一种基于距离分辨的抗拖曳式干扰方法研究

李世平

摘 要： 本文在脉冲多普勒雷达导引头的基础上，针对拖曳式诱饵干扰，提出一种基于距离分辨的抗拖曳式干扰方法，采用线性调频信号，增加导引头的距离分辨能力，使导引头能有效区分目标回波和干扰信号。并建立了仿真模型，进行数字仿真，验证了方法的有效性。

关键词： 导引头；诱饵；线性调频；仿真

0 引言

拖曳式诱饵是一种针对脉冲多普勒雷达导引头的有效干扰方法。载机通过光纤拖曳一个有源干扰发射装置转发雷达信号、对雷达/导引头实施假目标欺骗干扰。由于拖曳式干扰与载机间的距离较短且与载机具有几乎相同的运动特性，在中远距离上，不管是迎头、尾追还是截击，载机回波与诱饵干扰信号的多普勒频率之差小于PD体制导引头的多普勒频率分辨单元宽度，PD体制导引头很难分辨、识别载机回波与干扰信号（二者的多普勒谱线几乎重合）。在距离维度上，由于载机和诱饵具有一定的距离，通常为100m～300m，信号从载机发出，传送到诱饵发射出来具有一定的时间延迟，如果信号波形的距离分辨率足够高，则可以通过距离进行分辨。本文利用线性调频信号的高距离分辨特性，从距离维进行目标和干扰信号的区分，对抗简单转发式干扰。

1 导引头工作原理

脉冲多普勒雷达导引头接收到回波信号后，要对回波信号进行处理。通常采用的方法是将三个支路的回波信号分别经过匹配滤波、多普勒滤波[1]，然后通过多普勒滤波器组的输出测量多普勒频率，采用振幅和差式测角对误差角进行测量。

实现速度跟踪的关键是如何在频域形成一个时刻套住目标的速度门。在基于FFT的数字信号处理系统中，可以通过比较相邻多普勒滤波器的输出实现多普勒跟踪。通过目标检测、速度跟踪系统后，进入角度跟踪系统的回波信息是在速度波门内的一段回波信号。分别将速度门内的和通道信号、差通道信号的实部取出求和，然后确定角误差信号。

2 拖曳式干扰原理

拖曳式干扰[2]是一种载体外有源干扰， 载机通过光纤拖曳一个有源干扰发射装置转发雷达信号、对制导雷达实施假目标欺骗干扰。在导弹与目标距离较远的情况下，弹目距离R远远大于载机和诱饵的距离L，载机和诱饵相对于导引头的张角△θ非常小，则载机和目标的运动速度基本相同，二者的径向速度差也非常小，多普勒频差小于导引头的速度分辨率，此时认为两者速度基本相等。在中远距离情况下，△θ远小于导引头波束的宽度，诱饵与目标同时落入导引头主瓣波束之内，速度跟踪系统鉴频特性零点与信号的多普勒频率重合，同时也与干扰源的多普勒频率重合，即干扰信号很容易捕获导引头速度跟踪波门。随着弹目距离的逐步减小，△逐步增大，径向速度之间差异越来越大，当大于多普勒雷达的速度分辨率时，二者的多普勒谱线将逐步分离。由于干扰信号功率大于目标回波信号功率，速度波门将选择跟踪干扰源，当速度差异大于速度跟踪波门的宽度时，目标信号将逃离到导引头的速度跟踪波门之外。

在角度上，拖曳式诱饵对单脉冲多普勒雷达导引头的角度干扰可以看作空间两点源对角度跟踪系统的干扰[3]，如果拖曳式诱饵起作用，导引头的角度跟踪系统响应会因由第二个反射源的存在而发生变化。拖曳式诱饵通过电缆或光缆与载机相连，由载机拖曳，提供电源，并且控制诱饵的工作，诱饵转发目标接收到的信号，并进行一定的信号处理，产生干扰波形。由于拖曳式诱饵干扰信号与目标回波信号间存在时延和多普勒频差，即拖曳式诱饵可与目标一起对导引头形成非相干双点源干扰，对导引头在角度上造成欺骗干扰，使雷达导引头跟踪它们回波信号的能量中心。

在距离上，雷达距离分辨率是由脉冲的宽度决定的，理论分辨率可表示为

（1）

式中：c为光速；τ为雷达系统的脉冲宽度。

工程可分辨距离应在理论分辨值的基础上乘以一个系数。单脉冲雷达导引头为窄带雷达，典型脉冲宽度为1μs，系统带宽为1MHz，则距离的理论分辨率为150m。拖曳式诱饵的拖曳线长度L般为75m ～200m，如美波音767军用运输机L为91m ～122m，其他战斗机的L也在100m左右[4]。当载机由远及近，一般脉冲雷达和导引头很难从距离上对诱饵和载机进行分辨。

3 线性调频抗拖曳式干扰方法

线性调频信号是一种大时宽带宽积信号，具有良好的距離分辨率。其距离分辨能力与调制带宽成反比，即

（2）

式中：c为光速；B为调制带宽。

线性调频信号可采用如下数学表达式表示：

（3）

式中：A（t）为光速；f0为载频；k=B/τ为调频斜率。

取TM=τ，假设匹配滤波器的输入是位于位置距离R0处的目标回波，对应的时延t0=2R0/c，匹配滤波器输出的信号分量为：

（4）

输出波形为一个三角波，它的峰值出现在相关时延为零处，x-t0=x+τ-t或t=τ+t0处。峰值出现在t0+τ时刻，对应于目标回波实际时延与因果匹配滤波器时延之和。

考虑拖曳式诱饵为转发式干扰，不对信号作其它调制，则干扰信号与回波信号类似，由于诱饵相对于载机有100m左右的距离，在迎击状态下，经脉冲压缩后，干扰信号相对于回波信号有0.67μs的延时。因此，如果导引头能将间隔0.67μs的信号区分开，则导引头能将目标信号和干扰信号区分开来。在导弹迎击目标的条件下，干扰信号相对于回波信号有延迟，通过选取时延小的信号为目标，可在距离维进行抗拖曳式干扰。

4 仿真验证

设置仿真条件：调制带宽20MHz，脉冲宽度4μs，脉冲周期10μs，采样率200MHz，拖曳缆绳长度100m，干扰类型为转发干扰，干扰信号比目标信号强10dB，载频为0，回波相对周期起始时刻的延时为5μs。单个脉冲的仿真结果见图1。

由图1可知，采用20MHz带宽的线性调频信号，经过脉冲压缩后，在一个周期内能将间距为100m的两个信号分隔开。在迎击状态的简单转发式干扰状态下，干扰信号相对于回波信号有一定的时间延迟，因此，在同一脉冲重复周期中，经脉冲压缩后的干扰信号的时延要比回波信号的大，在多个脉冲中，通过选取时延较小的信号进行积累、检测和跟踪，可有效地选取目标回波信号进行跟踪，从而实现抗简单转发式拖曳诱饵干扰。

5 结论

本文通过采用线性调频信号，提高信号的距离分辨率，实现目标与干扰信号的有效分辨，从而达到抗简单转发式干扰的目的。通过仿真，验证了该方法的有效性。

参考文献

[1] Ikits M， Brederson， JDand Hansen， C.， Hollerbach， J. An improved calibration. framework for electromagnetic tracking devices [C].Proc. IEEE Virtual Reality. 2001：13-17.

[2] 陶茀毓.拖曳式干扰与防空导弹的制导体制[C].“现代雷达面临的电子威胁”学术研讨会论文集，2003（12）：160-165.

[3] F Neri.Anti-monopulseJamming Techniques[C].International Microwave & Optoelectronics Conference.2002，2：45-50.

[4] 赵兴录，等.地空导弹武器系统抗拖曳式干扰方法[J]. 现代雷达，2013，35（3）：1-4.