基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾的研究

佘 忱，張 磊

(中國(guó)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

舷外有源誘餌作為水面艦艇反導(dǎo)的重要手段，具有反應(yīng)速度快、信號(hào)逼真度高、價(jià)格低廉和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，一直備受世界各國(guó)的廣泛關(guān)注[1-5]。尤其是近年來(lái)隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)技術(shù)的發(fā)展，舷外有源誘餌可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的精確復(fù)制與再現(xiàn)，形成高逼真的相干假目標(biāo)干擾[6-9]。這些假目標(biāo)干擾在雷達(dá)接收機(jī)中可以獲得相干處理增益，從而破壞反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)艦艇的檢測(cè)和跟蹤，降低反艦導(dǎo)彈的捕捉、選擇、命中和突防概率，從而達(dá)到保護(hù)真實(shí)目標(biāo)的目的[10-12]。

距離假目標(biāo)產(chǎn)生過(guò)程簡(jiǎn)單，干擾效果明顯，是舷外有源誘餌常用的干擾樣式。雖然現(xiàn)有反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)具有一定的抗干擾措施，但是用這些措施對(duì)抗距離假目標(biāo)往往不能取得很好的效果[13-15]。距離假目標(biāo)普遍使用基于DRFM的干擾技術(shù)。盡管DRFM能夠精確地復(fù)制雷達(dá)脈內(nèi)特征，形成與雷達(dá)信號(hào)相干的干擾信號(hào)，但DRFM必須通過(guò)重頻跟蹤器來(lái)跟蹤和預(yù)測(cè)雷達(dá)下一時(shí)刻的發(fā)射信號(hào)，這給反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾帶來(lái)了天然的優(yōu)勢(shì)。

本文提出基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾的方法，首先建模研究舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾的產(chǎn)生原理，然后對(duì)重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾的方法進(jìn)行理論分析，最后進(jìn)行數(shù)值仿真。本文的研究能夠提高反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)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 距離假目標(biāo)干擾理論分析

距離假目標(biāo)干擾也稱為非密集同步脈沖干擾，主要是使用假目標(biāo)干擾機(jī)接收一個(gè)脈沖后，經(jīng)一定時(shí)延重發(fā)一個(gè)脈沖產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，或重發(fā)幾個(gè)脈沖產(chǎn)生不同距離上的幾個(gè)假目標(biāo)[17-19]。

假設(shè)接收機(jī)接收到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為S(t)，經(jīng)過(guò)數(shù)字射頻存儲(chǔ)并加以調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)出去的假目標(biāo)干擾信號(hào)為J(t)，通過(guò)接收機(jī)匹配濾波器h(t)后輸出信號(hào)為y(t)。

在脈沖延遲干擾中輸入信號(hào)的形式為：

J(t)=A·S(t-t0)

(1)

已知原線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)通過(guò)壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出為S0(t)，則

S0(t)=S(t)*h(t)

(2)

因?yàn)閔(t)是一個(gè)時(shí)不變系統(tǒng)，所以:

y(t)=J(t)*h(t)=A·S(t-t0)*h(t)=

A·S0(t-t0)

(3)

由上式可知，延遲處理后所得假目標(biāo)的脈壓效果同真目標(biāo)的脈壓效果相同，幅度與轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)假脈沖的幅度有關(guān)。且t0>0時(shí)，假目標(biāo)滯后于真目標(biāo)；反之，超前于真目標(biāo)。

雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)可以寫為:

(4)

式中:U為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)振幅；rect表示矩形函數(shù)；τ為脈沖寬度；Tr為脈沖重復(fù)周期；w0為發(fā)射信號(hào)的中心頻率；Φ0為發(fā)射信號(hào)的初相位。

根據(jù)目標(biāo)回波模型，雷達(dá)接收機(jī)輸入端的目標(biāo)回波信號(hào)應(yīng)為:

(5)

那么在實(shí)施距離假目標(biāo)干擾時(shí)，就要求此時(shí)的第k個(gè)假目標(biāo)的干擾信號(hào)為：

Jk(t)=Uj·

(6)

圖1 5個(gè)距離假目標(biāo)

2 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)算法

采用脈沖重復(fù)周期隨機(jī)捷變體制，可以使得基于DRFM的舷外有源誘餌不能正確預(yù)測(cè)雷達(dá)脈沖重復(fù)周期，然后采用幀間乘性非相參積累的方法抑制密集距離假目標(biāo)干擾。該方法能夠有效剔除可形成穩(wěn)定航跡的密集距離假目標(biāo)，使末制導(dǎo)雷達(dá)能夠正確跟蹤被保護(hù)目標(biāo)，且適用于低干信比條件。

抗干擾信號(hào)處理流程如圖2所示。當(dāng)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)識(shí)別到有距離假目標(biāo)后采用脈沖重復(fù)周期隨機(jī)捷變，將1組經(jīng)過(guò)包絡(luò)對(duì)齊(如Keystone變換)后的脈沖分為M幀，分別對(duì)M(如M=4)幀脈沖進(jìn)行相參積累處理和恒虛警率(CFAR)檢測(cè)，將4幀的輸出結(jié)果按對(duì)應(yīng)距離采樣單元相乘。幀間乘性非相參積累后只剩下目標(biāo)回波信號(hào)，達(dá)到抗密集距離假目標(biāo)干擾的目的。

圖2 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)算法流程

3 基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)仿真

仿真中，采用帶寬200 MHz、脈寬20 μs的線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)作為原始雷達(dá)信號(hào)。目標(biāo)位于40 km處，干擾信號(hào)為密集距離假目標(biāo)干擾，假目標(biāo)數(shù)目為10個(gè)，舷外有源誘餌產(chǎn)生的假目標(biāo)提前于目標(biāo)回波。圖3～圖5為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理以后的結(jié)果和經(jīng)過(guò)雷達(dá)信號(hào)處理后的距離跟蹤誤差及角度跟蹤誤差結(jié)果。

由圖3～圖5可以看出，經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后，密集距離假目標(biāo)干擾在目標(biāo)前形成10個(gè)假目標(biāo)，并且干擾信號(hào)的幅度比目標(biāo)回波大，在不存在干擾時(shí)，距離跟蹤誤差的絕對(duì)值小于1 m，角度跟蹤誤差的絕對(duì)值小于0.05°，當(dāng)存在密集假目標(biāo)干擾時(shí)，距離跟蹤誤差的絕對(duì)值約為370 m，角度跟蹤誤差的絕對(duì)值大于2°。由此可以看出，當(dāng)存在舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾時(shí)，距離跟蹤和角度跟蹤誤差大大提高，此時(shí)，末制導(dǎo)雷達(dá)無(wú)法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行正常的跟蹤。

圖5 角度跟蹤誤差

圖3 經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理以后的結(jié)果

當(dāng)采用基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)算法后，經(jīng)過(guò)雷達(dá)信號(hào)處理后的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差如圖6～圖7所示。

圖4 距離跟蹤誤差

圖6 角度跟蹤誤差

圖7 角度跟蹤誤差

由圖6和圖7可以看出，當(dāng)采用抗距離假目標(biāo)干擾的重頻捷變以后，距離跟蹤誤差的絕對(duì)值約為0.85 m，角度跟蹤誤差的絕對(duì)值約0.05°。由此可以看出，即使存在強(qiáng)烈、密集的舷外有源誘餌距離假目標(biāo)干擾，通過(guò)抗干擾算法，仍可以獲得非常高的距離跟蹤和角度跟蹤誤差精度，也即，經(jīng)過(guò)抗干擾處理以后，末制導(dǎo)雷達(dá)可以獲得正常的目標(biāo)跟蹤。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)舷外有源誘餌距離假目標(biāo)的抑制開(kāi)展理論建模和仿真研究，首先建立了距離假目標(biāo)干擾的理論模型，在此基礎(chǔ)上提出了基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)的算法，最后仿真研究了基于重頻捷變抗舷外有源誘餌距離假目標(biāo)的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差性能。本論文的研究可以為末制導(dǎo)雷達(dá)抗舷外有源誘餌設(shè)計(jì)提供一定的參考意義。