“交叉眼”干扰在单脉冲雷达中表现特征分析

刘庆云，马　亮(上海航天技术研究院802研究所，上海200090)



“交叉眼”干扰在单脉冲雷达中表现特征分析

刘庆云，马亮
(上海航天技术研究院802研究所，上海200090)

摘要:“交叉眼”干扰技术被认为是最具发展前景的现代电子防卫手段之一。为开展其对抗技术研究，对单脉冲雷达在“交叉眼”干扰环境下的和、差接收信号进行了数学建模，并通过仿真计算分析了和、差接收信号所表现出的特征。初步分析结果表明:“交叉眼”干扰会导致单脉冲雷达差接收波束方向图发生畸变。畸变的严重性主要取决于干扰源和单脉冲雷达间的距离以及两干扰点源输出信号功率之比;“交叉眼”干扰同样会导致差、和接收信号功率之比出现异常。干扰源与单脉冲雷达间的距离越小和(或)“交叉眼”干扰的诱偏能力越强，差、和接收信号功率之比出现异常的角度范围越大。

关键词:“交叉眼”干扰;单脉冲雷达;波束方向图;畸变

0　引言

“交叉眼”干扰是为对抗单脉冲角跟踪雷达或雷达导引头而专门设计的一种干扰技术，主要用于在飞机、舰船等武器平台上对来袭的雷达末制导导弹进行角度诱偏。相比于拖曳式或投掷式雷达诱饵干扰，随着成本及工程实现难度的下降，“交叉眼”干扰的性能优势逐步显现出来，因此，它被认为是最具发展前景的现代电子防卫手段之一［1-4］。显然，开展“交叉眼”干扰对抗技术研究是很有意义的。但截至目前，除文献［5］外，并无这方面的研究报道。文献［5］认为，当所接收信号为“交叉眼”干扰信号时，单脉冲角跟踪雷达和接收波束方向图将表现出差接收波束方向图的特征，而差接收波束方向图将表现出和接收波束的方向图特征，且和接收波束最大输出响应方向将偏离真实目标方向。初步的分析结果表明，文献［1］中结论存在较大偏差，且仅给出了“交叉眼”干扰在单脉冲角跟踪雷达中所表现出的单个特征。为此，本文以比幅测角体制单脉冲角跟踪雷达为例，对“交叉眼”干扰在其和、差接收信号中所表现出的特征开展较深入研究，为探索对抗“交叉眼”干扰的可能手段提供技术支持。

1　单脉冲和、差接收信号数学模型

假设场景:主动雷达末制导导弹与飞机(“交叉眼”干扰设备的收发天线1、2分别位于两机翼顶端)进行对抗，且为分析方便，假设两干扰点源与雷达导引头处于同一水平面内，如图1所示。R0、R1、R2、θc、dc、Δθ1及Δθ2的定义如图1中所示。其中，Δθ1恒为正值，Δθ2恒为负值。文中所用其它各物理量的定义如下: s(t)、λ分别为雷达导引头发射机输出信号及发射信号波长; Sg(θ)、Dg(θ)为雷达导引头和、差波束方向图(均指其电压增益) ;θr为雷达导引头和波束指向，和波束指向两干扰点源中间位置右侧时θr为正，否则为负，θr=0°表示雷达导引头和波束指向目标方向;β1、β2、Δφ分别为两干扰点源发射功率控制因子及被干扰雷达接收天线处两“交叉眼”干扰信号间的相位差。

图1　“交叉眼”干扰信号建模用图

当接收信号为“交叉眼”干扰信号时，雷达导引头和、差接收信号分别为:

式中，|sc(t) | =λ2β1Sg(Δθ1－θr) Sg(Δθ2－θr) / ((4π)2R1R2) (此处隐含假设“交叉眼”干扰设备的收、发天线是全向天线)，β=β2/β1。R1、R2、Δθ1及Δθ2分别为:

2　和、差接收波束的扫描特征

下文均以式(1)、(2)所示信号模型为依据进行分析。图2给出了参数R0、β及Δφ不同取值组合情况下，归一化差接收信号功率与θr间关系曲线的仿真计算结果，其中，θ3dB为和波束的3dB波束宽度。由图2可见，当接收信号为“交叉眼”干扰信号时，在给定参数的几种取值组合情况下，差接收波束方向图均出现了不同程度的畸变，且R0越小和(或)β越大，畸变越明显。当R0= 1km且β= 0．9时，差接收波束方向图近似表现出和波束的方向图特征，且在θr= 0°附近取得极大值;当R0、β一定时，Δφ越偏离180°，差接收波束方向图的畸变越严重。

图3给出了当接收信号为“交叉眼”干扰信号时，归一化和接收信号功率与θr间关系曲线的仿真计算结果。由于该关系曲线形状不随R0、β及Δφ而发生变化，故仅给出一组关系曲线。由图3可见，除波束宽度稍变窄外，和接收波束方向图没有发生畸变，且仍在θr=0°处取得极大值。这同文献［1］中所给结论是存在明显差异的。

3　差、和信号功率之比的扫描特征

图2　差接收波束方向图的畸变性

图4给出了当接收信号为“交叉眼”干扰信号时，参数R0、β及Δφ不同取值组合情况下，差、和接收信号功率之比与θr间的关系曲线的仿真计算结果。由图4可见，在给定的几种取值组合情况下，差、和接收信号功率之比与θr间的关系曲线均出现了不同程度的畸变，甚至在某些θr取值范围内出现了差接收信号功率大于和接收信号功率的情况。R0越小和(或)“交叉眼”干扰的诱偏能力越强(β越大且Δφ越接近180°，“交叉眼”干扰的诱偏能力越强)，畸变越明显，出现差信号功率大于和信号功率的θr取值范围也越大。在这些角度范围内，R0越小和(或)“交叉眼”干扰的诱偏能力越强，差、和信号功率之比的最大值也越大。

图3　和接收波束方向图特征

图4　和、差接收信号功率之比的扫描特征

4　结束语

综合上文分析可知:当接收信号为“交叉眼”干扰信号时，单脉冲雷达差接收波束的方向图发生了畸变。干扰源与单脉冲雷达间的距离越小，和(或)两干扰点源输出信号功率越接近，差接收波束方向图越表现出和接收波束的方向图特征，并在目标方向附近取得极大值。同时，差、和接收信号功率之比与波束指向间的关系曲线也会发生畸变，甚至会出现差接收信号功率大于和接收信号功率的情况。干扰源与单脉冲雷达间的距离越小和(或)“交叉眼”干扰的诱偏能力越强，出现差接收信号功率大于和接收信号功率的角度范围也越大。在这些角度范围内，差信号与和信号功率之比的最大值也越大。但上述特征是否为“交叉眼”干扰所独有，尚需通过进一步的深入研究才能确定。

参考文献:

［1］Charland S．Future EW: counter-missile technologies［OL］．http: / /www．skyindustries．com，2011．

［2］Tucker TW，Vidger B．Cross-eye jamming effectiveness［R］．Ottawa: Tactical Technologies Inc．，2009．

［3］Du Plessis WP，Odendaal JW，Joubert J．Tolerance analysis of cross-eye jamming systems［J］．IEEE Trans．on Aerospace and Electronic Systems，2011，47(1) : 740－745．

［4］Du Plessis WP．Platform skin return and retrodirective croseye jamming［J］．IEEE Trans．on Aerospace and Electronic Systems，2011，48(1) : 490－500．

［5］Chandler CA，Gunter TX．Cross-eye jamming detection and mitigation: U．S．A．，7843376［P］．2010．

Characteristic analysis of cross-eye jamming of monopulse radar signals

Liu Qingyun，Ma Liang
(No．802 Research Institute of SAST，Shanghai 200090，China)

Abstract:Cross-eye jamming is supposed to be one of the most prospective ECM technologies for self-protection against monopulse tracking systems．In order to develop anti-cross-eye jamming techniques，the mathematics model of the received sum and difference monopulse radar signals under conditions of cross-eye jamming is presented，and then s the characteristics of these received signals are analyzed by simulations．Preliminary results show that cross-eye jamming causes distortion of difference beam pattern of the monopulse radar．The magnitude of distortion depends mainly on the distance between the monopulse radar and the jamming sources，and on the output power ratio of two cross-eye sources．Cross-eye jamming also causes abnormality of power ratio of the difference signal to the sum signal．The shorter the distance between the monopulse radar and the jamming sources and (or) the stronger the angle deception ability of cross-eye jamming，the wider the angle range in which the power of the difference signal is greater than that of the sum signal．

Key words:cross-eye jamming; monopulse radar; beam pattern; distortion

作者简介:刘庆云(1969－)，男，高工，博士，研究方向为雷达导引头抗干扰、电子侦察总体、信号处理及信号分选。

收稿日期:2015－05－10; 2015－10－15修回。

中图分类号:TN972; TN974

文献标识码:A