王肖洋,高俊光,劉廣建,胡軍軍,郝道亮

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心,河南 洛陽 471000)

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對(duì)無源相干雷達(dá)的干擾策略研究

王肖洋,高俊光,劉廣建,胡軍軍,郝道亮

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心,河南 洛陽 471000)

無源相干雷達(dá)具有反隱身、抗干擾等諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)其實(shí)施有源干擾存在一定難度。通過分析無源相干雷達(dá)的工作體制特點(diǎn),給出了判斷雷達(dá)部署區(qū)域的基本方法,分析了對(duì)其實(shí)施噪聲壓制干擾和欺騙干擾的技術(shù)可行性,最后結(jié)合實(shí)測(cè)雷達(dá)數(shù)據(jù)仿真分析了遠(yuǎn)距離壓制噪聲對(duì)關(guān)鍵信號(hào)處理過程的干擾效果。研究結(jié)果表明,對(duì)無源相干雷達(dá)實(shí)施遠(yuǎn)距離噪聲壓制干擾在技戰(zhàn)術(shù)上具有一定的可行性。

無源相干定位;雜波對(duì)消;噪聲壓制干擾;欺騙干擾

無源相干雷達(dá)系統(tǒng)自身并不對(duì)外輻射信號(hào),通過接收目標(biāo)反射的環(huán)境中的通信、電視廣播等信號(hào)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè),系統(tǒng)工作于雙基地模式,因此該體制雷達(dá)在抗干擾、抗反輻射打擊和反隱身方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。目前世界主要國家涌現(xiàn)出多套無源相干定位系統(tǒng),著名的有美國20世紀(jì)90年代末推出的“沉默哨兵”系統(tǒng)[1]。

文獻(xiàn)[2-5]針對(duì)雙基地雷達(dá)提出了轉(zhuǎn)發(fā)干擾、靈巧噪聲干擾、多假目標(biāo)、箔條干擾等一些有源、無源干擾手段,并分析評(píng)估了其干擾效能。這些針對(duì)雙基地雷達(dá)的干擾研究側(cè)重在技術(shù)層面,對(duì)其戰(zhàn)術(shù)可行性考慮不夠。文獻(xiàn)[6]針對(duì)雙基地雷達(dá)的干擾,提出了一種無源區(qū)誘騙、有源區(qū)干擾的干擾策略,誘騙雷達(dá)接收波束指向目標(biāo),具有一定的啟發(fā)性和可行性,但是誘騙和干擾的時(shí)機(jī)難以把握。另外,無源相干雷達(dá)雖然可以歸類為雙基地雷達(dá),但其利用的輻射信號(hào)為非合作信號(hào)(有源雙基地雷達(dá)采用的仍然是合作信號(hào)),工作原理上仍有自身的技術(shù)特點(diǎn),因此針對(duì)雙基地雷達(dá)提出的干擾技術(shù)方法對(duì)于無源相干雷達(dá)不完全適用。只有充分分析無源相干雷達(dá)工作的原理、技戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn),才能提出有針對(duì)性的對(duì)抗技術(shù)和方法。本文從分析無源相干雷達(dá)工作特點(diǎn)入手,給出了判斷其部署區(qū)域的方法原則,然后定性分析了壓制和欺騙兩種有源干擾對(duì)其實(shí)施干擾的可行性,最后部分條件下仿真分析了噪聲壓制干擾對(duì)它的干擾效果。

1 無源相干定位工作原理與特點(diǎn)

1.1 無源相干雷達(dá)信號(hào)處理原理

無源相參定位系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)信號(hào)接收通道：一個(gè)參考通道接收來自輻射源的直達(dá)波作為參考信號(hào),一個(gè)監(jiān)測(cè)通道接收空中的目標(biāo)回波信號(hào)。求解參考信號(hào)和回波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù),即可獲得目標(biāo)的距離和多普勒信息,其原理如式(1)所示,信號(hào)處理流程與幾何關(guān)系如圖1所示[7]。

(1)

r(t)和s(t)分別是參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)。τ和fd分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)回波的時(shí)間延遲和多普勒頻率。

圖1 無源相干定位原理與幾何關(guān)系

1.2 無源相干雷達(dá)工作特點(diǎn)分析

結(jié)合無源相干雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)和歐美各國實(shí)際系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)梳理了該體制雷達(dá)的一些工作部署特點(diǎn)。

1)依靠一個(gè)“輻射功率在一定區(qū)域內(nèi)占主導(dǎo)地位,且位置相對(duì)穩(wěn)定”的輻射源來工作,因此會(huì)圍繞大功率輻射源布站。另外,一部雷達(dá)會(huì)選擇多個(gè)備用輻射源,或者同時(shí)利用多個(gè)輻射源采用組網(wǎng)技術(shù)精確定位。多個(gè)大型輻射源共同覆蓋的區(qū)域可能成為該體制雷達(dá)的布站區(qū)域[1]。

2)接收站與輻射源之間需保持通視,確保參考通道獲得的直達(dá)波信號(hào)不受遮擋,這大大限制了該體制雷達(dá)的部署區(qū)域[8]。

3)接收站與輻射源之間需保持合適距離。參考接收天線需要接收來自輻射源的直達(dá)波作為參考信號(hào),為了盡可能保證參考信號(hào)“純凈”,并滿足一定的信噪比,同時(shí)為了避開強(qiáng)直達(dá)波對(duì)監(jiān)視通道的干擾,基線距離通常在20km到40km之間[9-11]。

4)監(jiān)視通道的主波束探測(cè)方向要避開自身所利用的輻射源,方位向覆蓋范圍受限,多個(gè)實(shí)際系統(tǒng)顯示其威脅正面的方位角覆蓋寬度為60°～120°[1]。

5)當(dāng)目標(biāo)處在中軸線方向附近時(shí),目標(biāo)回波的多普勒偏移最明顯,有利于從雜波中檢測(cè)目標(biāo)[7],輻射源與接收站之間的中軸線應(yīng)盡可能朝向主威脅方向。

6)監(jiān)視通道實(shí)際接收到的動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)遠(yuǎn)小于直達(dá)波信號(hào)和多徑信號(hào),它們的功率強(qiáng)度差異在60～140dB左右,因此雷達(dá)站在防御縱深的部署位置不易靠后[12]。

7)通常作為補(bǔ)充探測(cè)手段與大型預(yù)警雷達(dá)聯(lián)合部署,在有源雷達(dá)抗反輻射打擊關(guān)機(jī)期間,扮演接力預(yù)警的角色,大功率預(yù)警雷達(dá)附近也可能成為該體制雷達(dá)的部署區(qū)域。

2 有源干擾對(duì)抗無源相干雷達(dá)的可行性分析

無源相干雷達(dá)并不對(duì)外輻射信號(hào),因此較難通過信號(hào)偵察手段獲知雷達(dá)的確切部署方位、距離。但是通過上節(jié)的分析可知,受工作體制限制,它的部署地域也受到限制,并有規(guī)律可循,即使不能完全確定雷達(dá)接收站的準(zhǔn)確位置,也可以大致劃定其部署區(qū)域,再結(jié)合多源情報(bào)融合手段,可大大提高對(duì)其發(fā)現(xiàn)概率,甚至有可能獲得其精確部署位置,再配以合適的有源干擾技術(shù),可大大提高對(duì)無源相干雷達(dá)實(shí)施干擾的戰(zhàn)術(shù)可行性和有效性。

在實(shí)際對(duì)抗行動(dòng)中,結(jié)合多方情報(bào)來源,可大致給出判斷雷達(dá)部署區(qū)域的基本方法如下：

Step1:對(duì)進(jìn)攻前沿的10KW以上大功率商用輻射源進(jìn)行標(biāo)定。

Step2:以每一個(gè)輻射源為中心在兩側(cè)各劃定一個(gè)30°～60°寬、徑向20km長(zhǎng)的雙扇形區(qū)域。

Step3:根據(jù)地形條件,在每個(gè)輻射源兩側(cè)的雙扇形區(qū)域選定能夠與輻射源通視的相對(duì)制高區(qū)域。

Step4:將同時(shí)能夠與多個(gè)輻射源進(jìn)行通視的區(qū)域或者附近部署有大型預(yù)警雷達(dá)的區(qū)域視為雷達(dá)的可能部署區(qū)域。

Step5:綜合多源情報(bào)進(jìn)一步縮小范圍,如利用高分辨率對(duì)地觀測(cè)手段通過識(shí)別雷達(dá)天線的外形尺寸對(duì)雷達(dá)最后可能的部署區(qū)域進(jìn)行精細(xì)判讀確認(rèn)。

圖2 無源相干雷達(dá)部署區(qū)域與探測(cè)威力圖

在確定雷達(dá)的部署范圍后,可根據(jù)無源相干雷達(dá)的信號(hào)處理特點(diǎn)有針對(duì)性地施放有源干擾,典型的有源干擾分類如圖3所示,文中重點(diǎn)討論噪聲壓制干擾和假目標(biāo)欺騙干擾。

壓制干擾作用是降低雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)概率或者探測(cè)距離,一般用于壓制警戒雷達(dá)和引導(dǎo)雷達(dá)。遠(yuǎn)距離支援干擾,主要對(duì)敵防空預(yù)警和指揮系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)距離大功率電子干擾,能在敵防空火力范圍之外,形成較寬干擾扇面,能同時(shí)對(duì)多個(gè)頻段實(shí)施干擾[13]。理論上噪聲干擾對(duì)任何電子系統(tǒng)均是有效的,在只能確定雷達(dá)部署大致區(qū)域的前提下,在不能完全確定雷達(dá)利用頻點(diǎn)的情況下,采用遠(yuǎn)距離支援噪聲壓制干擾是可行的。

對(duì)于有源雷達(dá),噪聲干擾進(jìn)入雷達(dá)接收系統(tǒng)后,并不影響本地參考信號(hào),經(jīng)過脈沖壓縮、匹配濾波后,噪聲能量被抑制。但是,對(duì)于無源相干雷達(dá),噪聲干擾可以從天線旁瓣同時(shí)進(jìn)入雷達(dá)監(jiān)視接收系統(tǒng)和參考接收系統(tǒng),不僅壓制了目標(biāo)回波信號(hào),也“污染”了經(jīng)空間傳播獲得的參考信號(hào)。無源相干雷達(dá)信號(hào)處理過程中的雜波對(duì)消和相參積累均有賴于“純凈”的參考信號(hào),參考通道被干擾后雜波對(duì)消增益下降,引起目標(biāo)回波能量損失,目標(biāo)回波再次與受污染的參考信號(hào)進(jìn)行相參積累,積累增益進(jìn)一步降低。因此,相比有源雷達(dá),噪聲干擾對(duì)無源相干雷達(dá)的干擾效果有可能更佳。

圖3 有源干擾分類

有源欺騙干擾多用于干擾火控雷達(dá)的截獲系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤系統(tǒng),在戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用中,多假目標(biāo)干擾、密集假目標(biāo)干擾運(yùn)用較多。

無源相干雷達(dá)的距離分辨率較低且是時(shí)變的,目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)接收站的徑向速度也是時(shí)變的,因此目標(biāo)識(shí)別能力比較差[7]。另外,雷達(dá)所能利用的輻射源的信號(hào)形式通常是公開的[11]。這對(duì)實(shí)施假目標(biāo)欺騙干擾都是有利條件,但是困難在于難以實(shí)時(shí)掌握雷達(dá)利用哪一個(gè)輻射源或者說雷達(dá)的準(zhǔn)確工作頻率,例如即使能確定雷達(dá)所利用的具體商用輻射源,并不能準(zhǔn)確掌握其利用的是哪個(gè)頻點(diǎn)。

在不能確切掌握雷達(dá)的部署坐標(biāo)、工作頻點(diǎn)的情況下,相比假目標(biāo)欺騙干擾,具有大功率、寬帶寬、寬扇面特點(diǎn)的遠(yuǎn)距離支援噪聲壓制干擾更適合用于對(duì)抗無源相干雷達(dá)。

3 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的噪聲干擾對(duì)無源相干雷達(dá)的干擾效應(yīng)分析

3.1 無源相干雷達(dá)信號(hào)處理典型算法

無源相干雷達(dá)信號(hào)處理的兩大關(guān)鍵步驟是雜波對(duì)消和相干積累。

雜波對(duì)消的實(shí)現(xiàn)方法通常為自適應(yīng)濾波算法,包括最小均方差(LMS)、歸一化最小均方差(NLMS)、分塊最小均方差(BLMS)、遞歸最小二乘(RLS)以及它們的改進(jìn)算法,這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn),主要關(guān)注指標(biāo)為對(duì)消增益和收斂速度,工程中使用較多的是歸一化分塊最小二乘算法(NBLMS)以及它的快速實(shí)現(xiàn)算法,本文基于該算法開展研究。NBLMS算法的權(quán)向量迭代公式如下：

(2)

e(k)=Secho(k)-WH(k)Sref(k)

(3)

W(k)表示濾波器權(quán)向量,Sref(k)表示參考信號(hào)輸入向量,Secho(k)表示監(jiān)測(cè)通道接收信號(hào),e(k)是雜波對(duì)消的輸出結(jié)果,其中包含有目標(biāo)信號(hào)。

圖4是采用NBLMS濾波算法進(jìn)行雜波對(duì)消的收斂過程,收斂之后雜波強(qiáng)度明顯減弱。

圖4 雜波對(duì)消收斂過程

相干積累則按照公式(1)進(jìn)行,或者是基于該公式的一些快速算法,圖5是按照公式(1)進(jìn)行距離——多普勒相干積累后的處理結(jié)果。

圖5 距離——多普勒相干積累結(jié)果

3.2 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的干擾效應(yīng)分析

通過設(shè)定干擾場(chǎng)景參數(shù),根據(jù)干擾方程推算出雷達(dá)天線口面處的噪聲干擾強(qiáng)度,再在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中注入帶限噪聲進(jìn)行分析。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的載頻為682MHz,帶寬7.6MHz,進(jìn)行了100次蒙特卡洛仿真,仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

在100km距離上,的干擾主瓣寬度可以覆蓋500km2以上的面積,可以覆蓋雷達(dá)可能部署區(qū)域。在上文作戰(zhàn)部署區(qū)域分析的基礎(chǔ)上,假定干擾主瓣能夠覆蓋無源相干雷達(dá)的可能部署區(qū)域,噪聲干擾從雷達(dá)天線的旁瓣進(jìn)入。根據(jù)干擾方程

(4)

計(jì)算得監(jiān)視天線接收的干擾信號(hào)功率強(qiáng)度,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的7.6MHz寬的帶限噪聲信號(hào)。

圖6表示不同干擾距離下,雷達(dá)采用NBLMS算法的雜波對(duì)消增益。實(shí)線表示干擾信號(hào)只從監(jiān)視天線的副瓣進(jìn)入,虛線表示干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入?yún)⒖继炀€和監(jiān)視天線的副瓣。

圖6 噪聲干擾下的雜波對(duì)消增益

圖7 噪聲干擾下的目標(biāo)信雜比

圖7表示不同干擾距離下,雷達(dá)采用NBLMS算法進(jìn)行雜波對(duì)消,再進(jìn)行距離——多普勒二維相干積累后的目標(biāo)信雜比,信雜比為1時(shí)表示不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。實(shí)線表示干擾信號(hào)只從監(jiān)視天線的旁瓣進(jìn)入,虛線表示干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入?yún)⒖继炀€和監(jiān)視天線的旁瓣。

從圖6和圖7可得知,參考和監(jiān)視通道同時(shí)受到干擾時(shí),雜波對(duì)消增益和目標(biāo)信雜比均低于只有監(jiān)視通道受到干擾的情況,這與上文分析有源壓制干擾可行性的結(jié)論是相符合的。即傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾對(duì)無源相干雷達(dá)的干擾效果要優(yōu)于采用脈沖壓縮抗干擾措施的有源雷達(dá)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,噪聲壓制干擾對(duì)無源相干雷達(dá)的典型信號(hào)處理能夠取得較好的干擾效果。

4 結(jié)束語

本文定性分析了噪聲壓制和假目標(biāo)欺騙干擾對(duì)無源相干雷達(dá)實(shí)施干擾的技戰(zhàn)術(shù)可行性,并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仿真分析了遠(yuǎn)距離噪聲壓制干擾對(duì)該體制雷達(dá)信號(hào)處理過程的干擾效應(yīng),研究結(jié)果表明在不能確切掌握雷達(dá)部署位置和工作頻率的前提下,采用遠(yuǎn)距離支援噪聲壓制干擾對(duì)抗無源相干雷達(dá)在技戰(zhàn)術(shù)上有一定的可行性。文中的研究?jī)?nèi)容可以為無源相干雷達(dá)對(duì)抗提供一定的技戰(zhàn)術(shù)參考,但是結(jié)論還有待充分驗(yàn)證。例如,分析雷達(dá)可能部署區(qū)域時(shí),沒有考慮體系作戰(zhàn)因素,壓制干擾效應(yīng)還需要實(shí)際的等效縮比試驗(yàn)來驗(yàn)證。

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The Research on Jamming Tactic for Passive Coherent Radar

WANG Xiao-yang, GAO Jun-guang, LIU Guang-jian, HU Jun-jun, HAO Dao-liang

(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China, Luoyang 471000, China)

Passive coherent radar have significant advantages in anti-stealth and anti-jamming, so it is difficult to carry out active jamming against it. The approaches to determine the radar’s deployment area were given in this paper through analyzing the technical and tactical characteristics of passive coherent radar. And then the feasibility of performing noise jamming and deception jamming on passive radar were discussed. Finally, the interference effect that noise stand-off jamming against the procedure of radar signal processing was analyzed by simulation based on actual radar data. The results showed that exploiting noise stand-off jamming against passive radar show a feasibility in tactics and technology.

passive coherent location; clutter cancellation; noise jamming; deception jamming

2016-12-01

王肖洋(1989-)，男，河南漯河人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)槔走_(dá)與雷達(dá)對(duì)抗。 高俊光(1978-)，男，碩士，高級(jí)工程師。 劉廣建(1972-)，男，碩士，高級(jí)工程師。 胡軍軍(1985-)，男，碩士，工程師。 郝道亮(1989-)，男，碩士，助理工程師。

1673-3819(2017)03-0045-04

TN95；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.010

修回日期： 2017-01-21