对无源相干雷达的干扰策略研究

王肖洋,高俊光,刘广建,胡军军,郝道亮

(中国洛阳电子装备试验中心,河南 洛阳 471000)



对无源相干雷达的干扰策略研究

王肖洋,高俊光,刘广建,胡军军,郝道亮

(中国洛阳电子装备试验中心,河南 洛阳 471000)

无源相干雷达具有反隐身、抗干扰等诸多优点,对其实施有源干扰存在一定难度。通过分析无源相干雷达的工作体制特点,给出了判断雷达部署区域的基本方法,分析了对其实施噪声压制干扰和欺骗干扰的技术可行性,最后结合实测雷达数据仿真分析了远距离压制噪声对关键信号处理过程的干扰效果。研究结果表明,对无源相干雷达实施远距离噪声压制干扰在技战术上具有一定的可行性。

无源相干定位;杂波对消;噪声压制干扰;欺骗干扰

无源相干雷达系统自身并不对外辐射信号,通过接收目标反射的环境中的通信、电视广播等信号实现目标探测,系统工作于双基地模式,因此该体制雷达在抗干扰、抗反辐射打击和反隐身方面具有显著优势。目前世界主要国家涌现出多套无源相干定位系统,著名的有美国20世纪90年代末推出的“沉默哨兵”系统[1]。

文献[2-5]针对双基地雷达提出了转发干扰、灵巧噪声干扰、多假目标、箔条干扰等一些有源、无源干扰手段,并分析评估了其干扰效能。这些针对双基地雷达的干扰研究侧重在技术层面,对其战术可行性考虑不够。文献[6]针对双基地雷达的干扰,提出了一种无源区诱骗、有源区干扰的干扰策略,诱骗雷达接收波束指向目标,具有一定的启发性和可行性,但是诱骗和干扰的时机难以把握。另外,无源相干雷达虽然可以归类为双基地雷达,但其利用的辐射信号为非合作信号(有源双基地雷达采用的仍然是合作信号),工作原理上仍有自身的技术特点,因此针对双基地雷达提出的干扰技术方法对于无源相干雷达不完全适用。只有充分分析无源相干雷达工作的原理、技战术特点,才能提出有针对性的对抗技术和方法。本文从分析无源相干雷达工作特点入手,给出了判断其部署区域的方法原则,然后定性分析了压制和欺骗两种有源干扰对其实施干扰的可行性,最后部分条件下仿真分析了噪声压制干扰对它的干扰效果。

1 无源相干定位工作原理与特点

1.1 无源相干雷达信号处理原理

无源相参定位系统设有两个信号接收通道：一个参考通道接收来自辐射源的直达波作为参考信号,一个监测通道接收空中的目标回波信号。求解参考信号和回波信号的互相关函数,即可获得目标的距离和多普勒信息,其原理如式(1)所示,信号处理流程与几何关系如图1所示[7]。

(1)

r(t)和s(t)分别是参考信号和目标回波信号。τ和fd分别对应目标回波的时间延迟和多普勒频率。

图1 无源相干定位原理与几何关系

1.2 无源相干雷达工作特点分析

结合无源相干雷达的技术特点和欧美各国实际系统的技术指标梳理了该体制雷达的一些工作部署特点。

1)依靠一个“辐射功率在一定区域内占主导地位,且位置相对稳定”的辐射源来工作,因此会围绕大功率辐射源布站。另外,一部雷达会选择多个备用辐射源,或者同时利用多个辐射源采用组网技术精确定位。多个大型辐射源共同覆盖的区域可能成为该体制雷达的布站区域[1]。

2)接收站与辐射源之间需保持通视,确保参考通道获得的直达波信号不受遮挡,这大大限制了该体制雷达的部署区域[8]。

3)接收站与辐射源之间需保持合适距离。参考接收天线需要接收来自辐射源的直达波作为参考信号,为了尽可能保证参考信号“纯净”,并满足一定的信噪比,同时为了避开强直达波对监视通道的干扰,基线距离通常在20km到40km之间[9-11]。

4)监视通道的主波束探测方向要避开自身所利用的辐射源,方位向覆盖范围受限,多个实际系统显示其威胁正面的方位角覆盖宽度为60°～120°[1]。

5)当目标处在中轴线方向附近时,目标回波的多普勒偏移最明显,有利于从杂波中检测目标[7],辐射源与接收站之间的中轴线应尽可能朝向主威胁方向。

6)监视通道实际接收到的动目标回波信号远小于直达波信号和多径信号,它们的功率强度差异在60～140dB左右,因此雷达站在防御纵深的部署位置不易靠后[12]。

7)通常作为补充探测手段与大型预警雷达联合部署,在有源雷达抗反辐射打击关机期间,扮演接力预警的角色,大功率预警雷达附近也可能成为该体制雷达的部署区域。

2 有源干扰对抗无源相干雷达的可行性分析

无源相干雷达并不对外辐射信号,因此较难通过信号侦察手段获知雷达的确切部署方位、距离。但是通过上节的分析可知,受工作体制限制,它的部署地域也受到限制,并有规律可循,即使不能完全确定雷达接收站的准确位置,也可以大致划定其部署区域,再结合多源情报融合手段,可大大提高对其发现概率,甚至有可能获得其精确部署位置,再配以合适的有源干扰技术,可大大提高对无源相干雷达实施干扰的战术可行性和有效性。

在实际对抗行动中,结合多方情报来源,可大致给出判断雷达部署区域的基本方法如下：

Step1:对进攻前沿的10KW以上大功率商用辐射源进行标定。

Step2:以每一个辐射源为中心在两侧各划定一个30°～60°宽、径向20km长的双扇形区域。

Step3:根据地形条件,在每个辐射源两侧的双扇形区域选定能够与辐射源通视的相对制高区域。

Step4:将同时能够与多个辐射源进行通视的区域或者附近部署有大型预警雷达的区域视为雷达的可能部署区域。

Step5:综合多源情报进一步缩小范围,如利用高分辨率对地观测手段通过识别雷达天线的外形尺寸对雷达最后可能的部署区域进行精细判读确认。

图2 无源相干雷达部署区域与探测威力图

在确定雷达的部署范围后,可根据无源相干雷达的信号处理特点有针对性地施放有源干扰,典型的有源干扰分类如图3所示,文中重点讨论噪声压制干扰和假目标欺骗干扰。

压制干扰作用是降低雷达的发现概率或者探测距离,一般用于压制警戒雷达和引导雷达。远距离支援干扰,主要对敌防空预警和指挥系统实施远距离大功率电子干扰,能在敌防空火力范围之外,形成较宽干扰扇面,能同时对多个频段实施干扰[13]。理论上噪声干扰对任何电子系统均是有效的,在只能确定雷达部署大致区域的前提下,在不能完全确定雷达利用频点的情况下,采用远距离支援噪声压制干扰是可行的。

对于有源雷达,噪声干扰进入雷达接收系统后,并不影响本地参考信号,经过脉冲压缩、匹配滤波后,噪声能量被抑制。但是,对于无源相干雷达,噪声干扰可以从天线旁瓣同时进入雷达监视接收系统和参考接收系统,不仅压制了目标回波信号,也“污染”了经空间传播获得的参考信号。无源相干雷达信号处理过程中的杂波对消和相参积累均有赖于“纯净”的参考信号,参考通道被干扰后杂波对消增益下降,引起目标回波能量损失,目标回波再次与受污染的参考信号进行相参积累,积累增益进一步降低。因此,相比有源雷达,噪声干扰对无源相干雷达的干扰效果有可能更佳。

图3 有源干扰分类

有源欺骗干扰多用于干扰火控雷达的截获系统、跟踪系统、末制导雷达的跟踪系统,在战术运用中,多假目标干扰、密集假目标干扰运用较多。

无源相干雷达的距离分辨率较低且是时变的,目标相对雷达接收站的径向速度也是时变的,因此目标识别能力比较差[7]。另外,雷达所能利用的辐射源的信号形式通常是公开的[11]。这对实施假目标欺骗干扰都是有利条件,但是困难在于难以实时掌握雷达利用哪一个辐射源或者说雷达的准确工作频率,例如即使能确定雷达所利用的具体商用辐射源,并不能准确掌握其利用的是哪个频点。

在不能确切掌握雷达的部署坐标、工作频点的情况下,相比假目标欺骗干扰,具有大功率、宽带宽、宽扇面特点的远距离支援噪声压制干扰更适合用于对抗无源相干雷达。

3 基于实测数据的噪声干扰对无源相干雷达的干扰效应分析

3.1 无源相干雷达信号处理典型算法

无源相干雷达信号处理的两大关键步骤是杂波对消和相干积累。

杂波对消的实现方法通常为自适应滤波算法,包括最小均方差(LMS)、归一化最小均方差(NLMS)、分块最小均方差(BLMS)、递归最小二乘(RLS)以及它们的改进算法,这些算法各有优缺点,主要关注指标为对消增益和收敛速度,工程中使用较多的是归一化分块最小二乘算法(NBLMS)以及它的快速实现算法,本文基于该算法开展研究。NBLMS算法的权向量迭代公式如下：

(2)

e(k)=Secho(k)-WH(k)Sref(k)

(3)

W(k)表示滤波器权向量,Sref(k)表示参考信号输入向量,Secho(k)表示监测通道接收信号,e(k)是杂波对消的输出结果,其中包含有目标信号。

图4是采用NBLMS滤波算法进行杂波对消的收敛过程,收敛之后杂波强度明显减弱。

图4 杂波对消收敛过程

相干积累则按照公式(1)进行,或者是基于该公式的一些快速算法,图5是按照公式(1)进行距离——多普勒相干积累后的处理结果。

图5 距离——多普勒相干积累结果

3.2 基于实测数据的干扰效应分析

通过设定干扰场景参数,根据干扰方程推算出雷达天线口面处的噪声干扰强度,再在实测数据中注入带限噪声进行分析。实测数据的载频为682MHz,带宽7.6MHz,进行了100次蒙特卡洛仿真,仿真参数设置如表1所示。

表1 仿真参数设置

在100km距离上,的干扰主瓣宽度可以覆盖500km2以上的面积,可以覆盖雷达可能部署区域。在上文作战部署区域分析的基础上,假定干扰主瓣能够覆盖无源相干雷达的可能部署区域,噪声干扰从雷达天线的旁瓣进入。根据干扰方程

(4)

计算得监视天线接收的干扰信号功率强度,产生对应强度的7.6MHz宽的带限噪声信号。

图6表示不同干扰距离下,雷达采用NBLMS算法的杂波对消增益。实线表示干扰信号只从监视天线的副瓣进入,虚线表示干扰信号同时进入参考天线和监视天线的副瓣。

图6 噪声干扰下的杂波对消增益

图7 噪声干扰下的目标信杂比

图7表示不同干扰距离下,雷达采用NBLMS算法进行杂波对消,再进行距离——多普勒二维相干积累后的目标信杂比,信杂比为1时表示不能发现目标。实线表示干扰信号只从监视天线的旁瓣进入,虚线表示干扰信号同时进入参考天线和监视天线的旁瓣。

从图6和图7可得知,参考和监视通道同时受到干扰时,杂波对消增益和目标信杂比均低于只有监视通道受到干扰的情况,这与上文分析有源压制干扰可行性的结论是相符合的。即传统的噪声压制干扰对无源相干雷达的干扰效果要优于采用脉冲压缩抗干扰措施的有源雷达。仿真实验结果表明,噪声压制干扰对无源相干雷达的典型信号处理能够取得较好的干扰效果。

4 结束语

本文定性分析了噪声压制和假目标欺骗干扰对无源相干雷达实施干扰的技战术可行性,并基于实测数据仿真分析了远距离噪声压制干扰对该体制雷达信号处理过程的干扰效应,研究结果表明在不能确切掌握雷达部署位置和工作频率的前提下,采用远距离支援噪声压制干扰对抗无源相干雷达在技战术上有一定的可行性。文中的研究内容可以为无源相干雷达对抗提供一定的技战术参考,但是结论还有待充分验证。例如,分析雷达可能部署区域时,没有考虑体系作战因素,压制干扰效应还需要实际的等效缩比试验来验证。

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The Research on Jamming Tactic for Passive Coherent Radar

WANG Xiao-yang, GAO Jun-guang, LIU Guang-jian, HU Jun-jun, HAO Dao-liang

(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China, Luoyang 471000, China)

Passive coherent radar have significant advantages in anti-stealth and anti-jamming, so it is difficult to carry out active jamming against it. The approaches to determine the radar’s deployment area were given in this paper through analyzing the technical and tactical characteristics of passive coherent radar. And then the feasibility of performing noise jamming and deception jamming on passive radar were discussed. Finally, the interference effect that noise stand-off jamming against the procedure of radar signal processing was analyzed by simulation based on actual radar data. The results showed that exploiting noise stand-off jamming against passive radar show a feasibility in tactics and technology.

passive coherent location; clutter cancellation; noise jamming; deception jamming

2016-12-01

王肖洋(1989-)，男，河南漯河人，硕士，助理工程师，研究方向为雷达与雷达对抗。 高俊光(1978-)，男，硕士，高级工程师。 刘广建(1972-)，男，硕士，高级工程师。 胡军军(1985-)，男，硕士，工程师。 郝道亮(1989-)，男，硕士，助理工程师。

1673-3819(2017)03-0045-04

TN95；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.010

修回日期： 2017-01-21