单脉冲雷达的角度跟踪干扰研究

单脉冲雷达的角度跟踪干扰研究
孙富君 陶建锋 孙宏伟
(空军工程大学导弹学院 三原713800)
摘要 简单介绍了单脉冲雷达的特点及工作原理,重点分析了多部干扰机对单脉冲雷达的角度干扰问题,并对相干干扰和非相干干扰的干扰效果进行了讨论,指出两点源非相干干扰是实际工程中一种比较理想的干扰方式。

关键词 单脉冲雷达,相干干扰,非相干干扰,相位波前失真
中图分类号:T N958.4 文献标识码:A
Research on Mono-pulse Radar Angle Jamming
SUN Fu-jun TAO Jian-feng SUN Hong-wei
(M issile Institute,Air Force Engineering University Sanyuan713800) Abstract T his paper br iefly introduces the features and pr inciples of mono-pulse radar.It emphases on angle jamming of mono-pulse radar perfo rmed by several jamers and discusses the effects o f both coher ent jamming and incoherent ones.It is point-ed out that,in practice,tw o-point incoherent jam is an ideal jamming method.
Key words mono-pulse radar,coherent jamming,incoher ent jamming,distortion of phase
0 引 言
对雷达进行干扰要对准雷达的四个系统:显示系统、距离跟踪系统、速度跟踪系统和角度跟踪系统。

在雷达发展的早期,只要对前三个系统中的一个(或两个)系统进行有效地干扰,就可达到破坏雷达角跟踪系统正常工作的目的。

现在随着新体制雷达的出现和抗干扰技术的不断提高,尤其是单脉冲雷达体制的出现,使很多干扰技术难以奏效。

本文以振幅和差式单脉冲雷达为例,讨论了用多部干扰机对单脉冲雷达实施干扰的情况。

1 单脉冲雷达的特点、分类及基本工作原理
单脉冲雷达从原理上讲,只要一个回波脉冲就可以提取全部信息,所以叫 单脉冲 。

因此,它具有圆锥扫描雷达所没有的优点:获得角误差信息的时间短(以微秒计算);不受回波振幅起伏变化的影响;测角精度高(0.1~0.5mil);测角支路抗幅度调制干扰(如回答式倒相干扰)的能力强。

根据从回波中获取角信息的方式(测角法)不同,单脉冲雷达可分为振幅法(比幅)、相位法(比相)和综合法(振幅相位)3种。

这3种测角法又可用3种角度鉴别器(振幅式、相位式、和差式)中的任何一种来获得目标的角度信息,因此综合起来有9种形式的单脉冲雷达系统,其中以振幅和差式单脉冲雷达系统用的最多。

振幅和差式单脉冲雷达系统的基本工作原理:将两个比幅天线方向图所得的幅度不同的信号经过和差变换器之后,再把和信号(u )、差信号(u )加到鉴相器得出差信号。

2 用多部干扰机对单脉冲雷达的干扰
在角度系统不可分辨的角度范围内,出现两个或两个以上的目标或干扰源,就能破坏跟踪系统对目标(干扰源)的跟踪,这种方法叫多点干扰法。

根据各干扰源之间干扰信号的相位关系,多点干扰可分为3种不同的情况:非相干干扰(两个干扰源在高频相位上是无关的)、相干干扰(两个干扰源在高频相位上存在一定的关系)和扫频干扰。

2.1 非相干干扰
非相干干扰是由散布在空间的两个不相干的干扰源所产生的干扰。

假定单脉冲雷达天线的等信号方向和第一个干扰源O j1,第二个干扰源O j2之间的夹角分别为 1、 2,而两干扰源O j1、O j2之间的夹角为 ,天线方向图为F( )。

当天线A1、A2受到两干扰源O j1、O j2和两目标同时作用时,它们分别为
u1=U1F( 0- 1)c os 1t+U2F( 0- 2)cos 2t
u2=U1F( 0+ 1)c os 1t+U2F( 0+ 2)cos 2t(1)
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第26卷 第1期 2004年1月
现代雷达
M odern Radar
Vol.26 No.1
January,2004
收稿日期:2003-01-15 修订日期:2003-05-04
图1 单脉冲雷达跟踪系统天线方向图
式中:U 1、 1为来自第一个干扰源O j 1的干扰信号振幅和角频率;U 2、 2为来自第一个干扰源O j 2的干扰信号振幅和角频率;U 1、U 2同时包含干扰信号和回波信号。

加入到和支路的信号为u 1+u 2,差支路的信号为u 1-u 2,两者经过变频、中放、鉴相后输出的误差电压为(当 较小时,天线方向图F ( )在 = 0处近似为线性)
u FD =4K FD F 2
( 0)
1+
U 1
U 2
2
- (2)
系统跟踪在平衡位置时,误差电压u FD 为零,这时可以解得
=
1+
U 1
U 2
2
= 1+ 2 或 1
2
=U 2
U 1
2
(3)
从式(3)可以看出,在两个目标信号共同作用下,天线偏离两目标的角度大小与两目标的辐射功率成反比。

下面分3种情况进行讨论:
(1)两个不带干扰机的目标
设目标2是飞机,目标1是假目标(假定其有效反射面积为飞机的三倍),那么,雷达便跟踪在飞机和假目标之间离飞机3/4的距离上。

若两目标为同类飞机编队飞行,雷达将跟踪在两架飞机连线中心,并随目标回波起伏作随机摆动,造成跟踪误差,并且若两者距离足够大,那么导弹将从两者之间穿过,不会摧毁任何一个目标。

(2)两个带干扰机的目标
如果两个干扰机按一定程序断续地开机,这时跟踪干扰机的雷达,将时而跟踪这一目标,时而跟踪另一目标,随着干扰转换的节拍而产生追摆(闪烁)。

闪烁干扰的作用使两目标之间的最小分辨角显著增加。

这种干扰的一个重要参数是干扰机的交换频,若交换频率过高,则雷达跟踪系统不能及时反应。

通常,干扰机的交换频率 F 约为0.5~1Hz 。

(3)对寻的导弹的误引干扰
对寻的导弹的误引干扰是空间两点干扰原理的一种具体运用,其原理是在导弹跟踪系统不可分辨的角度范围内,用两部以上的干扰机,采取顺序开机的办法,把导弹引导到目标和干扰机之外。

2.2 相干干扰
相干干扰就是由散布于空间的两个在高频相位上
存在一定关系的干扰源所产生的干扰。

它是利用两个相干干扰源同时作用产生合成波,人为地造成相位波前畸变,对雷达测角系统进行欺骗干扰,所以又叫相位波前失真干扰。

从原理上讲,相干干扰可使雷达天线等信号轴方向跟踪在两干扰源连线之外,所以干扰效果比非相干干扰更理想。

在一般情况下,设两相干干扰源在天线孔径处产生的电场相位差为 ,通过计算可求得,天线将跟踪的方向 满足下式
tan =
21- 2
2+2 cos +1
(4)
考虑到角度 很小,tan ,所以
21- 2
2+2 cos +1
(5)式中: 为误差角; 为两个信号的振幅比; 为两个
干扰源之间的角差。

从式(5)中我们可得出:
(1)两相干干扰源产生的相位波前失真,取决于干扰源的振幅比 ,相位差 以及两干扰源的角差 。

当 固定,相位相反和振幅相等时,相位波前失真最大,而与雷达的天线方向图形状无关。

(2)相干干扰对任何测角系统都有效,单脉冲雷达在对抗相干干扰方面,和其他测角系统相比,并无优越之处。

和非相干干扰效果相比,相干干扰效果好。

但是,在实际应用中,相干干扰受到很多限制:两个点源信号在天线口面的相位差控制在5 以内;干扰机必须有很大的功率;两个干扰源需要一定的间距等。

2.3 扫频干扰
扫频干扰是以一定的调谐速度在整个干扰频段内周期性地改变干扰频率,它可使干扰频段内的所有雷达都受到干扰。

适当选择干扰机的扫频速度,可以使被干扰的雷达接收机的灵敏度在两次干扰作用之间不能完全恢复,或者造成雷达画面闪动。

扫频干扰用来干扰角跟踪系统时,应根据测角支路的反应速度而适当降低扫频速度。

从原理上讲,也可以起到闪烁干扰的作用。

(下转第36页)
可见选取重要密度函数时,需要从中p (X k |X i k -1,Z k )采样的能力,并且要能够计算出p (Z k |X i k -1)的值。

这在X k 为有限集[4]或p (X k |X i k -1,Z k )为高斯函数时是可能的,对于其它模型则仍然需要构造最佳重要
密度的近似。

选取重要密度函数最简单和易于实现的方法是使之等于先验密度,即
q(X k |X i k-1,Z k )=P (X k |X i k-1)
此时, i k i k -1p (Z k |X i k )。

实用中可根据具体情况选择各种不同的重要密度函数,这已经成为粒子滤波器设计中最关键的步骤。

3.2 再采样
再采样的目的在于减少权值较小的粒子数目,而把注意力集中在大权值的粒子上。

包括分层采样、残差采样等。

其基本思想是通过对后验概率密度p (X k
|Z 1:k ) N
s
i =1 i k (X k -X i
k )再采样N s 次,产生新的支撑点集(X i *k )N s i =1,使得p (X i *k =X j k )= j k 。

由于再采样
是独立同分布的,权值被重新设置为 j k =
1
N s 。

再采样带来的负面作用是采样枯竭。

即具有较大
权值的粒子被多次选取,采样结果中包含了许多重复点,从而损失了粒子的多样性。

现在不少学者正致力于采样枯竭问题的研究,并已取得一些成果。

4 结 论
过去一直采取解析形式对非线性系统进行近似,得到次优滤波估计值。

为提高算法的精确性、实时性和鲁棒性,随着计算存储成本的降低,采用非参数法的序贯蒙特卡罗粒子滤波器获得了广泛关注。

尽管它可能存在退化现象,但通过合理选择重要密度和再采样技术的引入,可以得到有效遏制,因而成为极有前途的一种估计方法。

参 考 文 献
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康 健 女,1971年生。

哈尔滨工程大学信息与通信学院博士研究生。

主要研究方向为无源定位算法、雷达数据处理。

司锡才 男,1940年生。

哈尔滨工程大学教授,博士生导师。

主要研究方向为反辐射导弹导引头技术、电子对抗等。

芮国胜 男,1968年生。

博士,海军航空工程学院副教授。

(上接第18页)
3 结 论
目前所采用的干扰技术,主要是噪声干扰、距离拖
引干扰、速度拖引干扰等技术。

从理论上讲,任何由 一点 产生的回答式调幅干扰、噪声干扰对单脉冲雷达的角度系统干扰效果都不大,而采用两部干扰机同时对其作用则可获得较理想的干扰效果。

在实际工程中,两点源相干干扰虽然干扰效果比较理想,但因为条件难以满足,其应用受到很大限制;两点源非相干干扰是一种比较合适的干扰方式。

参 考 文 献
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5 侯印鸣,等.综合电子战.北京:国防工业出版社,2001
孙富君 男,1979年生。

空军工程大学导弹学院硕士研究生,主要研究方向为雷达系统建模与仿真。

陶建锋 男,1963年生。

空军工程大学导弹学院副教授。

研究方向为雷达系统建模与仿真。

孙宏伟 男,1978年生。

2001年毕业于空军工程大学导弹学院,现于该院攻读硕士研究生,研究方向为雷达对抗。