机载投掷式有源雷达诱饵干扰效果分析与研究.pdf

第3 8 卷第3 期2023年6 月信号与信息处理光电技术应用ELECTRO-OPTICTECHNOLOGYAPPLICATIONVol.38,No.3June,2023机载投掷式有源雷达诱饵干扰效果分析与研究乔广星1,于群”,赵非玉,张义？（1.成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都；2.中国电子科技集团公司光电研究院，天津）摘要：随着具备速度识别能力的脉冲多普勒(PD)体制为主的第四代空空雷达制导导弹的广泛应用以及各种抗干扰算法的不断发展，战斗机平台面临的雷达制导威胁形势愈发严峻。对此国外已发展了多型机载投掷式有源雷达诱饵，来通过信号采集调制产生大量具备不同速度以及雷达特征的假目标信号干扰雷达制导导弹。对当前国外多型机载投掷式有源雷达诱饵装备进行了介绍，对其干扰机理进行了深入分析，并对灵巧噪声干扰以及密集假目标干扰这两种主要干扰样式进行了仿真分析，验证了投掷式有源雷达诱饵的干扰效果。关键词：有源诱饵；发展现状；干扰机理；干扰效果中图分类号：TN972.1文献标识码：A文章编号：1 6 7 3-1 2 5 5(2 0 2 3)-0 3-0 0 3 6-0 5Analysis and Research on Active Radar Decoy JammingEffect of Airborne ProjectileQIAO Guangxing,YU Qun,ZHAO Feiyu,ZHANG Yi?(1.Avic Chengdu Aircraft Industrial(Group)Co.,LTD.,Chengdu,China;2.Academy of Opto-Electronics,China Electronics Technology Group Corporation(AOE CETC),Tianjin,China)Abstract:With the wide application of the fourth generation air to air radar guidance missile based on pulseDoppler(PD)system with velocity recognition ability and the continuous development of various anti-jamming algo-rithms,the threat situation of radar guidance to fighter platforms is becoming more and more serious.For this rea-son,many airborne throwing type active radar decoy have been developed abroad to generate a large number offalse target signals with different speeds and radar characteristics to jamming radar guidance missile.The airbornethrowing type active radar decoy is introduced,and the jamming mechanism is deeply analyzed.The two main jam-ming modes such as smart noise and dense false target jamming modes are simulated and analyzed,and the jam-ming effect of throwing active radar decoys is verified.Key words:active decoy;developing status;jamming mechanism;jamming effect20世纪末期至今，包括近期的几次局部战争都表明，制空权对左右战争走势包括决定胜负都起着极为关键的作用。空空雷达制导导弹是战斗机主要作战武器之一，同样也是战斗机目前面临最大的雷达制导威胁，从诞生至今就备受世界各国的重视。历经七十余年的不断发展，形成了庞大的装备系列 3。战争是空空导弹发展的源动力，技术突破推动其更新换代，随着战斗机第一代到第四代的升级，世界各国公认空空导弹同样已走过四代的发展历收稿日期：2 0 2 2-0 8-1 2程。当前第四代空空雷达制导导弹主要采取脉冲多普勒(PD)体制进行制导，能够基于多普勒效应对目标的相对径向速度进行识别，从而判断目标的运动特性 5-7 。箔条干扰弹是目前应用最广泛的机载雷达干扰弹，但是因为投放后箔条丝的速度会很快降低为风速，从而与飞机目标速度差较大而容易被PD导引头识别滤除，干扰效能有所下降8 。针对这一问题，目前国外已发展了多型投掷式有源诱饵装备9,通过对导引头雷达的来波信号进行检测，将原始信号采集存储，并按照一定调制规第3 期律生成相参干扰信号延时转发出去，从而能够在PD体制导引头内形成一系列具备不同速度特征的假目标信号，从而帮助我方飞机脱离导引头的锁定，达到干扰目的。1投掷式有源雷达诱饵发展现状国外在2 0 世纪8 0 年代开始研发投掷诱饵，至今已发展到第三代，历经宽带噪声干扰体制和相参储频干扰体制，战术性能已经通过动态打靶和局部冲突实战验证,对抗雷达制导导弹效果较好，主要形成的装备有以下几种。1.1GEN-X小型有源消耗性雷达欺骗干扰机GEN-XRTE-1489/ALE诱饵是美国雷声网络中心系统公司研制的小型有源消耗性对抗诱饵 2 ,从飞机上投放后，可辐射类似于雷达的信号引诱雷达制导导弹，使其偏离原来跟踪的目标。GEN-X是主用振荡器扩展转发器（POET)的后续产品，具有很宽的频率覆盖范围，可利用AN/ALE-47投放器从飞机投放，也可利用AN/ALE-40投放器上的投放，GEN-X诱饵可进行编程，并配有宽带天线，采用砷化镓单片微波集成电路。GEN-X诱饵由弹射弹投放（见图1），投放后展开三片小型尾翼进行稳定控制，锂电池供电，接收机锁定威胁雷达信号，技术产生器产生欺骗信号。乔广星等：机载投掷式有源雷达诱饵干扰效果分析与研究37过信号调制产生不同的速度、方位以及距离特征信号，从而能够对抗连续波、脉冲多普勒等多种体制空空/地空/舰空雷达制导导弹导引头的威胁，尤其是针对主动/半主动导引头的干扰对抗。兼容空军现役机载诱饵投放设备 3 1。2 0 0 1 年初开始正式批量生产装备。图2“贝尔”有源雷达诱饵1.3“蜘蛛”有源雷达诱饵LEA是一种空射式有源一次性雷达诱饵,又名“蜘蛛”（SPIDER)4（见图3），是由法国汤姆逊-CSF公司和马特拉BAE动力法国公司联合开发研制的一种可编程伪随机转发式小型干扰机。能够兼容当前机载投放设备，用于对抗雷达制导威胁。其有源功能载荷主要有GaAs放大器、单片微波集成电路以及供电模块。批量生产后装备于幻影-2 0 0 0 飞机，2 0 0 3 年制定了出口计划。图1 GEN-X雷达欺骗干扰机1.2“贝尔”一次性有源诱饵Bel贝尔”一次性有源诱饵是在2 0 世纪末由法国塞莱斯公司开发（见图2），采用当时最新的GaAs单片机微波集成电路技术开发，主要用于对抗雷达制导导弹的机载末端防护宽频相参干扰机，能够通图3“蜘蛛”有源雷达诱饵381.4STRAP射频一次性有源诱饵STRAP射频一次性投掷诱饵1 5 （见图4)是由BAE系统公司与桑德斯公司联合开发的一次性投掷射频诱饵，能够兼容美国现役（AN/ALE-47)等机载投放设备，用以替代使用的振荡器扩展转发器(POET)以及GEN-X雷达欺骗干扰机。STRAP相比较GEN-X覆盖频率更宽，功率更高。设计时在STRAP诱饵上安装了一个能够迅速响应、一次性使用的固态放大器，同时采用了单独集成的发射/接收天线与微波电路来提升性能。图4STRAP射频一次性有源诱饵1.5“亮云”投式有源雷达诱饵BriteCloud“亮云”投掷式有源雷达诱饵（见图5）是法国泰勒斯公司2 1 世纪开发的最新诱饵产品，是一种采用数字储频体制的相参干扰机，目前有两种尺寸规格，55375mm以及2 5 mm54mm206mm（1 2 8 ），兼容现役电光弹投放器ALE-47等。能够通过信号调制模拟载机平台的雷达散射特性以及速度特征，可以自动接收雷达信号并转发干扰，主要装备于高速喷气式飞机对抗雷达制导导弹导引头。安装与机翼挂架上向下发射，据报道将装备于F-16、阵风以及台风战斗机。*selexEs图5 BriteCloud亮云”有源雷达诱饵光电技术应用2投掷式有源雷达诱饵干扰机理分析在投掷式有源雷达诱饵等机载有源干扰技术中,应用最广泛的是数字射频存储(DRFM)为核心的相参干扰体制6,其通过对来波信号进行检测,将原始信号采集存储，并按照一定调制规律将来波信号延时转发出去7，由于该种方式可以使得干扰转发的信号为相参干扰信号，因此在雷达方对目标检测时，获得干扰相参增益，从而达到干扰或诱骗的目的。在雷达探测时，发射信号遇到目标后的回波，与原发射信号相比，会携带目标的状态信息，具体体现为：根据目标距离不同回波的延时时间及回波幅度会有变化；如果目标处于运动状态，接收回波的频率和初始相位也会产生偏移；如果多个目标同时产生反射，则会产生目标的叠加；此外回波中也会包含各种背景杂波信息，如图6 所示。发射本振信目标1回波目标2尚波目标加回波投掷式有源雷达诱饵的功能即为模拟上述回波信号，回波模拟也采用射频存储转发的体制，对接收到的信号进行存储、调制、延时后再发射出去，其回波与真实目标回波相似，以此来模拟真实目标回波。投掷式有源雷达诱饵可以通过信号调制达到对目标距离、速度、以及信号幅度等多个特征的模拟。2.1距离模拟设雷达与目标间距离为R，雷达从发射脉冲到接收到回波信号的时间间隔为T，光在空气中传播速度为c,则R与的关系为R=1/2cT雷达由时间间隔便可计算出目标与雷达的相第3 8 卷图6 回波信号示例(1)第3 期对距离。对于运动目标，设其相对雷达起始距离为R。、径向速度为V，则回波与发射脉冲的延迟t为2(Ro-V,t)4t=3C对于回波模拟，对雷达发射信号进行相应时间的延迟便可实现距离模拟。2.2速度模拟当目标相对于雷达有径向速度V，时，回波信号相对雷达发射信号会产生频移，称多普勒频移，多普勒频移f.表达式为(3)其中，入为雷达载波信号波长；V，为正数表示目标接近雷达，回波载频增大；V，为负数表示目标远离雷达，回波载频减小。可见，多普勒频移反映目标运动信息，在设计中只要对雷达发射信号叠加多普勒频率，就可以实现目标与雷达之间的速度模拟。多普勒频率可根据雷达载频f。及目标速度信息进行多普勒频率计算，计算公式为2V.f-2VC2.3幅度模拟雷达回波功率与距离的4次方成反比，设运动目标起始距离为R。，回波起始功率为P。，则目标相对雷达距离为R时的回波功率P为P_R诱饵只需根据上式计算功率变化，然后相应控制衰减器，便可实现幅度模拟。3投掷式有源雷达诱饵干扰效果分析灵巧噪声干扰以及密集假目标干扰是目前投掷式有源雷达诱饵最常用的两种干扰样式9,其针对雷达制导导弹导引头的干扰效果较好，下面对两种干扰样式的干扰效果进行针对性分析。3.1灵巧噪声干扰效果分析灵巧噪声干扰是近年来发展起来的一种重要雷达干扰样式，其通过侦收信号与窄带噪声的调制卷积，可以使干扰信号兼具噪声干扰和相参欺骗干乔广星等：机载投掷式有源雷达诱饵干扰效果分析与研究(2)信号转发流程控制数据噪声产生检波流程一图7 灵巧噪声重复转发干扰流程被接收的雷达发射信号经接收、放大滤波后，通过下变频送到数字射频存储器（DRFM），处理后再经过上变频输出雷达重复转发脉冲复制信号；另一路经过检波产生控制数据，控制噪声产生器产生适当长度和带宽的高斯白噪声信号，最后将雷达重复转发脉冲复制信号与高斯白噪声信号进行卷积产生灵巧噪声干扰。噪声产生的流程与设备DRFM(4)复制转发流程同步进行，卷积产生消耗的时间可由设置延时做补偿及调整。噪声信号与频率步进信号卷积后，经过导引头接收处理可与雷达信号获得相同的相参处理增益，这样噪声卷积调制干扰在较小的干扰功率能够产生更好的干扰效果，干扰功率的利用率高。对其做具体分析，用系统干扰功率增益K及系统干信比(5)增益K做对比,有K,=jolj.K=(jo/S.)/(Gj;/S,)式中，jo，j.及S。，S,分别为导引头接收处理前后的干扰功率和信号功率，设卷积采用的噪声时宽为T,信号时宽为T，；步进频信号经脉冲压缩后变为1/B，B 为信号带宽，而噪声长度不变，仍为T，；该接收系统是无源的，则由能量守恒可得J.(T,+T.)=Jo(T,+1/B)则灵巧噪声卷积干扰的功率增益为K,=4-T+1=T.B干信比增益为jo/S。KK=jolj:ji/S.j./S.39扰的优势 2 0-2 1 。灵巧噪声干扰可以产生与目标回波非常相似的干扰信号，具有较好的欺骗干扰特性，且由于该干扰样式能将噪声干扰能量集中于雷达信号带宽内，也同时具备较好的压制干扰特性。实现灵巧噪声重复转发干扰的流程如图7 所示。威胁DRFM重复采样流程灵巧噪声灵巧噪声卷积调制重复转发个卷积干扰流程(6)(7)(8)(9)(10)40其相参功率增益可认为是1,即加人灵巧噪声卷积调制后干扰功率增益及干信比增益均有一定优化，在硬件限制的发射功率下提高了干扰功率利用率。加入灵巧噪声卷积调制后的干扰仿真如图8所示。间歇采样灵巧噪声干扰（干信比：1 0 dB）3020100aP/-10-20-30-40-500仿真中设计噪声为高斯随机噪声，截取两次仿真结果对比，可以看出，随噪声序列变化干扰信号的相干接收特性也在发生改变，目标回波附近波门内的假目标具备随机性，可以实现对导引头跟踪环路的有效破坏。3.2密集假目标干扰效果分析密集假目标干扰是将假目标的间距做得足够密，从而来干扰雷达的恒虚警率(CFAR)检测,从而使雷达在很大范围内检测不到目标信号，从而实现压制的干扰效果，调制的假目标信号幅度距离随机起伏。假目标的产生是基于DRFM采集、存储当前脉冲重复周期内的雷达信号脉冲，通过延时叠加和频率调制，产生多个不同距离位置和运动规律的虚假目标，以达到使雷达信号处理机处理能力饱和和扰乱其目标检测的目的。假定以雷达接收信号为线性调频信号，信噪比10dB，其带宽1 0 MHz，起始频率1 2 5 MHz，产生8 个假目标,初始假目标延时5 s,两两假目标之间延迟0.5s情况来仿真，经过匹配滤波后的输出如图9。通过对接收到的雷达脉冲信号进行多次叠加，然后发射出去，经末制导雷达信号处理后，可以在目标前后产生多个虚假目标。在干扰信号的功率远大于目标回波信号时，干扰机产生的假目标可以光电技术应用完全覆盖住真实目标。并且末制导雷达信号处理产生的一维距离像是基于多个步进频脉冲形成的，对单个脉冲干扰有效也就是对末制导雷达获得的一维距离像干扰也有效。下面对密集假目标干扰进行仿真分析，以线性调频信号为例，图1 0、图1 1所示分别说明了在脉冲宽度为1 s和1 0 s下转发间歇采样灵巧市干拥干扰效果。目标回波10元5ap/epn.duy-5-10F-15-20F4 0008000采样点数图8 灵巧噪声干扰效果仿真第3 8 卷真实回波干扰信号12.00016 000-25-30F-2图9 密集假目标干扰脉压结果图密集假目标转发（干信比：1 dB）100908070AP/6050403020图1 0 1 s脉宽密集假目标干扰效果密集假目标转发（干信比：1 dB）3025aP/20F150图1 1 1 0 s脉宽密集假目标转发干扰效果01 0002.0003 000采样点数0.51采样点数24时间/s4 0005 0006 000密集复制干扰且标回波1.52(下转第7 1 页）682.5x10*10 x10-目标回波密集复制干扰第3 期统校正方法研究 .长春理工大学学报（自然科学版），2018,41(2):80-82.5柳玉波.表面处理工艺大全 M.北京：中国计量出版徐海峰等：一种面向室内测试开发的等效运动靶标量出版社,2 0 1 3.71社,1 9 9 6.6 计量学名词审定委员会.计量学名词 M.北京：中国计(上接第40 页）4结 论随着具备运动速度识别能力的第四代以脉冲多普勒(PD)体制为主的雷达制导导弹大量使用,以及平台外有源诱饵角度欺骗的使用优势，并且诱饵通过信号调制能够产生大量速度特征以及雷达特性与载机平台相似的假目标信号，机载投掷式有源雷达诱饵在平台末端自卫防护领域有着较好的应用前景。伴随当前数字射频存储(DRFM)相参干扰体制的不断发展，以及高速并行信号处理器（FP-GA）、高速数模/模数转换器（DAC/ADC)等元器件集成度和性能的不断提升，支撑着投掷式有源雷达诱饵持续发展，增强了机载平台电磁对抗手段的丰富性和战术策略的灵活多变性。参考文献1 刘克俭，王修柏.第一场以空致胜的战争：科索沃战争 M.北京：军事科学出版社，2 0 0 8.2高桂清,赵后随,韩奎侠.导弹制胜论 M.西安：西北工业大学出版社，2 0 1 2.3 杨卫丽，王祖典.航空武器的发展历程 M.北京：航空工业出版社,2 0 0 7.4 樊会涛，崔颢.空空导弹7 0 年发展综述 .航空兵器，2016(1):1-3.5任淼,刘琪.2 0 1 9 年国外空空导弹发展动态研究 J.航空兵器,2 0 2 0(4)：2-3.6 樊会涛，王秀萍，任淼，等.美国“先进中距空空导弹”AIM-120的发展及启事（1)J.航空兵器，2 0 1 5（1）：3-9,22.7张静元，赵非玉，高旭恒，等.国外动力型诱饵的研究现状 .光电技术应用,2 0 2 0,3 5(2)：1-6,7 8.8 于群，过凯，赵非玉，等.基于数值模拟耦合群电磁特性及成像仿真分析 .光电技术应用，2 0 2 1,3 6（4）：67-68.9 STREETLY M.Janes Radar and Electronic WarfareSystemM.22nd ed.Surrey,UK:HIS Jane s,HISGlobal Limited:2010.10陈骄阳.航外有源诱饵干扰效果动态评定方法研究 1 舰船电子工程,2 0 2 0,40(3)：7 3-7 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