一種針對組網(wǎng)雷達(dá)的欺騙壓制復(fù)合干擾方法

袁 天，羅震明，晏洪勇，劉澤燊

(解放軍75832部隊，廣東 廣州 510515)

0 引 言

組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)相比于單雷達(dá)系統(tǒng)具有預(yù)警時間更短、探測空域更廣、精度更高、目標(biāo)信息量更多等優(yōu)勢[1-2]，在復(fù)雜的電子對抗環(huán)境中得到了廣泛應(yīng)用，對突防作戰(zhàn)造成了嚴(yán)重威脅。針對組網(wǎng)雷達(dá)帶來的諸多威脅，研究人員提出了單部干擾機(jī)實(shí)施多假目標(biāo)航跡欺騙的干擾技術(shù)[3]，以及控制飛行器編隊實(shí)施的協(xié)同欺騙干擾技術(shù)[4]，但這些方法仍然存在技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大、平臺易暴露等問題。

針對這些問題，本文提出欺騙壓制復(fù)合干擾方法，闡述了干擾原理，給出了分布式壓制干擾的數(shù)學(xué)模型，分析了主瓣航跡欺騙干擾中關(guān)鍵的參數(shù)調(diào)制方法，最后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該方法可以有效對抗組網(wǎng)雷達(dá)。

1 復(fù)合干擾原理

欺騙壓制復(fù)合干擾主要是針對網(wǎng)內(nèi)某一雷達(dá)使用隱身干擾機(jī)攜載平臺對其進(jìn)行主瓣航跡欺騙干擾，針對能夠偵測到虛假目標(biāo)位置和干擾平臺的其余雷達(dá)采用分布式小型干擾機(jī)進(jìn)行較大范圍內(nèi)的噪聲壓制干擾，保證虛假目標(biāo)和干擾平臺不被網(wǎng)內(nèi)其余雷達(dá)偵測到。下面以3部雷達(dá)組網(wǎng)為例對其原理進(jìn)行說明，其干擾態(tài)勢如圖1所示。

圖1 干擾態(tài)勢

觀察圖1，雷達(dá)采用探測區(qū)域兩兩相互重疊的方式布站。首先使用小型分布式干擾機(jī)群對R1、R32部雷達(dá)進(jìn)行壓制干擾，使其探測范圍壓縮到圖中粗實(shí)線區(qū)域內(nèi)。對雷達(dá)R2實(shí)施主瓣航跡欺騙干擾，干擾機(jī)平臺和虛假目標(biāo)均位于其余2部雷達(dá)探測范圍之外將不會被其探測到，干擾機(jī)沿T1T2航線飛行并發(fā)射干擾信號，由于F1位于雷達(dá)R2探測范圍之外，因此實(shí)際形成的虛假目標(biāo)航跡為FF2。

2 分布式壓制干擾

在此使用分布式壓制干擾，將網(wǎng)內(nèi)部分雷達(dá)的探測區(qū)域進(jìn)行壓縮。根據(jù)文獻(xiàn)[5]可以得出分布式干擾下對雷達(dá)的最大壓制距離(自衛(wèi)距離)為：

(1)

式中：Kj為雷達(dá)信息處理設(shè)備輸入端干信比(即干擾壓制系數(shù))；σ為雷達(dá)反射截面積；Rj為干擾機(jī)到雷達(dá)的距離；γj為干擾信號對雷達(dá)天線的極化損失；Pt、Gt為雷達(dá)等效輻射功率；Gr為雷達(dá)天線接收目標(biāo)回波信號的增益；Pj、Gj為干擾等效輻射功率；N為干擾機(jī)個數(shù)；Gr(θi)為雷達(dá)天線接收干擾信號的增益；Lj為干擾信號的極化損失和機(jī)內(nèi)傳輸損耗；Bj為干擾信號帶寬；Ls為目標(biāo)回波信號在雷達(dá)內(nèi)的傳輸損耗；Bs為雷達(dá)中放帶寬。

設(shè)雷達(dá)的半功率波束寬度為θ0.5=3°，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，則Gr(θi)計算如下：

(2)

觀察雷達(dá)自衛(wèi)距離計算公式可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干擾機(jī)空間位置固定時，隨著雷達(dá)主波束的移動，雷達(dá)自衛(wèi)距離將會變化，將雷達(dá)在不同方向時最大探測距離連接起來就是分布式干擾下雷達(dá)的暴露區(qū)也即是有效區(qū)域。

3 主瓣航跡欺騙干擾

要成功實(shí)施主瓣航跡欺騙干擾，最主要的就是在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)施放帶有相應(yīng)干擾參數(shù)調(diào)制的干擾信號，因此干擾參數(shù)的調(diào)制是主瓣航跡欺騙干擾能否成功有效的關(guān)鍵[7]。以常用的線性調(diào)頻(LFM)信號為例，假定雷達(dá)發(fā)射信號為：

(3)

則調(diào)制之后的干擾信號可表示為：

J(t)=krect(t-Δt)·exp[j2π((f0+fd)(t-Δt)+

(4)

式中：k、Δt、fd分別表示對接收到的雷達(dá)信號的幅度、時延和多普勒頻率的調(diào)制。

3.1 幅度調(diào)制分析

假設(shè)干擾機(jī)模擬的假目標(biāo)到雷達(dá)的距離為Rf，RCS為σ，根據(jù)偵察方程，干擾機(jī)截獲的雷達(dá)信號功率為：

(5)

將干擾信號轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，則雷達(dá)接收到的干擾信號功率為：

(6)

式中：K=k2，為干擾信號調(diào)制結(jié)果。

所要模擬的假目標(biāo)回波功率應(yīng)為：

(7)

式(7)與式(6)應(yīng)當(dāng)相等，則有：

(8)

因此得到幅度調(diào)制參數(shù)為：

(9)

3.2 時延調(diào)制分析

假設(shè)干擾機(jī)與雷達(dá)之間的距離為Rj，假目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離則為Rf，雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期為TP，且在此假設(shè)假目標(biāo)位于干擾機(jī)與雷達(dá)連線的延長線上，則時延Δt可以表示為：

Δt=2(Rf-Rj)/c，Rf>Rj

(10)

雷達(dá)、干擾機(jī)和假目標(biāo)的空間關(guān)系如圖2所示。

圖2 空間關(guān)系

圖2中，A和C表示當(dāng)前干擾機(jī)和假目標(biāo)位置，B和D表示下一次干擾機(jī)和假目標(biāo)的位置，在此設(shè)定OA=Rj0，OC=Rf0，OB=Rj1，OD=Rf1，CD=d，∠AOB=∠COD=θ。

(11)

由前文分析可知，在整個過程中首先得到的是假目標(biāo)點(diǎn)跡的參數(shù)和當(dāng)前時刻的干擾機(jī)位置，即Rj0、Rf0、Rf1和d是已知的，需要求解的就是下一次干擾時干擾機(jī)位置，即Rj1。

在ΔCOD中，已知OC、OD和CD，通過余弦定理可以求得θ為：

(12)

在ΔAOB中，已知OA、θ，在此假設(shè)α已知，則有∠OAB=π-α，通過正弦定理可以求得OB及Rj1為：

(13)

因此干擾信號的時間延遲為：

(14)

3.3 多普勒調(diào)制分析

在干擾過程中2次干擾的時間間隔設(shè)為Δt0，在此為方便計算，假定其在干擾點(diǎn)處的速度為其在這段時間內(nèi)勻速運(yùn)動的速度，因此可以求出假目標(biāo)和干擾機(jī)的運(yùn)動速度為：

(15)

(16)

因此干擾信號的多普勒頻率為：

(17)

在進(jìn)行多普勒調(diào)制時，應(yīng)將自身多普勒效應(yīng)的影響抵消[8]，因此有：

(18)

α=αmin+rand*(αmax-αmin)

(19)

式中：rand函數(shù)表示取0到1之間的隨機(jī)數(shù)；αmax為航向角最大值；αmin為航向角最小值。

3.4 干擾實(shí)施過程

根據(jù)前文的分析推導(dǎo)，設(shè)計主瓣航跡欺騙干擾過程如圖3所示，具體實(shí)施步驟如下：

(1) 干擾偵察。獲得敵方雷達(dá)的位置、發(fā)射信號形式、波束信號強(qiáng)度和駐留時間等先驗(yàn)信息。

(2) 虛假航跡設(shè)定。根據(jù)運(yùn)動學(xué)特征參數(shù)限制設(shè)計符合敵方雷達(dá)一般航跡關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則的虛假航跡，得出虛假航跡、點(diǎn)跡的各項參數(shù)。

(3) 參數(shù)推導(dǎo)裝訂。在對干擾機(jī)自身狀態(tài)進(jìn)行初始化測量的基礎(chǔ)上，依據(jù)前面提出的干擾信號調(diào)制方法推導(dǎo)干擾機(jī)運(yùn)動參數(shù)并進(jìn)行裝訂。

(4) 干擾具體實(shí)施。首先判定是否為首次干擾，若是，則使用步驟(3)的初始參數(shù)實(shí)施首次干擾，而后遞推計算下次干擾參數(shù)；若不是，則使用遞推參數(shù)釋放干擾，直至干擾結(jié)束。

(5) 干擾結(jié)束。一是由我方下達(dá)干擾結(jié)束指令，二是干擾機(jī)連續(xù)多個雷達(dá)工作周期未截獲雷達(dá)波束。

圖3 干擾實(shí)施流程

4 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在此分別對分布式壓制干擾和主瓣欺騙干擾進(jìn)行仿真分析。

4.1 分布式干擾仿真

雷達(dá)及干擾機(jī)參數(shù)如下：Pt=150 kW，Pj=5 W，Gt=Gr=30 dB，σ=5 m2，γj=1 dB，Gj=1 dB，Kj=10 dB，Bj=200 MHz，Bs=60 MHz，Lj/Ls=-10 dB。

選取9部相同初始條件的干擾機(jī)，與雷達(dá)距離均為Rj=40 km，按等間距分布，中心位置位于0°方向。干擾機(jī)之間的分布間隔以半功率波束寬度3°為準(zhǔn)，仿真結(jié)果如圖4所示，局部放大如圖5。

圖4 分布式壓制干擾效果

圖5 干擾效果局部放大

觀察圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，通過多部小型干擾機(jī)共同對雷達(dá)實(shí)施壓制干擾可以使雷達(dá)的探測范圍大幅度下降，在雷達(dá)主瓣波束對準(zhǔn)分布式干擾機(jī)群時將出現(xiàn)“楔形缺口”盲區(qū)，在這個盲區(qū)中，雷達(dá)被干擾信號所壓制，探測范圍急劇下降，不能有效地檢測到運(yùn)動目標(biāo)，在一定角度范圍內(nèi)均有較強(qiáng)的壓制效果。

4.2 主瓣欺騙干擾仿真

在此設(shè)定虛假目標(biāo)做勻變速運(yùn)動，以虛假航跡起始位置為原點(diǎn)建立三維直角坐標(biāo)系，取雷達(dá)位置為(-50 000,50 000,0)，虛假航跡起始點(diǎn)相對于雷達(dá)的方位角為315°，干擾機(jī)初始位置距離雷達(dá)60 km，其初始方位角同樣為315°。設(shè)定虛假目標(biāo)做勻變速運(yùn)動，其初始位置為(0,0,0)，X、Y、Z方向初始速度均為100 m/s，其加速度情況如表1所示。

表1 虛假航跡加速度

而后根據(jù)參數(shù)調(diào)制方法進(jìn)行參數(shù)計算，按照時間順序施放干擾信號。干擾信號通過雷達(dá)處理后在PPI顯示器上的假目標(biāo)及干擾機(jī)航跡如圖6所示。

圖6 假目標(biāo)及干擾機(jī)航跡

根據(jù)前文提出的主瓣航跡欺騙干擾實(shí)施方法得出的干擾機(jī)航跡及運(yùn)動參數(shù)是行之有效的，干擾機(jī)按照相應(yīng)的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行機(jī)動，同時發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的干擾信號，被雷達(dá)接收之后將被雷達(dá)關(guān)聯(lián)波門關(guān)聯(lián)，最終能在顯示器上形成連續(xù)假目標(biāo)航跡。

綜上所述，通過分布式干擾機(jī)實(shí)施壓制干擾使

網(wǎng)內(nèi)部分雷達(dá)探測范圍大幅度壓縮，而后利用欺騙式干擾機(jī)對網(wǎng)內(nèi)重要雷達(dá)如制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施主瓣航跡欺騙干擾，這在實(shí)際電子對抗中是可以實(shí)現(xiàn)的，因此欺騙與壓制2種干擾樣式組成的復(fù)合干擾是有效的，具有實(shí)際可行性。

5 結(jié)束語

本文針對組網(wǎng)雷達(dá)對抗問題，提出了欺騙壓制復(fù)合干擾方法，對其原理進(jìn)行了闡述，通過一系列數(shù)據(jù)處理和分析，得出了主瓣欺騙和分布式干擾合一的復(fù)合干擾實(shí)施方法。與前人結(jié)果相比，其主要優(yōu)勢在于主瓣欺騙干擾分析更加深入，對具體參數(shù)調(diào)制方法進(jìn)行推導(dǎo)，整體實(shí)施方法更加詳細(xì)，并與分布式干擾緊密結(jié)合。最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，證明此類復(fù)合干擾方法實(shí)際可行，對于雷達(dá)對抗理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用具有一定的參考意義。