輔助天線對(duì)抗拖曳式雷達(dá)誘餌方法

呂元杰，白渭雄，曾會(huì)勇，李檳檳，萬(wàn)鵬程

(1.空軍工程大學(xué)研究生院，陜西 西安 710051；2.空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西 西安 710051)

0 引言

拖曳式雷達(dá)誘餌在作戰(zhàn)中可以有效保護(hù)載機(jī)，其作戰(zhàn)效果在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中得到檢驗(yàn)，取得良好實(shí)戰(zhàn)效果，因而備受關(guān)注[1]。拖曳式雷達(dá)誘餌是由載機(jī)通過(guò)拖曳線拖動(dòng)飛行，對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)或調(diào)制后釋放干擾的一種干擾設(shè)備[2]，干擾類型屬于雙點(diǎn)源干擾，干擾功率大于載機(jī)回波功率，干信比一般為K>1，經(jīng)驗(yàn)值為K≥2～10[3]，拖曳線長(zhǎng)度一般橫向限制為100～150 m，縱向限制為100～250 m[4]，保證其與載機(jī)始終在雷達(dá)主波束內(nèi)，同時(shí)能夠很好地模擬載機(jī)空中姿態(tài)[5]，且隨著干擾功率的增大，雷達(dá)跟蹤點(diǎn)更靠近干擾源。因此拖曳式雷達(dá)誘餌能對(duì)單脈沖雷達(dá)以及彈上導(dǎo)引頭的測(cè)角系統(tǒng)造成有效欺騙，大大提高載機(jī)的生存能力。

隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)器在拖曳式雷達(dá)誘餌中的使用[6]，使干擾轉(zhuǎn)發(fā)速度更快，信號(hào)更逼真，利用傳統(tǒng)的時(shí)域、頻域和空域?qū)狗椒ê茈y進(jìn)行有效對(duì)抗，如何有效對(duì)其進(jìn)行識(shí)別對(duì)抗是電子對(duì)抗領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[7]。我國(guó)對(duì)拖曳式雷達(dá)誘餌的研究相比歐美等國(guó)家起步較晚，并且相比于拖曳式雷達(dá)誘餌干擾的研究，對(duì)其對(duì)抗方法的研究更少[8]，而且識(shí)別對(duì)抗方法主要從時(shí)域、頻域和空域入手，對(duì)抗難度大，占用雷達(dá)資源[9]。極化信息作為雷達(dá)信號(hào)的另一重要參量，也為識(shí)別對(duì)抗有源拖曳式雷達(dá)誘餌提供新的思路[10]。目前利用極化信息對(duì)抗拖曳式雷達(dá)誘餌的公開(kāi)文獻(xiàn)非常少。拖曳式雷達(dá)誘餌為了能干擾各型極化雷達(dá)，通常采用45°線極化或圓極化方式[11]。文獻(xiàn)[12]中李永禎團(tuán)隊(duì)利用全極化雷達(dá)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)式拖曳式雷達(dá)誘餌開(kāi)展檢測(cè)與抑制研究，而目前單脈沖雷達(dá)極化形式單一，不具有全極化特性，不能利用極化信息對(duì)拖曳式雷達(dá)誘餌進(jìn)行對(duì)抗。本文針對(duì)此問(wèn)題，提出利用與主天線極化正交的輔助天線對(duì)抗拖曳式雷達(dá)誘餌的方法。

1 信號(hào)模型

基于輔助天線與主天線極化正交特性構(gòu)建模型，利用模型對(duì)主天線和輔助天線接收的載機(jī)信號(hào)和誘餌干擾信號(hào)進(jìn)行分析。

1.1 主天線接收信號(hào)模型

主天線極化方式為hz=[hzHhzV]T，‖hz‖=1，其發(fā)射信號(hào)可表示為：

(1)

式(1)中，Pt為主天線發(fā)射信號(hào)峰值功率，Gt為天線增益，s(t)為調(diào)制信號(hào)。

在雷達(dá)接收端口，載機(jī)后向散射波為：

(2)

主天線接收的載機(jī)回波信號(hào)可表示為：

(3)

式(3)中，nzm(t)為主天線接收載機(jī)回波信號(hào)時(shí)的噪聲。

拖曳式雷達(dá)誘餌干擾信號(hào)極化形式為hJ=[hJHhJV]T，‖hJ‖=1，干擾信號(hào)可表示為：

(4)

式(4)中，PJ為干擾信號(hào)峰值功率，GJ為誘餌干擾天線增益，J(t)為干擾調(diào)制信號(hào)。

拖曳式雷達(dá)誘餌干擾信號(hào)在主天線接收端口處可表示為：

(5)

主天線接收到的載機(jī)和干擾信號(hào)可以表示為：

(6)

1.2 輔助天線接收信號(hào)模型

輔助天線極化形式為hf=[hfHhfV]T，‖hf‖=1，與主天線極化正交，輔助天線增益為Gf，則輔助天線接收到的載機(jī)回波信號(hào)可表示為：

(7)

輔助天線接收到誘餌干擾信號(hào)可以表示為：

(8)

則輔助天線接收到的信號(hào)可以表示為：

(9)

2 主輔天線干擾對(duì)消模型

利用式(6)與式(9)可以對(duì)消主天線接收到的拖曳式雷達(dá)誘餌的干擾信號(hào)，對(duì)消公式可以表示為：

vd(t)=vz(t)-kvf(t)

(10)

式(10)中，k為加權(quán)系數(shù)，即能使主天線和輔助天線接收到的干擾信號(hào)進(jìn)行對(duì)消的乘數(shù)。將式(6)和式(9)代入式(10)后整理可得：

(11)

式(11)中，

(12)

(13)

m(t)=(nz(t)-knf(t))

(14)

(15)

(16)

將加權(quán)系數(shù)式(16)代入式(11)，可得加權(quán)后主天線的信號(hào)：

(17)

將加權(quán)前后主天線信干噪比代入干擾對(duì)消系數(shù)γ中，化簡(jiǎn)后可得：

(18)

式(18)中，Pz(ω)為主天線噪聲功率譜密度，Pf(ω)為輔助天線噪聲功率譜密度，PJ(ω)為拖曳式雷達(dá)誘餌調(diào)制信號(hào)功率譜密度。

3 仿真分析

3.1 參數(shù)設(shè)置

(18)

主輔天線內(nèi)部信噪比SNR=10 dB，雷達(dá)脈沖寬度τ=50 μs。

3.2 仿真結(jié)果

當(dāng)誘餌轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)回波信號(hào)的延遲時(shí)間足夠長(zhǎng)(t=50 μs)，可以從時(shí)域上區(qū)分出來(lái)，此時(shí)利用輔助天線和傳統(tǒng)脈沖前沿切割法都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的對(duì)抗。圖1為主天線接收的信號(hào)，包括載機(jī)回波信號(hào)和誘餌放大后轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)，載機(jī)回波信號(hào)幅度為0.02 V，干擾信號(hào)為0.035 V。

輔助天線極化方式與主天線極化方式正交，接收到的載機(jī)回波信號(hào)交叉極化分量很微弱，淹沒(méi)于噪聲中，接收到的主要是誘餌釋放的干擾信號(hào)，電壓幅度約為0.025 V，如圖2所示，這與實(shí)際情況相符。通過(guò)主天線接收的信號(hào)與輔助天線接收的信號(hào)進(jìn)行對(duì)消，可以得到載機(jī)回波信號(hào)，如圖3所示。

圖1 主天線接收到時(shí)域可分辨的載機(jī)和干擾信號(hào)Fig.1 Target and jamming signals received by the main antenna can be distinguished in the time domain

圖2 輔助天線接收到時(shí)域可分辨的載機(jī)和干擾信號(hào)Fig.2 Target and jamming signals received by the auxiliary antenna can be distinguished in the time domain

圖3 時(shí)域可分辨干擾對(duì)消后結(jié)果Fig.3 The result of the cancellation of distinguishable jamming signals in the time domain

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以使拖曳式雷達(dá)誘餌轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)信號(hào)延遲時(shí)間大大縮短，轉(zhuǎn)發(fā)延遲時(shí)間一般在1 μs左右。以延遲時(shí)間τ=1 μs時(shí)進(jìn)行仿真，如圖4所示，主天線接收到的載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)基本重疊，用傳統(tǒng)脈沖前沿切割法已不能對(duì)抗，但利用輔助天線可實(shí)現(xiàn)加權(quán)對(duì)消。由于拖曳式雷達(dá)誘餌屬于非相干干擾，所以不是載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)幅值的完全疊加，在時(shí)間為0.3 ms處載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)疊加后電壓幅值約為0.04 V。

圖5為輔助天線接收到的載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)，由于天線極化方式與主天線發(fā)射的信號(hào)極化方式正交，載機(jī)回波與干擾信號(hào)幅值主要是干擾信號(hào)的幅度，電壓幅值為0.025 V。

圖6為利用輔助天線對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行加權(quán)對(duì)消后的結(jié)果，此時(shí)主天線中的拖曳式雷達(dá)誘餌釋放的干擾利用輔助天線加權(quán)對(duì)消，信號(hào)為載機(jī)回波信號(hào)，幅值為0.02 V。

圖4 主天線接收到時(shí)域不可分辨的載機(jī)和干擾信號(hào)Fig.4 The target and jamming signals received by the main antenna are indistinguishable in the time domain

圖5 輔助天線接收到時(shí)域不可分辨的載機(jī)和干擾信號(hào)Fig.5 Target and jamming signals received by the auxiliary antenna are indistinguishable in the time domain

圖6 時(shí)域不可分辨干擾對(duì)消后結(jié)果Fig.6 The result of the cancellation of indistinguishable jamming signals in the time domain

利用輔助天線不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拖曳式雷達(dá)誘餌轉(zhuǎn)發(fā)簡(jiǎn)單功率放大干擾的對(duì)消，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)脈沖干擾的對(duì)消。圖7為拖曳式雷達(dá)誘餌釋放連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)脈沖干擾時(shí)主天線接收到的信號(hào)，干擾電壓為0.035 V，脈沖干擾時(shí)間間隔為0.2 ms，在時(shí)域上與載機(jī)信號(hào)基本重合，在0.3 ms處為載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)的疊加，電壓值為0.04 V，強(qiáng)于干擾信號(hào)的0.035 V。

圖8為輔助天線接收到的載機(jī)回波信號(hào)與連續(xù)脈沖干擾信號(hào)，由于輔助天線接收到的載機(jī)回波交叉分量，幅值很小，因此，載機(jī)回波信號(hào)與干擾信號(hào)的電壓疊加值和干擾信號(hào)電壓值基本相同，約為0.025 V。

圖9為利用輔助天線對(duì)消后主天線接收的載機(jī)回波信號(hào)，電壓幅值為0.02 V。

圖7 主天線接收到的載機(jī)和連續(xù)脈沖干擾信號(hào)Fig.7 Target and continuous pulse jamming signals received by the main antenna

圖8 輔助天線接收到的載機(jī)和連續(xù)脈沖干擾信號(hào)Fig.8 Target and continuous pulse jamming signals received by the auxiliary antenna

圖9 連續(xù)脈沖干擾對(duì)消后結(jié)果Fig.9 The result of continuous pulse jamming cancellation

在上述三種情況下，在未進(jìn)行加權(quán)對(duì)消前載機(jī)回波信號(hào)電壓值為0.02 V，干擾電壓值為0.035 V，主天線信噪比為10 dB，此時(shí)信干噪比為-4.87 dB，利用輔助天線加權(quán)對(duì)消后干擾消失，主天線中信干噪比為信噪比，加權(quán)對(duì)消后主通道載機(jī)回波信號(hào)為0.019 V，噪聲為0.005 V，信噪比11.6 dB，干擾對(duì)消系數(shù)γ=16.47 dB。

4 結(jié)論

本文提出利用與主天線極化正交的輔助天線對(duì)抗拖曳式雷達(dá)誘餌釋放轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的方法。目前單脈沖雷達(dá)的極化方式以水平極化或者垂直極化為主，通過(guò)給主天線增加輔助天線，可以實(shí)現(xiàn)單脈沖雷達(dá)對(duì)拖曳式雷達(dá)誘餌釋放轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的對(duì)消。仿真表明，利用輔助天線能實(shí)現(xiàn)對(duì)拖曳式雷達(dá)誘餌轉(zhuǎn)發(fā)的簡(jiǎn)單功率放大和連續(xù)脈沖干擾進(jìn)行有效對(duì)消。