為了使虛警率不至于過高，現(xiàn)代雷達廣泛采用恒虛假(CFAR)技術(shù)[7]，常用的CFAR檢測單元如圖4所示[8]。相參干擾對雷達的能量壓制是通過抬高雷達CFAR檢測門限，使得真目標回波處于雷達檢測門限之下而不能被雷達檢測到。

圖4 雷達恒虛警單元

傳統(tǒng)的噪聲干擾屬于連續(xù)波干擾，可以始終覆蓋雷達CFAR處理單元，通過CFAR處理來提高雷達檢測門限，進而壓縮雷達的作用距離。相參干擾屬于假目標干擾，假目標是不連續(xù)的，根據(jù)假目標間距不同，其有可能始終覆蓋也有可能不能覆蓋雷達CFAR處理單元：當假目標間距不大于雷達CFAR處理單元(19個雷達距離單元)時，至少有一個假目標可以落入雷達CFAR處理單元，從而有可能通過CFAR處理提高檢測門限來影響雷達對目標的檢測；反之，當假目標間距大于雷達CFAR處理單元時，則可能存在一個假目標也落入不了雷達CFAR處理單元的情況，這時雷達檢測門限跟沒有干擾時相同，無論干擾信號多強，目標回波信號只要大于雷達的檢測門限，就能被檢測出來，干擾就不能通過CFAR處理來影響雷達對目標的檢測。因此，要求假目標間距不能大于雷達CFAR處理單元。要設(shè)計假目標的間距，可以分以下三種情況進行考慮：

1)雷達采用單元平均選大CFAR處理方式

此時檢測門限為：

(1)

式中，y為雷達檢測門限；k為比例系數(shù)，根據(jù)雷達發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率的要求而定；ui為各CFAR單元中的信號電平。

根據(jù)(1)式，當假目標間距與雷達CFAR處理單元數(shù)剛好相同(即為19個雷達距離單元)時，能保證總有一個假目標落在雷達CFAR處理單元內(nèi)，設(shè)此時每個假目標的功率為P，不考慮雷達接收機噪聲的影響，則雷達檢測門限約為y=kP/8。當假目標間距小于19個雷達距離單元時，其每個假目標功率必然小于P，雷達檢測門限也必然小于y=kP/8，所以干擾壓制效果將減弱，如設(shè)假目標間距為9.5個雷達距離單元，此時，目標左右各有一個假目標落入CFAR處理單元內(nèi)，每個假目標的功率為P/2，但根據(jù)(1)式，此時雷達檢測門限將為y=kP/16。因此，當雷達采用單元平均選大CFAR處理方式時，相參干擾的假目標最佳間距為雷達CFAR處理單元數(shù)。

2)雷達采用單元平均CFAR處理方式

此時檢測門限為：

(2)

此時所有落入雷達CFAR處理單元的假目標均參與了檢測門限的確定，也即干擾能量沒有損失，因此，當雷達采用單元平均CFAR處理方式時，相參干擾的假目標間距只要不大于雷達CFAR處理單元數(shù)，其功率的利用率就基本相當，雷達檢測門限均約為y=kP/16。

3)雷達采用單元平均選小CFAR處理方式

此時檢測門限為：

(3)

同樣的原理可得，這種情況下相參干擾的假目標間距為雷達CFAR處理單元數(shù)的一半(即9.5個雷達距離單元)時，其功率的利用率最佳，此時雷達檢測門限約為y=kP/16。

2.3 對多目標的干擾問題

相參干擾瞬時只對一個目標進行干擾，要干擾多個目標時，只能采用分時干擾的方法。若干擾機為支援干擾，則希望干擾機能夠在雷達全量程形成干擾，此時若要分出時間去干擾其他雷達，必然大大影響干擾效果[9]。彈道導彈突防時，干擾機只需掩護其身后一定距離的彈頭，而不需要全量程干擾雷達，所以可以分出時間去干擾多個目標。譬如，設(shè)干擾機要干擾3部雷達，3部雷達的重復周期均為3ms，設(shè)導彈飛行過程中彈頭始終位于干擾機身后1～5km范圍內(nèi)，則干擾機對其中1部雷達干擾0.2ms，即可在身后形成約30km的干擾帶，足夠遮蓋住彈頭目標。這樣在一個雷達重復周期內(nèi)，干擾機可以對3部雷達輪流干擾5次。當然，要干擾的雷達數(shù)目越多，則在一個雷達重復周期內(nèi)每部雷達受到干擾的次數(shù)就會越少，由于各雷達脈沖到達干擾機的時間是隨機的，則雷達脈沖被漏掉的概率就越大，單部雷達的干擾效果就會越差。所以，彈道導彈突防時，干擾機的多目標干擾能力與欲干擾雷達的參數(shù)緊密相關(guān)，不能簡單而論。

3 結(jié)束語

由于彈道導彈有效載荷的寶貴性，彈載突防干擾機比較適合采用對功率要求相對較為寬松的相參干擾技術(shù)。本文在分析相參干擾優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，針對彈道導彈突防的特殊應(yīng)用，對相參干擾的反應(yīng)時間、假目標密度以及多目標干擾問題進行了分析研究，得到了一些有益的結(jié)論。當然，彈道導彈突防干擾是一項長久的課題，隨著干擾技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用情況的變化將會不斷地發(fā)展變化，很多問題也會在實踐中逐步暴露出來，需要廣大科技工作者不斷加以關(guān)注?！?/p>

[1] 趙國慶．雷達對抗原理[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1999.

[2] 李宏．單通道DRFM干擾機多目標干擾性能分析[J]．電子對抗，2011(4)：1-4.

[3] 王雪松,劉建成,張文明，等.間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的數(shù)學原理[J].中國科學E輯:信息科學,2006,36(8)：891-901.

[4] 劉忠.基于DRFM的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達干擾新技術(shù)[D].長沙:國防科技大學,2006.

[5] 劉巧玲,李文臣,張文明，等.間歇采樣移頻轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果仿真分析[J].電子信息對抗技術(shù),2009,24(1)：48-50.

[6] 李宏，楊英科．移頻干擾的性能分析[C]∥航天電子對抗專業(yè)委員會第四屆學術(shù)年會論文集.寧波：航天電子對抗專業(yè)委員會，2012：175-179.

[7] 丁鷺飛，耿富錄．雷達原理[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1995.

[8] 馬曉巖，向家彬，等．雷達信號處理[M]. 長沙：湖南科學技術(shù)出版社，1999.

[9] 李宏．部分截取雷達信號相參干擾性能分析[J]．電子信息對抗技術(shù)，2010，25(3)：39-44.

Coherent jamming in ballistic missile penetration

Li Hong1， Mou Nengwen2， Guo Lei1

(1.Luoyang Electronic Equipment Testing Center,Luoyang 471003，Henan,China;2.The Military Representative Office of Naval Equipment Department,Chongqing 400020，China)

The advantages and disadvantages of coherent jamming compared with noise jamming are analyzed. Aiming at the utility in ballistic missile penetration, coherent jamming response time，false-target density design and multi-target jamming are studied, and some beneficial conclusions are given.

coherent jamming；jamming response time；false-target density；multi-target jamming

2014-11-19；2015-01-08修回。

李宏(1969-)，男，研究員，博士，主要研究方向為雷達及雷達對抗。

TN972+.1；TJ761.3

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