一種針對干涉儀測向系統(tǒng)的反電子偵察技術(shù)方法探討

蔣平虎,蘇萍貞,趙乾海

(中國電子科技集團公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引 言

現(xiàn)代作戰(zhàn)，電子偵察作為獲取情報的重要來源之一，在當今“發(fā)現(xiàn)即意味著被摧毀”[1]的戰(zhàn)場環(huán)境中發(fā)揮著越來越重要的作用。和平時期電子偵察飛機和電子偵察衛(wèi)星截獲和測量敵方雷達信號[2]，可用來偵察陸基雷達的分布情況，機動雷達的活動規(guī)律，監(jiān)視敵海上艦艇活動動向，判斷其軍事活動意圖。戰(zhàn)時，各類電子偵察系統(tǒng)能夠為作戰(zhàn)單元提供準實時信息支援。本文從雷達電子對抗的角度提出一種基于破壞測向系統(tǒng)的反電子偵察[3]的新方法。

1 干涉儀測向的原理分析[4]

干涉儀測向能夠在寬的瞬時視野內(nèi)，實現(xiàn)對雷達信號入射方位的實時高精度測量，通過多點測量能精確標定雷達的位置信息，在電子偵察設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。干涉儀測向原理框圖如圖1所示。

圖1 干涉儀原理框圖

兩天線接收到的相位差?為：

(1)

其中，λ為入射信號的波長，則信號入射方向角θ的表達式可以變?yōu)椋?/p>

(2)

在只有一個雷達目標的情況下，仿真結(jié)果如圖2所示，圖中紅色五角星代表雷達目標，圓心處的藍色三角代表測向干涉儀，所畫的藍色直線代表干涉儀測得方向的最終結(jié)果，該仿真標明相位干涉儀在無干擾的情況下可以準確測出接收信號的入射方向。

圖2 仿真干涉儀測相結(jié)果

2 干擾原理及數(shù)學(xué)模型分析

通過計算干涉儀天線間的接收信號相位差來推算出雷達輻射信號的達到方向。干涉儀測向系統(tǒng)雖然具有較高的測向精度，但抗同時到達信號的能力較差，當信號存在同時到達的情況下，干涉儀測向系統(tǒng)的性能急劇下降。

利用干涉儀的這一特性，以雷達目標作為被保護對象，在其周圍布置一部或者多部干擾機，發(fā)射與被保護目標相同頻率和脈內(nèi)調(diào)制樣式的信號。通過同步脈沖信號以及位置信息，計算信號發(fā)射時序，隨機或者固定信號的初始相位和功率，從而在預(yù)定區(qū)域形成同步到達的兩路或者多路信號的合成信號，進而達到擾亂干涉儀測向結(jié)果的目的。

信號的同步時序可以依據(jù)干擾機的位置和被保護對象的位置與指定區(qū)域的距離差來確定，如圖3所示。

圖3 信號時序示意圖

圖中，干擾源與雷達到測向干涉儀的距離差為：

ΔD=|D1-D2|

(3)

轉(zhuǎn)化成到達測向干涉儀的時間差即為：

(4)

那么，在D1>D2時，干擾源需要提前于雷達信號Δt的時間發(fā)出脈沖信號，這樣就可以保證在測向干涉儀位置上形成同步的脈沖信號。反之在D1

在脈沖時序上，干擾源A發(fā)出的信號等同于干擾源在B位置與雷達C同時發(fā)出信號，其中B點和雷達C到測向干涉儀D的距離相等。在本次數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)過程中，數(shù)學(xué)模型中的干擾源位置只考慮等效干擾源，從而只需要確定干擾源和雷達的方位參數(shù)，而不需要考慮距離參數(shù)。

在完成脈沖時序的同步后，干擾信號與雷達信號在干涉儀天線口面上形成了合成信號，如圖4所示。圖中CH1為干涉儀上接收通道1、CH2為干涉儀接收通道2，二者距離為基線長度D，設(shè)信號A到通道1的夾角為αA，信號B到通道2的夾角為αB，接收通道1、2接收的信號為A、B信號疊加(A、B信號為同頻信號)。

圖4 信號在干涉儀處合成示意圖

設(shè)雷達信號為a(t)，干擾信號為b(t)，合成信號為S(t)，它們的表達式分別為：

a(t)=Asin(2πft+φ1)

(5)

b(t)=Bsin(2πft+φ2)

(6)

S(t)=Asin(2πft+φ1)+Bsin(2πft+φ2)

(7)

接收通道1的接收信號瞬時相位為：

(8)

接收通道2的接收信號瞬時相位為：

(9)

干涉儀測得合成信號的方位DOA為：

(10)

其中：

Δφ=θ2-θ1

式(10)得出的干涉儀測向結(jié)果與式(2)所得結(jié)果的差值即為測偏的角度，其偏差角度與干擾源信號的方位、幅度和相位相關(guān)。

3 仿真驗證

通過建立干涉儀接收測向的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)置雷達輻射源與干擾源參數(shù)，利用蒙特卡洛的仿真試驗方法，計算多種干擾源在不同角度、相位、幅度配置條件下干涉儀測向的結(jié)果，以下為干擾仿真的具體參數(shù)設(shè)置。

設(shè)置參數(shù)為被保護雷達方位：30°，干擾源方位：60°，干擾站幅度與被保護雷達幅度相同，幅度比為1∶1，信號頻率：2 GHz，基線長度0.2倍波長，被保護雷達初相為0，干擾站初相為1.6π，測向的結(jié)果用藍色直線的指向來表示測向結(jié)果，如圖5所示。紅色五角星代表雷達輻射源，紫色圓點代表干擾源信號。

圖5 單干擾源等幅測向結(jié)果

保持上述試驗參數(shù)不變，將B干擾源的幅度設(shè)置變小為雷達信號A的一半，再次進行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 單干擾源不等幅測向結(jié)果

為了達到更好的保護效果，提高測向引偏的效果，在之后的仿真試驗中，加入兩個干擾源，從不同方位與被保護對象的信號同步，觀察測向結(jié)果的改變。

在之前試驗的基礎(chǔ)上在0°，60°分別設(shè)置一干擾源。

新添加的綠色圓干擾源C，基本參數(shù)與干擾源B相同，C干擾源相位為1.4π。重復(fù)相同的運算過程，得到測向結(jié)果如圖7所示。

圖7 兩干擾源等幅測向結(jié)果

保持上述試驗參數(shù)不變，將B和C干擾源的幅度設(shè)置變小為雷達信號A的一半，再次進行仿真，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 兩干擾源不等幅測向結(jié)果

通過仿真可以看到，在單點干擾源以及兩點干擾源的情況下，干擾源同步轉(zhuǎn)發(fā)被保護雷達的脈沖信號，轉(zhuǎn)發(fā)信號與被保護雷達的發(fā)射信號具有相類似的信號特征，并具有一定的相位差、幅度差。此時，以干涉儀測向為主的電子偵察系統(tǒng)對雷達發(fā)射信號的測向結(jié)果發(fā)生錯誤，形成了有效測向引偏，從而有效破壞了電子偵察系統(tǒng)對雷達的偵察。

4 結(jié) 語

本文從雷達電子對抗的角度提出了一種基于破壞干涉儀測向系統(tǒng)，從而削弱電子偵察設(shè)備對雷達輻射源的偵察效能的“反電子偵察”新方法，文中給出了嚴格的理論推導(dǎo)過程，給出了干擾機理的數(shù)學(xué)模型，通過仿真驗證了該技術(shù)方法的可行性與有效性。