反艦雷達(dá)導(dǎo)引頭抗拖引干擾技術(shù)研究

杜 勇 解 禹 磨國(guó)瑞

(1.西安電子工程研究所 西安 710100 2.中國(guó)北方工業(yè)有限公司 北京 100053)

0 引言

作為現(xiàn)代海戰(zhàn)的主要進(jìn)攻武器，反艦導(dǎo)彈能對(duì)海上各類(lèi)高價(jià)值目標(biāo)進(jìn)行有效打擊，實(shí)戰(zhàn)表明，反艦導(dǎo)彈是一種高效費(fèi)比的進(jìn)攻武器，是決定海上作戰(zhàn)成敗的關(guān)鍵武器系統(tǒng)之一。

雷達(dá)導(dǎo)引頭以其“打了不管”以及全天候、全天時(shí)優(yōu)勢(shì)，已在多款反艦導(dǎo)彈上得到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。而現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步，衍生的針對(duì)雷達(dá)的干擾手段也日趨完備，雷達(dá)導(dǎo)引頭所面臨的電磁環(huán)境也日趨惡劣。尤其是在反艦作戰(zhàn)中，艦上有較大的空間布置大量的電子戰(zhàn)設(shè)備，更容易集成部署并同時(shí)釋放多種類(lèi)干擾樣式，這也對(duì)導(dǎo)引頭的抗干擾能力提出了更高的要求。

本文結(jié)合反艦雷達(dá)導(dǎo)引頭的工作流程，針對(duì)末制導(dǎo)階段導(dǎo)引頭所面臨的欺騙式拖引干擾開(kāi)展分析，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了抗干擾算法，并在某導(dǎo)引頭原理樣機(jī)上，借用干擾設(shè)備進(jìn)行了干擾對(duì)抗試驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。

1 基于DRFM技術(shù)的欺騙干擾產(chǎn)生機(jī)理[1-2]

雷達(dá)有源欺騙干擾，主要是采用假目標(biāo)作用于雷達(dá)系統(tǒng)，使系統(tǒng)不能獲取正確的目標(biāo)參數(shù)信息，達(dá)到迷惑和擾亂雷達(dá)檢測(cè)、跟蹤目標(biāo)的目的。干擾機(jī)主要采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)(DRFM)架構(gòu)，干擾信號(hào)的產(chǎn)生主要依賴(lài)于偵查引導(dǎo)系統(tǒng)截獲的雷達(dá)信號(hào)，通過(guò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行幅度、時(shí)延或頻率調(diào)制形成假目標(biāo)，使雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)偏離真實(shí)目標(biāo)而達(dá)到干擾的效果。轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)與真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)在時(shí)域、頻域上具有高度的相似性。

圖1為單通道DRFM干擾機(jī)的一般組成框圖，包括上、下變頻模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、本振、控制單元和功放電路等模塊。DRFM工程實(shí)現(xiàn)形式主要有單通道、IQ雙通道和信道化三種方案，具體實(shí)現(xiàn)形式根據(jù)需求來(lái)確定，本文就不展開(kāi)敘述。

圖1 單通道DRFM干擾機(jī)組成框圖

2 欺騙式干擾過(guò)程分析[3]

目前常用的欺騙干擾方式有距離拖引、速度拖引、距離速度同步拖引，干擾信號(hào)一般按照停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期四個(gè)階段周期釋放，對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施循環(huán)不間斷干擾。四個(gè)階段拖引算法原理為

(1)

其中，Tf為假目標(biāo)，T為實(shí)際目標(biāo)，Vf為拖引速度或距離，Vfmax為最大拖引速度或距離，t1為起始時(shí)間，t2為拖引時(shí)間，t3為保持時(shí)間，t4為關(guān)閉時(shí)間。

干擾機(jī)在各階段，執(zhí)行各不相同的任務(wù)。在停拖期，干擾機(jī)捕獲并解譯雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行調(diào)制后直接轉(zhuǎn)發(fā)；拖引期則是根據(jù)拖引類(lèi)型，對(duì)信號(hào)進(jìn)行距離、速度及幅度調(diào)制，使干擾信號(hào)與目標(biāo)回波逐漸分離達(dá)到干擾的目的；保持期則是在干擾信號(hào)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的最大拖引參數(shù)時(shí)，干擾信號(hào)持續(xù)發(fā)送一段時(shí)間；關(guān)閉器則是干擾機(jī)停止工作，完成本周期的干擾。

圖2 欺騙式拖引干擾工作過(guò)程

3 抗干擾策略分析與設(shè)計(jì)

從欺騙式拖引干擾的工作機(jī)理不難看出，雷達(dá)導(dǎo)引頭必須在“拖引期”準(zhǔn)確識(shí)別出干擾類(lèi)型，在進(jìn)入“保持期”之前采取相應(yīng)的抗干擾措施，才能有效應(yīng)對(duì)欺騙干擾。結(jié)合雷達(dá)導(dǎo)引頭實(shí)際的工作流程，整個(gè)抗干擾過(guò)程可分為干擾識(shí)別和抗干擾跟蹤兩個(gè)階段。

3.1 干擾識(shí)別

拖引速度的快慢，將直接影響干擾的效果。拖引速度過(guò)慢，真假目標(biāo)始終在同一跟蹤波門(mén)內(nèi)，假目標(biāo)消失后，導(dǎo)引頭依然能檢測(cè)并跟蹤目標(biāo)，達(dá)不到干擾的目的。拖引速度過(guò)快，干擾效果明顯，但也為識(shí)別干擾類(lèi)型提供了線索。

綜合考慮海面艦船目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性、機(jī)動(dòng)特性，通過(guò)監(jiān)測(cè)導(dǎo)彈飛行速度、雷達(dá)導(dǎo)引頭實(shí)時(shí)輸出的彈目距離及距離變化率、回波多普勒頻率等信息，可以準(zhǔn)確判斷導(dǎo)引頭是否受到干擾。

1)通過(guò)比對(duì)彈目相對(duì)速度與彈體飛行速度，判定距離維是否受到拖引干擾。

彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度VT與彈體飛行速度VM之差，即為艦船機(jī)動(dòng)速度。而受限于艦船特性及作戰(zhàn)使用情況，根據(jù)海面艦船的排水量，其最大運(yùn)動(dòng)速度Vmax是可以預(yù)期的。因此，當(dāng)彈體飛行速度與彈目相對(duì)速度明顯或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Vmax時(shí)，可判定距離維受到拖引干擾。

彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)對(duì)彈目距離進(jìn)行濾波得到，而彈體飛行速度則可以利用彈上慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解算得到，當(dāng)二者滿足式(2)關(guān)系時(shí)，可初步判定當(dāng)前幀“目標(biāo)”運(yùn)動(dòng)速度異常。

|VT-VM|>(1.2～1.5)×Vmax

(2)

為保證判定的可靠性，可連續(xù)進(jìn)行多幀處理，采取N/M準(zhǔn)則(即連續(xù)M幀數(shù)據(jù)，N幀異常)進(jìn)行最終判定。

2)通過(guò)多普勒頻率的監(jiān)測(cè)，判定速度維是否受到拖引干擾。

雷達(dá)導(dǎo)引頭末制導(dǎo)目標(biāo)跟蹤階段，系統(tǒng)無(wú)法直接輸出目標(biāo)多普勒頻率，而是通過(guò)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)MTD，實(shí)時(shí)輸出能體現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多普勒通道號(hào)dpl?？紤]艦船目標(biāo)的機(jī)動(dòng)特性(主要是加速能力)，其速度變化量不可能在毫秒時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大變化。因此，可以通過(guò)對(duì)dpl的短時(shí)平滑監(jiān)測(cè)，來(lái)判定速度維是否受到干擾。為保證判定的可靠性，可連續(xù)進(jìn)行多幀處理，采取N/M準(zhǔn)則(即連續(xù)M幀數(shù)據(jù)，N幀異常)進(jìn)行最終判定。

根據(jù)上述判據(jù)，可以判定所受到的拖引干擾類(lèi)型：若距離維異常，則可判定系統(tǒng)受到距離拖引干擾；若速度維監(jiān)測(cè)異常，可判定為受到距離拖引干擾；若距離、速度維均異常，則可判定為受到距離-速度聯(lián)合拖引。

3.2 抗干擾策略設(shè)計(jì)

在受到干擾時(shí)，假目標(biāo)通過(guò)欺騙跟蹤系統(tǒng)，快速移動(dòng)后關(guān)停，導(dǎo)致跟蹤丟失，因此，抗干擾策略設(shè)計(jì)的核心在于如何調(diào)整波門(mén)移動(dòng)方式，保證干擾信號(hào)關(guān)停后，跟蹤系統(tǒng)能再次捕獲真實(shí)目標(biāo)。

無(wú)干擾跟蹤模式下，跟蹤波門(mén)按彈目距離進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，波門(mén)移動(dòng)速度為彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。但由于干擾釋放的不確定性，以及干擾識(shí)別的滯后性，抗干擾策略啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上已受到干擾，所測(cè)量獲取的彈目距離、彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度實(shí)際是彈體相對(duì)干擾假目標(biāo)的距離、速度。因此，退而求其次，跟蹤波門(mén)可以按導(dǎo)彈飛行速度進(jìn)行調(diào)整，以保證波門(mén)移動(dòng)速度小于干擾移動(dòng)速度。另外，考慮到艦船機(jī)動(dòng)的不確定性，在設(shè)計(jì)抗干擾跟蹤流程時(shí)，跟蹤波門(mén)較正常跟蹤時(shí)的波門(mén)，可以適當(dāng)放大。

如圖3所示，本文設(shè)計(jì)了以“按彈速遞推跟蹤波門(mén)”為核心的抗干擾策略。

圖3 抗干擾算法示意圖

如圖3(a)在停拖期，干擾機(jī)釋放假目標(biāo)，并與真實(shí)目標(biāo)回波在時(shí)域、頻域高度重合，雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)在此時(shí)跟蹤目標(biāo)由真實(shí)目標(biāo)切換至干擾假目標(biāo)。

如圖3(b)在拖引期1，雷達(dá)導(dǎo)引頭在快速識(shí)別干擾，調(diào)整跟蹤波門(mén)按彈體飛行速度進(jìn)行遞推，短時(shí)間內(nèi)，跟蹤系統(tǒng)跟蹤的目標(biāo)依然為干擾假目標(biāo)。

如圖3(c)在拖引期2，干擾假目標(biāo)快速移動(dòng)，而跟蹤波門(mén)按導(dǎo)彈飛行速度進(jìn)行遞推，遞推速度遠(yuǎn)低于假目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，假目標(biāo)信號(hào)會(huì)迅速脫離波門(mén)。假目標(biāo)脫離波門(mén)后，跟蹤系統(tǒng)在波門(mén)內(nèi)重新進(jìn)行目標(biāo)匹配，重新捕獲真實(shí)目標(biāo)。在短暫的干擾識(shí)別后，跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為正常跟蹤，波門(mén)彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行遞推調(diào)整。

如圖3(d)、圖3(e)在保持期、關(guān)閉期，雷達(dá)導(dǎo)引頭處于正常跟蹤狀態(tài)，干擾信號(hào)處于跟蹤波門(mén)之外，無(wú)法起到干擾效果。

根據(jù)上述分析，本文設(shè)計(jì)如下策略，來(lái)應(yīng)對(duì)欺騙式拖引干擾對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭工作的影響。

1)總體思路：末制導(dǎo)跟蹤全過(guò)程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)(包括彈體飛行速度、彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、目標(biāo)多普勒通道等)，按設(shè)定策略與門(mén)限快速識(shí)別出拖引干擾。欺騙式干擾釋放期間，雷達(dá)導(dǎo)引頭跟蹤波門(mén)按彈速遞推，假目標(biāo)運(yùn)動(dòng)出波門(mén)后，恢復(fù)至正常跟蹤狀態(tài)，跟蹤波門(mén)按彈目距離進(jìn)行遞推。

2)干擾判決：雷達(dá)彈目相對(duì)速度(彈目距離濾波得到)與彈體飛行速度之差超過(guò)設(shè)定閾值；雷達(dá)多普勒通道號(hào)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較大變化。

3)抗干擾設(shè)計(jì)：判定雷達(dá)受到欺騙干擾后，改變距離波門(mén)調(diào)整方式，由原來(lái)的按跟蹤目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，更改為按彈目速度進(jìn)行調(diào)整，以期讓假目標(biāo)快速脫離檢測(cè)波門(mén)，通過(guò)記憶跟蹤再次檢測(cè)真實(shí)目標(biāo)；干擾消失后，恢復(fù)按跟蹤目標(biāo)信息進(jìn)行波門(mén)調(diào)整。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照前文分析及所設(shè)計(jì)的抗欺騙干擾策略，作者利用某雷達(dá)導(dǎo)引頭，使用干擾模擬設(shè)備開(kāi)展了相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)。干擾模擬設(shè)備采用雙通道分別模擬目標(biāo)回波和欺騙干擾，并在末端通過(guò)功率合成方式，射頻輻射輸出。

如圖4所示，不采取任何抗干擾措施，目標(biāo)從30 km處以200 m/s速度運(yùn)動(dòng)，模擬器周期性釋放距離拖引欺騙干擾，目標(biāo)跟蹤會(huì)周期性丟失。

圖4 距離拖引干擾下動(dòng)目標(biāo)跟蹤曲線(無(wú)抗干擾算法)

如圖5所示，目標(biāo)從30 km開(kāi)始以200 m/s速度運(yùn)動(dòng)，模擬器周期性釋放距離拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期時(shí)間分配分別為2 s、6 s、2 s、2 s，拖引距離為0.6 km，等效相對(duì)拖引速度為100 m/s。

圖5 距離拖引干擾下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤曲線(加抗干擾算法)

如圖6所示，目標(biāo)從40 km開(kāi)始以200 m/s速度運(yùn)動(dòng)，模擬器周期性釋放距離-速度聯(lián)合拖引干擾，拖引方式為線性后拖，停拖期、拖引期、保持期、關(guān)閉期時(shí)間分配分別為2 s、10 s、2 s、2 s，拖引距離為1.5 km，等效相對(duì)拖引速度為150 m/s。

圖6 距離-速度聯(lián)合拖引干擾下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤曲線(加抗干擾算法)

采取抗干擾措施后，整個(gè)過(guò)程中雷達(dá)導(dǎo)引頭未出現(xiàn)跟蹤丟失現(xiàn)象，且工作狀態(tài)的切換符合預(yù)期設(shè)計(jì)。

從距離跟蹤曲線看，干擾釋放后，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)被拖引現(xiàn)象，在這段時(shí)間內(nèi)，雷達(dá)導(dǎo)引頭根據(jù)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)變化，準(zhǔn)確識(shí)別出干擾，進(jìn)而啟用抗干擾算法，避免一直跟蹤假目標(biāo)。而當(dāng)假目標(biāo)運(yùn)動(dòng)出檢測(cè)波門(mén)后，雷達(dá)導(dǎo)引頭能迅速重新捕獲真實(shí)目標(biāo)。另外，由以上各圖跟蹤目標(biāo)幅度變化，也可以推算出干擾機(jī)釋放干擾和目標(biāo)的干信比。

5 結(jié)束語(yǔ)

電子戰(zhàn)領(lǐng)域，干擾與抗干擾是一對(duì)永恒的矛盾，在資源充足的前提下，沒(méi)有對(duì)抗不了的干擾。本文所提出的抗干擾算法，主要針對(duì)反艦雷達(dá)導(dǎo)引頭末制導(dǎo)跟蹤階段，利用彈體飛行速度進(jìn)行波門(mén)遞推，通過(guò)記憶跟蹤模式進(jìn)行目標(biāo)二次捕獲，該算法能一定程度上對(duì)抗欺騙式拖引干擾，保證目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性。