“交叉眼”技術(shù)對(duì)角跟蹤雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果分析

張 偉，莫翠瓊，陳秋菊，余 強(qiáng)

（電子工程學(xué)院，安徽 合肥230037）

0 引言

單脈沖角跟蹤技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的干擾技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，在精確制導(dǎo)武器中應(yīng)用廣泛。英國(guó)的“空中閃光”，美國(guó)的PAC-3、“霍克”改進(jìn)型，意大利的“阿斯派德”等導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭都采用了單脈沖角跟蹤技術(shù)［1］。在早期的干擾方法中，噪聲干擾、非相干干擾等常用于對(duì)抗單脈沖角跟蹤系統(tǒng)，但角跟蹤雷達(dá)導(dǎo)引頭通過(guò)被動(dòng)跟蹤干擾源，能夠維持對(duì)預(yù)定攻擊目標(biāo)的連續(xù)跟蹤，使得噪聲干擾基本無(wú)效。非相干干擾在一定程度上能夠?qū)⒏蓴_目標(biāo)引偏，但其引偏方向在兩干擾源之間，干擾效果有限。

在早期閃爍干擾技術(shù)研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的“交叉眼”干擾技術(shù)，是能夠有效對(duì)抗單脈沖角跟蹤系統(tǒng)的干擾技術(shù)之一?！敖徊嫜邸备蓴_能夠?qū)⒔歉櫪走_(dá)導(dǎo)引頭引導(dǎo)至干擾源連線(xiàn)之外，對(duì)單脈沖角跟蹤系統(tǒng)有較好的欺騙干擾作用。通常飛機(jī)、艦船等作戰(zhàn)平臺(tái)將其作為有效的自我防護(hù)手段。為深入理解“交叉眼”干擾原理，提高“交叉眼”干擾的效果，本文在典型干擾情況下，分析干擾源功率比、干擾源相位差、“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)回波等因素對(duì)干擾效果的影響，為進(jìn)一步完善工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 單脈沖角跟蹤原理

1.1 單脈沖定向原理

用幾個(gè)獨(dú)立的接收支路來(lái)同時(shí)接收目標(biāo)的回波信號(hào)，然后再將這些信號(hào)的參數(shù)加以比較（比幅、比相），從中獲取角誤差信息，通過(guò)天線(xiàn)伺服系統(tǒng)完成天線(xiàn)的空間指向穩(wěn)定，使之一直對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。根據(jù)取出角誤差信號(hào)的方法不同，單脈沖定向分為兩種基本方法：振幅定向和方位定向。方位定向?qū)ο辔坏囊筝^高，在實(shí)際應(yīng)用較少。

在振幅定向法單脈沖雷達(dá)中，天線(xiàn)在一個(gè)角平面內(nèi)有兩個(gè)部分重疊的波束，如圖1所示。將波束同時(shí)接收到的信號(hào)進(jìn)行和、差處理，差信號(hào)就是這個(gè)角平面內(nèi)的角誤差信號(hào)。如果誤差角ε＝0，則目標(biāo)出現(xiàn)在天線(xiàn)等信號(hào)軸上，此時(shí)兩波束收到的回波信號(hào)幅度相同；若ε＜0或ε＞0，則差信號(hào)的輸出振幅與ε成正比，符號(hào)由目標(biāo)偏離等信號(hào)軸的方向決定［2］。

圖1 振幅定向法示意圖

1.2 振幅和差式單脈沖雷達(dá)角跟蹤系統(tǒng)

單脈沖雷達(dá)多采用4個(gè)天線(xiàn)構(gòu)成水平和俯仰兩個(gè)平面的角度測(cè)量系統(tǒng)，且俯仰平面和水平平面原理類(lèi)似。典型的單平面振幅和差式單脈沖雷達(dá)方框圖如圖2所示［3］。

圖2 單平面振幅和差式單脈沖雷達(dá)方框圖

其工作過(guò)程簡(jiǎn)單描述為：振幅和差式單脈沖雷達(dá)發(fā)射信號(hào)時(shí)，發(fā)射信號(hào)從和差比較器的和端（即Σ 端）加入，在1、2端輸出等幅同相信號(hào)；接收信號(hào)時(shí)，回波信號(hào)同時(shí)被兩個(gè)波束接收，分別加到和差比較器的1、2端；在和端，完成兩信號(hào)的和處理，在差端（即Δ 端）完成信號(hào)的差處理，并分別輸出和、差信號(hào)。和差信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻通道后進(jìn)行檢波、鑒相，得到角度誤差信號(hào)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直流誤差電壓，驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)完成天線(xiàn)的空間指向穩(wěn)定，使之一直對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)［4］。

2 “交叉眼”干擾原理

“交叉眼”干擾是在雷達(dá)跟蹤波束內(nèi)設(shè)計(jì)兩個(gè)干擾源，且干擾信號(hào)到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)時(shí)的高頻相位保持穩(wěn)定的關(guān)系，它是一種相干干擾。兩干擾源通常設(shè)置在保護(hù)目標(biāo)的附近，當(dāng)參數(shù)選擇適當(dāng)時(shí)，可以使單脈沖雷達(dá)的瞄準(zhǔn)軸超出兩干擾源之間的連線(xiàn)，而產(chǎn)生很大的跟蹤角誤差?！敖徊嫜邸备蓴_原理如圖3所示［5］。

圖3 “交叉眼”干擾原理圖

如圖3所示，J1、J2分別為兩干擾信號(hào)，Ar、AJ1、AJ2分別為目標(biāo)回波信號(hào)和J1、J2的幅度。設(shè)θ0為兩波束最大增益方向與等強(qiáng)信號(hào)方向的夾角，θ3為目標(biāo)回波偏離等強(qiáng)信號(hào)方向的張角，θ為兩干擾源中心線(xiàn)偏離等強(qiáng)信號(hào)方向的張角，Δθ 為兩干擾源之間的夾角。φ1、φ2分別為干擾信號(hào)J2和目標(biāo)回波信號(hào)相對(duì)于干擾信號(hào)J1的相位差，則雷達(dá)天線(xiàn)1、2分別接收到的信號(hào)為［6］：

經(jīng)過(guò)和差比較器處理后，得到S1、S2的和、差信號(hào)分別為SΣ、SΔ：

式中，

根據(jù)單脈沖雷達(dá)測(cè)角原理，誤差信號(hào)Se（t）為：

將式（3）和式（4）代入式（6）可以得到：

又有：

式（7）中采用式（8）對(duì)天線(xiàn)方向圖進(jìn)行了近似，并設(shè)目標(biāo)回波信號(hào)與干擾信號(hào)J1幅度比為a，兩干擾源幅度比為b，即：

則當(dāng)誤差信號(hào)Se（t）＝0時(shí)，跟蹤天線(xiàn)指向角的偏離角度ε為：

當(dāng)ε＞0時(shí)跟蹤天線(xiàn)的指向角向右偏；當(dāng)ε＜0時(shí)跟蹤天線(xiàn)的指向角向左偏?？梢钥闯?，跟蹤天線(xiàn)的指向角的大小跟兩干擾源相對(duì)于雷達(dá)對(duì)準(zhǔn)軸的夾角Δθ，三個(gè)信號(hào)之間的相位差φ1、φ2，回波信號(hào)與干擾信號(hào)J1的幅度比a，干擾源J1與J2幅度比b，以及目標(biāo)偏離兩干擾源中心線(xiàn)的角度（θ-θ3）有關(guān)［7］。

當(dāng)作戰(zhàn)飛機(jī)采用自衛(wèi)式干擾時(shí)，即θ＝θ3，式（10）可以化簡(jiǎn)為：

3 “交叉眼”干擾仿真與效果分析

典型場(chǎng)景設(shè)置為：兩個(gè)相干干擾源安裝于飛機(jī)的兩翼尖上，兩干擾源相距25m，干擾源距離雷達(dá)導(dǎo)引頭900m，雷達(dá)導(dǎo)引頭接收天線(xiàn)的波束寬度為9°。分析其對(duì)于工作頻率為10GHz的單脈沖角跟蹤雷達(dá)導(dǎo)引頭的“交叉眼”干擾效果。

3.1 兩干擾源功率不同時(shí)，跟蹤誤差角與兩干擾源相位差的關(guān)系

設(shè)a＝0.01，Δθ＝0.1°，φ2＝0。當(dāng)b分別取0.8、0.9、1、1.1、1.2時(shí)，ε與φ1之間關(guān)系如圖4所示。

圖4 b不同取值時(shí)ε 與φ1 之間的關(guān)系

1）由圖4可知，當(dāng)b＜1即AJ1＜AJ2時(shí)，ε＞0，誤差角偏向J2方向。當(dāng)b＞1即AJ1＞AJ2時(shí)，誘偏方向發(fā)生了改變，誤差角偏向J1方向。

2）比較圖4各曲線(xiàn)可知，b越接近于1，φ1越接近180°，指向角的偏離角度就越大。當(dāng)φ1＝π，β＝1，指向角的偏離角度是一個(gè)沖激脈沖，即ε→∞，此時(shí)指向角的偏離角度最大。但實(shí)際中ε的誤差角將受到天線(xiàn)方向圖的限制。要得到盡可能大的偏離距離，需要精確控制兩路信號(hào)的幅度和相位。一般情況下，主要由兩種方式產(chǎn)生兩干擾源的固定相位差：一是當(dāng)兩干擾源與雷達(dá)間距離不等時(shí)，需要移相器產(chǎn)生一個(gè)相位補(bǔ)償，從而保持兩路干擾信號(hào)間具有固定的相移；二是使“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)軸線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)，這時(shí)兩干擾源的移相器產(chǎn)生固定的相移。

3.2 兩干擾源相位差不同時(shí)，跟蹤誤差角與兩干擾源功率的關(guān)系

設(shè)a＝0.01，Δθ ＝0.1°，φ2＝0。當(dāng)φ1分別取177°、178°、179°、180°時(shí)，ε與b 之間關(guān)系如圖5所示。

圖5 φ1 不同取值時(shí)ε與b 之間的關(guān)系

1）從圖5（a）可以看出b＜0.96或b＞1.04時(shí)，ε與b 之間成正比關(guān)系；當(dāng)0.96＜b＜1.04時(shí)，ε與b 之間成反比關(guān)系。

2）由圖5可知，在φ1＝180°，b＝1.007時(shí)，指向角的偏離角度達(dá)到最大。由圖可知b稍微偏離b＝1，這是由于“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)體目標(biāo)回波信號(hào)引起的，且偏離的程度跟a成正比關(guān)系。

3）將圖5（a）～（d）進(jìn)行對(duì)比可知，當(dāng)φ1偏離180°時(shí)，指向角偏離角度的極大值點(diǎn)將隨著φ1偏離180°程度加大而離b＝1.007越來(lái)越遠(yuǎn)。

3.3 誤差角與“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)回波的關(guān)系

當(dāng)b＝0.85，Δθ＝0.1°，φ2＝0，a 分別取-3、-10、-20、-30dB時(shí)，ε與φ1之間的關(guān)系如圖6所示。

圖6 a不同取值時(shí)ε 與φ1 之間的關(guān)系

由圖6可知，“交叉眼”干擾搭載平臺(tái)回波越大，誘偏誤差角越小，對(duì)“交叉眼”干擾效果的影響越大。為了減少這種影響，一方面應(yīng)增加干擾功率，另一方面應(yīng)控制b，使b＜0.89。但b也不能太小，若b太小，誘偏能力將大大減弱［8］。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了單脈沖定向的原理、單平面振幅和差式單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的工作過(guò)程，推導(dǎo)了“交叉眼”干擾對(duì)導(dǎo)引頭進(jìn)行角度欺騙時(shí)所引起的測(cè)角誤差。綜合考慮兩點(diǎn)源各因素對(duì)“交叉眼”干擾效果的影響，可設(shè)計(jì)針對(duì)某種雷達(dá)的最佳干擾配置，同時(shí)也可為研究抗干擾手段提供依據(jù)?！?/p>

［1］胡磊，李相平，趙臘.雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)的發(fā)展及抗干擾能力研究［J］.飛航導(dǎo)彈，2008（11）：44-47.

［2］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：電子科技大學(xué)出版社，2006.

［3］李相平，趙臘，等.相干兩點(diǎn)源對(duì)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的干擾研究［J］.制導(dǎo)與引信，2008，29（3）：48-52.

［4］陳安娜.對(duì)單脈沖雷達(dá)的相干兩點(diǎn)源干擾機(jī)理研究［J］.航空兵器，2007，43（2）：7-11.

［5］陳明嗣.雷達(dá)系統(tǒng)仿真與角度干擾技術(shù)研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2011.

［6］耿艷，白渭雄，劉志.非相干兩點(diǎn)源對(duì)單脈沖雷達(dá)的干擾分析［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2009，37（3）：127-130.

［7］范江濤，胡寶潔，陸洪濤，等.單脈沖雷達(dá)角度跟蹤干擾的仿真分析［J］.艦船電子工程，2010，30（4）：113-115.

［8］曹菲，劉慶云，辛增獻(xiàn).“交叉眼”干擾數(shù)學(xué)建模［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2013，35（6）：69-72.