单脉冲雷达导引头抗相干两点源干扰技术研究

单脉冲雷达导引头抗相干两点源干扰技术研究
作者：付洪涛
来源：《数字技术与应用》2013年第12期
摘要：单脉冲雷达经常用于现代反舰导弹雷达导引头，对其进行有效干扰是保护舰船安全的必要手段，本文分析介绍了单脉冲雷达导引头的定向原理，以相干两点源为例分析推导了相干两点源对导引头进行有效欺骗，实现最佳干扰的条件。

最后以交叉眼转发式干扰机为例分析了相干两点源干扰是实际应用。

关键词：单脉冲雷达相干干扰交叉眼干扰机
中图分类号：TN602 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0055-03
单脉冲主要用于目标跟踪雷达与导弹寻的头。

其工作原理本身就具有对调幅干扰波形的抗干扰性能，反舰导弹雷达导引头常采用单脉冲角跟踪系统。

随着技术的发展，出现了多种对抗单脉冲雷达导引头的干扰技术。

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。

本文探讨远场区相干两点源对反舰导弹导引头的干扰。

1 单脉冲测角原理
1.1 单脉冲定向原理
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。

测定目标的方向是雷达的主要任务之一，单脉冲定向有两种基本方法：振幅定向和相位定向。

在振幅定向法单脉冲雷达中，两个天线方向图中心线对等强信号方向的偏角分别为±θ0，如图1所示。

对于同一目标，两个天线接收信号的振幅差即表示目标对等强信号方向的偏移量，正负符号则表示目标相对于等强信号方向的偏离方向。

当等强信号方向与目标重合时，两天线收到的回波信号的振幅相等，差值等于零。

为了使振幅差值不受目标回波大小的影响，应
进行归一化，归一化后的振幅差与目标回波大小无关，只与目标对等强信号方向的偏移量有关。

1.2 单平面振幅和差单脉冲雷达
对于反舰导弹而言，一般采用单平面跟踪体制，即雷达天线只进行方位搜索和跟踪。

幅度比较通常在射频进行，导引头接收信道只需要两个独立的支路即可，典型的单平面振幅和差式单脉冲雷达方框图如图2所示。

系统的简单工作过程为：发射信号加到和差比较器的端，分别从1、2端输出同相激励两个馈源。

接收时，两波束的馈源接收到的信号分别加到和差比较器的1、2端，端输出和信号，端输出差信号。

和、差两路信号分别经过各自的接收支路放大后，差信号作为相位检波器的一个输入信号，和信号分三路，用作测距、自动增益控制和相位检波器基准信号。

和、差两中频信号在相位检波器进行相位检波，输出视频角误差信号，变成相应的直流误差电压后，加到伺服系统，控制天线跟踪目标。

进入角跟踪之前，必须先进行距离跟踪，并由距离跟踪系统输出一距离选通波门加到差支路中放，选通目标的角误差信号。

1.3 单脉冲雷达天线方向图
在幅度比较单脉冲中，雷达天线一般形成4个指向有偏角的天线波束，其两个在方位坐标内，两个在仰角坐标内。

单脉冲方向图通过组合各个波束形成了一个“和”方向图和两个“差”方向图，其中，一个在方位内，另一个在仰角内。

雷达发射机通过“和”方向图发射，而跟踪接收机则应用通过“和”与“差”两种方向图形成的信号。

2 相干两点源干扰原理
一种干扰单脉冲雷达或者干扰一般的角跟踪雷达的方法就是采用空间上分开的干扰源。

所谓相干两点源干扰，就是在所保护的目标（舰船）附近设置两个辐射源，它们的频率相同而且相位上相关，使反舰导弹导引头跟踪在两点源之外的某一点，致使导弹攻击目标失败。

相干干扰机有一个独特的特点，即干扰机的视在功率质心可能位于干扰机所在立体角以外的位置上。

对于军舰而言，干扰源的安装必然受到空间的限制，干扰机所对应的立体角必然很小，故相干干扰必须要产生大的角度误差。

值得一提的是，当应用空间上分开的干扰机时，只有那些截获到跟踪雷达主瓣的干扰机才是有效的。

现在考虑用两部空间上分开的、但都位于雷达主瓣波束宽度之内的干扰机对一部跟踪雷达进行干扰的情况，位置如图4所示。

假设跟踪雷达的角误差鉴别器具有线性特性。

因为反舰导弹M进入战斗状态时一般都处于掠海飞行，可以认为导弹M、军舰上距离为L的两个相干的干扰源O1、O2在同一平面内相对运动，其中军舰相对于导弹静止不动，导引头天线等信号线方向与O1为θ1，与O2的夹角为θ2，为O1与O2之间的角距离为，为导弹的攻击角。

下面研究实现最佳相干干扰的条件。

式（8）说明了最大干扰效果时的条件和灵敏度，但它不能说明相干源干扰能够产生大角度误差的特殊物理现象。

众所周知，雷达天线对目标的定向是根据目标回波的到达角决定的[4]。

从物理实质上讲，天线对目标的定向就是确定目标回波的相位波前的法线方向。

若多点回波在高频相位上产生相互干涉，从而引起电波相位波前的倾斜或起伏，相位波前的起伏（即角噪声）使得目标反射中心的视在位置和目标的真实位置发生偏移。

这就是相干干扰的物理实质。

3 相干两点源干扰实际应用分析
相干源干扰对两干扰源之间的幅度匹配提出了严格的要求，并要维持180°的相位差。

实际中实施相干两点源角度干扰时应用一种叫做交叉眼的技术，其方框图如图6。

图中示出了有利于实现这种干扰的偏离中心线的干扰情况下的几何配置。

交叉眼技术采用两个独立的转发支路，每一支路都有收、发天线，连接天线的传输线和产生信号的放大器。

此外，一个支路含有一个180°移相器，会在受干扰雷达信号的到达方向上产生一个干涉仪零点。

而且，在一个支路中包含有相位和幅度控制装置，所以能调节两个转发器支路以得到相位和幅度匹配。

交叉眼技术的优点是它能保证两个相干干扰源辐射的信号能幅度匹配地、相位相差180°地到达要干扰的雷达，而与雷达信号到达干扰机的角度无关。

使交叉眼干扰复杂化的另一个因素是：成功地进行干扰将在受干扰雷达方向上形成一个干扰信号之间的干涉仪零点。

干扰信号必须与真实的目标回波进行竞争以捕获雷达的角度跟踪装置。

为此，真实雷达目标引起的角噪声必须扰乱雷达天线，使之偏离干扰信号零点足够远以产生正的干信比。

这就使得成功地进行交叉眼干扰所需的干信比至少为20dB。

4 结语
在电磁作战环境日趋复杂的今天，导弹对抗与反对抗技术的研究显得尤为重要。

选择有效的干扰措施，实现最佳干扰更是舰船对抗的一个重要课题。

本文以反舰导弹与相干两点源对抗场景为对象，推导了相干两点源对导引头进行角度欺骗时所引起的测角误差关系式。

理论推导及仿真表明偏差角的大小与两干扰源的幅度比和相位差密切相关，当两干扰源幅度相等、相位差180°时偏差角最大。

最后本文介绍了一种干扰机技术——交叉眼转发式干扰机，从实用的角度展现了相干两点源的应用前景及方向。

参考文献
[1]杨智辉，李锋.现代反舰导弹的电子对抗技术探讨[J].飞航导弹，2006（2）：60-63.
[2]А.И.列昂诺夫.单脉冲雷达[M].黄虹译.北京：国防工业出版社，1974.
[3]D.C.施莱赫.信息时代的电子战[M].1999：251-271.
[4]陈安娜.对单脉冲雷达的相干两点源干扰机理研究[J].航空兵器，2009（2）：7-11.
[5]潘科.反舰导弹对抗条件下作战效能评估方法.海军航空工程学院学报，2004（6）.
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