抗箔条质心干扰新方法研究*

孙迎丰，曾维贵，田燕妮，王新政

(海军航空工程学院，山东烟台 264001)

0 引言

箔条干扰是目前最为成熟的无源干扰技术之一，其使用简单、效费比高，在电子干扰对抗领域获得广泛应用。特别是现代海战中，箔条质心干扰是舰船常用的可有效对抗反舰导弹的干扰样式。因此，对雷达导引头抗质心干扰问题的研究具有重要意义。

现有抗箔条干扰方法多从信号处理的角度出发，利用箔条干扰与真实目标的信号差异滤除干扰信号的影响。但是质心干扰情况下的箔条与目标在空间上不可分辨，两者的回波混杂在一起，信号时域特征难以被利用。而且在海战场景下，舰船的速度和随风运动的箔条速度差别不大，多普勒滤波方法难以奏效。基于极化信息的抗干扰方法是雷达领域研究的热点，文献［1-3］利用目标和箔条极化特性差异进行了抗质心干扰的研究，该类方法需要获取目标和箔条的先验极化信息，且抗干扰效果与两者的极化特性差异程度有关。

文献［4］根据箔条与目标的高分辨距离像特性差异，提出基于几何推理的匹配抗箔条干扰方法。该方法理论性较强，但是基于高分辨技术抗干扰的思路值得借鉴。文中首先分析箔条质心干扰作用机理及单脉冲雷达导引头的角信息处理方法，结合距离高分辨的技术特点，提出了抗质心干扰的角跟踪新方法，最后通过对典型的箔条质心干扰海战场景的仿真验证该方法的有效性。

1 箔条质心干扰及机理分析

箔条是用金属或镀敷金属的介质制成的细丝。根据电磁辐射理论，箔条在雷达电磁波的作用下会产生二次辐射。通过将大量箔条散布空中形成箔条云团，便能在一定的空间范围内产生很强的雷达回波，干扰雷达对目标的检测和目标真实信息的提取。

箔条质心干扰主要应用在雷达导引头对目标跟踪的末段阶段，如图1所示。当雷达导引头已经跟踪上舰船目标以后，舰船在其周围布放箔条形成干扰假目标，由于干扰假目标处于雷达导引头的跟踪范围内，雷达导引头跟踪真、假目标的能量质心;随着导弹飞临目标所在区域，雷达导引头的跟踪范围缩小，在一定条件下，雷达导引头将从跟踪质心逐渐转向跟踪箔条干扰假目标。

图1 箔条质心干扰原理示意图

对雷达导引头的目标跟踪而言，箔条质心干扰的作用机理为:箔条干扰与舰船目标处于相同的雷达空间分辨单元内，干扰信号与目标回波信号混叠在一起，雷达导引头无法从接收信号中获取准确的目标位置信息，由于雷达导引头通常以跟踪波门内信号能量质心作为跟踪点，而在此情况下，该跟踪点往往偏离被攻击的舰船。

随着过程的推进，箔条若能凭干信比优势将跟踪点转移至干扰假目标，则可破坏雷达导引头对目标跟踪。可见，箔条质心干扰是一个动态过程，只有实现对质心效应所产生误差的有效累积，才能干扰成功。

2 基于角偏差加权的抗干扰方法

2.1 单脉冲测角信息处理

箔条质心干扰情况下，雷达导引头无法获取准确的目标位置信息，即同时存在测距偏差和测角偏差，其中，测角偏差是导致导弹无法命中目标的主要原因。

雷达导引头的角跟踪环路多采用单脉冲测角技术，其中以振幅和差法应用最为广泛。其原理是在同一角平面内形成两个形状相同并对称于天线轴线的倾斜波束，对两波束同时接收的信号进行和差处理，从中获取目标偏离天线轴的角度信息。

设两个波束的方向性函数为F(θ)，与天线轴线的倾斜角为±θ0，和、差波束方向图函数分别为FΣ(θ)和 FΔ(θ)，则有:

目标回波经单脉冲天线接收并输出的和信号SΣ(t)与差信号SΔ(t)，分别送入单脉冲接收机的和通道、差通道进行混频及中频放大等处理，得到两通道输出的信号为:

其中:KΣ、KΔ分别为和、差通道的信号传输系数;φΣ、φΔ分别为和、差通道中的相移。

经分析可知，当目标偏离等天线轴的角度不大时，差信号Δ的幅度与偏离角的大小成正比;为消除回波幅度变化的影响，需要利用和信号Σ对差信号Δ进行幅度归一化处理，其比值大小与偏离角呈线性关系，和差信号的相位差也与偏离角的方向相关。因此，通过对和差通道输出信号的幅相比较，可以得到目标相对于天线轴线的偏离角，即单脉冲角度测量公式为:

式中φ为和差信号的相位差，理想情况下，其取值为0°或180°。对于角度测量，该角度用来对目标角度进行估值;对于角度跟踪，该角度作为角误差用来控制天线波束位置向误差减小的方向运动，以实现对目标的连续角跟踪。

2.2 抗箔条质心干扰新方法

早期雷达导引头的分辨率较低，在此探测条件下只能将目标视为点目标，且认为对跟踪波门内回波能量质心的跟踪即是对目标的可靠跟踪。但是随着雷达分辨率的提高，且对于大中型舰船，距离分辨率远小于目标尺寸，雷达目标回波中包含了更丰富的目标细节信息，将有利于目标的识别和跟踪。

当箔条干扰与舰船目标在空间分开的情况下，利用舰船目标与箔条干扰的高分辨距离像相关特征差异有可能区分二者，进而能抑制箔条干扰。但是，在质心干扰情况下，箔条干扰与舰船目标回波混杂在一起，回波中所包含的目标信息受到严重污染，因此，基于信号处理的抗箔条质心干扰方法的有效性将受到质疑。

在距离高分辨条件下，舰船等目标可被描述为由多个散射中心组成的复杂扩展目标，且各个散射中心在一定程度上被分离到不同的距离单元中。通过信号检测可实现强散射中心的提取，再对强散射中心进行单脉冲测角处理，雷达导引头即可获得目标在多个距离单元上的角度值，这正是高分辨雷达提供的技术优势，也是文中抗质心干扰方法的基础。

借鉴距离跟踪系统中常用的分裂波门法，文中提出了新的抗质心干扰角跟踪方法，基本思路为:当雷达导引头捕获目标转入自动跟踪状态后，以天线轴线为中心，建立左右两个角度波门，分别获取目标的左右角偏差，并对其进行融合处理输出控制天线运动的角误差信号。

假设由单脉冲测角处理得到的角度测量为θi，i=1，2，…，N，N 为测量值数目，角度波门宽度为 θw，则落入左右波门的角度测量为:

左右波门通过融合处理分别输出左右角偏差:

对两偏差信号再次进行融合处理，得:

其中:f(·)用于提取角偏差信号，一般可取平均算子;α、β为自适应加权因子。

该角跟踪方法通过建立角度波门不仅可抑制角偏差较大的测量值，而且还增加了角跟踪过程中可利用的信息量。在目标跟踪的动态过程中，无干扰条件下，雷达天线基本对准目标，左右角偏差信号θL和θR保持相对稳定;而在实施质心干扰后，根据其干扰作用机理，天线某一侧的角偏差信号势必明显增大。因此θL和θR能描述受干扰前后角跟踪的状态变化，可利用自适应的α和β对其加权处理，使^θ更靠近目标真实位置。可见，该方法有利于提高跟踪稳定性及抗干扰能力。

3 仿真实验分析

为验证文中所提方法的有效性，文中采用信号仿真方法对雷达导引头接收和信息处理全过程建立了高精度的仿真模型。其中，箔条干扰仿真采用相干散射模型［5］，该模型能准确反映箔条回波信号的诸多特性，包括时域、频域、极化域等。舰船采用多散射中心模型［6］来描述，也是高分辨雷达信号仿真中常用的目标回波模型。关于其它仿真模型的研究，有关文献论述较多，文中暂不赘述。

仿真中以舰船初始位置为原点，以正东方向为X轴，以正北方向为Y轴建立坐标系，角度定义为与正北方向的夹角，顺时针为正。设风速为8 m/s，风向为－45°。舰船长约150 m，宽约30 m，在仿真过程中，舰船不实施机动，保持匀速直线航行，航速为14 m/s，航向为－10°。初始时刻的导弹位置为(－4 000 m，－4 000 m)，导弹飞行速度为300 m/s。雷达导引头采用LFM脉冲压缩体制，主要参数为:工作频率X波段，LFM 信号的脉冲宽度为10 μs，带宽为10 MHz，对应的距离分辨率为15 m;天线波束3 dB宽度为5°。

假定初始时刻，雷达导引头已对舰船进行稳定跟踪。仿真时间为2 s时，舰船向相对于舰船的(150 m，－150 m)位置施放箔条干扰。图2所示为仿真时间为2.1s时，无干扰条件下的舰船回波信号图2(a)和质心干扰条件下的舰船与箔条混合回波信号图2(b)。从中可以看出，箔条干扰信号幅度约为舰船回波信号幅度的2倍，且干扰信号在距离维上与舰船回波混杂在一起，严重破坏了舰船回波的时域特性，满足干扰成功的前提条件。同时，这也从信号层次上验证了仿真模型的有效性。

图2 脉冲压缩匹配滤波后的仿真信号

图3 质心跟踪法的仿真数据

图3所示为采用传统的质心跟踪法在箔条干扰条件下的仿真数据。图3(a)为导弹、舰船中心和箔条中心的运动轨迹，可以看出，在此对抗场景中，箔条质心干扰成功将导弹引偏，致使导弹未能命中目标。图3(b)所示为雷达导引头跟踪点分别与舰船几何中心和箔条中心的距离(雷达导引头跟踪点是指由其信息处理系统输出的所跟踪“目标”的距离和角度，再经转换至仿真坐标系中的位置点);从中可明显看出:箔条干扰实施以后，雷达导引头的跟踪点明显偏离舰船，而且在一定时间2～8 s内，箔条与舰船在雷达跟踪点的争夺过程较为激烈;随着时间的推移，舰船、箔条与雷达导引头三者的相对态势发生变化，跟踪点最终偏向箔条，质心干扰成功，导弹飞向箔条云所在位置。

图4 波门跟踪法的仿真数据

图4所示为采用文中所提的抗干扰跟踪法在箔条干扰条件下的仿真数据。图4(a)所示为各仿真实体的运动轨迹，左上角的小图显示了导弹命中舰船时刻的位置。由图4(b)可以看出，箔条干扰实施以后，未能将跟踪点诱偏，但是在相当一段时间2～13 s内，跟踪点与舰船几何中心的距离逐渐增大，这是因为箔条干扰尽管得到抑制，但未能从根本上滤除其影响;同样随时间推移，三者相对态势发生改变，导引头跟踪范围内只存在舰船目标，导弹最终命中目标。

4 结论

文中分析了箔条质心干扰作用机理及单脉冲雷达导引头的角信息处理方法，首次提出了利用角度波门抑制角误差、提高信息利用率的角跟踪方法，并通过仿真实验验证了该方法抗箔条质心干扰的有效性。必须指出，该方法并未从根本上消除干扰信号，只是在一定程度上抑制质心干扰对角跟踪环路的影响。对于现有的技术水平而言，该方法不失为一种实用的好方法。

［1］赵宜楠，金铭，乔晓林.利用极化单脉冲雷达抗质心干扰的研究［J］.现代雷达，2006，28(12):45-46.

［2］来庆福，赵晶，冯德军，等.斜投影极化滤波的雷达导引头抗箔条干扰方法［J］.信号处理，2011，27(7):1016-1021.

［3］李金梁，来庆福，李永祯，等.基于极化对比增强的导引头抗箔条算法［J］.系统工程与电子技术，2011，33(2):268-271.

［4］晏行伟，张军，谭志国，等.一种基于几何推理的匹配抗箔条质心干扰新方法［J］.信号处理，2010，26(11):1657-1662.

［5］高路，黄勇.高分辨雷达箔条干扰仿真方法［J］.制导与引信，2007，28(3):35-40.

［6］张安，卢再奇，范红旗，等.基于散射中心模型的舰船LFM雷达回波仿真［J］.雷达科学与技术，2011，9(4):316-320.