基于灰色關(guān)聯(lián)度的無源箔條干擾識(shí)別的仿真研究

張 蕓

(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

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的攻防對(duì)抗主要是圍繞雷達(dá)開展的，箔條干擾作為雷達(dá)對(duì)抗[15]手段，也是使用最早的無源干擾。按照箔條干擾的使用目的劃分，箔條干擾主要包括遮蓋式干擾和欺騙式干擾2種方式。遮蓋式干擾通過形成干擾云而用于掩護(hù)重要區(qū)域目標(biāo)，欺騙式干擾主要通過形成假目標(biāo)方式而用于飛機(jī)或者艦船的自衛(wèi)。箔條干擾具有干擾效果顯著、成本低、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而全世界的艦船幾乎都裝備了箔條干擾設(shè)備。

目前，對(duì)于箔條干擾的研究主要放在對(duì)箔條的作戰(zhàn)使用上面，例如文獻(xiàn)[6]～[10]針對(duì)艦船平臺(tái)，研究了作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境因素對(duì)箔條干擾決策的影響，文獻(xiàn)[11]～[12]研究了機(jī)載平臺(tái)下的箔條干擾投放策略。但是，對(duì)于箔條干擾識(shí)別的研究較少。目前，國內(nèi)對(duì)箔條干擾的識(shí)別方法有極化方法[13-14]、時(shí)頻分析法[15-16]、波形軟匹配法[17]等，極化方法和時(shí)頻分析法大多停留在理論分析階段，在進(jìn)行箔條干擾識(shí)別時(shí)需要的計(jì)算參量較多，計(jì)算復(fù)雜，波形軟匹配法識(shí)別率不高，穩(wěn)定性不好，缺乏一定的實(shí)用性，且現(xiàn)有算法大多基于仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)戰(zhàn)性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

本文基于上述背景，針對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的箔條干擾識(shí)別研究，首先建立了無源箔條干擾的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)度的無源箔條干擾識(shí)別算法，仿真結(jié)果表明了基于灰色關(guān)聯(lián)度的無源箔條干擾識(shí)別的有效性。本文的研究能夠提高雷達(dá)導(dǎo)引頭的識(shí)別和抗干擾能力，對(duì)于提高精確制導(dǎo)武器適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境的能力具有重要的意義。

1 無源箔條干擾理論模型

圖1 箔條云運(yùn)動(dòng)模型

建立如圖1所示的海上艦艇投放箔條干擾時(shí)的箔條運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖[1820]，設(shè)箔條發(fā)射高度為H0、方位角為φ、仰角為θ、投放半徑為r0、箔條擴(kuò)散速度為V d、箔條擴(kuò)散時(shí)間為t、箔條數(shù)量為N、艦艇初始位置與末制導(dǎo)雷達(dá)的徑向距離為Rt、風(fēng)速為Vw，風(fēng)向與x軸的夾角為α。

根據(jù)圖1 的模型，得出箔條與雷達(dá)的徑向距離為：

箔條的雷達(dá)截面積為：

式中：A0為箔條在垂直于雷達(dá)波束方向的幾何投影面積；N為箔條包含的箔條總根數(shù)；σ1為單根箔條平均雷達(dá)截面積。

圖2為箔條干擾的時(shí)域特征和RCS分布圖。

圖2 箔條干擾的時(shí)域特性和RCS分布圖

2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的箔條干擾識(shí)別算法

灰色關(guān)聯(lián)度是事物、因素之間關(guān)聯(lián)程度的整體比較，是在一定參考下以關(guān)聯(lián)度為測(cè)度的量化比較方法。灰色關(guān)聯(lián)度通過比較因素間時(shí)間序列的相似程度判斷各因素聯(lián)系的緊密性，是一種動(dòng)態(tài)過程的研究，具體算法[2123]如下。

設(shè)X=(x0，x1，…，x n)為參考序列，Y=(y0，y1，…，y n)為與之比較的序列，則X與Y的關(guān)聯(lián)度定義為：

如圖3(a)所示，將箔條發(fā)射后，艦船雷達(dá)回波附近形成單個(gè)假目標(biāo)。當(dāng)箔條擴(kuò)散之后，在一定區(qū)域內(nèi)形成了干擾云，干擾回波超過艦船雷達(dá)回波，并且干擾信號(hào)逐漸與艦船回波重合，如圖3(b)所示。當(dāng)箔條進(jìn)一步擴(kuò)散之后，箔條干擾覆蓋的區(qū)域進(jìn)一步增大，并完全覆蓋艦船回波，如圖3(c)所示。最后，當(dāng)箔條云與艦船回波分離之后，箔條回波信號(hào)強(qiáng)度下降，此時(shí)已經(jīng)完成了雷達(dá)的跟蹤轉(zhuǎn)移，如圖3(d)所示。

根據(jù)上述仿真可知，當(dāng)處于箔條云的擴(kuò)散初期，其半徑很小，密度很大，回波的幅度遠(yuǎn)高于艦船目標(biāo)的回波幅度，隨著箔條云擴(kuò)散到穩(wěn)定階段，其半徑基本上達(dá)到最大，密度較小，回波的幅度與艦船目標(biāo)的回波幅度相差不多。為此可以得出，箔條從爆開到形成成熟箔條云的過程中，其雷達(dá)回波是時(shí)間快變化的隨機(jī)變量；艦船目標(biāo)的強(qiáng)散射中心個(gè)數(shù)基本保持不變，其雷達(dá)回波是時(shí)間慢變化的隨機(jī)變量。

為此對(duì)箔條和艦船目標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行仿真計(jì)算，如圖4所示。

圖4 箔條和艦船目標(biāo)的灰度關(guān)聯(lián)度

由圖4可以看出，艦船目標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度很高且一直處于相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)。這是因?yàn)樵诶硐霔l件下，復(fù)雜剛體目標(biāo)的強(qiáng)散射中心個(gè)數(shù)和RCS基本保持不變，雷達(dá)回波波形的相關(guān)性好。而無源箔條的灰色關(guān)聯(lián)度呈下降后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，這是因?yàn)椴瓧l云在擴(kuò)散初期球體半徑小，等效散射中心個(gè)數(shù)少，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度時(shí)選取的散射點(diǎn)個(gè)數(shù)大于箔條云本身的散射點(diǎn)個(gè)數(shù)，使得雷達(dá)回波相關(guān)性計(jì)算不僅僅是針對(duì)箔條云本身，還包含了部分噪聲。隨著時(shí)間的增加，箔條云的擴(kuò)散速度快，半徑處于快速增長階段，雷達(dá)回波波形的相關(guān)性差。最后箔條云擴(kuò)散速度逐漸減小并趨于零值，半徑達(dá)到最大值，處于穩(wěn)定階段。因此，可以通過灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行箔條干擾的識(shí)別。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾，開展理論建模和仿真研究。首先建立了箔條干擾的理論模型，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)度的無源箔條干擾識(shí)別算法，并建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度的箔條干擾識(shí)別算法數(shù)學(xué)模型。通過計(jì)算仿真，以艦船目標(biāo)與箔條識(shí)別為例，證明了基于灰色關(guān)聯(lián)度的無源箔條干擾識(shí)別算法的有效性。當(dāng)然，本文的分析主要基于計(jì)算仿真的結(jié)果，并且對(duì)于識(shí)別算法的實(shí)際應(yīng)用效果尚未進(jìn)行研究，這些都有待于下一步工作中改進(jìn)。