自適應(yīng)調(diào)零天線對抗技術(shù)仿真研究

白雪妨

(中國電子科技集團公司第二十九研究所,四川 成都 610036)

0 引 言

自適應(yīng)調(diào)零天線能有效地從空域上反電子對抗,利用不同的自適應(yīng)算法,靈活改變各天線單元的相位和幅度加權(quán)(復(fù)加權(quán),即W1,Wi,Wn),以此來控制天線方向圖的方向和形狀。以輸出信號y(t)功率降低至最小為準,調(diào)節(jié)對每個輻射單元的加權(quán)值(即W1,Wi,Wn),生成對著干擾的方向圖零陷點。當干擾越強的時候,零陷就越深,從而抑制干擾[1]。自適應(yīng)調(diào)零天線原理示意圖如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)調(diào)零天線原理示意圖

自適應(yīng)調(diào)零天線在雷達、通信等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,其對抗效能評估是電子對抗研究的重點和難點[2]。

基于自適應(yīng)調(diào)零天線原理,所有的自適應(yīng)調(diào)零天線在數(shù)學上都可以當作是一個逐漸趨于最優(yōu)化的過程。但是這個尋求最優(yōu)化的過程不可避免地會帶來很多負面的影響,比如信號處理算法難度增加、信號處理時間延長、系統(tǒng)的硬件設(shè)施增多、電子系統(tǒng)通聯(lián)時間延長以及電子系統(tǒng)利用率下降等問題。

為了有效地對抗自適應(yīng)調(diào)零天線系統(tǒng),結(jié)合上述自適應(yīng)調(diào)零天線的特點,本文采用了分布式閃爍交變干擾策略來進行研究。

1 對抗策略、方法與干擾樣式設(shè)計

通常情況下,閃爍干擾與交變干擾要結(jié)合使用。

分布式閃爍干擾是干擾自適應(yīng)調(diào)零天線系統(tǒng)的有效途徑之一[3]。在有干擾的前提下,天線系統(tǒng)從截獲到信號,到進行處理運算,形成自適應(yīng)調(diào)零天線方向圖零陷點需要一定的時間,假如干擾信號時斷時續(xù)或者干擾信號的入射方向來回切換,則必然會導(dǎo)致系統(tǒng)難以確定干擾信號的特征,無法對其進行干擾。

而交變干擾技術(shù)可以影響自適應(yīng)算法性能的發(fā)揮,借助于最佳交變技術(shù)的研究與應(yīng)用,可以使自適應(yīng)算法基本上失效。

自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)的重點是加權(quán)系數(shù)(即W1,Wi,Wn)的最優(yōu)化設(shè)計,而常用的加權(quán)系數(shù)設(shè)計算法(自適應(yīng)算法)有最小均方準則、最小方差準則、最小平方準則、最大檢測概率準則和最大輸出信噪比準則等[4]。以上5種算法各有相應(yīng)的優(yōu)勢,但又有局限性。

以交變干擾樣式研究作為切入點,改變干擾信號的脈沖描述字(PDW),即輸出頻率、輸出幅度、相位、脈寬以及調(diào)制樣式等性能[5],使系統(tǒng)不斷地處于調(diào)整和適應(yīng)的狀態(tài)之中,以至于難以正常工作,進而使得上述自適應(yīng)算法性能降低直至失效。

2 自適應(yīng)調(diào)零天線對抗的數(shù)字仿真試驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

在分布式閃爍交變干擾與自適應(yīng)調(diào)零天線的對抗試驗中,正常信號的來波方向為(0.0°,0.0°),選取2個干擾源,而2個干擾都在3 dB主波束以外,但在主波束以內(nèi)。

干擾來波方向如圖2中波束圖中的疊加指示。采用在正常波束方向圖基礎(chǔ)上疊加一個方向性指示來表示干擾的來波方向。

圖2 干擾來波方向圖示

為了進行對比,將常規(guī)干擾樣式(包括全頻段噪聲阻塞干擾、部分頻段噪聲阻塞干擾、全頻段梳狀譜阻塞干擾、部分頻段梳狀譜阻塞干擾)的干擾效果與設(shè)計的分布式閃爍交變干擾樣式進行對比試驗。

2.1 采用“全頻段噪聲阻塞干擾”

對2個干擾源進行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖3所示?？梢娮赃m應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個干擾來波方向上形成了2個零陷,且零點寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為47.56 dB;在第2個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為67.88 dB。

圖3 對干擾來波調(diào)零之后的波束方向圖示

在全頻段噪聲阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時間變化如圖4所示。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實際上干擾來波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖5所示。

圖5 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.2 采用“部分頻段噪聲阻塞干擾”

對2個干擾源進行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖6所示。

圖6 對干擾來波調(diào)零之后的波束方向圖示

在部分頻段噪聲阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時間變化如圖7所示。

圖7 自適應(yīng)調(diào)零誤差時間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個干擾來波方向上形成了2個零陷,且零點寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為45.08 dB;在第2個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為52.15 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實際上干擾來波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖8所示。

圖8 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.3 采用“全頻段梳狀譜阻塞干擾”

對2個干擾源進行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖9所示。

圖9 對干擾來波調(diào)零之后的波束方向圖示

在全頻段梳狀譜阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時間變化如圖10所示。

圖10 自適應(yīng)調(diào)零誤差時間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個干擾來波方向上形成了2個零陷,且零點寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為50.96 dB;在第2個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為52.32 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實際上干擾來波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖11所示。

2.4 采用“部分頻段梳狀譜阻塞干擾”

對2個干擾源進行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖12所示。

圖12 對干擾來波調(diào)零之后的波束方向圖示

在部分頻段梳狀譜阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時間變化如圖13所示。

圖13 自適應(yīng)調(diào)零誤差時間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在15 ms之內(nèi)。2個干擾來波方向上形成了2個零陷,且零點寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為47.66 dB;在第2個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為51.70 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實際上干擾來波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖14所示。

圖14 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.5 采用“分布式閃爍交變干擾”

對2個干擾源進行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖15所示。

圖15 對干擾來波調(diào)零之后的波束方向圖示

在分布式閃爍交變干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時間變化如圖16所示。

圖16 自適應(yīng)調(diào)零誤差時間變化的曲線圖

由圖16可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在8 ms之內(nèi)。在2個干擾來波方向上進行調(diào)零。在第1個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為 5.44 dB;在第2個干擾來波方向上,對應(yīng)的調(diào)零深度為14.73 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實際上干擾來波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖17所示。

圖17 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.6 干擾效果分析

將自適應(yīng)調(diào)零天線對上述5種干擾樣式調(diào)零的效果總結(jié)對比如表1所示。

表1 干擾樣式的干擾效果對比列表

由上述試驗數(shù)據(jù)的對比可知,采用分布式閃爍交變干擾樣式,可以使自適應(yīng)調(diào)零天線的零陷能力降低30 dB以上,可以有效對抗自適應(yīng)調(diào)零天線。

3 結(jié)束語

本文主要針對自適應(yīng)調(diào)零天線對抗技術(shù)進行研究,從自適應(yīng)調(diào)零天線的對象分析、薄弱環(huán)節(jié)分析、對抗方法、干擾樣式等方面進行了分析與論述。

本文開展了對抗數(shù)學仿真試驗,從仿真試驗結(jié)果看,所研究的干擾樣式可以實現(xiàn)對自適應(yīng)調(diào)零天線的有效干擾。