基于有源照射箔條云的速度欺騙干擾方法?

李洋，吳華，李彬，鄭賀

（1.空軍工程大學工程學院，西安710038；2.解放軍94636部隊，浙江湖州313000）

基于有源照射箔條云的速度欺騙干擾方法?

李洋1，2，吳華1，李彬1，鄭賀1

（1.空軍工程大學工程學院，西安710038；2.解放軍94636部隊，浙江湖州313000）

提出了基于有源照射箔條云對雷達速度波門進行拖引干擾的復合干擾方法。該方法運用機載電子干擾設備接收、轉發(fā)敵方雷達發(fā)射的信號并照射到箔條云上，箔條云對干擾信號二次輻射，被敵方雷達接收，形成具有和載機相似徑向速度的假目標，起到誘騙干擾作用。建立了復合干擾對速度跟蹤系統(tǒng)進行干擾的相關模型，并進行了仿真實驗，仿真結果表明，利用該方法對敵機測速跟蹤系統(tǒng)進行干擾具有可行性。

火控雷達；速度跟蹤系統(tǒng)；復合干擾；有源干擾；箔條干擾；速度波門拖引

1 引言

目前，世界上現(xiàn)役主戰(zhàn)飛機都裝備著箔條干擾系統(tǒng)，但箔條自衛(wèi)干擾對新體制雷達的干擾能力和效果卻在不斷下降，隨著機載火控雷達的更新?lián)Q代，箔條云造成的干擾難以對機載火控雷達形成有效干擾能力［1］。其原因是：當箔條彈被投放后，以一定的初始速度作向上拋物運動，同時還將受到空中氣流的影響，脈沖多普勒雷達是利用多普勒頻率來測量目標的方位、速度和距離的［2］。多普勒指的是兩機間的速度徑向分量［3］，因此，在目標與箔條云形成的假目標兩者中，由于很短的時間內箔條彈的運動速度將大幅度降低，假目標很快被識別并被雷達拋掉。

本文綜合有源干擾和無源干擾的優(yōu)點，提出通過有源照射箔條云的復合干擾方案，即機載電子干擾設備接收到機載火控雷達和空中導彈制導雷達（以下簡稱敵方雷達）發(fā)射的信號，被干擾調制或轉發(fā)，經由干擾發(fā)射天線照射到箔條云上，箔條云對干擾信號的散射被敵方雷達接收，載機、箔條、敵機三者相互存在相對速度，雷達接收到的信號頻率有一定的多普勒頻移，使得箔條云模擬成具有一定速度的假目標。多普勒雷達將無法分辨出真目標和具有相對速度的假目標，這樣就實現(xiàn)了對多普勒雷達的干擾。

文中首先對箔條云的頻率特性和箔條回波信號的多普勒頻移進行研究，并對速度波門的拖引干擾理論進行介紹。最后，對復合干擾方法的頻率特性模型進行仿真分析，并驗證其可行性。

2 速度波門拖引干擾理論

速度波門拖引干擾是最常見的速度欺騙技術，速度波門拖引技術有前拖和后拖之分，分別指多普勒頻移的逐漸增大和逐漸減小。速度波門拖引的時間關系如圖1所示。

圖1 速度波門拖引的時間關系Fig.1 The time-relationship of velocity gatewalkoff

干擾機實施速度波門拖引干擾時，首先將接收到的雷達照射信號放大后以最小的延遲時間轉發(fā)回去，該信號具有與目標回波相同的多普勒頻率fd，且幅度大于目標回波，它將壓制目標回波，雷達AGC電路按照干擾信號的能量控制其接收機的增益，使雷達的速度跟蹤電路跟蹤在干擾信號的多普勒頻率fd上，從干擾的角度說，就是干擾信號捕獲了雷達的速度跟蹤波門，此段時間稱為捕獲期，時間長度約為0.5～2 s（略大于速度跟蹤電路的捕獲時間）。如果與其他干擾樣式如角欺騙干擾配合使用，這段時間可以按需要延長。然后逐漸增大或減小干擾信號的多普勒頻率fdj，變化的速度vf（Hz／s）不大于雷達可跟蹤目標的最大加速度a，且變化后的徑向速度VJ要在雷達的測速范圍之內，以免雷達判別出假目標，即：

式中，VJ表示干擾信號多普勒頻率相應的相對速度。

由于此時雷達的速度跟蹤電路跟蹤在干擾的多普勒頻率fdj上，當干擾信號的多普勒頻率fdj變化時，雷達的速度跟蹤電路將隨干擾的多普勒頻率fdj移動而逐漸被拖離開目標，此段時間稱為拖引期，時間長度（t2-t1）按照fdj與fd的最大頻差δfmax（最大頻差為敵雷達接收機鑒相器的帶寬）計算：

當fdj與fd的頻差δf=fdj-fd達到δfmax后，停止拖引。當停止發(fā)射干擾信號時，由于被跟蹤的信號突然消失，雷達速度跟蹤波門內既無干擾又無目標回波，且消失的時間大于速度跟蹤電路的等待時間和AGC電路的恢復時間（約為0.5～2 s），速度跟蹤電路將重新轉入搜索狀態(tài)，當雷達速度跟蹤波門重新捕獲到目標后，新的一輪拖速過程重新開始，從而使得雷達速度波門無法對目標速度建立穩(wěn)定的跟蹤?，F(xiàn)代雷達具有記憶功能后，重新轉入跟蹤原目標所需要的時間很短，因此，在停拖階段還應該發(fā)射幾個固定多普勒頻率的信號，雷達在丟失信號后找不到真信號，或者縮短甚至取消停拖階段。

3 復合干擾對速度跟蹤系統(tǒng)的干擾機理

復合干擾對敵機速度跟蹤系統(tǒng)的干擾原理如圖2所示。載機P上的探測設備發(fā)現(xiàn)敵方雷達T發(fā)射的信號后，載機立即發(fā)射箔條彈，同時干擾機轉發(fā)與目標回波具有相同的多普勒頻移的干擾信號，且干擾信號的能量大于回波信號［4］，此信號經過箔條云的二次散射，被敵方雷達所接收。敵機接收到的箔條云二次散射的信號具有和目標回波信號相似的多普勒頻率，從而使箔條云模擬成具有和載機相似速度的假目標。載機干擾機經過對干擾信號多普勒頻率的調制，通過箔條云對敵方雷達實施速度波門拖引干擾［5］。

圖2 有源照射箔條云復合干擾原理Fig.2 Complex jammingmethod based on radiating on chaff cloud

載機實施復合干擾后敵方雷達接收到的回波信號由以下四部分組成：

（1）被箔條云直接散射回去的雷達回波信號S1，其頻率為fTC；

（2）通過載機有源干擾轉發(fā)放大敵方雷達信號后照射到箔條云上，再經過箔條的二次散射的回波信號S2，其頻率為fTPC；

（3）載機本身反射雷達發(fā)射信號的回波信號S3，其頻率為fP；

（4）當敵方雷達與箔條云同在干擾機干擾波束內時，敵方雷達接收到載機發(fā)出的干擾信號S4，其頻率為fJT。

通過復合干擾的實施，敵方雷達多接收了回波信號S2，且信號S2具有和載機回波信號相似的多普勒頻率，這樣就相當于使箔條相對敵機具有和載機相似的徑向速度，從而解決了箔條云因為沒有速度而極易被多普勒雷達排除掉的問題［6］。

因為當代機載雷達的距離分辨力一般在300m左右［7］，大于由干擾信號產生的“假箔條云”與實際箔條云的距離［8］，所以“假箔條云”與實際箔條云就被末制導雷達認定為一個目標。隨著載機的機動，箔條云與載機的距離逐漸增大。當這個距離超過敵方雷達的距離分辨力時，根據雷達的跟蹤原理，敵方雷達轉而跟蹤“假箔條云”，載機則脫離敵方雷達的跟蹤。

因此“假箔條云”與實際箔條云同處敵方雷達分辨單元內，所接收到的回波不僅功率上比沒有使用有源復合干擾時大，而且具有一定的多普勒頻率，這是單獨實施無源干擾所無法做到的，所以使用有源復合干擾提高了箔條的干擾效果。

4 利用復合干擾實施速度干擾建模

4.1 敵方雷達收到信號的多普勒頻移特性

敵方雷達可以收到4種回波信號，這4種回波信號的多普勒頻率分別為fd1、fd2、fd3、fd4。

（1）敵方雷達所接收到的被箔條云直接散射回去的雷達信號S1的多普勒頻率fd1

箔條云相對敵機的徑向速度Vtc為

式中，θ為敵機運動方向與箔條和敵機連線的夾角，Vp為敵機的速度，單位m／s，如圖3所示，則信號S1的多普勒頻率fd1為

式中，λ為敵方雷達的工作波長。

圖3 載機、箔條云、敵機三者的態(tài)勢圖Fig.3 The situation of chaff cloud，plane and target

當載機飛向敵機（敵機飛向箔條）時，多普勒頻率為正，接收信號頻率高于發(fā)射信號頻率；而當載機背離敵機飛行（敵機背離箔條）時，多普勒頻率為負，接收信號頻率低于發(fā)射信號頻率［7］。

（2）敵機雷達發(fā)射的電磁波通過載機干擾設備調制轉發(fā)放大后，照射到箔條云上，再經過箔條云二次散射的回波信號S2的多普勒頻率fd2

載機相對敵機的徑向速度Vtp為

式中，α為載機的運動方向與載機和敵機連線的夾角；η為敵機的運動方向與載機和敵機連線的夾角；Vp為載機的速度，單位m／s，則載機干擾設備接收到敵機發(fā)射的雷達信號的多普勒頻率fT1為

箔條相對載機的徑向速度Vpc為

式中，γ為載機運動方向與載機和箔條連線的夾角。雷達信號從載機到箔條云產生的多普勒頻率fPC為

箔條接收到的載機轉發(fā)雷達信號的多普勒頻率fJC為

載機接收到雷達信號，對其進行調制放大后轉發(fā)射出去形成干擾信號。干擾信號不僅比接收到的敵信號功率上大K（放大系數(shù)）倍［4］，而且可根據需要對頻率進行調制，對頻率的改變量為fJ。則回波信號S2的多普勒頻率fd2為

干擾機對干擾信號進行頻率調制，使fd2-fd3保持在一個濾波器帶寬之內是完全可以做到的。這樣就使得箔條云相對敵機具有和載機相似的徑向速度，干擾機再對干擾信號調制，就可以通過箔條云對敵方雷達實施速度波門拖引干擾。

4.2 建模

本文采用地面坐標系進行建模，地面坐標系Oxyz與地面固聯(lián)，原點O取載機（初始位置時）質心在地面（水平面）上的投影點，Oy軸在水平面上，指向載機飛行方向為正；Oh軸與地面垂直，向上為正；Ox軸按左手定則確定［9］。假設敵機和本機相對飛行，且都是直線飛行，速度都是320m／s，本機初始坐標為（0，0，6 000），敵機初始坐標為（5 000，80 000，5 500）。

由于箔條云球體下降的速度相對飛機的飛行速度很小，在短時間內可以認為箔條云是靜止不動的，設箔條云的初始坐標為飛機的初始坐標（0，0，6 000），三者的運動軌跡如圖4所示。

圖4 載機、敵機和箔條的運動軌跡Fig.4 The trajectory of chaff cloud，plane and target

5 仿真及結果分析

為了驗證復合干擾方法的有效性和便于計算，假設箔條云在初始位子（t=0時）已經達到額定雷達截面，當代飛機裝備的多普勒雷達的鑒相器大多采用單譜線濾波器［10］，所以本文的仿真采用載機的射頻回波脈沖串中一個脈沖的頻譜。敵機的接收機接收到的噪聲服從高斯分布。

（1）當t=0～2時（捕獲期）

在t=0時，Vp=Vt=320m／s，載機和敵機的坐標已知，求得載機、箔條和敵機相互的徑向速度為

進而求得信號S1、S2和S3的多普勒頻移為

載機對干擾信號S2進行頻率和幅度調制，使其頻率的改變量fJ≈20 Hz，則fd2≈fd3，即使fd2與fd3之差保持在一個濾波器帶寬之內。載機可以根據式（1）實時計算出需要對干擾信號頻率的調制量fJ。運用MATLAB對敵機接收機接收到的信號S2和信號S3的頻域進行仿真，如圖5所示。在捕獲期，被調制的干擾信號S2和載機回波信號S3的多普勒頻率相同，且干擾信號S2的能量大于目標回波信號S3，使敵機雷達的速度跟蹤電路能夠捕獲目標與干擾信號的多普勒頻移，且被敵機認為是一個目標。此段時間長度約為0.5～2 s（略大于速度跟蹤電路的捕獲時間）。如圖5（a）所示。

圖5 速度波門拖引過程Fig.5 The process of velocity gate walk towing

（2）當t=2～5時（拖引期）

當信號S2和信號S3被敵機認為是一個目標后干擾機開始對敵機實施速度波門拖引。

本文采取F16的相關參數(shù)，F(xiàn)16最大的加速度a16=5m／s2，飛行時速度的范圍為220～412m／s。本文采用保守的數(shù)值，使接收機可跟蹤目標的最大加速度a=a16，雷達的測速范圍為F16飛行時速的范圍（實際機載雷達接收機可跟蹤目標的最大加速度和測速范圍都比這大很多［11］）。

根據本文所建的模型，干擾信號多普勒頻率fdj變化的速度vf取200 Hz／s，拖引時間為3 s，此階段利用信號S2將雷達的距離跟蹤波門拖引離開載機回波信號S3。拖引過程如圖5（c）所示。

（3）當t=5～13時（停止拖引）

此時載機干擾機停止發(fā)射干擾信號或只發(fā)射頻率不變化的脈沖干擾信號，如圖5（b）所示。當停止發(fā)射干擾信號時，由于被跟蹤的信號突然消失，雷達速度跟蹤波門內既無干擾信號又無目標回波，從而使得雷達速度波門無法對目標速度建立穩(wěn)定的跟蹤。載機采用復合干擾手段成功地對敵機進行了干擾。

6 結論

在不改變有源和無源干擾設備、不增加投放箔條數(shù)量的前提下，載機干擾設備對干擾信號進行頻率和幅度調制通過照射箔條云散射出去，增大了敵方雷達接收干擾信號幅度，并且使幾乎沒有速度的箔條云相對敵機變成了具有和飛機相似速度的“假目標”，達到了進行干擾的目的。根據速度波門拖引干擾原理進行仿真驗證，仿真結果及相應圖表能夠正確反映出干擾的效果。因此，在今后的實際作戰(zhàn)使用中，可以依據本文所提出的模型，對敵方進行干擾，當打出去的箔條云失效后可以再次投放箔條彈實施復合干擾。最終可以獲得最佳干擾效果，增大攻擊機的突防概率，從而保障攻擊機安全執(zhí)行任務。

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LIYang was born in Benxi，Liaoning Province，in 1983.He is now a graduate student.His research direction is electronic warfare.

Email：82504318＠163.com

吳華（1963—），女，陜西西安人，副教授，主要研究方向為電子對抗；

WU Huawasborn in Xi′an，ShaanxiProvince，in 1963.She isnow an associate professor.Her research direction is electronic warfare.

李彬（1973—），男，湖南長沙人，副教授，主要研究方向為電子對抗；

LIBinwasborn in Changsha，Hunan Province，in 1973.He isnow an associate professor.His research direction is electronic warfare.

鄭賀（1985—），男，河南鄭州人，碩士研究生，主要研究方向為電子對抗。

ZHENGHewas born in Zhengzhou，Henan Province，in 1985.He is now a graduate student.His research direction is electronic warfare.

Velocity Deception Jamm ing Based on Radiating on Chaff Clouds

LIYang1，2，WU Hua1，LIBin1，ZHENGHe1
（1.Engineering College，Air Force Engineering University，Xi′an 710038，China；2.Unit94636 of PLA，Huzhou 313000，China）

A new complex jammingmethod based on radiating on chaff clouds is proposed for jamming velocity gate walkoff of radar.First，the airborne electronic jamming equipment receivesand transmits the radar signals launched by enemy radar and reflected by chaff cloud.Second，the chaff cloud irradiates the jamming signals and the signals are

by enemy radar.Finally，the false targetwith relativer radial velocity of the airborne is produced and the purpose of jamming is realized.The correlatedmodelwith complex jamming is established to validate thismethod.Experimental results show that the jamming strategy for the system of radar tracking system is feasible.

fire control radar；velocity tracking system；complex jamming；active jamming；chaff interference；velocity gatewalkoff

National Defense Fund of National Key Laboratory on Electronic Information Control（9140C1005051103）；Research Fund of Shaanxi Key Laboratory of Electronic Information System Integration（201113Y01）

TN972

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.04.020

李洋（1983—），男，遼寧本溪人，碩士研究生，主要研究方向為電子對抗；

1001-893X（2012）04-0523-06

2011-09-15；

2012-02-17

電子信息控制重點實驗室國防基金項目（9140C1005051103）；陜西省電子信息系統(tǒng)綜合集成重點實驗室基金資助項目（201113Y01）