某種指令制導(dǎo)系統(tǒng)抗干擾措施

侯娟麗 陳 瑞 楊 柳

(西安電子工程研究所 西安 740100)

0 概述

近年來，信息化作戰(zhàn)已將軍事通信抗干擾［1-2］視為其焦點(diǎn)和難點(diǎn)問題。目前，一些軍事強(qiáng)國(guó)的通信抗干擾能力已覆蓋了多維空間，包括:時(shí)域、頻域、空域、功率域、速度域、網(wǎng)絡(luò)域等，其所有戰(zhàn)役無線通信、戰(zhàn)術(shù)無線通信和戰(zhàn)略無線通信，甚至有的通信平臺(tái)都具備抗干擾能力。

在某種地防空導(dǎo)彈系統(tǒng)中，需要研發(fā)一種指令制導(dǎo)傳輸系統(tǒng)和雷達(dá)一體化設(shè)計(jì)跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)，跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)采用一套天線和發(fā)射通道，空中彈體獨(dú)立設(shè)計(jì)。跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)即發(fā)射指令又跟蹤目標(biāo)，空中彈體接收指令信號(hào)［3］。跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力。跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)面臨的干擾方式主要有遠(yuǎn)距離支援干擾和空空支援干擾，近距離的伴隨干擾［4-5］。

為了避免雷達(dá)受到干擾影響到指令傳輸系統(tǒng)，指令制導(dǎo)傳輸系統(tǒng)［6］和雷達(dá)采用了時(shí)分和頻分工作方式。本文只討論指令傳輸系統(tǒng)抗干擾情況。

1 干擾方式分類

支援干擾主要用來掩護(hù)空中突防參戰(zhàn)飛機(jī)。此時(shí)干擾機(jī)的運(yùn)載平臺(tái)和被保護(hù)目標(biāo)不在一起。最典型的支援手段是專用電子干擾飛機(jī)和地面干擾車。對(duì)電子干擾飛機(jī)來說在使用中又有遠(yuǎn)距離支援干擾和隨隊(duì)干擾之分。遠(yuǎn)距離支援干擾是指電子干擾飛機(jī)距敵方前沿比較遠(yuǎn)的敵方對(duì)戰(zhàn)區(qū)電子探測(cè)設(shè)備和通信系統(tǒng)進(jìn)行干擾壓制，掩護(hù)己方參戰(zhàn)飛機(jī)的接敵飛行;隨隊(duì)支援干擾是指電子干擾飛機(jī)隨突防機(jī)群一起飛行，利用電子干擾飛機(jī)的干擾對(duì)敵方電子探測(cè)設(shè)備和通信系統(tǒng)實(shí)施干擾。無人駕駛干擾飛機(jī)，是小型干擾機(jī)，在突防過程中使無人機(jī)駕駛干擾飛機(jī)飛到敵方前沿和一定的縱深，對(duì)敵方電子探測(cè)設(shè)備和通信系統(tǒng)實(shí)施干擾。一般干擾方式噪聲干擾和假目標(biāo)干擾。從干擾和被受干擾作用距離上考慮，隨隊(duì)干擾對(duì)指令傳輸干擾威脅最有效。隨隊(duì)干擾，即在殲轟機(jī)或武裝直升機(jī)上增加干擾機(jī)以干擾壓制防空導(dǎo)彈指令傳輸系統(tǒng)。

針對(duì)這幾種干擾方式分析指令傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能和抗干擾措施。

2 抗干擾分析

在導(dǎo)彈發(fā)射初制導(dǎo)和中制導(dǎo)階段，導(dǎo)彈和目標(biāo)不在同一個(gè)天線波束內(nèi)，因跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)采用相控陣體制天線，在發(fā)射時(shí)，發(fā)射波束可以控制很窄。因而討論跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)在指令傳輸工作狀態(tài)下旁瓣偵察距離。

2．1 干擾機(jī)偵察距離分析

根據(jù)跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)指令發(fā)射功率、天線增益和各種插損計(jì)算干擾機(jī)偵察作用距離。干擾機(jī)偵察系統(tǒng)靈敏度為干擾機(jī)接收到發(fā)射信號(hào)的最小功率。干擾機(jī)偵察系統(tǒng)靈敏度計(jì)算公式如下:

Prmin= Pt+Gt-Lf-L

式中:Pt表示發(fā)射功率;Prmin表示干擾機(jī)偵察系統(tǒng)靈敏度;Lf表示自由空間路徑損耗;Gt表示發(fā)射天線增益;L表示饋線和裝置損耗;

Lf= 20lg4πR/λ

= 32.45+20lgf+20lgR

= 63+20lgR

式中:R表示偵察距離(m);f表示信號(hào)頻率(GHz)。在裝置和饋線損耗條件下，損耗L約為11.7 ～13.5dB。其中:

2.1.1 從發(fā)射機(jī)到發(fā)射天線之間的饋線損耗≈3．5dB;

2．1．2 偵察天線增益在寬頻帶內(nèi)變化所引起的損失≈2～3dB;

2．1．3 偵察天線與接收信號(hào)極化失配損失≈3dB;

2．1．4 發(fā)射天線波束的非矩形損失≈1．6～2dB;

2．1．5 偵察天線波束的非矩形損失≈1．6～2dB。

由此可得當(dāng)偵察天線與準(zhǔn)指令傳輸系統(tǒng)天線旁瓣對(duì)準(zhǔn)時(shí)，需要的偵察系統(tǒng)靈敏度為:

Prmin=Pt+Gt-(32.45+20lgf+20lgR)-L=Pt+Gt-(63+20lgR)-13.5=Pt+Gt-76.5-20lgR

在Pt=750W，Gt=15dB，旁瓣抑制大于30dB，接收機(jī)靈敏度Prmin=-75dBm，計(jì)算出干擾機(jī)偵察指令發(fā)射天線旁瓣作用距離R=2.37km，干擾機(jī)偵察指令發(fā)射天線主瓣作用距離R=39.8km。因此在初制導(dǎo)階段干擾機(jī)只有在離跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)2.37km才可能偵察到指令信號(hào)，指令信號(hào)很難被截獲。

2．2 指令通道窄帶瞄準(zhǔn)式干擾

在導(dǎo)彈發(fā)射末制導(dǎo)階段，導(dǎo)彈和目標(biāo)在同一個(gè)天線波束內(nèi)，這時(shí)導(dǎo)彈指令接收天線背對(duì)干擾機(jī)。討論窄帶隨隊(duì)和自衛(wèi)式干擾對(duì)指令傳輸工作狀態(tài)下主瓣干擾。

窄帶隨隊(duì)和自衛(wèi)式干擾過程分析:根據(jù)參數(shù)計(jì)算，參戰(zhàn)飛機(jī)在距離跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)2.37km 處偵測(cè)到己方指令信號(hào)，完成測(cè)頻和側(cè)向，在逼近飛行過程中，展開對(duì)跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)干擾。干擾發(fā)射功率取不同值計(jì)算到彈體接收端面干擾信號(hào)大小。干擾發(fā)射(Pt)功率分別取500W，5kW，40kW，Gr=39dB，f=14GHz，Pr到接收機(jī)端面功率。

Pr= Pt-(32.45+20lgf+20lgR)+Gr=-32dBm

干擾發(fā)射(Pt)功率分別取500W，5kW，40kW，Gr=-6dB(彈體應(yīng)答機(jī)天線背瓣)，f=14GHz，Pr到接收機(jī)端面功率。彈體接收干擾信號(hào)幅度和接收指令信號(hào)幅度(Pr)隨彈目距離R變化曲線圖如下:

圖1 彈體接收到干擾功率和彈目交匯距離關(guān)系圖

在彈目交匯附近，跟蹤制導(dǎo)系統(tǒng)指令發(fā)射(Pt)功率分別取750W，Gt=39dB，f=14GHz，Pr到彈體天線端面功率，Gr=5。彈體應(yīng)答機(jī)接收指令信號(hào)幅度Pr隨指令傳輸作用距離R變化曲線圖如圖2所示。

圖2 彈體應(yīng)答機(jī)接收到的信號(hào)功率和距離關(guān)系圖

仿真中，干擾采用了單頻瞄準(zhǔn)干擾、轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。根據(jù)以上情況分析，當(dāng)信號(hào)Eb/N0=12dB，S/J=8dB 是才能達(dá)到無干擾情況下的誤碼性能。即干擾信號(hào)小于-53.5dBm 時(shí)可保證正常指令傳輸。

綜上所述，在干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射功率40kW 條件下，彈體與干擾機(jī)距離大于1km 時(shí)指令傳輸系統(tǒng)可正常工作;在干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射功率5kW 條件下，彈體與干擾機(jī)距離大于600m 時(shí)指令傳輸系統(tǒng)可正常工作;在干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射功率500W 條件下，彈體與干擾機(jī)距離大于300m 時(shí)指令傳輸系統(tǒng)可正常工作。

3 抗干擾措施

相比傳統(tǒng)通信抗干擾措施，指令傳輸抗干擾方面主要從降低空域截獲和抗干擾來考慮。其解決途徑如下:

3．1 初制導(dǎo)減低空間輻射功率

在初制導(dǎo)階段，彈體和目標(biāo)間距離最大，在此工作狀態(tài)，指令上傳最好的抗干擾方法就是指令信號(hào)不被截獲。為了縮短被截獲到作用距離，縮短被截獲到時(shí)間，盡量減小初制導(dǎo)發(fā)射機(jī)功率，減小輻射功率在空域覆蓋范圍，指令上傳只要在空域上實(shí)現(xiàn)應(yīng)答機(jī)能正常接收而干擾偵察設(shè)備不能偵收到此信號(hào)，就能起到很好抗干擾效果。合理分配空間輻射功率和波束指向，提高旁瓣抑制將能起到很好的抗干擾效果。

3．2 末制導(dǎo)增強(qiáng)空間輻射功率

在末制導(dǎo)階段，彈體和目標(biāo)間距離很近，在此工作狀態(tài)，指令上傳最好的抗干擾方法就是指令接收對(duì)外界窄帶或?qū)拵Ц蓴_抑制能力強(qiáng)。在抗干擾方面，希望彈上接收機(jī)靈敏度盡量低，使干擾信號(hào)不能影響正常指令傳輸。這時(shí)希望地面發(fā)射功率盡量提高。仿真中，干擾采用了單頻瞄準(zhǔn)干擾、轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，當(dāng)信號(hào)Eb/N0=12dB，S/J=8dB 是才能達(dá)到無干擾情況下的誤碼性能。

3．3 采用猝發(fā)跳頻技術(shù)

發(fā)射方式采用猝發(fā)的短幀結(jié)構(gòu)，每幀的數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)小于50μs。猝發(fā)通信的優(yōu)勢(shì)在于通信過程中被干擾方偵察、截獲的概率低。猝發(fā)通信是先存儲(chǔ)信息，再在某一時(shí)刻以高速率發(fā)射，這樣既利用較大的脈沖功率抵御了有意干擾，又大大降低了幀收概率。

糾錯(cuò)編碼技術(shù)，能用來糾正由干擾噪聲引起的錯(cuò)誤，是一種有效的抗干擾措施。在編碼方式上增加RS 線性編碼。

為了增加被敵方偵察難度，在指令上傳上采用隨機(jī)跳頻方式。實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻點(diǎn)跳頻，每個(gè)頻點(diǎn)間隔20MHz，用偽隨機(jī)序列計(jì)算結(jié)果裝訂跳頻圖案。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析和計(jì)算，采用一般固定波束干擾機(jī)壓制該防空導(dǎo)彈應(yīng)答機(jī)信號(hào)的代價(jià)很大，技術(shù)上有難度。當(dāng)該導(dǎo)彈臨近目標(biāo)時(shí)，采用波束較窄、機(jī)掃或相掃的干擾機(jī)可壓制指令的信號(hào)，為此在該防空導(dǎo)彈上加了光學(xué)示蹤器，采用指令與光電復(fù)合制導(dǎo)體制，可以解決其應(yīng)答機(jī)信號(hào)可能受干擾壓制的問題。

通過采取以上的抗干擾措施，指令傳輸系統(tǒng)在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境下應(yīng)該能正常工作。

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