利用多普勒效应抗距离欺骗干扰的新方法

利用多普勒效应抗距离欺骗干扰的新方法胡文艳武汉理工大学信息工程学院，武汉（430070）E-mail：huweyan@摘要：本文介绍了距离欺骗干扰实现原理及雷达抗距离欺骗干扰的常用方法，主要对雷达接收到的干扰信号和正常目标回波信号在多普勒效应上的不同进行了分析，并据此提出了雷达抗距离欺骗干扰的新方法：利用多普勒效应抗距离欺骗干扰。

关键词：雷达，距离欺骗干扰，多普勒效应1. 引言电子干扰是为了削弱或破坏敌方电子设备效能而采取的电子技术措施。

通过人为地辐射和转发电磁波，制造假回波或吸收电磁波，以达到扰乱和欺骗对方电子设备，使其失效或降低效能。

电子干扰按其是否辐射能量可分为有源干扰和无源干扰。

反干扰与干扰相对应。

电子干扰和反干扰构成电子对抗，也称电子战。

雷达是利用电磁波探测目标的设备。

广泛应用于地理、气象、航空、航天、科学研究及军事领域。

尤其在军事领域，雷达发挥着巨大作用。

现代战争中很多军事行动都要依靠雷达才能顺利实施。

但针对雷达的干扰技术也发展起来。

提高雷达的抗干扰能力及战场生存能力已成为雷达面临的紧迫问题。

雷达干扰是用电子的方法破坏雷达的正常工作，使雷达不能正确探测和跟踪真正的目标，其中包括掩盖真目标和制造假目标[1]。

对雷达来说，除了目标回波以外，其他进入接收机的信号都是干扰信号。

雷达干扰和反干扰构成雷达对抗，是电子战的重要组成部分。

在针对雷达的干扰中，“距离欺骗干扰”是一种常用的、有效的干扰模式，因此，探讨雷达如何抗“距离欺骗干扰”对保证雷达正常工作，提高雷达生存能力是很有必要的，也是从事雷达工作的人员应该认真对待和考虑的问题。

2. 距离欺骗干扰及其实现原理距离欺骗干扰是干扰机针对雷达接收机距离跟踪系统施放的一种有源干扰，又称距离拖引干扰，是针对跟踪雷达距离跟踪支路常用的一种干扰方式[2]。

距离欺骗干扰的实现原理为：目标(如作战飞机)执行任务时携带着干扰机，干扰机在侦察到雷达电磁波信号后, 首先对微波信号进行采样量化，然后存储并恢复，产生一个加上调制的干扰信号，最后转发给雷达，使雷达接收机接收到干扰信号，产生一个假目标信号，与真正的目标信号相混淆。

开始时雷达接收到的干扰(即假目标)信号与目标回波信号在一块,干扰信号的能量大于目标回波,距离跟踪电路在捕获目标信号的同时，也捕获了干扰信号,此段时间称为停拖期;然后干扰机给干扰信号一个与目标信号相对的移动速度,使其与目标回波信号逐渐分离。

由于干扰信号能量大于目标回波,接收机距离跟踪波门将跟踪干扰脉冲移动,这段时间称为拖引期;当距离波门与目标回波完全分离时,关闭干扰,由于被跟踪信号突然消失,雷达失去跟踪目标，进入搜索状态,这段时间称为关闭期。

或者使干扰信号与目标信号保持一个距离，一直让雷达跟踪着干扰信号。

干扰信号的距离函数可用下式表示11121122 0()() f R Vt t t R t R Vt V t t t t t t t +≤<⎧⎪=++−≤<⎨⎪≤⎩ 式中:R 为施放干扰时刻目标与雷达的距离;1v 为目标与雷达的距离相对速度(假设为匀速直线运动); 2v 为假目标与目标的相对速度。

这样，目标携带的干扰机以距离欺骗的方式诱使雷达错误地跟踪干扰信号，并最终使目标丢失。

距离欺骗干扰按干扰信号激励源的体制分为转发式干扰和应答式干扰。

转发式干扰信号直接来自于雷达信号或频率存储环路；应答式干扰来自于压控振荡器或频率合成器。

3. 雷达抗距离欺骗干扰的常用方法由于目标携带着干扰机，执行任务时对雷达进行信号侦测和干扰，已使雷达在日益复杂的战争环境中的生存和正常工作受到越来越严峻的挑战。

同时雷达工作者也在不断采取各种措施和技术来避免敌方对雷达的侦测和干扰，保障雷达的安全和正常工作。

针对距离欺骗干扰，通常可以采取下面的措施和技术来抗干扰。

3.1 非干扰方向探测和跟踪当带有干扰机的目标所施放的干扰具有方向性时，可以利用干扰的方向性，避开干扰方向，在非干扰方向对目标进行探测和跟踪。

对于地面同一型号雷达，可以采用集团部署，从不同方向同时对目标进行探测和跟踪。

3.2 增加雷达增益对于地面雷达和舰载雷达，受空间和设备尺寸的限制较少，可以把设备做得很大。

增大辐射功率较易实现。

可以增加天线尺寸，以获得高增益、窄波束。

提高抗干扰能力。

3.3 雷达发射机和接收机分开，异地部署将雷达发射机和接收机分开，异地部署，接收机在异地接收目标反射的雷达信号，没有雷达信号的发射，处于无源状态。

这样，干扰机只能侦测到雷达发射机发射出的电磁信号并对其实施干扰，而对接收机的位置无从侦测，不能进行主动干扰。

这种形式可以扩展发展成天地双/多基地雷达。

3.4 设置摄像头，进行电视跟踪在雷达上配置摄像头，对目标实行电视跟踪。

在雷达的工作体制上进行根本的转变，任何靠释放电磁信号对雷达进行干扰的方法都将失去作用。

在电视摄像下，目标的属性特征及动作都能实时显示，一览无余。

这种方法本质上已不是雷达在工作了。

3.5 不同工作频率的雷达混合部署将不同工作频率的雷达混合部署在一个地区，这样，干扰机由于受工作频率范围的限制，其侦测和干扰不能作用于所有工作频率的雷达；即使干扰机的工作频带很宽，也会因干扰频带增加而使功率和增益降低，干扰效果下降。

对于空中目标搭载的干扰机，由于受目标自身(停拖期) (拖引期) (关闭期) 干扰关闭的空间、重量、电磁兼容性和作战任务等多方面因素的制约，使得干扰机不能做的很大，在干扰功率和干扰频宽上受限制。

3.6 频率捷变频率捷变雷达是一种脉冲载频在脉间(或脉组之间)做有规律或随机变化的脉冲雷达[1]。

由于干扰机无法预知其下一周期的工作频率，增加了干扰机对其侦察和实施干扰的困难，而且频率捷变技术提高了雷达的作用距离和跟踪精度，增加了干扰机实施干扰的难度。

3.7 相控阵天线相控阵天线采用合成孔径技术向空间辐射电磁能，是现代先进雷达所普遍采取的技术，对发射的电磁脉冲幅度要求大大降低，发射波束和接收波束能自适应调零，容易增大发射天线增益和天线口面的总辐射功率。

能降低干扰机对雷达信号侦测时的信噪比，能抗主瓣、副瓣、多方向干扰。

4. 探索新方法：利用多普勒效应抗距离欺骗干扰4.1 多普勒效应当雷达探测的目标与雷达有个径向速度时，雷达接收到的目标回波信号相对于雷达的发射信号有个频率偏移，这个偏离的频率称为多普勒频移，发生多普勒频移的效应称为多普勒效应。

多普勒频移为可用下面的公式计算，2/d f v λ=，d f 为多普勒频移，v 为目标与雷达间相对径向速度，λ为雷达发射的电磁波的波长。

多普勒频移与目标相对速度的关系如下图1所示[4]。

多普勒雷达正是利用多普勒效应对动目标进行显示和检测的。

由于雷达要探测的目标通常运动速度较高，而目标周围的地物、海浪、云雨或敌方施放箔条等能对雷达形成很强的杂波背景干扰，使处于强杂波背景下的运动目标显示不清晰甚至被淹没，雷达很难检测目标。

但由于目标与背景干扰物相对雷达的运动速度不同，使得目标回波与干扰杂波的多普勒频率不同，因此可以通过检测回波信号的多普勒频移取出运动目标信号，抑制背景杂波干扰。

/d Z f H 10 210 2510× 310 3510× 410 2102510×3101510× /(/)v km h 1cm λ=4cm 100cm 20cm 图1 多普勒频移与目标相对速度的关系4.2 分析目标回波信号和距离欺骗干扰信号的多普勒效应假设目标是飞机，飞机带有距离欺骗式干扰机以便对地面雷达实施距离欺骗式干扰，飞机相对雷达作速度为v 直线临近飞行。

雷达发射的探测脉冲对空中目标进行搜索和跟踪，脉冲宽度为τ，载波波长为λ，载频为f 。

则f c λ=，c 为300000000/m s 。

由于干扰机和目标在一处，一样以速度v 向雷达直线临近，在侦察雷达信号时，存在径向速度v ，因多普勒效应，产生的多普勒频移为2/d f v λ=。

则干扰机侦察到的雷达脉冲载频为 12/d f f f f v λ=+=+， 由 11f f c λλ== 知：其波长为 11//(2/)f f f f v λλλλ==+，干扰机将侦察到的雷达探测脉冲宽度应为 111(/)(/)/(2)f f f f v τλλττλτλ===+。

将飞机当作一点状目标进行分析，雷达接收到的目标回波信号的多普勒效应与干扰机所接收到的雷达信号相同。

干扰机对侦测到的雷达信号进行分析、存储、调制，产生一个与侦测到的雷达信号一样但比较强的干扰信号与目标回波信号一起发射给雷达。

这样，雷达同时接收到目标回波信号和干扰机发射的干扰信号，两个信号重叠在一起。

随后，干扰机控制干扰信号与目标回波信号逐渐分离，由于干扰信号比目标信号强，雷达接收机距离跟踪电路跟踪干扰信号，放弃跟踪目标信号。

这样，干扰机就实现了对雷达的距离欺骗式干扰。

干扰机在发射与目标回波信号一样的干扰信号时，由于干扰机与飞机一样的相对于雷达的径向速度v ，干扰信号从干扰机发射出时，产生多普勒效应，其多普勒频移为 112/2(2/)/()d f v v f v f λλλ==+。

则雷达接收到的干扰信号载频为 222114/4/()d f f f f v v f λλ=+=++； 载波波长为2λ，由22f f c λλ==可得 2322222//(44)f f f f f v v λλλλλ==++； 脉冲宽度为 22222222(/)(/)/(44)f f f f fv v τλλτττλλλ===++。

由以上的分析知，因干扰机和飞机在一起，与雷达有相同的径向临近速度，雷达接收到的干扰信号与目标回波信号因此产生了多普勒效应。

但二者的多普勒效应是不同的，相当于目标回波信号发生一次多普勒效应，干扰信号发生两次多普勒效应。

由此使得雷达接收到的目标回波信号的脉冲宽度为： 1/(2)f f v τλτλ=+，载频为： 12/f f v λ=+； 接收到的干扰信号的脉冲宽度为 222222/(44)f f fv v ττλλλ=++，载频为 2224/4/()f f v v f λλ=++。

4.3 利用多普勒效应抗距离欺骗干扰的新方法通过以上分析，可以看出雷达接收到的目标回波信号和距离欺骗干扰信号具有不同的多普勒效应。

如果雷达可以检测出多普勒效应的不同，就能区分目标信号和距离欺骗干扰信号，从而实现抗距离欺骗干扰。

可以在雷达接收机上设置频率分析电路或者脉宽分析电路，对雷达接收到的信号的载频频率和脉宽进行分析、记录。

虽然这种对具有多普勒效应的动目标进行信号分析的电路不能反映动目标的距离信息，但可以反映出目标信号与干扰信号的多普勒频移和脉冲宽度的不同。

通过检测目标信号和干扰信号因多普勒效应而产生的脉冲宽度差和载波频率差，可以达到判别目标信号和干扰信号，以实现抗距离欺骗干扰的目的。