基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估

熊　波，曾　鑫，衛(wèi)永平

(1.海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001；2.海軍司令部，北京 100036；3.淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 長治 046012)

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基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估

熊波1，曾鑫2，衛(wèi)永平3

(1.海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001；2.海軍司令部，北京 100036；3.淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 長治 046012)

摘要:針對傳統(tǒng)分析方法無法計(jì)算干擾信號功率的問題，提出了基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估方法。該方法從本質(zhì)上揭示了電磁場等相位面產(chǎn)生畸變的原因，得到了欺騙干擾信號角度及合成功率大小。仿真驗(yàn)證表明，畸變角越大、合成功率越小，與理論分析完全吻合。

關(guān)鍵詞:交叉眼干擾；相干干擾；電磁場畸變；電磁場仿真

0引言

單脈沖雷達(dá)在理論上通過一次脈沖發(fā)射即可確定目標(biāo)方位，對回答式角度欺騙具有較強(qiáng)的抗干擾能力。但是隨著電子對抗技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種針對單脈沖雷達(dá)的干擾技術(shù)。對單脈沖雷達(dá)的角欺騙干擾可分為交叉極化干擾、非相干干擾和相干干擾[1-2]。相干干擾的一種具體實(shí)施方式就是“交叉眼干擾”，這種干擾方式不需要在舷外實(shí)施干擾即可產(chǎn)生虛假目標(biāo)，比起拖曳式誘餌等舷外干擾方式來說，戰(zhàn)術(shù)實(shí)施更容易。但交叉眼干擾機(jī)對器件要求非常苛刻，能否真正在裝備上實(shí)現(xiàn)具有很大的爭議[3]。意大利電子公司在電子對抗技術(shù)的研究方面處于國際領(lǐng)先地位，該公司長期以來一直在進(jìn)行交叉眼干擾機(jī)的研制工作。最新資料顯示，該公司進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，證明“交叉眼”干擾技術(shù)是一種魯棒的、可靠的技術(shù)，可以有效地對單脈沖雷達(dá)進(jìn)行角度欺騙[3-5]?？梢灶A(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，交叉眼干擾很可能成為單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭的最大威脅。因此非常有必要對這種干擾方式進(jìn)行深入研究。

目前國內(nèi)的研究大部分是從單脈沖雷達(dá)的響應(yīng)出發(fā)對“交叉眼”干擾的效果進(jìn)行分析，認(rèn)為當(dāng)兩路相干信號相位相差180°，功率比接近1時(shí)，欺騙干擾效果最好，會產(chǎn)生接近180°的角度偏差[6-9]。事實(shí)上，“交叉眼”干擾的實(shí)質(zhì)是空間電磁場的等相位面產(chǎn)生了畸變，與雷達(dá)具體工作體制無關(guān)，因此僅從單脈沖雷達(dá)的響應(yīng)進(jìn)行分析具有局限性。其次，這種分析方法只計(jì)算了角度偏差的大小，并沒有對合成的干擾功率大小進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)論是角度偏差越大欺騙干擾效果越好。在實(shí)戰(zhàn)條件下，真實(shí)目標(biāo)回波信號與干擾信號處于競爭關(guān)系，必須考慮干擾信號的功率大小。針對上述問題，本文采用電磁場矢量合成的方法對“交叉眼”干擾進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從本質(zhì)上揭示了電磁場等相位面產(chǎn)生畸變的原因，并推導(dǎo)了欺騙干擾信號的角度及合成功率大小。

1交叉眼干擾對單脈沖雷達(dá)的干擾機(jī)理

目前大部分文獻(xiàn)是從單脈沖雷達(dá)的角度來對交叉眼干擾進(jìn)行分析的，如圖1所示。

圖1　對單脈沖雷達(dá)的交叉眼干擾示意圖Fig.1　Schematic diagram of cross-eye jamming to mono-pulse radar

當(dāng)天線中軸對準(zhǔn)0°時(shí)，設(shè)其方向圖函數(shù)為F(θ)。天線1的中軸在-θ0，其方向圖函數(shù)為：F(θ0+θ)；同理，天線2的方向圖函數(shù)為：F(θ-θ0)=F(θ0-θ)。

干擾信號J1幅度為A1，對應(yīng)的入射角度為：

(1)

干擾信號J2幅度為A2，對應(yīng)的入射角度為：

(2)

設(shè)干擾信號J2相對J1有φ的相位延遲。天線1中的響應(yīng)輸出為：

E1=[A1F(θ0+θ1)+A2F(θ0+θ2)ejφ]ejωt

(3)

天線2中的響應(yīng)輸出為：

E1=[A1F(θ0-θ1)+A2F(θ0-θ2)ejφ]ejωt

(4)

計(jì)算得到接收機(jī)輸出誤差信號為[1]：

(5)

其中，Kd為常數(shù)；F(θ0)為天線方向圖函數(shù)。

由(5)式等于0，得到跟蹤天線指向角為：

(6)

當(dāng)φ=π，k→1時(shí)，跟蹤角度θ→。

可見，交叉眼干擾要取得好的干擾效果，需要兩路干擾信號幅度比趨近1，相位角相差π。

2交叉眼干擾的電磁場分析

假設(shè)兩個(gè)電磁場極化相同，即E1、E2方向相同；兩個(gè)電磁場幅度比為E1∶E2=k∶1，相位分別為φ、0；功率密度分別為P1、P2，它們的入射方向之間夾角為Δθ，如圖2所示。

圖2　電磁場的空間合成Fig.2　Space synthesis of electromagnetic field

顯然H1、H2之間夾角同樣為Δθ。

在空間某一點(diǎn)(不妨假設(shè)為O點(diǎn))，兩個(gè)電磁場的幅度比值為k：

E1=kejφE2

(7)

H1=kejφH2

(8)

合成電磁場功率密度為：

(9)

合成電磁場矢量P沿OA方向，假設(shè)合成矢量與P2的夾角為β，由式(7)—式(9)推導(dǎo)得：

(10)

通常情況下Δθ較小，取sin(Δθ)=Δθ，cos(Δθ)=1，則式(10)化為：

(11)

可近似取：

(12)

則合成矢量P與P1、P2中心線的夾角為：

(13)

與式(6)的分析結(jié)果完全一致，可見不管從單脈沖雷達(dá)的響應(yīng)還是從電磁場矢量合成來進(jìn)行分析，欺騙角度的大小都是完全一樣的。

當(dāng)φ=π時(shí)，根據(jù)式(9)可得合成功率大小為：

P=

(14)

根據(jù)式(12)、式(14)，當(dāng)兩路相干信號的相位差φ→π，幅度比值k→1時(shí)，欺騙角度β→π/2，合成功率P→0。因此，實(shí)際運(yùn)用“交叉眼干擾”方式時(shí)，不能一味追求欺騙角度越大越好，必須考慮到干擾功率的大小，做到二者兼顧。

3計(jì)算機(jī)仿真

兩個(gè)均勻平面波，頻率均為1GHz，幅度比為1∶1.1，入射角分別為0°、1°，相位相差180°，仿真近場區(qū)范圍為x：0～1m，y：-20～20m，仿真步長0.1m。

采用AnsoftHFSS進(jìn)行電磁場仿真，得到在x=0的位置觀察電場相位隨y軸變化如圖3所示。

畸變區(qū)局部放大如下圖4所示。

圖3　沿y軸相位變化Fig.3　Phase change along the y axis

圖4　畸變區(qū)相位沿y軸變化曲線Fig.4　Curves of phase change along the y axis in aberrance zone

從圖4計(jì)算得到畸變區(qū)域等相位面與y軸夾角為θ1=10.67°，非畸變區(qū)域等相位面與y軸夾角為θ2=0.52°。

可見，非畸變區(qū)的傳播方向與y軸夾角為0.52°，非畸變區(qū)域的電磁場傳播方向沿兩個(gè)向量的合成矢量方向。畸變區(qū)的傳播方向與y軸夾角為10.67°，兩者之間的夾角即為偏離角10.15°。

根據(jù)前面理論分析的結(jié)果，畸變角大小為：

(15)

理論計(jì)算的偏離角的應(yīng)為10.5°，仿真得到的偏離角為10.15°，兩者吻合得非常好。產(chǎn)生誤差的原因一是由于理論計(jì)算本身采用了近似；二是與仿真時(shí)畸變區(qū)的選取有關(guān)，畸變區(qū)選得越小，畸變角就越大，就越接近理論值。另外，從仿真結(jié)果也可以看出，畸變角越大的區(qū)域，對應(yīng)的合成電磁場功率越小。

4結(jié)論

本文提出了基于電磁場矢量合成的交叉眼干擾效果評估方法，該方法從本質(zhì)上揭示了交叉眼干擾的角度欺騙是由于電磁場等相位面畸變造成的，與具體的跟蹤雷達(dá)體制無關(guān)，并通過理論計(jì)算得出合成電磁場“畸變角越大、合成功率越小”的結(jié)論。通過計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明采用電磁場矢量合成進(jìn)行分析的方法是完全正確的。因此“交叉眼”干擾在具體實(shí)施時(shí)，并不是畸變角越大越好，而應(yīng)該綜合考慮到合成功率的大小。交叉眼干擾的實(shí)施條件非常苛刻，還有很多問題有待于進(jìn)一步研究，如畸變區(qū)的大小對干擾效果的影響、目標(biāo)真實(shí)回波信號與干擾信號的競爭結(jié)果等。

參考文獻(xiàn):

[1]趙國慶.雷達(dá)對抗原理[M].西安:電子科技大學(xué)出版社,2012:166-170.

[2]郭鋒.角度欺騙干擾技術(shù)分析[J].艦船電子對抗，2005,28(5):7-10.

[3]王燕.交叉眼干擾技術(shù)[J].國際電子戰(zhàn),2013(4):30-33.

[4]朱松.歐洲電子戰(zhàn)技術(shù)新發(fā)展[J].國際電子戰(zhàn),2002(1):6-8.

[5]王燕.新型干擾機(jī)欲取代拖曳式誘餌[J]. 國際電子戰(zhàn),2001(7):22-23.

[6]候民勝,許明輝.單脈沖雷達(dá)角跟蹤系統(tǒng)相干干擾的計(jì)算機(jī)仿真[J].雷達(dá)與對抗,2003(4):5-8.

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

[8]張友兵,李仙茂,饒德虎.對相位和差單脈沖雷達(dá)的兩點(diǎn)有源相干干擾[J].航天電子對抗,2010,26(1):49-52.

[9]耿艷,白渭雄,苗松娟.兩點(diǎn)源對單脈沖雷達(dá)角度欺騙干擾的仿真與分析[J].火力與指揮控制,2010,35(7):151-153.

*收稿日期:2015-10-22

作者簡介:熊波(1975—),男，四川成都人，博士，副教授，研究方向：信號處理，無線電信號偵察識別。E-mail:flybird_30@sohu.com。

中圖分類號:TJ43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號：1008-1194(2016)03-0032-03

Cross-eye Jamming Effect Evaluation Based on Electromagnetic Field Vector Synthesis

XIONG Bo1, ZENG Xin2, WEI Yongping3

(1.Naval Aeronautical And Astronautical University , Yantai 264001, China;2. Naval Command, Beijing 100036, China;3. Huaihai Industrial Group Limited Company , Changzhi 046012, China)

Abstract:Aiming at the problem that the traditional analysis method can’t calculate jamming signal power, an method of electromagnetic field vector synthesis for jamming effect evaluation for cross-eye jamming was proposed. The method revealed why the equal phase surface of the electromagnetic field become aberrant. And it also obtained aberrance angle and compositive signal power of the deception jamming signal. Computer simulation showed that, the bigger the the cross-eye jamming signal aberrance was, the smaller is the compositive signal power. It was completely consistent with theoretical analysis.

Key words:cross-eye jamming; coherent dual-source jamming; electromagnetic field aberrance; electromagnetic field computer simulation