基于移頻的距離波門拖引干擾方法分析與仿真

盧雪怡，楊愛平，盛驥松

(1.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

欺騙性干擾的原理是采用虛假的目標(biāo)和信息作用于雷達(dá)的目標(biāo)檢測和跟蹤系統(tǒng)，使雷達(dá)不能正確監(jiān)測真正的目標(biāo)的參數(shù)信息[1]。距離拖引干擾是一種較為經(jīng)典的欺騙類干擾樣式，它是一種周期性的從質(zhì)心干擾到假目標(biāo)干擾的連續(xù)變化過程[2]。文章主要針對(duì)線性調(diào)頻體制雷達(dá)，介紹了通過移頻實(shí)現(xiàn)距離波門拖引的方法，并對(duì)干擾效果進(jìn)行了仿真分析。

1 距離波門拖引干擾原理分析

距離波門拖引干擾是最常用的一種距離欺騙干擾。干擾機(jī)在偵察到雷達(dá)信號(hào)后，首先轉(zhuǎn)發(fā)與目標(biāo)回波移動(dòng)速度相同的干擾信號(hào)，且干擾信號(hào)的能量大于目標(biāo)回波，使距離跟蹤電路能夠捕獲干擾信號(hào)，此段時(shí)間稱為停拖期。然后增大干擾脈沖的移動(dòng)距離，使其與目標(biāo)回波逐漸分離。由于干擾信號(hào)能量大于目標(biāo)回波，距離波門將跟隨干擾脈沖移動(dòng)，此段時(shí)間稱為拖引期。當(dāng)距離波門與目標(biāo)回波完全分離時(shí)，關(guān)閉干擾。由于被跟蹤信號(hào)突然消失，雷達(dá)將進(jìn)入搜索狀態(tài)，這段時(shí)間稱為關(guān)閉期[1]。

距離波門拖引(勻速拖引)干擾中假目標(biāo)的距離函數(shù)R(t)用下式表示：

(1)

式中：R為施放干擾時(shí)刻目標(biāo)機(jī)與載機(jī)的距離；V1為目標(biāo)機(jī)與載機(jī)的相對(duì)速度；V2為假目標(biāo)與目標(biāo)機(jī)的相對(duì)速度。

在距離波門拖引過程中，為了保證距離跟蹤的持續(xù)性，起始拖引假目標(biāo)與目標(biāo)回波時(shí)延Δt要求很小，雷達(dá)處理后的跟蹤航跡才會(huì)逐漸偏離真實(shí)目標(biāo)，否則雷達(dá)無法丟失對(duì)真實(shí)目標(biāo)的跟蹤。

2 對(duì)線性調(diào)頻體制雷達(dá)移頻拖引干擾

2.1 移頻干擾

線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)是一種脈沖壓縮信號(hào)，它通過非線性相位調(diào)制或線性頻率調(diào)制來獲得大時(shí)寬帶寬積。采用這種信號(hào)的雷達(dá)可同時(shí)獲得遠(yuǎn)的作用距離和高的分辨率[3]。為分析計(jì)算簡便，LFM信號(hào)復(fù)數(shù)形式表示(幅度歸一化)如下：

(2)

干擾機(jī)對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行移頻后轉(zhuǎn)發(fā)，干擾信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，在匹配濾波器的輸入端表現(xiàn)為s(t)的頻率發(fā)生了ζ的頻移，因此，移頻后干擾信號(hào)為：

(3)

經(jīng)過計(jì)算分析，當(dāng)|ζ| ≥B時(shí)，移頻后干擾信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器后不會(huì)產(chǎn)生假目標(biāo)；當(dāng)|ζ|

(4)

假目標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)回波發(fā)生的時(shí)延如下[4]：

Δt=|ξ|/K=|ξ|T/B

(5)

2.2 移頻拖引干擾

根據(jù)LFM信號(hào)時(shí)延與移頻之間的關(guān)系，有源干擾時(shí)通過對(duì)截獲的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)調(diào)制一個(gè)附加的頻率后轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，就可使雷達(dá)產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，假目標(biāo)或領(lǐng)先于匹配目標(biāo)，或滯后于匹配目標(biāo)，取決于移頻量的正或者負(fù)[4]。

根據(jù)雷達(dá)脈沖到達(dá)時(shí)間對(duì)移頻量|ζ|進(jìn)行調(diào)整，可使假目標(biāo)不斷偏離目標(biāo)回波，將形成距離波門拖引干擾。當(dāng)移頻量為負(fù)時(shí)為距離波門后拖干擾，當(dāng)移頻量為正時(shí)為距離波門前拖干擾。

對(duì)于自衛(wèi)式干擾，公式(1)中R與V1取值為0，t1為拖引開始時(shí)間，仿真分析時(shí)，t1取值為0，則勻速拖引時(shí)拖引期假目標(biāo)拖引距離公式如下：

R(t)=V2t

(6)

由雷達(dá)方程可知，目標(biāo)距離R與時(shí)延Δt關(guān)系如下：

R=cΔt/2

(7)

根據(jù)式(1)和式(2)可得：

cΔt/2=V2t

(8)

將時(shí)延Δt代入式(3)可得移頻量與時(shí)間t關(guān)系如下：

(9)

式中：c為光速；T為雷達(dá)脈沖寬度；B為調(diào)制帶寬；V2為拖引速度。

采用移頻實(shí)現(xiàn)距離波門拖引時(shí)，拖引起始目標(biāo)應(yīng)與目標(biāo)回波重合，此時(shí)移頻量應(yīng)為0，拖引過程中應(yīng)在雷達(dá)脈沖到達(dá)時(shí)根據(jù)公式(6)改變移頻量。

仿真場景1：雷達(dá)信號(hào)脈寬τ=100 μs，帶寬B=30 MHz，干信比J/S=0 dB，V2=60 m/s，拖引時(shí)間10 s，雷達(dá)信號(hào)重頻為500 μs。采用移頻實(shí)現(xiàn)距離波門后拖時(shí)，移頻量與時(shí)間關(guān)系如圖1所示，移頻拖引干擾效果圖如圖2所示。

圖1 移頻量與時(shí)間關(guān)系圖

(a)移頻拖引干擾(起始拖引)

(b)移頻拖引干擾(t=2.5 s，后拖)

(c)移頻拖引干擾(t=10 s，后拖)圖2 移頻拖引干擾效果

如圖3所示，根據(jù)雷達(dá)到達(dá)脈沖調(diào)整移頻量，經(jīng)過雷達(dá)處理，將形成一勻速運(yùn)動(dòng)的假目標(biāo)。圖2(a)為起始拖引目標(biāo)仿真圖，拖引假目標(biāo)與雷達(dá)回波重合，能夠保持跟蹤的連續(xù)性。干擾機(jī)根據(jù)圖1改變移頻量，則雷達(dá)將會(huì)跟隨假目標(biāo)移動(dòng)，逐漸脫離目標(biāo)回波，如圖2(c)所示，經(jīng)過10 s，雷達(dá)將會(huì)被拖引到距離載機(jī)后方600 m處。

2.3 距離波門前拖干擾

艦載電子對(duì)抗系統(tǒng)干擾末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí)，距離波門拖引通常與無源干擾或有源誘餌結(jié)合使用。首先采用距離波門拖引對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)進(jìn)行拖引，再使用無源或有源誘餌在艦船遠(yuǎn)端制造假目標(biāo)，距離波門拖引將末制導(dǎo)雷達(dá)拖引至假目標(biāo)處后關(guān)閉，末制導(dǎo)雷達(dá)將會(huì)跟蹤并打擊假目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)艦船的目的。

從原理分析，距離波門后拖將雷達(dá)向艦船后方的假目標(biāo)拖引，拖引成功后，導(dǎo)彈對(duì)后方假目標(biāo)進(jìn)行攻擊時(shí)有很大的概率會(huì)擊中被保護(hù)艦船；因此，對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施拖引干擾時(shí)，應(yīng)采用距離前拖方式。

根據(jù)移頻干擾的特性，當(dāng)移頻量為正時(shí)，形成的假目標(biāo)將超前于目標(biāo)回波?？衫么颂匦詫?shí)現(xiàn)距離波門前拖干擾。

仿真場景2：雷達(dá)信號(hào)脈寬τ=100 μs，帶寬B=30 MHz，干信比J/S=0 dB，V2=60 m/s，拖引時(shí)間10 s，雷達(dá)信號(hào)重頻為500 μs。采用移頻實(shí)現(xiàn)距離波門前拖時(shí)，移頻量與時(shí)間關(guān)系如圖3所示，移頻拖引干擾效果圖如圖4所示。

圖3 移頻量與時(shí)間關(guān)系圖

圖4 移頻拖引干擾效果圖

如圖3所示，根據(jù)雷達(dá)到達(dá)脈沖調(diào)整移頻量，經(jīng)過雷達(dá)處理，將形成一勻速運(yùn)動(dòng)的假目標(biāo)。圖4為拖引干擾效果圖，干擾機(jī)根據(jù)圖3改變移頻量，拖引假目標(biāo)將不斷向艦船前方運(yùn)動(dòng)，如圖4(c)所示，經(jīng)過10 s，雷達(dá)將會(huì)被拖引到距離載機(jī)前方600 m處。此時(shí)通過無源或有源誘餌在艦船前方制造假目標(biāo)，導(dǎo)引頭將跟蹤并指引導(dǎo)彈打擊假目標(biāo)。由于假目標(biāo)在艦船前方，大大降低了被導(dǎo)彈擊中的概率，能夠起到較好的干擾效果。

3 結(jié)束語

距離波門拖引干擾是最常用的一種距離欺騙干擾，艦載電子對(duì)抗系統(tǒng)干擾末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí)，采用距離波門前拖可起到較好的干擾效果。傳統(tǒng)的距離波門拖引實(shí)現(xiàn)的方法是利用數(shù)字儲(chǔ)頻對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域延時(shí)，通過此方法難以實(shí)現(xiàn)距離波門前拖。

本文針對(duì)線性調(diào)頻體制雷達(dá)，以移頻干擾為基礎(chǔ)，分析了距離波門后拖和距離波門前拖的實(shí)現(xiàn)方法，分別對(duì)其干擾效果進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，通過移頻的方法可實(shí)現(xiàn)距離波門前拖，該方法實(shí)現(xiàn)難度小，具有較好的工程實(shí)用性。