靶弹突防中的有源干扰信号监测系统实现与使用研究

张伟军，洪 闯，叶卫勇，李海路，关宝财，王志春

（1.中国人民解放军95821 部队，甘肃 酒泉 732750；2.中国人民解放军93145 部队，广东 深圳 518000；3.中国航天科工集团8511 研究所，江苏 南京 210007）

0 引言

弹道导弹（TBM）在助推段、自由飞行段和再入段面临多种电子威胁，为了提高突防效果，TBM 采用无源、有源等多种电子对抗手段，对反导系统中的雷达或导引头进行干扰，使反导系统的作战效能下降。有源电子对抗手段主要是采用伴随式干扰机，其安装于TBM 弹上的干扰舱内，可根据工作时序抛出，开机高度可调，靠惯性与导弹伴飞，在起飞段主要对天干扰预警卫星，在中段和末端主要干扰搜索雷达、制导雷达和导引头。干扰模式主要是根据侦察结果进行选择，可根据战前搜集的情报进行设置，也可根据干扰机的侦察结果进行自适应干扰，从而达到突防的目的。

为了给靶场反导武器系统抗干扰能力评估提供一定的数据支撑，需要对弹道靶弹伴随有源干扰机辐射的信号进行监测。为此，本文首先研究伴随式干扰机工作过程与主要特点，提出伴随有源干扰信号监测系统（以下简称监测系统）的要求与实现途径，然后分析监测系统与常规监测系统的差异，在此基础上，设计满足试验要求的监测系统，最后通过STK 仿真，验证监测系统主要指标以及使用方法的合理性，为反导试验监测装备的研制和使用提供技术支撑。

1 有源干扰机工作过程与主要特点

监测系统的设计与其作用对象（弹道靶弹有源干扰机）息息相关，需要对有源干扰机的典型工作过程和主要特点进行研究。

有源干扰机的典型工作过程为：在弹上指令控制下，干扰机电池被激活，干扰机与靶弹舱体分离，经过一定延时，干扰机开机工作，当侦收到雷达信号后，进行信号分选并与干扰机上的雷达数据库比对：当判定为已有雷达信号类型时，选择对应的干扰样式和参数，释放干扰信号；当判定为未知雷达信号时，存贮雷达信号特征参数并根据干扰决策算法施放干扰信号。干扰机工作到预定时间后，进行电自毁。

伴随有源干扰机的主要特点为：1）使用方式灵活。一枚弹道靶弹可携带多个不同工作频段的有源干扰机；干扰机释放时机灵活，可在过弹道最高点后释放，也可在升弧段释放；单个干扰机在不同弹道飞行段可施放不同样式、不同强度的干扰；多个干扰机之间可具备协同侦察、协同干扰的功能。2）有效辐射功率ERP 有限，信号持续时间短。由于弹上干扰机的体积和质量受限，电池容量也有限，ERP 一般不超过百瓦量级，干扰持续时间为几百秒量级。3）干扰波束覆盖区域大。为了使干扰机动态飞行过程中，方便形成对雷达的干扰，干扰机天线波束很宽，一股可达120°×120°，干扰波束覆盖区域很大，能对处于干扰频段的一个或多个雷达进行干扰。4）干扰样式多。干扰样式包括宽带阻塞噪声干扰、窄带瞄准噪声干扰、转发干扰、多假目标干扰和间断干扰等。

2 监测系统应具备的特点与使用要求

通过分析弹道靶弹有源干扰机的工作过程和主要特点，可知要监测其干扰信号，对监测系统和其使用有较高要求。

2.1 监测系统应具备的特点

2.1.1 应具备很高的系统灵敏度

在反导试验中，有源干扰机距离制导雷达的开机距离一般不小于弹道靶弹射程的一半，而有源干扰机ERP 较小，一般为2～50 W，要实现对远距离小功率干扰信号的监测，对系统监测灵敏度提出了很高的要求。

下面以ERP 为10 W 为例，计算不同频率和监测距离对监测系统灵敏度的要求，结果如表1 所示。

表1 不同频率、不同监测距离对系统灵敏度要求

从表1 可以得出以下结论：当干扰机ERP 为10 W、开机距离为250 km、工作频率为6 GHz 时，系统的灵敏度要达到-116 dBm。当开机距离更远、干扰信号频率更高时，对监测系统的灵敏度要求更高。

为此可采取的相关措施主要有：1）采用大尺寸抛物面天线，以提高天线的增益；2）采用信道化接收机，以提高接收机灵敏度；3）通过外部数据源引导伺服机构，使天线主波束实时对准有源干扰机所在位置；4）充分利用试验先验信息，包括弹道仿真数据、干扰机干扰参数、释放时刻、干扰延时开机时间、干扰机释放数量等信息，对监测系统参数进行最优化设置。

2.1.2 应尽可能减小雷达旁瓣辐射信号的影响

如果将监测系统部署在制导雷达站附近，监测系统接收的雷达旁瓣辐射信号将大于有源干扰机释放的干扰信号，在强信号存在时对弱小信号的检测与提取十分困难，因此监测系统需要尽可能减小雷达旁瓣辐射信号的影响。

为此可采取的措施主要有：1）优化监测系统的布站，使雷达旁瓣对监测系统的影响减小到最低程度；2）专门设计一个辅助通道，对主接收通道进行开关调制，保证主通道在地面雷达旁瓣信号高电平时停止接收、低电平时开始接收，最大程度减小雷达旁瓣对监测系统的影响；3）通过信号处理算法一定程度上抑制雷达辐射信号的影响。

2.1.3 应具备外引导功能

监测系统的高增益天线波束宽度窄，典型值为1.5°×1.5°，为对干扰信号进行有效监测，监测系统应当具备外引导功能，获取靶弹遥测设备实时下传到试验网的位置数据，使监测系统实时指向干扰源所在位置。

为此可采取的措施主要有：1）通过试验网实时获取靶弹的遥测位置数据；2）根据靶弹的弹道仿真数据和发射0 时刻，来推算对应时刻的靶弹位置信息，当网络异常时也能获取靶弹位置数据；3）根据干扰机释放角度、释放速度等参数，以及靶弹弹道仿真数据和发射0 时刻，计算干扰机飞行轨迹数据，作为获取干扰机对应时刻的位置数据的一种手段。

2.2 监测系统使用要求

为使监测系统能监测到远距离的干扰信号，对其使用也提出了较高要求，除了按操作流程对监测系统进行操作使用外，最主要的要求是合理布站。布站的主要原则是：1）监测系统应当在尽可能远的距离、在尽可能长的时间监测到干扰机释放的有源干扰；2）监测系统需要避开靶弹一子级落点区域、航区安全控制区、再入体落点区域、拦截器落点区域、拦截试验中碎片散布区域、导弹助推级落点区域、未碰撞时导弹拦截器落点区域，以保证人员和设备安全；3）监测系统要便于机动到部署位置，也要方便接入试验网进行外引导；4）监测系统受雷达旁瓣辐射信号的影响最小。为此，可利用监测系统双通道设计带来的优势，可也利用非通视条件电磁波传播受阻这一特点。通过计算，可得到某制导雷达与监测系统之间的通视距离为16 km，考虑到地面起伏等因素，通视距离可取为20 km，即当监测系统与制导雷达相距20 km 时，可认为监测系统基本不受制导雷达的影响。

综合考虑以上布站原则，监测系统需要布置在干扰机干扰方向的侧前方，且与靶弹落点相距若干千米；监测系统距离反导制导雷达20 km 左右，也可根据监测系统双通道抑制雷达旁瓣的效果，调整间距。监测系统布局示意图如图1 所示。

图1 监测系统布局示意图

3 监测系统的设计及工作过程

监测系统与常规电磁环境监测系统的组成基本相同，但也存在不同之处，需要分析这些差异并进行针对性设计。

3.1 监测系统与常规监测系统差异分析

监测系统与常规电磁环境监测系统的不同之处主要体现在：

1）天线的形式不同。监测系统须采用抛物面天线或伞状天线，以提高天线增益，而常规电磁环境监测系统，一般采用对数周期或喇叭天线，增益较小。

2）监测通道的数量不同。为减少雷达旁瓣信号对监测系统的影响，需要增加一个辅助通道，根据辅助通道侦收到的雷达信号，对主通道的接收通道进行开关调制，保证主通道在雷达旁瓣信号高电平内停止接收，有效解决地面雷达旁瓣信号对主接收通道造成的干扰。而常规电磁环境监测系统，一般只设计了一个主接收通道。

3）测量接收分系统的要求不同。监测系统，对信号的实时采集与分析能力要求高，因此需要采用实时频谱分析仪和高速采样示波器，来快速获得信号的时频域特征，而常规监测系统可不需要测量接收分系统，或采用常规的频谱分析仪和示波器即可。

4）信号采集与存储分系统的要求不同。监测系统，由于干扰信号持续时间短，难以对信号进行实时快速分析，需要采用高速AD 来对信号进行快速采集，并对采集的信号进行高速存储，事后对保存的数据再进行详细分析，而常规监测系统一般是对信号进行采集并进行实时处理，可不采用高速存储设备。

5）载车和伺服的要求不同。监测系统由于天线波束宽度窄，而使用时要求天线波束对准伴随干扰机所在位置，故要求载车能自动调平、伺服机构能快速响应外部引导数据并动作、天线指向精度要求高，而常规电磁监测系统的要求无需很高。

3.2 监测系统设计

根据以上的差异性分析，设计的监测系统主要由天伺馈分系统、信号接收分系统、信号处理分系统、测量接收分系统、信号采集与存储分系统、主控分系统和配套保障设备组成，系统组成框图如图2 所示。

图2 监测系统组成框图

1）天伺馈分系统：用于接收干扰信号，主要由旋转平台、抛物面天线、辅助天线组成，其中旋转平台由旋转机构、转台控制器和双GPS/“北斗”定位仪组成。由双GPS/“北斗”定位仪测量系统的位置和真北角，转台控制器接收外引导数据，经过角度计算，控制旋转机构的旋转实现天线的指向，实时跟踪监测目标的辐射信号；抛物面天线具有高增益，具备对远距离干扰辐射源/弱信号进行接收的功能；辅助天线具备接收雷达旁瓣信号功能。

2）信号接收分系统：用于对2 个通道的射频信号分别进行混频、放大、滤波、下变频等处理，主要由前端模块、变频模块、频综和自检源模块组成。接收前端由微波限幅、滤波、放大、衰减器、功分器等组成，变频模块完成对射频信的变频、滤波、放大等功能。

3）信号处理分系统：用于频域宽开信号的检测、雷达信号脉内细微特征的分析、压制干扰信号的参数测量、系统工作流程的实时控制，主要由信道化模块、信号分选模块和系统控制模块组成。

4）信号测量分系统：用于信号的分析、信号频谱的测量，脉冲信号时间、频率、相位、幅度的联合分析，主要由实时频谱仪和高速采样数字示波器组成。

5）信号采集与存储分系统：用于中频信号的数据采集、存储与回放，由A/D 采集模块、数据存储模块、D/A 转换模块以及控制系统组成。

6）主控分系统：用于设置监测系统的工作模式，控制设备完成对雷达信号、压制干扰信号侦收，以表格、图形等形式显示雷达、干扰信号参数及图形，主要由主控计算机和软件组成。

7）配套保障设备：用于提供安装平台、运行环境、定位定向、指挥与通信等功能，主要由定位定向设备、时统及指挥调度设备、载车、方舱、油机和配套设备等组成。

3.3 工作流程

整个系统工作流程如下：

1）主控分系统根据试验方案完成相应参数装订，并控制系统设备完成状态自检。系统实时控制计算机接收测控网的靶弹外引导信息，并结合自身定位定向设备提供的设备指向信息，综合解算出转台的指向角度，控制主天线实时指向空中干扰机。

2）天线侦收的信号经限幅后进入微波接收机，信号经低噪声放大后功分为2 路，其中一路信号进入信号测量分系统的频谱仪进行实时频谱显示；另一路射频信号在微波接收机内经过变频单元后形成中频信号。中频信号功分为2 路，其中一路直接进入信号采集与存储分系统的采集单元，另一路进入信号测量分系统的示波器。

3）微波接收机辅助通道采用宽波束天线侦收地面雷达旁瓣信号，侦收信号通过辅助通道高频前端和变频单元后变为中频信号。中频信号功分为2 路，其中一路进行入信号测量分系统的示波器，实时进行中频信号波形显示；另一路信号进入信号处理的采集单元，对信号进行数字检波后生成干扰调制脉冲，输出至主通道的接收调制开关，对主通道的接收通道进行开关调制，保证主通道在雷达旁瓣信号高电平时关闭接收、在低电平时主通道正常接收。

4）信号处理分系统的采集单元对微波接收机主通道和辅助通道输出的中频信号进行高速采样，采样原始信号进入中频信号处理单元内进行信号参数实时测量，中频信号处理单元采用数字信道化接收技术，对采集信号进行数字信道化输出的每一路信号进行检波、鉴相、测幅等数字信号处理，形成原始信号流参数测量值，由信号处理分系统进行信号分选、识别和处理，形成最终的辐射源参数描述字（RDW）。

5）信号测量分系统接收微波接收机输出的射频信号和中频信号，完成主通道射频信号的频谱显示和主接收通道及辅助通道的中频信号时域信息显示。频谱仪能够对主通道射频信号进行实时频谱分析、信号脉内特征分析。示波器能够对主通道和辅助通道中频信号的时域波形进行显示。

6）事后数据处理和分析软件能对指定时间段的采集存储信号进行提取、分析和处理，处理内容包括时域分析、频域分析等，并提取干扰信号出现时间、中心频率和干扰带宽等特征参数，生成监测报告。

4 仿真验证

为了对监测系统主要性能、监测系统布站合理性、监测状态等方面的情况进行了解与验证，采用卫星工具包STK来进行仿真分析。

4.1 场景构建

利用STK 构建典型的反导试验场景，包括制导雷达阵地、监测系统阵地、靶弹发射阵地、靶弹弹道、干扰机飞行轨迹、监测系统波束宽度、作用距离等。其中靶弹弹道和干扰机飞行轨迹，可通过创建外部星历数据文件来确定，本文采用的数据格式为经纬度和高程，参考坐标系为固连坐标系；作用距离根据监测系统灵敏度、天线增益、干扰机ERP 等参数来计算获得。

根据试验方案数据以及靶弹仿真弹道等数据，建立的反导试验场景如图3 所示。

图3 反导试验场景构建(3D、2D)

4.2 仿真流程

首先依据反导试验方案，编辑与设置反导区域场景，并对参与试验的雷达部署位置及参数进行设置，导入靶弹弹道数据和干扰机飞行轨迹数据；然后导入监测系统布站和监测距离等数据，执行推演，演示监测过程，判断分析监测布站的合理性、监测相关参数是否满足要求，是则结束，否则修参数、重推演，直至满足试验要求。

4.3 仿真结果

通过仿真，能获得以下结果：1)干扰机与靶弹动态分离情况。通过赋予不同时刻靶弹与2 个干扰机的大地坐标，随着仿真时间的推进，能方便观察干扰机与靶弹动态分离的情况。2)干扰机的波束覆盖范围。通过赋予干扰机一定的波束宽度，当干扰机与靶弹分离后，随着仿真时间的推进，能方便观察2 个干扰机波束覆盖区域，以及是否覆盖制导雷达和监测系统，如图4所示。3）监测到干扰机的开始与结束时刻，以及干扰机对应位置。通过赋予监测系统的作用距离与波束宽度，随着仿真时间的推进，能方便获得当监测系统的波束与干扰机作用时，以及干扰机波束将不能覆盖监测系统时，对应的监测时刻以及相对于靶弹的位置与方位，如图4—5 所示。

图4 首次监测到干扰信号的空间相对位置

通过仿真，能直观地分析验证监测系统主要性能参数、监测系统布站合理性、监测到干扰信号的时间段以及相对于干扰机的空间位置信息等情况，从而为反导试验监测任务的完成奠定基础。

图5 不能监测到干扰信号时空间相对位置

5 结束语

评估防空反导武器的抗干扰性能是防空反导武器系统性能鉴定的重要内容，需要获得伴随有源干扰信号的监测数据。本文结合实际工作需要，在研究弹道靶弹突防中的伴随有源干扰机工作过程与使用特点的基础上，有针对性分析了伴随有源干扰信号的监测系统应具备的特点与使用要求，并创新性地设计了伴随有源干扰信号监测系统，通过STK 仿真开展了验证工作，为反导试验中的弹道靶弹有源干扰信号监测系统的实现与使用提供了技术支撑。■