基于空間分布的協(xié)同式干擾技術(shù)研究

李圣衍

(南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)

0 引 言

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，軍用裝備之間的互聯(lián)互通越來越普遍，成體系、網(wǎng)絡(luò)化的軍事裝備作戰(zhàn)效能大幅提升。美軍提出的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、空海一體戰(zhàn)、分布式艦隊等新概念，其核心思想就是去平臺中心化，讓作戰(zhàn)資源在多個維度進行分布，從而提高整體的作戰(zhàn)效能。具體到電子戰(zhàn)裝備體系而言，近年來，美軍提出了低零功率探測、狼群等概念，研制了空射型誘餌等裝備，有力地支撐了其網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的構(gòu)想。美軍已經(jīng)開展了利用多架EA-18G電子戰(zhàn)飛機進行準實時協(xié)同，對敵防空系統(tǒng)進行攻擊的試驗，取得良好的效果；雷聲公司提出利用C130裝空射型誘餌，一次性投放，進行分布式干擾的思想，美軍方已經(jīng)開展了相關(guān)的試驗。DARPA利用“小精靈”項目正在驗證分布式無人機的編組和操控技術(shù)，一旦技術(shù)成熟，可以攜帶電子戰(zhàn)載荷，進行分布式電子攻擊作戰(zhàn)。在實戰(zhàn)層面，2018年俄羅斯在敘利亞的基地曾經(jīng)受到無人機編隊的“飽和”攻擊。所以研究分布式干擾的體系架構(gòu)及典型作戰(zhàn)方式顯得尤為必要。國內(nèi)不少相關(guān)單位也開展了大量的協(xié)同干擾技術(shù)分析研究，婁艷秋、莊毅等研究了基于IMOABC算法的干擾資源分配策略[1]；龍世敏等針對相控陣雷達干擾問題提出了多干擾協(xié)同空間最優(yōu)配置[2]；張哲、張友益提出了基于改進的小生境遺傳算法的多干擾機資源調(diào)度[3]；邢美麗、肖軍鵬針對反導系統(tǒng)難突防的特點，提出了采用多機協(xié)同工作，突防反導系統(tǒng)的思路[4]；王杰等針對艦載平臺對抗脈沖多普勒雷達的難點，提出了采用多干擾機協(xié)同干擾樣式[5]。上述文獻主要從作戰(zhàn)使用、資源分配等方面進行了研究，對工程上關(guān)注的干擾樣式研究不多，本文從這個方面做一些粗略的探討。

1 典型協(xié)同方式

根據(jù)分布式干擾的作戰(zhàn)需求，及對數(shù)據(jù)傳輸、同步等的限制，協(xié)同控制方式主要分為以下幾種：

(1)任務(wù)級協(xié)同。是指指揮所根據(jù)作戰(zhàn)態(tài)勢，按照統(tǒng)一規(guī)劃分配干擾資源，確定每部干擾機所需完成的任務(wù)?；谌蝿?wù)的協(xié)同要求指揮所向干擾機傳輸任務(wù)指派信息，任務(wù)指派時協(xié)調(diào)好各干擾機之間的配合關(guān)系，工作時各干擾機之間不具備實時協(xié)同控制能力。該方式對數(shù)據(jù)傳輸和實時控制要求低，一般采用kbps量級的數(shù)據(jù)傳輸即可，同步采用GPS/北斗時間對準，時間精度可達到幾十ns。該方式的缺點是自組織能力差，協(xié)同的優(yōu)勢沒有體現(xiàn)出來?；谌蝿?wù)的協(xié)同干擾如圖1所示。

圖1 基于任務(wù)的協(xié)同干擾示意圖

(2)參數(shù)級協(xié)同。是指多部干擾機之間通過數(shù)據(jù)鏈路共享態(tài)勢信息，一般由主干擾機根據(jù)當前威脅雷達的數(shù)量、分布和參數(shù)特點分配干擾資源，并將從干擾機需要的輻射源參數(shù)傳送過去。主從干擾機之間具有信號參數(shù)傳輸能力，因此可以相互引導和協(xié)同控制，該方式對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊筝^高，需要實時傳輸輻射源參數(shù)信息，傳輸速率需要達到幾百kbps的量級，同步采用GPS/北斗時間對準。基于參數(shù)的協(xié)同干擾如圖2所示。

圖2 基于參數(shù)的協(xié)同干擾示意圖

(3)信號級協(xié)同。是在基于參數(shù)協(xié)同的基礎(chǔ)上增加輻射源信號的互傳能力，脈沖級同步能力，實現(xiàn)基于信號的干擾相互引導。信號級協(xié)同能夠更好地獲得雷達的處理增益，缺點是實現(xiàn)樣本傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，一般需要達到Mbps，系統(tǒng)額外開銷大。

上述分類主要根據(jù)分布式干擾機間的信息交互內(nèi)容進行劃分，后2種方式具備一定的智能，主干擾機需要根據(jù)偵察到的信息，自主決策，實時分配資源實施干擾。根據(jù)信息傳輸內(nèi)容的不同，可以有針對性地采取不同的干擾方式。

2 作戰(zhàn)使用分析

根據(jù)作戰(zhàn)使命任務(wù)和任務(wù)平臺屬性，分布式干擾機可以組合成不同的配置，進行作戰(zhàn)使用，核心是在空、時、頻等維度進行協(xié)同控制，利用數(shù)量多、空間分布的優(yōu)勢形成有效作戰(zhàn)能力。一般有2種作戰(zhàn)使用方式，一種是大范圍掩護式干擾，該方式主要針對某特定作戰(zhàn)區(qū)域進行大范圍壓制，掩護己方飛機突防。一般采用任務(wù)級協(xié)同，提前分配作戰(zhàn)任務(wù)，劃分責任區(qū)域，然后多架平臺在空間和時間上連續(xù)發(fā)射干擾信號，形成較大的干擾走廊。另一種是針對特定對象的干擾，該方式主要針對威脅區(qū)域特定對象進行干擾，該類對象一般具有較強的抗單點源干擾的能力，通過空間分布式平臺，利用其數(shù)量的優(yōu)勢和空間分布的優(yōu)勢，可以產(chǎn)生相比較單點源不同的干擾樣式，從而起到較好的干擾效果。相比單點源干擾，多點分布式干擾樣式有一些不同之處。

2.1 分布式噪聲干擾

圖3為分布式噪聲干擾示意圖。

圖3 分布式噪聲干擾示意圖

為了實現(xiàn)較大范圍的覆蓋，多干擾平臺可以采用任務(wù)級協(xié)同，施放噪聲干擾，可以在頻域、時域、能量域等方面進行協(xié)同，提升干擾效率。

(1)超寬帶噪聲

在戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復雜的情況下，干擾機對感興趣的信號進行跟蹤和瞄頻的難度大大提高，另外傳統(tǒng)瞄頻會帶來干擾機響應(yīng)延時，很難解決脈間捷變頻的自衛(wèi)干擾問題。但利用不同頻段的干擾機，通過協(xié)同控制可以產(chǎn)生超寬帶噪聲干擾，這種樣式對付寬帶脈間捷變頻雷達特別有效，由于干擾機在空間上適當拉開，同時采用閃爍方式工作，使得雷達無法實施干擾源跟蹤。這種樣式可由地面控制站提前策劃，進行資源分配，干擾機按照資源分配的策略自主工作，干擾機間無需進行通信。

(2)凹波干擾

目前一些新體制雷達具有自適應(yīng)跳頻的能力，可以在雷達工作頻段尋找干擾較弱的頻率區(qū)進行工作。利用2套干擾機協(xié)同控制產(chǎn)生不同帶寬噪聲信號，通過調(diào)整干擾機的中心頻率，形成一定帶寬的凹口，誘使雷達跳頻至該頻率區(qū)進行工作，該方式可以誘使雷達改變跳頻帶寬，為進一步干擾創(chuàng)造條件。相比在基帶利用直接數(shù)字合成(DDS)產(chǎn)生凹波的方法，該樣式產(chǎn)生的凹口深度可達30 dB以上。該樣式在使用時，需要2臺干擾機幅度控制比較精確，同時干擾天線指向比較精確，確保干擾波束始終對準雷達，這樣在雷達處檢測到干擾信號幅度起伏不會太大，一般小于±5 dB，否則效果不佳。

(3)閃爍噪聲

通過空間上分離的干擾機進行閃爍協(xié)同可以使單脈沖測角體制雷達的測角環(huán)路失鎖。該樣式要求2個干擾機同時處于雷達探測波束內(nèi)，2個干擾機的噪聲帶寬覆蓋雷達工作頻點，閃爍頻率一般1～2 Hz，和角跟蹤環(huán)路的響應(yīng)時間相當，一般要求干擾機的接通時間>雷達進入跟蹤干擾信號所需的時間，干擾機的斷開時間≤雷達重新捕獲目標所需的時間。干擾最佳效果的是讓雷達一直處于對目標搜索或正在進入跟蹤狀態(tài)的過程中。

2.2 分布式假目標干擾

利用多部干擾機產(chǎn)生干擾信號在時序上進行協(xié)同管理，提高干擾效率。該樣式涉及到多干擾機的樣本數(shù)據(jù)傳輸、時序控制等，需要采用高速傳輸網(wǎng)絡(luò)。采用信號樣本傳輸分發(fā)主要是解決單平臺收發(fā)不能同時的問題。尤其是支援式干擾機，一般均要求采用副瓣偵收、副瓣干擾方式，收發(fā)隔離度的要求在120 dB以上，目前機載平臺很難實現(xiàn)，所以支援式干擾機均采用時分的方式，這對干擾效果會有一定的影響。采用多干擾機協(xié)同方式可以解決這個問題，一般采用主干擾機進行信號偵收，獲取輻射源信號樣本，然后通過數(shù)據(jù)鏈將信號樣本進行分發(fā)，從干擾機收到樣本后，產(chǎn)生假目標等干擾信號。這種方式對于無人機等小型平臺解決收發(fā)隔離也是有效的。組合式欺騙干擾如圖4所示。

圖4 組合式欺騙干擾示意圖

(1)隨機間隔密集假目標

隨著數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術(shù)的發(fā)展，采用卷積方式產(chǎn)生的密集假目標，對于大時寬帶寬信號特別有效。但其有較大的缺陷，主要是目標間隔小，脈沖疊加后，單個干擾脈沖的功率更小，很多脈沖在脈壓后無法形成可檢測的假目標。而通過空間進行疊加不存在該問題，干擾能量能夠充分利用。另外，常規(guī)的密集假目標產(chǎn)生受限于FPGA資源，一般間隔不變，對于某些抗干擾能力較強的雷達而言，可以根據(jù)目標間隔特征剔除假目標。如果利用空間多套干擾機，接收相同的信號樣本，設(shè)置不同的假目標間隔，進行轉(zhuǎn)發(fā)，在雷達接收機內(nèi)可以形成隨機間隔的假目標，這種假目標具有一定的隨機性，很難被剔除。

(2)航跡欺騙

圖5為航跡欺騙干擾示意圖。

圖5 航跡欺騙干擾示意圖

利用空間分布的干擾機，通過實時轉(zhuǎn)發(fā)雷達信號，可以在空間形成不同航跡的假目標，迷惑敵防空系統(tǒng)。具體做法如下：當無人機編隊到達指定空域時，偵察無人機測量敵方雷達參數(shù)，完成分選，同時存儲信號樣本，信號樣本通過機間數(shù)據(jù)鏈傳送給干擾無人機。干擾無人機實時檢測防空雷達主瓣信號，一旦主瓣掃到該干擾無人機時，該無人機根據(jù)設(shè)想的航跡，控制轉(zhuǎn)發(fā)延時，在該干擾機后產(chǎn)生多個徑向假目標，空間分布的多個干擾無人機執(zhí)行同樣的操作，這樣可以在空間形成多條逼真的虛假航跡。

(3)多點源閃爍

多點源閃爍干擾利用空間分布的多部干擾機(相對雷達而言，在角度上有一定的區(qū)分)以多種閃爍頻率干擾雷達的跟蹤模式。

這種樣式在誘餌防護中應(yīng)用較多，分布式誘餌系統(tǒng)的發(fā)射電平必須高于重要目標的發(fā)射副瓣電平，發(fā)射信號形式一般為相似的輻射源信號，或者轉(zhuǎn)發(fā)敵方雷達信號。布陣方式一般為均勻布陣，或者線陣，布陣間距綜合考慮攻擊導引頭的角分辨率和導彈殺傷半徑。如果發(fā)射信號非相參，則導引頭跟蹤誘餌系統(tǒng)的能量中心。

3 典型應(yīng)用分析

現(xiàn)代相控陣雷達普遍采用多通道數(shù)字陣，AD采樣后聯(lián)合多通道數(shù)據(jù)進行數(shù)字信號處理達到干擾抑制的目的。多通道聯(lián)合的處理方法主要有自適應(yīng)數(shù)字波束形成(ADBF)、自適應(yīng)副瓣對消(ASLC)以及空時二維自適應(yīng)處理(STAP)等技術(shù)。這3種技術(shù)在對抗副瓣有源干擾時，其本質(zhì)是一致的，原理如圖6所示。

圖6 相控陣ASLC工作示意圖

在實際的處理過程中，需要使用大量數(shù)據(jù)樣本基于統(tǒng)計意義下的最小方差無偏估計進行求解，求出最優(yōu)權(quán)值。數(shù)據(jù)樣本是進入接收通道的目標回波和干擾信號之和，老的雷達受限于雷達運算資源，一般取一幀干擾樣本，使用幾個PRI周期，新雷達由于運算能力大大提升，可以做到邊采樣邊對消，但還無法做到全程邊采樣邊對消，也就是說干擾樣本采樣會滯后于回波采樣，所以基于這一點可以設(shè)計針對性的干擾樣式，對抗ADBF、ASLC等技術(shù)。核心思想是采用分布式干擾，增加空間自由度(最好是N>M，N為分布式干擾源的數(shù)量，M為參與處理的通道數(shù))，每個干擾機均采用混合調(diào)制的噪聲加密集假目標的復合干擾，主要是幅度時變的密集假目標和幅度時變的數(shù)字噪聲，多個干擾機信號在雷達天線處進行疊加，更加隨機。干擾時序如圖7所示。

圖7 分布式快時變組合干擾時序

由圖7可知，雷達通道收到的干擾信號時變性更強，如果干擾樣本采樣滯后于回波采樣，則接收機無法準確采集干擾信號樣本，權(quán)值計算偏差較大，干擾對消剩余較大。

4 結(jié)束語

目前基于無人機平臺的分布式干擾組網(wǎng)研究是電子戰(zhàn)領(lǐng)域的一個熱點，但研究還局限于編隊間協(xié)同控制、自組織能力的提升等方面，對分布式干擾本身研究不多，同時受限于通信組網(wǎng)、平臺等諸多問題，目前還沒有見到基于無人機平臺的相關(guān)裝備的問世，艦載領(lǐng)域也僅僅提出了分布式艦隊等概念，離艦載分布式干擾相距甚遠。但隨著協(xié)同控制技術(shù)、平臺集成技術(shù)日趨成熟，分布式干擾的應(yīng)用需求會越來越大，基于分布式平臺的干擾樣式的研究也日益受到重視。