射頻有源干擾在半實物仿真中的產(chǎn)生及應(yīng)用

袁晴晴，王立權(quán)，劉 栗（上海機電工程研究所，上海 201109）

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射頻有源干擾在半實物仿真中的產(chǎn)生及應(yīng)用

袁晴晴，王立權(quán)，劉 栗
（上海機電工程研究所，上海 201109）

摘 要：為驗證和評估某型號導(dǎo)彈在干擾環(huán)境下的工作性能，提高其抗干擾設(shè)計能力，研究了射頻有源干擾建模及產(chǎn)生技術(shù)，并針對半實物仿真試驗室中輻射大功率信號的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，給出相應(yīng)的解決方案和技術(shù)途徑。構(gòu)建初步的干擾環(huán)境半實物仿真平臺，進行某型號抗干擾半實物仿真試驗的相關(guān)測試并給出測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：射頻干擾；大功率輻射；仿真平臺

1　引 言

為適應(yīng)未來復(fù)雜電子對抗環(huán)境下作戰(zhàn)的需要，導(dǎo)彈應(yīng)具有抗速度欺騙干擾、距離欺騙干擾、壓制式干擾等干擾的能力［1］?？垢蓴_技術(shù)研究是檢驗復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計、驗證的高效經(jīng)濟的重要手段。為充分驗證和評估未來導(dǎo)彈在復(fù)雜干擾環(huán)境下的工作性能，提高制導(dǎo)控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計能力，以某型號為應(yīng)用背景，開展射頻有源干擾在制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)研究。

2　射頻有源干擾模型

2.1壓制式噪聲干擾模型

壓制式噪聲干擾采用噪聲或類似噪聲的干擾信號遮蓋或壓制目標回波信號，阻止雷達檢測目標信息［2］。其基本原理是降低雷達檢測目標時的信噪比S/N，使信號接收設(shè)備的檢測能力下降。

根據(jù)干擾信號的中心頻率fj0、譜寬Δfj與雷達信號中心頻率fs、譜寬Δfr的相對關(guān)系，壓制式噪聲干擾分為瞄準式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾。

瞄準干擾的頻帶較窄，并調(diào)諧到被壓制的雷達信號頻率上。干擾帶寬滿足：

阻塞式干擾滿足：

阻塞式干擾的干擾帶寬覆蓋全部或大部分雷達工作頻率范圍。

掃頻式干擾的頻率，在ˉ定的頻帶內(nèi)掃描，其帶寬滿足：

掃頻式干擾可以對干擾頻帶內(nèi)的各雷達形成周期性間斷的強干擾。

噪聲干擾的基本形式為窄帶廣義平穩(wěn)的高斯過程

其中包絡(luò)過程Un（t）服從瑞利分布，相位過程φ（t）服從［0，2π］均勻分布，且與Un（t）獨立，載頻ωj為常數(shù)，且遠大于J（t）的譜寬。

根據(jù)窄帶高斯過程的定義，Un（t）的分布為

J（t）的功率為

式中，GJ（f）為J（t）的功率譜，經(jīng)常采用瞄準雷達信號頻率的矩形功率譜：

圖1　為噪聲干擾的波形和頻譜。

2.2欺騙式干擾模型

欺騙式干擾主要有距離拖引欺騙干擾和速度拖引欺騙干擾兩種形式。

距離拖引欺騙干擾利用對信號到達時間的改變來形成距離欺騙。干擾機先發(fā)射與目標回波脈沖重合的大功率復(fù)制脈沖，使干擾進入雷達距離波門；然后改變干擾脈沖的發(fā)送延遲時間，使雷達跟著干擾信號移動距離波門；當雷達遠離真實目標回波后，干擾機突然關(guān)機，使雷達丟失目標。

距離拖引欺騙干擾的假目標距離函數(shù)R（t）的表達式為：

式中，R為目標所在的距離，v、a分別為拖引的速度和加速度。圖2（a）、圖2（b）為距離拖引的時序圖。

在停拖階段，假目標的距離與真目標相對應(yīng)，同時假目標的振幅平穩(wěn)增加如圖2（a）所示。在拖引階段，假目標與真目標相分離，兩目標間的位移增加如圖2（b）所示。

圖2　距離/速度波門拖引干擾時序圖Fig.2 Distance/speed wave gate tow ing interference tim ing chart

速度拖引欺騙干擾是以速度欺騙方式誘使雷達錯誤跟蹤干擾信號頻率，并最終丟失目標，從而達到干擾雷達正常工作的目的。在速度波門拖引干擾中，干擾信號的多普勒頻率變化過程如下：

式中：vf為干擾頻率變化率，即分離速度，其正負取決于拖引方向。

速度波門拖引采用了與距離波門拖引相同的欺騙原理，其時序圖如圖2（c）所示。

3　射頻有源干擾的產(chǎn)生

在干擾模型研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)背景型號工作模式進行有源干擾的射頻產(chǎn)生［3］。

某型號的工作體制為半主動/主動雙模尋的復(fù)合制導(dǎo)體制，因此設(shè)計干擾模擬器的工作方式如下：同時接收半主動地面照射雷達發(fā)射的照射信號以及主動雷達探測器的發(fā)射信號，識別兩種形式的信號，并將識別的結(jié)果作為干擾信號產(chǎn)生的引導(dǎo)參數(shù)，分別產(chǎn)生針對半主動雷達以及主動雷達探測器的干擾信號。

模擬器的實現(xiàn)如圖3所示。信號接收單元接收由Ⅱ波段雷達以及Ⅰ波段照射雷達發(fā)射的射頻信號，并將信號下變頻到干擾信號產(chǎn)生單元的基帶頻段；干擾信號產(chǎn)生單元對接收到的雷達信號進行距離延遲、多普勒拖引、幅度調(diào)制等，以得到多種干擾信號；實時控制計算機采用嵌入式單板計算機，控制干擾信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生所需樣式的干擾信號。

圖3　干擾模擬器原理圖Fig.3 Interference sim u lator schem atic

該設(shè)計方案實現(xiàn)了Ⅱ波段雷達探測器和Ⅰ波段半主動雷達的雙頻段雷達干擾信號的產(chǎn)生，其中Ⅱ波段信號優(yōu)先，所產(chǎn)生的雷達干擾信號為可控時分工作模式，與被試干擾雷達對象的工作模式相匹配。

上述模擬器可實現(xiàn)如下技術(shù)指標：

干擾頻率：f0±B MHz，f1±B1 MHz；（f0：Ⅰ波段；f1：Ⅱ波段，B、B1為干擾帶寬）；

干擾樣式：瞄準噪聲干擾、速度拖引干擾、梳狀譜干擾、多假目標干擾、組合干擾等；

輸入：功率-60～-50 dBm；

輸出功率：≥1 W；

4　半實物仿真中大功率射頻干擾的實現(xiàn)技術(shù)

在射頻制導(dǎo)半實物仿真試驗室釋放遠距離支援式大功率干擾信號是需解決的關(guān)鍵技術(shù)。

首先對射頻仿真目標系統(tǒng)的射頻鏈路進行改進，增加其動態(tài)范圍。由于數(shù)控衰減器與數(shù)控移相器等微波有源器件有嚴格的動態(tài)范圍，在原有回波通道中適當增加兩級放大，使得改進后到達雷達接收端信號強度為-55dBm～-120dBm （-120dBm為接收靈敏度）左右，動態(tài)范圍約為65dB。

由于器件水平所限，改進后的射頻通道仍不能滿足干擾參量要求，本文采用功率縮比模擬方法來實現(xiàn)。

多通道陣列式模擬系統(tǒng)控制方式如圖4所示。在多通道陣列式模擬系統(tǒng)中，遠距離支援式干擾同射頻目標均占用微波通道進行空間輻射。

圖4　多通道陣列式模擬系統(tǒng)控制方式Fig.4 M u lti-channel array sim u lation system controlm ethod

干擾與信號的比值（J/S）影響雷達的作用距離、截獲概率以及檢測概率，因此根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境在半實物仿真試驗中實現(xiàn)相應(yīng)的干信比干擾目標信號非常重要。

根據(jù)型號戰(zhàn)場環(huán)境想定的技術(shù)要求，支援式干擾需要達到數(shù)千瓦，這在試驗室是無法實現(xiàn)的?？紤]遠距支援干擾的平臺遠離目標飛機，干擾能量絕大部分時間是從雷達天線旁瓣進入，在此采用干擾能量等效折算的方式進行。

在實時仿真的過程中，仿真模型計算機根據(jù)彈目距離、實戰(zhàn)干擾功率，改變射頻目標和干擾通道的輸出功率，使進入到雷達天線的干信比（J/S）等效于實戰(zhàn)中SOJ的（J/S）值。

5　射頻有源干擾在半實物仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1射頻干擾半實物仿真試驗平臺

基于現(xiàn)有射頻信號產(chǎn)生系統(tǒng)及干擾模擬器，建立初步的抗干擾性能驗證平臺，用于考核某背景型號的抗干擾性能［4］。其中模擬器接入半實物仿真系統(tǒng)如圖5所示。

圖5　模擬器接入半實物仿真系統(tǒng)Fig.5 Access of sim u lator to sem i-physical sim u lation system

該系統(tǒng)中，干擾模擬器的輸入信號為回波信號耦合，實現(xiàn)了目標與干擾信號的同步產(chǎn)生，并使得二者之間具有相關(guān)性。

抗干擾性能驗證平臺組成如圖6所示。

射頻復(fù)雜干擾環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，包括：射頻目標/干擾產(chǎn)生子系統(tǒng)、吸波暗室、目標/干擾陣列子系統(tǒng)、陣列饋電子系統(tǒng)、計算機控制子系統(tǒng)、三軸轉(zhuǎn)臺。系統(tǒng)可模擬導(dǎo)彈的復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境。

5.2測試結(jié)果

列出部分射頻有源干擾信號測試結(jié)果。圖7為瞄準式噪聲干擾，干擾帶寬5 kHz；圖8為阻塞式噪聲干擾，帶寬50 kHz；圖9為速度欺騙自衛(wèi)式干擾模式，線性前拖，拖引速度為10 kHz/s，拖引加速度為0，拖引范圍100 kHz。

圖6　射頻干擾環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)Fig.6 RF interference environm ent sem i-physical sim u lation test system

后進行抗干擾仿真摸底試驗，完成設(shè)定干擾環(huán)境模式下閉合仿真實驗，通過脫靶量及命中概率等指標驗證所構(gòu)建抗干擾半實物仿真平臺的有效性。

圖7　瞄準式噪聲干擾Fig.7 A im ing noise interference

圖8　阻塞式噪聲干擾Fig.8 Blocking noise interference

6　總 結(jié)

本文以某型號為背景，研究了射頻有源干擾產(chǎn)生技術(shù)，針對半實物仿真試驗室中輻射大功率信號的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。構(gòu)建初步的干擾環(huán)境半實物仿真平臺，進行型號抗干擾驗證半實物仿真試驗測試并給出測試結(jié)果，測試結(jié)果表明，所驗證的幾種干擾模式可以用于型號半實物仿真試驗。本文的研究為驗證和評估導(dǎo)彈型號在干擾環(huán)境下的工作性能，提高其抗干擾設(shè)計能力打下了一定的基礎(chǔ)。

圖9　速度拖引干擾Fig.9 Speed tow ing inter ference

參考文獻：

［1］ 趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.

ZHAO Guoqing.Radar confrontation PrinciPle［M］.Xi? an：Xi?an University of Electronic Science and Technology Press，2012.

［2］ 湯廣富，鄭璞，等.主被動復(fù)合導(dǎo)引頭抗壓制干擾試驗設(shè)計［J］.導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)，2010，1（1）：48 -51.

TANG Guangfu，ZHENG Pu，et al.Active and Passive seeker anti-jamming test design［J］.Missiles and SPace Vehicles，2010，1（1）：48 -51.

［3］ 王海鋒，安豐增.主動雷達空空導(dǎo)彈半實物仿真有源干擾實現(xiàn)方法［J］.航空兵器，2010，2（1）：32 -35.

WANG Haifeng，AN Fengzeng.Active radar AAM HILS active interference ImPlementation［J］. Aviation Ordnance，2010，2（1）：32 -35.

［4］ 彭望澤.防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)電子對抗技術(shù)［M］.北京：宇航出版社，1995.

PENG Wangze.Air defense missile weaPon system electronic warfare technology［M］.Beijing：AerosPace Press，1995.

袁晴晴 女（1985 -），江蘇徐州人，工程師，研究方向為射頻制導(dǎo)半實物仿真技術(shù)、目標模擬技術(shù)。

王立權(quán) 男（1981 -），浙江余姚人，博士，工程師，研究方向為射頻成像技術(shù)、微波毫米波制導(dǎo)仿真技術(shù)。

Active Radio Frequency lnterference Technology in the Application of Sem i-physical Simulation

YUAN Qingqing，WANG Liquan，LIU Li
（Shanghai Institute of Electro-Mechanical Engineering，Shanghai，200233，China）

Abstrac t：In order to verify and evaluate the Performance of a certain tyPe m issile in interference environm ent and im Prove the anti-interference design caPability，we study the modeling and generating technique of active RF（radio frequency）interference.In our sem i-Physical simulation laboratory high Power signal is needed，so w e research on key technologies about the above Problem and Provide corresPonding solutions and technology.Here we build a Prelim inary interference environm ent sem i-Physical sim ulation Platform and carry out som e relevant test.The test results are given.

Key w ords：RF interference；high Pow er signal radiation；simulation Platform

中圖分類號：TN 955

文獻標識碼：A