李洋，吳華，李彬，鄭賀

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

提出了基于有源照射箔條云對(duì)雷達(dá)速度波門進(jìn)行拖引干擾的復(fù)合干擾方法。該方法運(yùn)用機(jī)載電子干擾設(shè)備接收、轉(zhuǎn)發(fā)敵方雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)并照射到箔條云上，箔條云對(duì)干擾信號(hào)二次輻射，被敵方雷達(dá)接收，形成具有和載機(jī)相似徑向速度的假目標(biāo)，起到誘騙干擾作用。建立了復(fù)合干擾對(duì)速度跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行干擾的相關(guān)模型，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，利用該方法對(duì)敵機(jī)測速跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行干擾具有可行性。

火控雷達(dá)；速度跟蹤系統(tǒng)；復(fù)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(jī)都裝備著箔條干擾系統(tǒng)，但箔條自衛(wèi)干擾對(duì)新體制雷達(dá)的干擾能力和效果卻在不斷下降，隨著機(jī)載火控雷達(dá)的更新?lián)Q代，箔條云造成的干擾難以對(duì)機(jī)載火控雷達(dá)形成有效干擾能力［1］。其原因是：當(dāng)箔條彈被投放后，以一定的初始速度作向上拋物運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還將受到空中氣流的影響，脈沖多普勒雷達(dá)是利用多普勒頻率來測量目標(biāo)的方位、速度和距離的［2］。多普勒指的是兩機(jī)間的速度徑向分量［3］，因此，在目標(biāo)與箔條云形成的假目標(biāo)兩者中，由于很短的時(shí)間內(nèi)箔條彈的運(yùn)動(dòng)速度將大幅度降低，假目標(biāo)很快被識(shí)別并被雷達(dá)拋掉。

本文綜合有源干擾和無源干擾的優(yōu)點(diǎn)，提出通過有源照射箔條云的復(fù)合干擾方案，即機(jī)載電子干擾設(shè)備接收到機(jī)載火控雷達(dá)和空中導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)（以下簡稱敵方雷達(dá)）發(fā)射的信號(hào)，被干擾調(diào)制或轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)由干擾發(fā)射天線照射到箔條云上，箔條云對(duì)干擾信號(hào)的散射被敵方雷達(dá)接收，載機(jī)、箔條、敵機(jī)三者相互存在相對(duì)速度，雷達(dá)接收到的信號(hào)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(biāo)。多普勒雷達(dá)將無法分辨出真目標(biāo)和具有相對(duì)速度的假目標(biāo)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)多普勒雷達(dá)的干擾。

文中首先對(duì)箔條云的頻率特性和箔條回波信號(hào)的多普勒頻移進(jìn)行研究，并對(duì)速度波門的拖引干擾理論進(jìn)行介紹。最后，對(duì)復(fù)合干擾方法的頻率特性模型進(jìn)行仿真分析，并驗(yàn)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(shù)，速度波門拖引技術(shù)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(shí)間關(guān)系如圖1所示。

圖1 速度波門拖引的時(shí)間關(guān)系Fig.1 The time-relationship of velocity gatewalkoff

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

式中，VJ表示干擾信號(hào)多普勒頻率相應(yīng)的相對(duì)速度。

由于此時(shí)雷達(dá)的速度跟蹤電路跟蹤在干擾的多普勒頻率fdj上，當(dāng)干擾信號(hào)的多普勒頻率fdj變化時(shí)，雷達(dá)的速度跟蹤電路將隨干擾的多普勒頻率fdj移動(dòng)而逐漸被拖離開目標(biāo)，此段時(shí)間稱為拖引期，時(shí)間長度（t2-t1）按照fdj與fd的最大頻差δfmax（最大頻差為敵雷達(dá)接收機(jī)鑒相器的帶寬）計(jì)算：

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

3 復(fù)合干擾對(duì)速度跟蹤系統(tǒng)的干擾機(jī)理

復(fù)合干擾對(duì)敵機(jī)速度跟蹤系統(tǒng)的干擾原理如圖2所示。載機(jī)P上的探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)敵方雷達(dá)T發(fā)射的信號(hào)后，載機(jī)立即發(fā)射箔條彈，同時(shí)干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)與目標(biāo)回波具有相同的多普勒頻移的干擾信號(hào)，且干擾信號(hào)的能量大于回波信號(hào)［4］，此信號(hào)經(jīng)過箔條云的二次散射，被敵方雷達(dá)所接收。敵機(jī)接收到的箔條云二次散射的信號(hào)具有和目標(biāo)回波信號(hào)相似的多普勒頻率，從而使箔條云模擬成具有和載機(jī)相似速度的假目標(biāo)。載機(jī)干擾機(jī)經(jīng)過對(duì)干擾信號(hào)多普勒頻率的調(diào)制，通過箔條云對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施速度波門拖引干擾［5］。

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

載機(jī)實(shí)施復(fù)合干擾后敵方雷達(dá)接收到的回波信號(hào)由以下四部分組成：

（1）被箔條云直接散射回去的雷達(dá)回波信號(hào)S1，其頻率為fTC；

（2）通過載機(jī)有源干擾轉(zhuǎn)發(fā)放大敵方雷達(dá)信號(hào)后照射到箔條云上，再經(jīng)過箔條的二次散射的回波信號(hào)S2，其頻率為fTPC；

（3）載機(jī)本身反射雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的回波信號(hào)S3，其頻率為fP；

（4）當(dāng)敵方雷達(dá)與箔條云同在干擾機(jī)干擾波束內(nèi)時(shí)，敵方雷達(dá)接收到載機(jī)發(fā)出的干擾信號(hào)S4，其頻率為fJT。

通過復(fù)合干擾的實(shí)施，敵方雷達(dá)多接收了回波信號(hào)S2，且信號(hào)S2具有和載機(jī)回波信號(hào)相似的多普勒頻率，這樣就相當(dāng)于使箔條相對(duì)敵機(jī)具有和載機(jī)相似的徑向速度，從而解決了箔條云因?yàn)闆]有速度而極易被多普勒雷達(dá)排除掉的問題［6］。

因?yàn)楫?dāng)代機(jī)載雷達(dá)的距離分辨力一般在300m左右［7］，大于由干擾信號(hào)產(chǎn)生的“假箔條云”與實(shí)際箔條云的距離［8］，所以“假箔條云”與實(shí)際箔條云就被末制導(dǎo)雷達(dá)認(rèn)定為一個(gè)目標(biāo)。隨著載機(jī)的機(jī)動(dòng)，箔條云與載機(jī)的距離逐漸增大。當(dāng)這個(gè)距離超過敵方雷達(dá)的距離分辨力時(shí)，根據(jù)雷達(dá)的跟蹤原理，敵方雷達(dá)轉(zhuǎn)而跟蹤“假箔條云”，載機(jī)則脫離敵方雷達(dá)的跟蹤。

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

4 利用復(fù)合干擾實(shí)施速度干擾建模

4.1 敵方雷達(dá)收到信號(hào)的多普勒頻移特性

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

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

箔條云相對(duì)敵機(jī)的徑向速度Vtc為

式中，θ為敵機(jī)運(yùn)動(dòng)方向與箔條和敵機(jī)連線的夾角，Vp為敵機(jī)的速度，單位m／s，如圖3所示，則信號(hào)S1的多普勒頻率fd1為

式中，λ為敵方雷達(dá)的工作波長。

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

當(dāng)載機(jī)飛向敵機(jī)（敵機(jī)飛向箔條）時(shí)，多普勒頻率為正，接收信號(hào)頻率高于發(fā)射信號(hào)頻率；而當(dāng)載機(jī)背離敵機(jī)飛行（敵機(jī)背離箔條）時(shí)，多普勒頻率為負(fù)，接收信號(hào)頻率低于發(fā)射信號(hào)頻率［7］。

（2）敵機(jī)雷達(dá)發(fā)射的電磁波通過載機(jī)干擾設(shè)備調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)放大后，照射到箔條云上，再經(jīng)過箔條云二次散射的回波信號(hào)S2的多普勒頻率fd2

載機(jī)相對(duì)敵機(jī)的徑向速度Vtp為

式中，α為載機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向與載機(jī)和敵機(jī)連線的夾角；η為敵機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向與載機(jī)和敵機(jī)連線的夾角；Vp為載機(jī)的速度，單位m／s，則載機(jī)干擾設(shè)備接收到敵機(jī)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)的多普勒頻率fT1為

箔條相對(duì)載機(jī)的徑向速度Vpc為

式中，γ為載機(jī)運(yùn)動(dòng)方向與載機(jī)和箔條連線的夾角。雷達(dá)信號(hào)從載機(jī)到箔條云產(chǎn)生的多普勒頻率fPC為

箔條接收到的載機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)信號(hào)的多普勒頻率fJC為

載機(jī)接收到雷達(dá)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)制放大后轉(zhuǎn)發(fā)射出去形成干擾信號(hào)。干擾信號(hào)不僅比接收到的敵信號(hào)功率上大K（放大系數(shù)）倍［4］，而且可根據(jù)需要對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)制，對(duì)頻率的改變量為fJ。則回波信號(hào)S2的多普勒頻率fd2為

干擾機(jī)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，使fd2-fd3保持在一個(gè)濾波器帶寬之內(nèi)是完全可以做到的。這樣就使得箔條云相對(duì)敵機(jī)具有和載機(jī)相似的徑向速度，干擾機(jī)再對(duì)干擾信號(hào)調(diào)制，就可以通過箔條云對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施速度波門拖引干擾。

4.2 建模

本文采用地面坐標(biāo)系進(jìn)行建模，地面坐標(biāo)系Oxyz與地面固聯(lián)，原點(diǎn)O取載機(jī)（初始位置時(shí)）質(zhì)心在地面（水平面）上的投影點(diǎn)，Oy軸在水平面上，指向載機(jī)飛行方向?yàn)檎?；Oh軸與地面垂直，向上為正；Ox軸按左手定則確定［9］。假設(shè)敵機(jī)和本機(jī)相對(duì)飛行，且都是直線飛行，速度都是320m／s，本機(jī)初始坐標(biāo)為（0，0，6 000），敵機(jī)初始坐標(biāo)為（5 000，80 000，5 500）。

由于箔條云球體下降的速度相對(duì)飛機(jī)的飛行速度很小，在短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為箔條云是靜止不動(dòng)的，設(shè)箔條云的初始坐標(biāo)為飛機(jī)的初始坐標(biāo)（0，0，6 000），三者的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示。

圖4 載機(jī)、敵機(jī)和箔條的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.4 The trajectory of chaff cloud，plane and target

5 仿真及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證復(fù)合干擾方法的有效性和便于計(jì)算，假設(shè)箔條云在初始位子（t=0時(shí)）已經(jīng)達(dá)到額定雷達(dá)截面，當(dāng)代飛機(jī)裝備的多普勒雷達(dá)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(jī)的射頻回波脈沖串中一個(gè)脈沖的頻譜。敵機(jī)的接收機(jī)接收到的噪聲服從高斯分布。

（1）當(dāng)t=0～2時(shí)（捕獲期）

在t=0時(shí)，Vp=Vt=320m／s，載機(jī)和敵機(jī)的坐標(biāo)已知，求得載機(jī)、箔條和敵機(jī)相互的徑向速度為

進(jìn)而求得信號(hào)S1、S2和S3的多普勒頻移為

載機(jī)對(duì)干擾信號(hào)S2進(jìn)行頻率和幅度調(diào)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(gè)濾波器帶寬之內(nèi)。載機(jī)可以根據(jù)式（1）實(shí)時(shí)計(jì)算出需要對(duì)干擾信號(hào)頻率的調(diào)制量fJ。運(yùn)用MATLAB對(duì)敵機(jī)接收機(jī)接收到的信號(hào)S2和信號(hào)S3的頻域進(jìn)行仿真，如圖5所示。在捕獲期，被調(diào)制的干擾信號(hào)S2和載機(jī)回波信號(hào)S3的多普勒頻率相同，且干擾信號(hào)S2的能量大于目標(biāo)回波信號(hào)S3，使敵機(jī)雷達(dá)的速度跟蹤電路能夠捕獲目標(biāo)與干擾信號(hào)的多普勒頻移，且被敵機(jī)認(rèn)為是一個(gè)目標(biāo)。此段時(shí)間長度約為0.5～2 s（略大于速度跟蹤電路的捕獲時(shí)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(dāng)t=2～5時(shí)（拖引期）

當(dāng)信號(hào)S2和信號(hào)S3被敵機(jī)認(rèn)為是一個(gè)目標(biāo)后干擾機(jī)開始對(duì)敵機(jī)實(shí)施速度波門拖引。

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

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

（3）當(dāng)t=5～13時(shí)（停止拖引）

此時(shí)載機(jī)干擾機(jī)停止發(fā)射干擾信號(hào)或只發(fā)射頻率不變化的脈沖干擾信號(hào)，如圖5（b）所示。當(dāng)停止發(fā)射干擾信號(hào)時(shí)，由于被跟蹤的信號(hào)突然消失，雷達(dá)速度跟蹤波門內(nèi)既無干擾信號(hào)又無目標(biāo)回波，從而使得雷達(dá)速度波門無法對(duì)目標(biāo)速度建立穩(wěn)定的跟蹤。載機(jī)采用復(fù)合干擾手段成功地對(duì)敵機(jī)進(jìn)行了干擾。

6 結(jié)論

在不改變有源和無源干擾設(shè)備、不增加投放箔條數(shù)量的前提下，載機(jī)干擾設(shè)備對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行頻率和幅度調(diào)制通過照射箔條云散射出去，增大了敵方雷達(dá)接收干擾信號(hào)幅度，并且使幾乎沒有速度的箔條云相對(duì)敵機(jī)變成了具有和飛機(jī)相似速度的“假目標(biāo)”，達(dá)到了進(jìn)行干擾的目的。根據(jù)速度波門拖引干擾原理進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果及相應(yīng)圖表能夠正確反映出干擾的效果。因此，在今后的實(shí)際作戰(zhàn)使用中，可以依據(jù)本文所提出的模型，對(duì)敵方進(jìn)行干擾，當(dāng)打出去的箔條云失效后可以再次投放箔條彈實(shí)施復(fù)合干擾。最終可以獲得最佳干擾效果，增大攻擊機(jī)的突防概率，從而保障攻擊機(jī)安全執(zhí)行任務(wù)。

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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?yàn)殡娮訉?duì)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?yàn)殡娮訉?duì)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?yàn)殡娮訉?duì)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?yàn)殡娮訉?duì)抗；

1001-893X（2012）04-0523-06

2011-09-15；

2012-02-17

電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國防基金項(xiàng)目（9140C1005051103）；陜西省電子信息系統(tǒng)綜合集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目（201113Y01）