有源相控阵末制导导引头干扰技术

杨爱平,刘 军,陈 勇

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏 扬州225101)

0 引 言

随着现代战争的发展,战场电磁环境日益复杂,各型舰船均进行了隐身设计,要求导弹末制导导引头必须具有强大的对敌目标进行探测、识别、捕获、跟踪的能力,同时必须具有更强的抗干扰能力。相控阵雷达导引头是目前最前沿、最复杂的雷达导引头之一,相控阵雷达导引头打破了传统机械扫描雷达导引头固定波束形状、固定波束驻留时间、固定扫描方式、固定发射功率和固定数据率的限制,相控阵雷达导引头具有灵活的波束指向及驻留时间和时间资源分配等特点,从而可以提升导引头的攻击能力和攻击精度,增强了抗干扰能力[1]。

由于弹载使用极为严酷,相控阵制导技术目前正处于技术体制突破的关键时期,军事强国都在力争抢占该技术的制高点,力求领先应用在精确制导武器上[2]。目前,美国、俄罗斯、英国和德国等军事发达国家已经进行相控阵导引头的研制和相关试验[3]。

1 有源相控阵末制导导引头技术特点

(1)无惯性扫描,中末班交班能力强

相控阵末制导导引头用电子控制方式实现天线波束快速无惯性的转换指向,角空间搜索能力强,搜索方式灵活多样,在搜索样式、波位驻留时间和角空间捷变等方面可依据作战需求自适应设计,在远距离攻击时仍可保证高的中末制导交班概率[2]。

(2)抗干扰能力强

有源相控阵末制导导引头的电扫能力和方向图捷变能力决定了它比传统导引头抗干扰能力强。

有源相控阵末制导导引头普遍采用大时宽带宽积信号,具有很高的信号处理增益。

(3)隐身性能好

相对于传统末制导导引头,相控阵末制导导引头取消了伺服系统,进一步降低了导引头的雷达截面积(RCS),提高了其隐身性能。

2 有源相控阵末制导导引头干扰技术分析

2.1 前沿复制干扰

相控阵雷达普遍采用大时宽带宽积信号,包括大时宽线性调频(LFM)信号、相位编码信号和准连续波信号等波形,本文以线性调频信号为例进行分析。

LFM信号是一种脉冲压缩信号,它通过非线性相位调制或线性频率调制来获得大时宽带宽积。采用这种信号的雷达可同时获得远的作用距离和高的分辨率[4]。为分析计算方便,LFM信号用复数形式表示(幅度归一化)如下:

前沿复制干扰是指干扰机对截获的雷达信号进行前沿采样复制并循环转发,循环转发的次数根据具体参数设定来确定。前沿复制干扰时序如图1所示。

图1 前沿复制干扰时序图

根据公式与仿真分析,前沿复制干扰可以产生多个假目标,原线性调频脉压信号的功率几乎平均分散到各个目标中,假目标的个数等于转发干扰的个数N,假目标相对于真实回波的滞后时间为转发干扰信号相对截取存储信号起始的时延[5]。

仿真场景1:雷达信号脉宽τ=100μs,带宽B=30 MHz,干信比J/S=0 d B。前沿复制宽度τ′=10μs,转发干扰个数9个,干扰效果图如图2所示。前沿复制宽度τ′=20μs,转发干扰个数4个,干扰效果图如图3所示。

图2 前沿复制干扰效果图(前沿宽度10μs)

从图2和图3可以看出,每个假目标获得的脉压增益与目标回波脉压增益比值等于前沿宽度与雷达脉冲宽度比值,假目标个数等于转发干扰次数,每个假目标滞后目标回波的距离与前沿宽度成正比。当前沿宽度较宽时,假目标所获得的脉压增益较高,但在雷达距离波门内形成的假目标个数较少。

图3 前沿复制干扰效果图(前沿宽度20μs)

前沿复制干扰能形成多个相干的假目标,但假目标之间的距离远大于雷达距离分辨力,同时所形成的假目标基本为单点假目标,其特性与真实目标差距很大,能够被相控阵末制导导引头识别,无法达到欺骗相控阵末制导导引头的目的。

2.2 卷积干扰

基于前沿复制的卷积干扰是指干扰机对截获的雷达信号进行前沿采样复制并延时转发,延时转发的次数及时间根据具体参数设定来确定。干扰时序框图如图4所示。

图4 卷积干扰时序框图

相比于前沿复制转发干扰,卷积干扰可以获得更密集的假目标,如果延时的时间较小,假目标叠加后将连成一片。如果控制好每级的延时及转发的次数,经雷达脉压后,将形成一长度较大的假目标。

卷积干扰形成的假目标滞后于目标回波,为了达到更好的欺骗效果,可利用LFM脉冲压缩信号固有的距离-多普勒频移间存在强耦合的弱点,通过对截获的雷达发射信号调制1个附加的频率后转发给雷达。经过移频,假目标相对于真目标发生的时延为:Δt=|ξ|/K,其中ξ为移频量[6]。

由于假目标滞后于目标回波的时间等于卷积干扰复制的前沿宽度(设为τ′),因此如需假目标能够覆盖雷达回波,则移频量|ξ|＞τ′K=τ′B/T。

仿真场景2:雷达信号脉宽τ=100μs,带宽B=30 MHz,干信比J/S=15 dB,前沿复制宽度τ′=10 μs,移频量4 MHz。延时1μs,转发8次,干扰效果图如图5所示;延时200 ns,转发32次,干扰效果图如图6所示。

图5 卷积干扰图(延时1μs,转发8次)

对比图5和图6,延时时间较大时(1μs),假目标为一串很有规律的点迹假目标,容易被雷达识别,干扰效果较差;延时量较小时(200 ns),多个假目标连成了一片且幅度有一定起伏,能够起到较好的欺骗效果,干扰效果较好。

图6 卷积干扰图(延时200 ns,转发32次)

2.3 自适应干扰

相控阵末制导导引头的波束捷变、波束电扫描及其灵活的工作模式,大大增加了对抗难度,采用传统的电子对抗技术已难以实现有效的干扰。采用自适应干扰技术是传统电子战技术的发展,通过基于自适应学习侦察技术的突破,不断地感知周围的电磁环境、适应新的威胁目标的识别,从而自动探测、识别,智能合成干扰措施,采用高度自适应的电子对抗技术,完成对相控阵末制导导引头的有效干扰[7]。自适应电子对抗系统的基本工作原理框图如图7所示。

3 结束语

由于相控阵导引头波束控制灵活、抗干扰能力强、具有自适应能力等优点,将成为引领雷达导引头发展方向的新一代导引头[8]。本文对基于前沿复制的卷积干扰进行了仿真分析,仿真结果表明延时200 ns、转发32级,同时根据前沿复制宽度设置一定的移频量后,卷积干扰可对相控阵末制导导引头形成较好的干扰效果。最后提出了对相控阵末制导导引头自适应干扰的方案。

随着技术体制的成熟,相控阵末制导导引头将广泛应用于装备,本文提出的方法能够为有源对抗相控阵末制导导引头提供较为可行的途径。

图7 自适应电子对抗系统工作原理框图