雷達引信抗低空界外干擾研究

劉躍龍， 劉東芳

(上海無線電設備研究所， 上海 200090)

雷達引信抗低空界外干擾研究

劉躍龍， 劉東芳

(上海無線電設備研究所， 上海 200090)

針對界外干擾進行了分析和計算，論述了典型雷達引信抗界外干擾的途徑和方法，比較了幾種抗界外干擾方法的優(yōu)劣。研究結果表明脈沖引信和0/π調相脈沖多普勒引信可較好地解決低空界外干擾。

雷達引信； 界外干擾； 低空

0 引言

現(xiàn)代導彈對引信的要求越來越高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：要求對付隱身目標(其RCS可低至0.01 m2甚至更低)； 電磁環(huán)境越來越復雜，電磁干擾強度越來越大； 彈目相對速度越來越高；要求對付的目標種類越來越多； 小型化要求越來越高。在這種形勢下，雷達引信的應對手段之一是提高工作頻率。毫米波引信由于具有頻段高、抗電磁干擾性能好、反材料隱身性能好、微波和天線體積小重量輕等優(yōu)勢，受到引信研制單位的重視。

在雷達引信中，技術最成熟、運用最多的是脈沖多普勒體制和脈沖體制。脈沖多普勒體制和脈沖體制引信都存在距離模糊，距離模糊區(qū)目標或地物的反射信號對于引信來說屬于非有用信號或干擾信號，亦稱界外干擾(下同)。多普勒體制和脈沖體制雷達引信在高空工作時受地物界外干擾影響很小。

在低空工作時，地物界外干擾影響不能忽視，且高度越低，界外干擾越大。特別是脈沖多普勒體制引信隨著引信工作頻率和彈目相對速度的提高，導致脈沖重復頻率顯著增加，脈沖重復周期顯著縮短，模糊區(qū)越來越近，界外干擾越來越嚴重。再加上對付隱身目標要求引信靈敏度大大提高，抗界外干擾能力更是顯著下降。為此，本文論述了脈沖多普勒體制和脈沖體制雷達引信抗界外干擾的途徑和方法[1-2]。

1 界外干擾及計算

界外干擾就是脈沖多普勒體制或脈沖體制引信其距離模糊區(qū)目標或地物的反射信號。引信界外干擾回波功率的表達式為

(1)

式中：Pg為界外干擾回波功率；Rh為引信至模糊區(qū)的距離；Pt為天線發(fā)射功率；G為發(fā)射和接收天線增益(假定兩者相等)；λ為工作波長；σ0為模糊區(qū)的反射系數(shù)，Sg為天線波束有效照射面積；l為高頻損耗。

在導彈相對于地海面俯沖時，在文獻[3]中對天線波束有效照射面積有通用的計算模型，當天線波束垂直于地海面時Sg的近似表達式為

(2)

式中：H0為引信至模糊區(qū)的最小距離；Δθ為天線主波束寬度；α為天線主瓣與地平面夾角；C為光速；τ為引信接收脈沖寬度。

引信目標回波功率的表達式為

(3)

式中：Ps為目標回波功率；R為引信作用距離；Pt為天線發(fā)射功率；G為發(fā)射和接收天線增益(假定兩者相等)；λ為工作波長；σ為目標雷達反射截面積；l為高頻損耗。

目標回波信號與界外干擾信號功率之比為

(4)

在式(4)中代入相關參數(shù)，在無線波導垂直照射地面時，可得

a) 第一模糊區(qū)的信干比為Ps/Pg=-13.6 dB；

b) 第二模糊區(qū)的信干比為Ps/Pg=-6.2 dB；

c) 第三模糊區(qū)的信干比為Ps/Pg=-1.9 dB；

d) 第四模糊區(qū)的信干比為Ps/Pg=1.2 dB。

由計算可知，垂直照射時，模糊區(qū)距離增加一倍，信干比約提高7.4 dB。

由計算可知，某脈沖多普勒引信在第一、第二、第三模糊區(qū)的信干比分貝數(shù)均為負值，顯然會產生虛警，必須采取措施克服界外干擾，確保引信穿越模糊區(qū)時不虛警。

2 脈沖多普勒引信抗界外干擾措施

脈沖多普勒體制是目前為止最成熟、運用最多的引信體制。與脈沖引信相比，脈沖多普勒引信只需要相當小的發(fā)射功率就能獲得相同的作用距離，近距離盲區(qū)較易解決，超低空性能優(yōu)于脈沖引信，容易獲得速度信息有利引戰(zhàn)配合等優(yōu)點。但隨著引信工作頻率的提高、引信靈敏度的提高和彈目相對速度的提高，脈沖多普勒引信的低空性能遇到了越來越大的挑戰(zhàn)。

2.1模糊區(qū)信干比

以Ku波段脈沖多普勒引信為例。假定某引信目標雷達反射截面積σ為0.01 m2，作用距離R為15 m。

根據(jù)第1章的計算，天線垂直照射地海面時，第一至第四模糊區(qū)的信干比見表1，在引信信噪比比較高(≥23 dB)時為確保無虛警需提高的信干比。

表1 某引信模糊區(qū)的信干比及需提高的信干比

2.2克服界外干擾的措施

如果導彈系統(tǒng)能提供比較準確的相對地海面高度信息，則可在引信的模糊區(qū)降低靈敏度，在上述例子中，在引信第一模糊區(qū)可降低18 dB靈敏度，第二模糊區(qū)可降低11 dB靈敏度，第三模糊區(qū)可降低6 dB靈敏度，第四模糊區(qū)可降低3 dB靈敏度，從而避免引信穿越模糊區(qū)時虛警。

如果導彈系統(tǒng)通過彈速和俯沖角及攻角計算地海面回波的多普勒頻率，并通過彈上通訊系統(tǒng)提供給引信，則只需在地海面回波的多普勒頻率范圍內降低靈敏度，減少對目標啟動概率的損失。

如果導彈系統(tǒng)不能提供比較準確的相對地海面高度信息，可在引信接收波門的右側設置一個界外干擾接收波門以及相應的接收通道，一般界外干擾會先進入界外干擾接收波門，這時可測量界外干擾的強度并根據(jù)界外干擾強度降低目標回波通道的靈敏度；如果導彈系統(tǒng)通過彈速和俯沖角及攻角計算地海面回波的多普勒頻率并通過彈上通訊系統(tǒng)提供給引信，則只需在地海面回波的多普勒頻率范圍內降低靈敏度，從而減少對目標啟動概率的損失。

3 0/π調相脈沖多普勒引信抗界外干擾措施

在第2章中的引信示例中，Ku波段脈沖多普勒引信要想克服界外干擾，必須要導彈系統(tǒng)提供比較準確的相對地海面高度信息，并以降低引信靈敏度和引信啟動概率為代價。如果采用0/π調相脈沖多普勒體制，則可以獲得12 dB～14 dB的對界外干擾的抑制[4]。在第2章中的引信示例中，只需降低幾分貝靈敏度就能克服界外干擾。

如果采用毫米波引信，在第2章中的引信示例中假定工作頻率比Ku波段高一倍，則在同樣技術要求下多普勒頻率要提高一倍，則發(fā)射脈沖頻率要提高一倍，脈沖重復周期縮小一半，第一模糊區(qū)距離縮小一半，目標回波信號與界外干擾信號之比約降低7.4 dB，即約為-21 dB，即使采用0/π調相脈沖多普勒體制，就算抑制界外干擾14 dB，在第一模糊區(qū)信干比為-7 dB仍然會虛警。

解決辦法是利用界外干擾回波頻譜和目標回波頻譜之間的差異對界外干擾進行識別。如果回波的頻譜是窄帶的就是目標，如果頻譜值過啟動門限且頻譜是寬帶的就是界外干擾。一旦探測到界外干擾就說明進入了第一模糊區(qū)或第二模糊區(qū)，可將該時刻的啟動門限適當提高以抑制界外干擾；而如果在模糊區(qū)有目標，只要目標回波能量足夠還是可以啟動的，僅僅在第一模糊區(qū)和第二模糊區(qū)損失不多的啟動概率。

4 脈沖體制引信抗界外干擾措施

從解決界外干擾的角度出發(fā)，當引信工作頻段較高時，比較好的工作體制是脈沖體制。脈沖引信的脈沖重復頻率不受彈目多普勒頻率的影響，無需考慮測速模糊問題，脈沖重復頻率可以選得較低，以保證足夠長的模糊距離。例如，若要求引信波束掃過目標起始段有效長度Lt時，引信必須有效地處理目標回波信號，只需滿足不等式[1]

(6)

式中：υmax為最大彈目相對速度；Lt/υmax為引信波束掃過Lt的時間；np為信號處理必須的最小脈沖數(shù)，一般為6～10以上；fT為脈沖重復頻率，np/fT為信號處理必須的最小時間。

式(6)經變換可得

(7)

式中：脈沖體制引信的fT為脈沖多普勒體制Ku波段fT的20%左右，為毫米波段fT的6%～10%，這意味著脈沖重復周期和第一模糊區(qū)的距離分別要大5倍和10倍～15倍，界外干擾強度分別要低17 dB和24 dB～28 dB。

由于脈沖體制引信的脈沖重復周期T比較大，很適合采用隨機脈位脈沖體制，例如可設置脈沖重復周期均勻隨機變化，還可顯著降低界外干擾強度。當引信天線波束垂直照射地面或水面時，地面或水面的回波強度比引信天線波束與地面或水面夾角為60°時大很多，約15 dB～25 dB，如果在某個高度引信天線波束垂直照射地面或水面且某一個發(fā)射脈沖的回波正好落入接收波門，由于隨機脈位下一個發(fā)射脈沖的回波要想正好落入接收波門，天線波束就不會垂直照射地面或水面， 因而回波強度會減弱，等效于模糊距離更遠。如果界外干擾強度降低17 dB，則相當于模糊距離增加5倍。

模糊距離遠，非常有利于低空性能。因此，不少引信采用脈沖體制，如英國的“海標槍”艦空導彈采用了脈沖距離門雷達引信，前蘇聯(lián)的“20Д”防空導彈采用了5E-11型脈沖雷達引信，俄羅斯著名的脈沖研究所研制了“施吉利”導彈脈沖引信等多種導彈脈沖引信，我國也曾研制脈沖比相引信。

雖然脈沖引信有優(yōu)良的低空性能，以及大功率發(fā)射具有功率對抗抗干擾性能好的優(yōu)點。但也存在接收機帶寬較寬而不利于抗干擾，與脈沖多普勒引信相比需要較大的發(fā)射功率才能獲得相同的作用距離，近距離盲區(qū)較難解決，超低空性能不及脈沖多普勒引信，以及難以獲得速度信息等缺點。因此，脈沖引信的應用還是受到了局限。

5 結束語

脈沖引信(適當加隨機脈位)具有抗低空界外干擾的體制優(yōu)勢，能適應現(xiàn)有的絕大多數(shù)引信抗低空界外干擾的需求，當然它的其他性能有不如脈沖多普勒引信的地方；脈沖多普勒引信尤其是毫米波脈沖多普勒引信抗低空界外干擾比較困難，需要損失較多的啟動概率；0/π調相脈沖多普勒引信可較好地解決低空界外干擾，在Ku波段一般只需損失很少的啟動概率，在毫米波段啟動概率也損失不多。

[1] 梁棠文. 防空導彈設計及仿真技術(第一版)[M].北京：宇航出版社, 1995： 60-65.

[2] [美]M.I.斯科爾尼克.雷達手冊(合訂本第一版)[M].北京：國防工業(yè)出版社, 1978： 89-97.

[3] 吳萬芳,楊碩,劉建新. 脈沖多普勒引信海面回波建模與仿真[J].航空兵器, 2015，(6)： 66-69.

[4] 朱啟明. 偽隨機編碼調相脈沖多普勒引信[J].制導與引信, 1997，(2)： 1-4.

ResearchonRadarFuzeAnti-jammingLowAltitudeClutterBackground

LIUYue-long,LIUDong-fang

(Shanghai Radio Equipment Research Institute, Shanghai 200090, China)

Clutter background jamming is analyzed and figured, then technical approaches and methods for anti-jamming clutter background are discussed, finally comparative advantages and disadvantages of some methods for anti-jamming clutter background are proposed. Research results show that pulse fuze and 0/π phase modulation pulsed Doppler fuze can better solve jamming low altitude clutter background.

radar fuze; clutter background jamming; low altitude

1671-0576(2017)02-0015-03

2016-11-28

劉躍龍(1963-)，男，研究員，碩士，主要從事引信技術研究；劉東芳(1978-)，男，高級工程師，碩士，主要從事引信技術、高度表技術研究。

TJ43

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