多無人機(jī)對組網(wǎng)雷達(dá)的協(xié)同干擾建模研究

朱軍偉，顧麗娜，李 蕊

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

概述

由組網(wǎng)雷達(dá)所形成的監(jiān)測系統(tǒng)已應(yīng)用于各行各業(yè)，諸如跟蹤識別、實時搜索等皆已成為其具體表現(xiàn)[1-4]。該系統(tǒng)經(jīng)完善其干擾防護(hù)措施之后，兼具極強(qiáng)的抗干擾應(yīng)用能力，故而在軍事演習(xí)及實戰(zhàn)中得到廣泛應(yīng)用[5-8]。

當(dāng)前，對于多種欺騙干擾方式重點關(guān)注的是距離欺騙。為簡化系統(tǒng)，文章旨在考慮距離前提下的目標(biāo)欺騙，見圖1。眾所周知，一旦探測到對方雷達(dá)所發(fā)出的電磁波噪聲（或信號）時，待命的干擾機(jī)立即對該噪聲（或信號）進(jìn)行精準(zhǔn)處理，在可控時間段內(nèi)將其導(dǎo)出發(fā)射，迫使雷達(dá)短時間內(nèi)能夠迅速接收到有效的反饋信號。

圖1 欺騙干擾圖

應(yīng)對干擾是該系統(tǒng)的具體表現(xiàn)，故目前情況下最多且能夠有效應(yīng)用的即為多架無人機(jī)經(jīng)過協(xié)助同步干擾雷達(dá)系統(tǒng)，見圖2。接收到的信號經(jīng)反復(fù)傳輸后，最終會將無人機(jī)上的干擾設(shè)備信號落在自身所對應(yīng)的雷達(dá)之上，而目標(biāo)航跡點的詳細(xì)信息，最終有效傳輸至組網(wǎng)雷達(dá)的信息融合中心之上[9-12]。正因為多無人機(jī)的協(xié)助飛行與同步跟蹤，故而即時的目標(biāo)噪聲信號在所建立的前提（統(tǒng)一的坐標(biāo)系下）實時呈現(xiàn)，目標(biāo)航跡的信息點據(jù)此形成，而諸多的航跡點若是連續(xù)的，則1 條虛假航跡的信息路徑自然形成。依據(jù)本質(zhì)，若能將飛行航跡進(jìn)行實施控制，且為協(xié)同控制，這樣督促對方必須形成飛行航跡（欺騙干擾所形成），為此促使對方在一定時間段內(nèi)緊急處置突發(fā)情況，從而實現(xiàn)欺騙目的。

圖2 協(xié)同干擾組網(wǎng)雷達(dá)示意圖

實際情況中，因為技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，無人機(jī)可達(dá)到隱身狀態(tài)，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離無法及時監(jiān)測到，而只有當(dāng)其達(dá)到一定距離事，才可檢測到有限信號。大多干擾設(shè)備所產(chǎn)生欺騙干擾的信號經(jīng)逐步擴(kuò)大及增強(qiáng)環(huán)節(jié)，能夠被雷達(dá)有效檢測。綜上，文章?lián)送ㄟ^尋求最小數(shù)量的無人機(jī)從而實現(xiàn)實際要求的航跡信息，具體的運動規(guī)律和其對應(yīng)的處理策略。

1 模型建立

針對雷達(dá)網(wǎng)的虛假航跡, 首先應(yīng)對組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行全面?zhèn)刹?，以獲取地理位置、工作參數(shù)等信息[13]；其次是需要對無人機(jī)的飛行路線進(jìn)行精密的規(guī)劃[14-16]；最后要求無人機(jī)之間密切協(xié)同，對飛機(jī)的飛行狀態(tài)、干擾機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行精確的控制。無人機(jī)和假目標(biāo)做定向飛行的運動關(guān)系見圖3。

圖3 無人機(jī)及假目標(biāo)做定向飛行運動關(guān)系圖

2 模型求解

將無人機(jī)和假目標(biāo)做定向飛行的運動模型轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)下可得

結(jié)合球坐標(biāo)的運動模型，有如下參數(shù)

由上式可知，假目標(biāo)及其無人機(jī)的實際運動狀態(tài) θ, φ,,耦合在一起。接下來研究假目標(biāo)的速度值與無人機(jī)的實際情況:令具體關(guān)系經(jīng)仔細(xì)計算為

通過幾何關(guān)系計算得

令式(4)中的i=p，即可根據(jù)目標(biāo)的航向求出θ, φ,四個耦合量。故以此類推可設(shè)計出無人機(jī)架數(shù)為M 時的模型。具體如下:

（2） 依據(jù)題中所給虛假航跡數(shù)據(jù)；

（3） 設(shè)置i=1 求解第一架無人機(jī)的運動狀態(tài)；

（4） 解算式(1)得出運動模型；

（5） 解算式(2)得出球坐標(biāo)系下的運動參數(shù)；

（7） 令i=i+ 1返回到步驟（4）直到i>n時干擾結(jié)束。

經(jīng)仿真分析，得出欺騙干擾形成的假目標(biāo)航跡見圖4 和圖5。

圖4 虛假目標(biāo)航跡

圖5 欺騙干擾引發(fā)的實時航跡

若5 臺無人機(jī)能夠分別對其實施航跡的欺騙干擾，可得

虛假目標(biāo)航跡和無人機(jī)飛行高度一旦確定，即可確定無人機(jī)的運動軌跡，繼而得出無人機(jī)的運行速度和航向角見圖6 和圖7。

圖6 因欺騙干擾引發(fā)的假目標(biāo)航跡

圖7 欺騙干擾形成的虛擬航跡

3 結(jié)論

采用仿真實驗分析理論，獲得新的航跡點、無人機(jī)運動參數(shù)、運行速度、航向角等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)判斷虛擬航跡存在的運動規(guī)律和合理性。這對仿真模擬虛假目標(biāo)航跡及分析預(yù)判無人機(jī)的運動規(guī)律及其合理性、時效性具有一定的理論指導(dǎo)意義。