白雪妨

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所,四川 成都 610036)

0 引 言

自適應(yīng)調(diào)零天線能有效地從空域上反電子對(duì)抗,利用不同的自適應(yīng)算法,靈活改變各天線單元的相位和幅度加權(quán)(復(fù)加權(quán),即W1,Wi,Wn),以此來(lái)控制天線方向圖的方向和形狀。以輸出信號(hào)y(t)功率降低至最小為準(zhǔn),調(diào)節(jié)對(duì)每個(gè)輻射單元的加權(quán)值(即W1,Wi,Wn),生成對(duì)著干擾的方向圖零陷點(diǎn)。當(dāng)干擾越強(qiáng)的時(shí)候,零陷就越深,從而抑制干擾[1]。自適應(yīng)調(diào)零天線原理示意圖如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)調(diào)零天線原理示意圖

自適應(yīng)調(diào)零天線在雷達(dá)、通信等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,其對(duì)抗效能評(píng)估是電子對(duì)抗研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。

基于自適應(yīng)調(diào)零天線原理,所有的自適應(yīng)調(diào)零天線在數(shù)學(xué)上都可以當(dāng)作是一個(gè)逐漸趨于最優(yōu)化的過程。但是這個(gè)尋求最優(yōu)化的過程不可避免地會(huì)帶來(lái)很多負(fù)面的影響,比如信號(hào)處理算法難度增加、信號(hào)處理時(shí)間延長(zhǎng)、系統(tǒng)的硬件設(shè)施增多、電子系統(tǒng)通聯(lián)時(shí)間延長(zhǎng)以及電子系統(tǒng)利用率下降等問題。

為了有效地對(duì)抗自適應(yīng)調(diào)零天線系統(tǒng),結(jié)合上述自適應(yīng)調(diào)零天線的特點(diǎn),本文采用了分布式閃爍交變干擾策略來(lái)進(jìn)行研究。

1 對(duì)抗策略、方法與干擾樣式設(shè)計(jì)

通常情況下,閃爍干擾與交變干擾要結(jié)合使用。

分布式閃爍干擾是干擾自適應(yīng)調(diào)零天線系統(tǒng)的有效途徑之一[3]。在有干擾的前提下,天線系統(tǒng)從截獲到信號(hào),到進(jìn)行處理運(yùn)算,形成自適應(yīng)調(diào)零天線方向圖零陷點(diǎn)需要一定的時(shí)間,假如干擾信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)或者干擾信號(hào)的入射方向來(lái)回切換,則必然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)難以確定干擾信號(hào)的特征,無(wú)法對(duì)其進(jìn)行干擾。

而交變干擾技術(shù)可以影響自適應(yīng)算法性能的發(fā)揮,借助于最佳交變技術(shù)的研究與應(yīng)用,可以使自適應(yīng)算法基本上失效。

自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)的重點(diǎn)是加權(quán)系數(shù)(即W1,Wi,Wn)的最優(yōu)化設(shè)計(jì),而常用的加權(quán)系數(shù)設(shè)計(jì)算法(自適應(yīng)算法)有最小均方準(zhǔn)則、最小方差準(zhǔn)則、最小平方準(zhǔn)則、最大檢測(cè)概率準(zhǔn)則和最大輸出信噪比準(zhǔn)則等[4]。以上5種算法各有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì),但又有局限性。

以交變干擾樣式研究作為切入點(diǎn),改變干擾信號(hào)的脈沖描述字(PDW),即輸出頻率、輸出幅度、相位、脈寬以及調(diào)制樣式等性能[5],使系統(tǒng)不斷地處于調(diào)整和適應(yīng)的狀態(tài)之中,以至于難以正常工作,進(jìn)而使得上述自適應(yīng)算法性能降低直至失效。

2 自適應(yīng)調(diào)零天線對(duì)抗的數(shù)字仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

在分布式閃爍交變干擾與自適應(yīng)調(diào)零天線的對(duì)抗試驗(yàn)中,正常信號(hào)的來(lái)波方向?yàn)?0.0°,0.0°),選取2個(gè)干擾源,而2個(gè)干擾都在3 dB主波束以外,但在主波束以內(nèi)。

干擾來(lái)波方向如圖2中波束圖中的疊加指示。采用在正常波束方向圖基礎(chǔ)上疊加一個(gè)方向性指示來(lái)表示干擾的來(lái)波方向。

圖2 干擾來(lái)波方向圖示

為了進(jìn)行對(duì)比,將常規(guī)干擾樣式(包括全頻段噪聲阻塞干擾、部分頻段噪聲阻塞干擾、全頻段梳狀譜阻塞干擾、部分頻段梳狀譜阻塞干擾)的干擾效果與設(shè)計(jì)的分布式閃爍交變干擾樣式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 采用“全頻段噪聲阻塞干擾”

對(duì)2個(gè)干擾源進(jìn)行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖3所示。可見自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個(gè)干擾來(lái)波方向上形成了2個(gè)零陷,且零點(diǎn)寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為47.56 dB;在第2個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為67.88 dB。

圖3 對(duì)干擾來(lái)波調(diào)零之后的波束方向圖示

在全頻段噪聲阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時(shí)間變化如圖4所示。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實(shí)際上干擾來(lái)波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖5所示。

圖5 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.2 采用“部分頻段噪聲阻塞干擾”

對(duì)2個(gè)干擾源進(jìn)行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖6所示。

圖6 對(duì)干擾來(lái)波調(diào)零之后的波束方向圖示

在部分頻段噪聲阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時(shí)間變化如圖7所示。

圖7 自適應(yīng)調(diào)零誤差時(shí)間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個(gè)干擾來(lái)波方向上形成了2個(gè)零陷,且零點(diǎn)寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為45.08 dB;在第2個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為52.15 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實(shí)際上干擾來(lái)波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖8所示。

圖8 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.3 采用“全頻段梳狀譜阻塞干擾”

對(duì)2個(gè)干擾源進(jìn)行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖9所示。

圖9 對(duì)干擾來(lái)波調(diào)零之后的波束方向圖示

在全頻段梳狀譜阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時(shí)間變化如圖10所示。

圖10 自適應(yīng)調(diào)零誤差時(shí)間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在20 ms之內(nèi)。2個(gè)干擾來(lái)波方向上形成了2個(gè)零陷,且零點(diǎn)寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為50.96 dB;在第2個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為52.32 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實(shí)際上干擾來(lái)波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖11所示。

2.4 采用“部分頻段梳狀譜阻塞干擾”

對(duì)2個(gè)干擾源進(jìn)行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖12所示。

圖12 對(duì)干擾來(lái)波調(diào)零之后的波束方向圖示

在部分頻段梳狀譜阻塞干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時(shí)間變化如圖13所示。

圖13 自適應(yīng)調(diào)零誤差時(shí)間變化的曲線圖

可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在15 ms之內(nèi)。2個(gè)干擾來(lái)波方向上形成了2個(gè)零陷,且零點(diǎn)寬度在0.2°以內(nèi)。在第1個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為47.66 dB;在第2個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為51.70 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實(shí)際上干擾來(lái)波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖14所示。

圖14 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.5 采用“分布式閃爍交變干擾”

對(duì)2個(gè)干擾源進(jìn)行調(diào)零后的天線波束方向圖如圖15所示。

圖15 對(duì)干擾來(lái)波調(diào)零之后的波束方向圖示

在分布式閃爍交變干擾樣式下,自適應(yīng)調(diào)零誤差隨時(shí)間變化如圖16所示。

圖16 自適應(yīng)調(diào)零誤差時(shí)間變化的曲線圖

由圖16可見,自適應(yīng)調(diào)零收斂速度在8 ms之內(nèi)。在2個(gè)干擾來(lái)波方向上進(jìn)行調(diào)零。在第1個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為 5.44 dB;在第2個(gè)干擾來(lái)波方向上,對(duì)應(yīng)的調(diào)零深度為14.73 dB。

由于天線3 dB主波束的寬度為1°,實(shí)際上干擾來(lái)波方向是位于3 dB主波束以外的,所以天線主波束的增益幾乎沒有太大的變化,調(diào)零之后主波束增益如圖17所示。

圖17 自適應(yīng)調(diào)零之后的主波束增益圖

2.6 干擾效果分析

將自適應(yīng)調(diào)零天線對(duì)上述5種干擾樣式調(diào)零的效果總結(jié)對(duì)比如表1所示。

表1 干擾樣式的干擾效果對(duì)比列表

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可知,采用分布式閃爍交變干擾樣式,可以使自適應(yīng)調(diào)零天線的零陷能力降低30 dB以上,可以有效對(duì)抗自適應(yīng)調(diào)零天線。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)自適應(yīng)調(diào)零天線對(duì)抗技術(shù)進(jìn)行研究,從自適應(yīng)調(diào)零天線的對(duì)象分析、薄弱環(huán)節(jié)分析、對(duì)抗方法、干擾樣式等方面進(jìn)行了分析與論述。

本文開展了對(duì)抗數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn),從仿真試驗(yàn)結(jié)果看,所研究的干擾樣式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自適應(yīng)調(diào)零天線的有效干擾。