欺骗干扰

欺骗干扰（精选4篇）

欺骗干扰 篇1

0 引 言

角度欺骗干扰被用来破坏雷达角跟踪系统的正常工作[1]。对于角跟踪形式不同的雷达, 角度欺骗干扰的方法也不同。比如:对暴露式圆锥扫描雷达, 采用倒相欺骗干扰;对隐蔽锥扫雷达, 采用扫频方波干扰[2]。由于单脉冲雷达采用先进的角跟踪技术——同时波瓣技术, 只需一个回波脉冲便可获得目标的距离、速度和角度信息, 因此, 具有很强的抗单点源角度欺骗干扰的能力[3]。随着雷达抗干扰技术的发展, 人们对单脉冲雷达的角度欺骗干扰进行了深入研究, 提出了很多干扰措施。其中, 闪烁干扰就是一种有效的对抗单脉冲雷达角跟踪系统的干扰方式[4]。

1 单脉冲雷达角跟踪原理

1.1 单脉冲雷达构成与原理

典型比幅单脉冲雷达的组成框图如图1所示, 主要由扫描天线 (包括和差网络) 、信号变换放大、相敏检波和伺服系统组成[5]。天线接收到的回波信号经和差网络后形成包含目标角误差信号的高频信号, 经信号变换后送至相敏检波电路, 检出角误差信号, 最后, 伺服系统控制天线转动, 消除角误差, 天线电轴对准目标。

1.2 单点源目标角误差信号

单脉冲雷达, 一般是在天线轴线的上、下、左、右设置4个偏置的馈源喇叭 (见图1) 。发射状态时, 以和波束方式向空中辐射。接收时, 4个喇叭同时接收并进行和差运算。4个波束求和形成和信号;右边2个波束与左边2个波束求差得到方位差信号;上边2个波束与下边2个波束求差得到俯仰差信号。

AGC (自动增益控制) 电路根据和通道信号的幅度调整3路中放的增益, 保证角误差信号与信号幅度无关, 即实现归一化处理。相位检波器输出的角跟踪误差电压为[6]:

$e=\frac{|\Sigma ||\Delta |}{|\Sigma ||\Sigma |}\cos \phi =\frac{|\Delta |}{|\Sigma |}\cos \phi (1)$

式中:e为角误差检波器输出电压;|Σ|为和信号幅度;|Δ|为差信号幅度;φ为和、差信号之间的相角, φ=0或π, 分别表示正极性或负极性。

1.3 双目标角误差信号

当主波束内有2个位于电轴两侧的目标时, 双目标角度误差$\overline{e}$的表达式为[7]:

$\overline{e}=\frac{{\rm P}{}_{1}F{}_{\Delta }(\theta {}_1)+{\rm P}{}_{2}F{}_{\Delta }(\theta {}_2)}{{\rm P}{}_{1}F{}_{\Sigma }(\theta {}_1)+{\rm P}{}_{2}F{}_{\Sigma }(\theta {}_2)}(2)$

式中:P1、P2分别为2个目标回波到达天线口面时的功率;FΣ (θ) 、FΔ (θ) 分别为和、差波束方向性函数;θ1和θ2分别为2个目标偏离电轴的角度。

当天线处于稳定跟踪状态时, $\overline{e}=0$。当θ1和θ2很小时, 令式 (2) 为0, 可近似解得:

$|\theta {}_1|=\frac{{\rm P}{}_2}{{\rm P}{}_1+{\rm P}{}_2}\text{Δ}\theta (3)$

式中:Δθ=|θ1|+|θ2|, 即2个目标相对被干扰雷达的张角。式 (3) 表明, 天线稳定跟踪在2个目标能量质心位置。

2 闪烁干扰的分类及效能

闪烁干扰是指位于被干扰雷达天线波束内的2架或者多架载机轮流向被干扰雷达发射干扰信号, 干扰信号频带覆盖被干扰对象信号频带。

闪烁干扰按干扰信号相位关系可分为相参干扰和非相参干扰;按干扰机数量又可分为单机闪烁干扰和双机或多机闪烁干扰。双机闪烁干扰根据干扰时序可分为同步闪烁干扰和异步闪烁干扰。本文主要研究非相参双机同步闪烁干扰。

同步闪烁干扰要求双机干扰信号的通、断在时域上保持同步, 均以50%占空比发射矩形脉冲调制的干扰信号, 干扰通断示意图如图2所示[8]。

当同一波束内有2个目标时, 雷达将跟踪它们的能量质心, 偏向能量大的目标。因此, 双机闪烁干扰将使雷达天线不停地摆动, 导致雷达不能稳定地跟踪目标, 干扰关断后丢失目标, 使武器系统不能满足射击条件, 或降低武器系统的命中精度。

3 闪烁干扰参数

3.1 闪烁干扰信号形式

干扰信号形式的选取应以闪烁干扰有效为基础。闪烁干扰有效的条件是[9]:

a) 能使被干扰雷达天线跟随干扰源摆动。

b) 被干扰雷达无法分辨2个目标。

干扰信号有2种形式:欺骗性干扰信号和压制性干扰信号。转发式距离欺骗和速度欺骗干扰信号在与真实目标的距离和速度信号存在一定差异时才能有效, 因此, 采用欺骗性干扰信号, 被干扰雷达容易在距离和速度上分辨目标。另外, 欺骗干扰信号不容易实现大的干信比, 也就不利于使雷达天线追摆。因此, 不宜选用欺骗干扰信号。

噪声调制信号具有以下优点:

a) 容易形成较大的干信比, 使雷达的角跟踪系统发生追摆。

b) 可压制雷达目标的距离和速度信号, 增大距离和速度测量误差, 防止雷达从距离和速度上分辨目标。

因此, 噪声调制信号是闪烁干扰的首选信号。

3.2 能量比

雷达接收到的信号由2部分组成:一是干扰源发射信号进入接收机的部分;一是载机对雷达发射信号的反射部分。

对于“开”状态目标, 由于干扰信号远大于载机反射信号, 可忽略载机反射信号。其功率表达式为:

${\rm P}{}_{\text{o}\text{n}}=\frac{{\rm P}{}_{\text{j}}G{}_{\text{j}}G{}_{\text{r}}\lambda {}^2{\rm K}}{(4\text{π}){}^{2}R{}^2}(4)$

式中:Pon为“开”状态进入雷达的干扰功率;Pj为干扰机发射功率;Gj为干扰机天线增益;Gr为雷达天线增益;λ为波长;R为目标与雷达的距离;K为因干扰机与雷达天线极化方式不同及频率差异造成的损失。

“关”状态目标信号功率为:

${\rm P}{}_{\text{o}\text{f}\text{f}}=\frac{{\rm P}{}_{\text{r}}G{}_{\text{r}}^2\sigma {}_{\text{j}}\lambda {}^2}{(4\text{π}){}^{3}R{}^4}(5)$

式中:Poff为“关”状态目标回波功率;Pr为雷达发射功率;σj为目标RCS (雷达散射截面积) 。

2个目标的能量比b为:

$b=\frac{{\rm P}{}_{\text{o}\text{n}}}{{\rm P}{}_{\text{o}\text{f}\text{f}}}=\frac{4\text{π}{\rm P}{}_{\text{j}}G{}_{\text{j}}{\rm K}}{{\rm P}{}_{\text{r}}G{}_{\text{r}}\sigma {}_{\text{j}}}R{}^2(6)$

由式 (6) 可知, 能量比与距离的平方成正比。当距离较远时, 容易实现高能量比;距离较近时, 能量比显著下降, 当达到“烧穿”距离时, 干扰失效。

能量比的大小影响雷达对目标的跟踪精度。令b=P1/P2, Δθ=Δθ0.5 (主波束半功率宽度) , 代入式 (3) 得:

$|\theta {}_1|=\frac{1}{b+1}\text{Δ}\theta {}_{0.5}(7)$

由式 (7) 绘出目标1跟踪角误差与能量比的关系曲线, 如图3所示。由图可知, 跟踪误差随能量比的增大而减小。当b=1 (0 dB) , 即2个干扰源能量相等时, |θ1|=0.5Δθ0.5, 跟踪误差最大, 天线跟踪在2个目标中心位置;当b≥100 (20 dB) 时, |θ1|≈0, 误差最小, 天线对准目标1。

从满足闪烁干扰有效条件考虑, 应该选择较大的能量比。但是, 如果能量比过大, 雷达对目标的跟踪精度较高, 不利于降低导弹命中精度。因此, 应折衷选择能量比。

3.3 闪烁频率

角跟踪系统的调节时间约为0.1 s～2.0 s, 相当于低通系统[9]。闪烁频率应与角跟踪系统调节时间在同一量级。当闪烁频率过高时, 角跟踪系统表现为低通特性, 天线跟踪在目标的能量质心位置;当闪烁频率过低时, 被干扰雷达将长时间精确跟踪目标, 其结果可能是致命的。

闪烁频率的选择应保证闪烁周期的一半小于角跟踪回路调节时间, 这样, 在闪烁源位置切换时, 角跟踪系统未达到稳定跟踪状态, 天线仍然有较大的角误差输出。

3.4 双机距离

这里所说的双机距离是指雷达最终分辨目标时刻的双机之间的距离[10]。目标与雷达的位置关系如图4所示。图中, L为双机距离, Δθ为2个目标相对雷达的张角, 也就是分辨角, Vr为武器速度, q为武器速度方向和双机连线的夹角, D为武器与目标的距离。

装备自导系统的武器 (如导弹) 的命中误差为:

$r=\Delta {}_0-\Delta {}_{\text{j}}(8)$

式中:r为最终误差;Δ0为雷达分辨目标时刻的误差, 也称起始误差;Δj为自分辨时刻起弹道的修正误差。

当2个目标能量比为1时, 起始误差Δ0为:

$\Delta {}_0=\frac{1}{2}L\sin q(9)$

当能量比不为1时, 式 (9) 须乘一个取值为0.8～1.2的修正因子[9]。

修正误差Δj为:

$\Delta {}_{\text{j}}=\frac{1}{2}j{}_{\text{n}}t{}_{\text{j}}^2(10)$

式中:jn为武器相对于目标的横向加速度;tj为弹道修正时间, 其表达式为:

$t{}_{\text{j}}=\frac{D}{V{}_{\text{r}}}=\frac{L\sin q}{\text{Δ}\theta V{}_{\text{r}}}(11)$

将式 (9) ～ (11) 代入式 (8) 得:

$r=\frac{1}{2}L\sin q-\frac{1}{2}j{}_{\text{n}}\left(\frac{L\sin q}{\text{Δ}\theta V{}_{\text{r}}}\right){}^2(12)$

双机距离的选择原则是:获得最大的命中误差, 即r值最大。式 (12) 对L求导, 并令导数为0, 可求得L值:

$L=\frac{(\text{Δ}\theta ){}^{2}V{}_{\text{r}}^2}{2j{}_{\text{n}}\sin q}(13)$

4 结束语

双机闪烁干扰可破坏单脉冲雷达角跟踪系统的正常工作, 使雷达天线不停地摆动, 导致雷达不能稳定地跟踪目标, 降低武器系统的命中精度。为提高干扰效能, 应慎重选择干扰参数:干扰信号选噪声调制信号;能量比应大到可以使天线产生追摆, 压制雷达对目标的距离和速度信号的录取, 但太大的能量比不利于降低跟踪精度;闪烁周期的一半应小于角跟踪回路调节时间, 使角跟踪系统不能达到稳定跟踪状态;双机距离的确定以获得最大脱靶量为原则。

摘要：单脉冲雷达具有很强的抗单点源干扰能力, 闪烁干扰是对抗单脉冲雷达的有效方式之一。本文在分析单脉冲雷达角跟踪系统工作原理的基础上, 介绍了闪烁干扰的分类和干扰效能。研究表明, 闪烁干扰可使雷达天线始终在干扰源之间追摆, 从而破坏单脉冲雷达角跟踪系统的正常工作, 降低武器系统的命中精度。最后, 分析了闪烁干扰参数对干扰效能的影响, 并给出了各种参数的选取原则。

关键词：角度欺骗干扰,单脉冲雷达,角跟踪系统,闪烁干扰

参考文献

[1]侯民胜, 张治海.单脉冲雷达角度干扰的计算机仿真[J].中国雷达, 2003 (4) :30-34.

[2]侯民胜, 许明辉.单脉冲雷达角跟踪系统相干干扰的计算机仿真[J].雷达与对抗, 2003 (4) :5-8.

[3]向敬成, 张明友.雷达系统[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[4]桑炜森.电子对抗效能分析与评价模型[M].北京:解放军出版社, 2004.

[5]侯民胜.单脉冲雷达天线方向图的计算[J].中国雷达, 2007 (2) :55-58.

[6]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1999.

[7]徐松涛, 杨绍全.被动单脉冲导引头对两干扰源的跟踪特性研究[J].西安电子科技大学学报:自然科学版, 2001, 28 (5) :681-684.

[8]粟平, 范科, 王建涛, 等.一种新的同步非闪烁干扰的实现方法[J].北京理工大学学报, 2007, 27 (9) :820-823.

[9]石志勇, 韩青山, 王志云, 等.雷达角跟踪系统幅频特性的自动测试[J].现代雷达, 1999, 21 (3) :73-76.

[10]叶广强, 刘亲社, 王星, 等.双机闪烁干扰最优距离计算方法[J].空军工程大学学报:自然科学版, 2006, 7 (1) :29-30.

欺骗干扰 篇2

SAR在侦察监视领域的应用日趋广泛[1,2],研究有针对性的对抗理论方法和手段[3,4,5,6,7,8,9,10],合理有效地进行对抗效能的评估和推算,对检验干扰技术,促进干扰装备研制与应用,具有日益紧迫的现实意义。

欺骗干扰作为一种有效的SAR对抗手段,通过侦察被干扰SAR 的脉内参数,计算出假目标的帧频谱,与接收信号在频域相乘,再变换成时域信号向SAR发射,使得SAR图像中出现虚假目标图像,具有干扰功率小、迷惑性强且实施灵活的特点,已引起了国内外许多学者的注意和研究[8]。干扰对象不同,欺骗干扰效果将产生显著差异。因此,需要利用一些已知对象的对抗效果,推算得出干扰系统对其他未知对象SAR的干扰效果及其变化特性。邻近带宽下的欺骗干扰效果的推算问题,其本质属于电子战效果度量问题,依赖于有关真假目标特性试验数据的获取和分析、对抗过程的准确建模以及干扰效果的评估与推算模型。

关于SAR对抗效果评估,出于保密的考虑,国外有关研究报道较少。GOJ等提出了利用等功率密度曲线进行评估的方法[4]。在国内,文献[1]研究了基于干扰前后图像纹理匹配的干扰效果评估方法,指出对SAR的干扰效果评估应该从图像处理的角度进行评估。而针对干扰对象SAR缺乏的问题,出于保密的考虑,国外极少有相关报道。在国内,王国玉等针对常规雷达对抗试验,提出了“雷达对抗试验替代等效推算”的方法,解决了电子系统缺少配试系统试验的难题,建立了相应的替代等效推算模型[2]。在高分辨雷达目标特性研究方面,文献[3]研究了提高SAR图像分辨率的正则化和二维谱分析等方法,研究目标对象均为人造目标。但关于SAR有源假目标输出特性推算的研究,还没有公开报道[7,8,9,10]。本文针对此问题,提出了一种基于点扩展函数PSF(Point Spread Function)的SAR有源假目标特性推算模型。

1 SAR系统响应及其能量解析

1.1 表征SAR系统响应的点扩展函数PSF

SAR成像的本质就是从回波s(x,r)中提取目标后向散射系数的二维分布:

$\overline{\sigma }(x,r)=s(x,r)*h{}_s(x,r)(1)$

式中*表示二维卷积,且:

$\begin{array}{l}s(x,r)=\sigma (x,r)*h(x,r)\\ ={\displaystyle \underset{D}{\iint }\sigma }(x,r)W{}_a(x-x^{\prime })W{}_r(r-r^{\prime })\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}\left(t-\frac{2R(x)}{c}\right)\times \\ \exp \left\{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\cdot \left[t-\frac{2R(x)}{c}\right]+\text{j}\text{π}{\rm K}\left[t-\frac{2R(x)}{c}\right]{}^2\right\}\text{d}{x}^{\prime }\text{d}{r}^{\prime }(2)\end{array}$

式中:x表示方位向位置;r表示距离向位置;D表示波束照射区域;σ(x,r)表示点(x,r)的后向散射系数;Wa(·)为方位向方向图函数;Wr(·)为距离向方向图函数;rect(·)为矩形窗函数;R(x,r)表示雷达到点(x,r)的距离,在脉冲发射持续期间,平台可视为静止,可将R(x,r)写为R(x),fc为载频,c为电磁波传播速度;K为发射LFM信号的调频斜率。式(2)中h(x,r)为:

$\begin{array}{l}h(x,r)=W{}_a(x-x^{\prime })W{}_r(r-r^{\prime })\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}\left\{\frac{2}{c}[r-R(x)]\right\}\times \\ \exp \left\{\text{j}\frac{4\text{π}}{\lambda }[r-R(x)]\right\}\exp \left\{\text{j}\frac{4\text{π}{\rm K}}{c{}^2}[r-R(x)]{}^2\right\}(3)\end{array}$

式中λ为信号波长。如果不存在距离迁移,且距离、方位向可分离,式(3)可近似为:

$h(x,r)=h{}_a(x,r)*h{}_r(x,r)(4)$

其中:

$\{\begin{array}{l}h{}_r(x,r)=\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}\left(\frac{2r}{c}\right)W{}_r(r)\exp \left(\text{j}\frac{4\text{π}{\rm K}}{c{}^2}r{}^2\right)\delta (x)\\ h{}_a(x,r)=W{}_a(x)\exp \left[\text{j}\frac{4\text{π}}{\lambda }R(x)\right]\delta [r-R(x)]\end{array}(5)$

根据匹配滤波原理,若存在如下关系:

$h{}_s(x,r)=h{}^{-1}(x,r)=h{}_r^{-1}(x,r)*h{}_a^{-1}(x,r)(6)$

则有:

$\begin{array}{l}\stackrel{⌢}{\sigma }(x,r)=\sigma (x,r)*h(x,r)*h{}_s(x,r)\\ =\sigma (x,r)*(h{}_a(x,r)*h{}_a^{-1}(x,r))*\\ (h{}_r(x,r)*h{}_r^{-1}(x,r))(7)\end{array}$

如式(7),不妨定义系统响应点扩展函数PSF为:

$\begin{array}{l}p(x,r)=\sigma {}^{-1}(x,r)*\stackrel{⌢}{\sigma }(x,r)\\ =(h{}_a(x,r)*h{}_a^{-1}(x,r))*\\ (h{}_r(x,r)*h{}_r^{-1}(x,r))(8)\end{array}$

如图1所示,其包络形状为:

$E{}_{nv}\{p(x,r)\}=\left|\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}(\frac{r}{\rho {}_r})\right|\cdot \left|\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}\left(\frac{x}{\rho {}_a}\right)\right|(9)$

1.2 PSF的能量解析

对上述包络,如果二维可分离条件成立,则包络下的能量为:

$\begin{array}{l}{\rm P}(X,R)={\displaystyle \underset{D}{\iint }p}{}^2(x,r)\text{d}x\text{d}r\\ ={\displaystyle {\int }_{-R}^R\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2\left(\frac{r}{\rho {}_r}\right)\text{d}r\cdot {\displaystyle {\int }_{-X}^X\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2\left(\frac{x}{\rho {}_a}\right)\text{d}x(10)\end{array}$

进一步推导,有:

$\begin{array}{l}{\rm P}(X,R)=\frac{\rho {}_r\rho {}_a}{\text{π}{}^2}\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}R/\rho {}_r}^{\text{π}R/\rho {}_r}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot \\ {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X/\rho {}_a}^{\text{π}X/\rho {}_a}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x(11)\\ {\rm P}(X+\text{Δ}X,R+\text{Δ}R)=\frac{\rho {}_r\rho {}_a}{\text{π}{}^2}\cdot \\ {\displaystyle {\int }_{-\text{π}(R+\text{Δ}R)/\rho {}_r}^{\text{π}(R+\text{Δ}R)/\rho {}_r}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}(X+\text{Δ}X)/\rho {}_a}^{\text{π}(X+\text{Δ}X)/\rho {}_a}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x(12)\end{array}$

如果分别固定方位向和距离向位置X=X0,R=R0,则式(11),式(12)相减可得:

$\begin{array}{l}\text{Δ}{\rm P}(X{}_0,R{}_0)={\rm P}(X{}_0+\text{Δ}X,R{}_0+\text{Δ}R)-{\rm P}(X{}_0,R{}_0)\\ =p{}^2(X{}_0,R{}_0)\cdot \text{Δ}X\text{Δ}R(13)\end{array}$

2 对SAR的有源欺骗干扰机理

有源欺骗性干扰就是通过干扰机发射与真实目标回波相似的干扰信号,在SAR图像上形成欺骗假目标,以达到迷惑敌方的干扰目的。对单部干扰机,如图2所示,在方位斜距二维平面上,设雷达平台沿y轴飞行,干扰机置于测绘带(x,y)处,设定有N0个欺骗目标,其位置、散射强度分别为(xcn,ycn),σcn(n=1,2,…,N0),t时刻雷达位于(0,u)处,其发射信号如下:

$q(t,u)=\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}\left(\frac{t}{\tau }\right)q(t)(14)$

式中:t为快时间;rect

$\left(\frac{t}{\tau }\right)=\{\begin{array}{l}1,|t|\le \tau /2\\ 0,\text{o}\text{t}\text{h}\text{e}\text{r}\text{w}\text{i}\text{s}\text{e}\end{array}$

;τ为发射脉冲宽度,发射信号一般为线性调频信号,即q(t)=exp(j2πfct+jπkt2)。若设第i个假目标的位置和散射强度分别为(xci,yci),σci,它应使得雷达接收信号为:

$s{}_i(t,u)=\sigma {}_{ci}\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}\left(\frac{t-\frac{2R{}_i(u)}{c}}{\tau }\right)q\left(t-\frac{2R{}_i(u)}{c}\right)(15)$

式中:$R{}_i(u)=\sqrt{x{}_{ci}^2+(y{}_{ci}-u){}^2}$为第i个假目标到雷达的距离,假目标信号si(t,u)可由干扰机接收信号sJ(t,u)延迟得到,考虑多个假目标情况,即:

$s{}_{\Sigma }(t,u)={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}{}_0}\sigma }{}_{i}s{}_{\text{J}}(t-\text{Δ}\tau {}_i,u)(16)$

其中,延迟时间Δτi为:

3 基于PSF的SAR有源欺骗假目标特性的变化与推算

3.1 不同带宽下有源欺骗假目标特性的变化

关于有源欺骗干扰的假目标特性,最重要的是其和真目标之间的似真性,若似真性条件已经满足,由于SAR图像是建立在原始回波经脉压后输出信号幅度强度的对比度的基础之上,最终输出的图像灰度值和PSF函数之间具有线性关系,因此有源假目标的输出幅度特性至关重要。

不妨假设2部同一波段内的SAR,除信号带宽不同外,其他特性均一致,其系统函数响应的包络分别设为P1(X,R)和P2(X,R),幅度为a1和a2,则有包络下所包含的能量:

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_1(X{}_1,R{}_1)=\frac{a{}_1^4\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}{\text{π}{}^2}\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}^{\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot \\ {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X{}_1/\rho {}_{a1}}^{\text{π}X{}_1/\rho {}_{a1}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x(18)\\ {\rm P}{}_2(X{}_2,R{}_2)=\frac{a{}_2^4\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}{\text{π}{}^2}\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}^{\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot \\ {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}^{\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x(19)\end{array}$

式(18),式(19)相除,得到:

$\begin{array}{l}\frac{{\rm P}{}_1(X,R)}{{\rm P}{}_2(X,R)}=\frac{a{}_1^4\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}{a{}_2^4\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}\cdot \\ \frac{{\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}^{\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot {{\displaystyle \int }}^{\text{π}X{}_1/\rho {}_{a1}{}_{-\text{π}X}{}_1/\rho {}_{a1}}\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x}{{\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}^{\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}^{\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x}(20)\end{array}$

脉冲压缩雷达一般是将接收信号通过与产生信号网络共轭的无源网络完成,属于典型的无源压缩,按照能量守恒定律,如果两个包络的积分区间一致,则有:

$\frac{a{}_1}{a{}_2}=\sqrt[4]{\frac{\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}{\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}}(21)$

式(21)意义很明显,即输出有源假目标包络幅值之比等于其二维分辨率积之比倒数的4次方根值。

3.2 实现欺骗干扰效果推算的基本步骤

有了式(21)的关系,很容易开展对抗条件下有源假目标的输出特性推算。其步骤如下:

(1) 首先,提取已知对抗战情下的有源假目标特性。获得了带宽B1下实测有源假目标干扰图像输出后,进行假目标的输出能量特性提取,如图3所示,A,B区域分别为有源假目标和背景区域。

有源假目标能量计算如下式:

$\epsilon {}_p={\displaystyle \sum _{i\in A}{\rm I}}{}_i^2-\frac{S{}_A}{S{}_B}{\displaystyle \sum _{j\in B}{\rm I}}{}_j^2(22)$

式中:SA,SB分别表示A,B区域面积;Ii,Ij表示像素的灰度值。

(2) 推算未知对抗战情下的假目标包络幅值特性。按照式(21)计算未知场景下假目标包络幅值的相对变化。

(3) 模拟未知场景下有源假目标干扰的图像输出。基于有源假目标和杂波散射特性的差异以及SAR成像处理本身的线性特点,这里采取将有源假目标和杂波分开模拟的思路,并在此基础上,对推算的欺骗干扰效果进行评估。

4 推算模型的性能分析

有源假目标欺骗干扰效果与干扰压制系数Kj(即干扰有效时的压制干信比)有关,一般要求干信比大于Kj,但这只是干扰的必要条件,而不是充分条件。欺骗式干扰的评估应以雷达将假目标作为真目标处理的概率为准则。在欺骗干扰条件下,反映干扰效果应该是假目标被检测为真目标的概率,也就是假目标的检测概率。

首先,对于包络下的能量,如式(11),总有:

即假目标能量提取时,利用的分辨单元越多,提取的能量越准确。但严格讲:

$\begin{array}{l}\frac{a{}_1}{a{}_2}=\sqrt[4]{\frac{\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}{\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}\cdot \frac{{\rm P}{}_1(X,R)}{{\rm P}{}_2(X,R)}}\times \\ \frac{{\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}^{\text{π}R{}_1/\rho {}_{r1}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X{}_1/\rho {}_{a1}}^{\text{π}X{}_1/\rho {}_{a1}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x}{{\displaystyle {\int }_{-\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}^{\text{π}R{}_2/\rho {}_{r2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}r\cdot {\displaystyle {\int }_{-\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}^{\text{π}X{}_2/\rho {}_{a2}}\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{d}x}(23)\end{array}$

所以,一般$\frac{{\rm P}{}_1(X,R)}{{\rm P}{}_2(X,R)}\ne 1$,只有当X→∞,R→∞时,才能等于1;

对于实际得到的$\stackrel{⌢}{{\rm T}}=\frac{a{}_1}{a{}_2}$,设有区域:

此时,有:

$\begin{array}{l}\stackrel{⌢}{{\rm T}}\in [\sqrt[4]{\frac{\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}{\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}}\cdot \frac{{\displaystyle \underset{D{}_{L1}}{\iint }\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}x\text{d}r}{{\displaystyle \underset{D{}_{{\rm H}2}}{\iint }\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}x\text{d}r},\\ \sqrt[4]{\frac{\rho {}_{r2}\rho {}_{a2}}{\rho {}_{r1}\rho {}_{a1}}}\cdot \frac{{\displaystyle \underset{D{}_{{\rm H}1}}{\iint }\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}x\text{d}r}{{\displaystyle \underset{D{}_{L2}}{\iint }\text{s}}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(x)\text{s}\text{i}\text{n}\text{c}{}^2(r)\text{d}x\text{d}r}](24)\end{array}$

其次,目前对于高分辨雷达的杂波分布,很多学者研究了基于K分布的杂波拟合算法,并得到了很好的验证。对于中低分辨率的雷达,复高斯杂波仍然具有一定的适用性,所以,运用它衡量假目标的检测概率变化,依然不失其学术意义。根据复高斯杂波CFAR检测理论,在杂波功率等于φ2时,有:

${\rm P}{}_{\text{f}\text{a}}={\displaystyle {\int }_{x{}_0}^{\infty }\frac{t}{\phi {}^2}}\exp \left(\frac{t{}^2}{2\phi {}^2}\right)\text{d}t(25)$

得到:

$\begin{array}{l}x{}_0=\sqrt{-2\phi {}^2\ln {\rm P}{}_{\text{f}\text{a}}}(26)\\ {\rm P}{}_{\text{d}}\approx \frac{\text{e}\text{r}\text{f}\text{c}(\sqrt{-\ln {\rm P}{}_{\text{f}\text{a}}}-\sqrt{\text{J}\text{C}\text{R}+0.5})}{2}(27)\end{array}$

其中:

$\text{e}\text{r}\text{f}\text{c}(z)=1-\frac{2}{\sqrt{\text{π}}}{\displaystyle {\int }_0^z\text{e}}{}^{-v{}^2}\text{d}v(28)$

由式(27),易得Pd为JCR的单调增函数,也就是说,带宽越大,分辨率越高,假目标的干杂比越大,被检测的概率越高,欺骗效果越好;反之也成立。同时,检测概率误差ΔPd和假目标幅值特性推算误差成正比,即ΔPd∝$\overline{{\rm T}}$。

对于非高斯杂波背景下干扰效果的推算,由于一定杂波分布下的SAR目标检测,一般都是按照CFAR进行的,其目的在于提供变化的检测阈值,使得目标检测在不同的杂波分布下具有相同的虚警率。所以,如果有目标情况下分布参数变化不大的话,假目标幅值大的应该有利于检测,即欺骗干扰效果较优;反之也成立。

5 仿真结果与分析

以X波段SAR的对抗仿真为例,设定仿真参数如下,波长为0.031 m,带宽为380 MHz和175 MHz,采样率为400 MHz,飞行速度为115 m/s,高度为3 km,雷达PRF为750 Hz,干扰样式为欺骗干扰,雷达工作于正侧视条带模式,用CS算法成像,图4,图5分别为两种带宽条件下的SAR有源假目标叠加复高斯杂波的图像。由于推算的有源假目标特性和实际的假目标位置重合,其幅值特性未绘制。仿真的杂波功率等于0.5,值得说明的是,图中的幅值代表最后成像的幅值,相当于前文幅度的平方值。图6为幅值特性相互推算的一簇曲线,图7为有源假目标对应的检测概率曲线。

由图4,图5可见,由于带宽不同,SAR系统响应明显变化,导致假目标输出图像像素幅值发生明显变化,并且其变化规律和前文推导一致。

由图6可见,推算的假目标幅值特性和实际进行有源假目标能量提取时利用的分辨单元数目有关,利用数目越多,推算的幅值越接近实际假目标的幅值,一般当利用数目超过35个时,这个值已经接近93%,足够进行粗略推算。

由图7可见,在复高斯杂波背景下,推算假目标的检测性能和实际假目标的检测性能基本一致,并且实际假目标检测性能是被推算的假目标检测性能的误差范围所覆盖,这进一步说明了推算模型的有效性。

6 结 语

本文给出了同一波段内不同带宽条件下SAR有源假目标特性的推算模型。仿真表明,这种推算模型是有效的,这为欺骗干扰效果的推算研究奠定了基础,但是,在低频段,SAR有源假目标实际存在非正交旁瓣效应,上述的能量提取方案需要完善。同时,实际对抗效果推算中必然涉及杂波模型的变化检测问题,这将是下一步研究的重点。

摘要：针对SAR对抗效能评估中的欺骗干扰效果推算难题,提出了一种基于点扩展函数PSF的SAR有源欺骗干扰效果的评估与推算模型。首先,推导了SAR系统响应的能量解析式及其误差容限;其次,给出了基于PSF的SAR有源假目标干扰效果的推算模型与步骤;最后,分析了复高斯杂波背景下模型的推算性能。仿真实例表明了模型的准确性和有效性。

关键词：合成孔径雷达,欺骗干扰,点扩展函数,等效推算

参考文献

[1]柏仲干,王伟,王国玉,等.基于区域纹理匹配的SAR欺骗性干扰评估方法研究[J].系统工程与电子技术,2006(10):1506-1508.

[2]王国玉,汪连栋,阮祥新,等.雷达对抗试验替代等效推算原理与方法[M].北京:国防工业出版社,2002.

[3]董臻,朱国富,粱甸农.基于外推的SAR图像分辨率增强算法[J].电子学报,2002,30(3):359-362.

[4]GOJ W W.Synthetic aperture radar and electronic warfare[M].Boston London:Artech House,1993.

[5]韩国强,王雪松.基于修正SSIM的SAR干扰效果评估方法研究[J].电子与信息学报,2011,33(2):63-68.

[6]杨光,李绍滨,姜义成.辐射定标对SAR欺骗干扰的影响及改进方法[J].现代雷达,2010,32(1):26-29.

[7]吴晓芳,代大海,王雪松,等.基于微动调制的SAR新型有源干扰方法[J].电子学报,2010,38(4):954-959.

[8]EKESTORM Sdg R T,KAROW Christopher.An all-digitalimage synthesizer for countering high-resolution radars[D].Monterey,CA:Naval Postgraduate School,2000.

[9]曾跃,徐少坤.一种新的SAR欺骗式干扰性能评估方法[J].现代电子技术,2010,33(11):13-17.

欺骗干扰 篇3

激光制导武器大多采用激光半主动制导方式,对攻击目标实施精确打击.激光有源欺骗干扰是对抗激光半主动制导武器的主要对抗手段.半主动激光制导武器的模拟设备对激光有源欺骗干扰效果的评估具有重要价值.

1 激光制导模拟装置

激光制导模拟装置主要由激光目标指示模拟器和激光导引头模拟器2部分组成.激光目标指示模拟器用于产生激光制导过程中的激光指示信号;激光导引头模拟器用于接收处理激光指示回波信号.

激光导引头主要分为2种工作体制,一种是风标式,采用“继电器”式的导引方式;另一种是陀螺式,采用比例导引方式.

激光导引头模拟器就是依据激光导引头的工作原理而研制的一种测试评估设备.它的功能与真实的激光导引头基本相同,利用二维转台模拟陀螺,实现搜索及跟踪功能.同时增加了量化的干扰效果检测功能,同激光目标指示模拟器(含激光器和编码器)一起,模拟半主动激光制导武器,实现对激光有源欺骗干扰效果评估检测.

激光导引头模拟器主要由导引头、二维伺服转台、摄像头及显控部分等组成.导引头安装在二维转台上,利用二维转台在方位和俯仰方向转动,实现导引头对目标的搜索、跟踪.设备组成框图如图1.

设备工作时首先设置导引头编码,使之与激光目标指示模拟器的编码相同.当激光目标指示模拟器照射目标处于导引头视场之内,并且目标回波能量高于导引头的灵敏度时,导引头对接收到的回波信号进行误差提取和编码相关处理,如果回波信号编码与设置编码相同,则误差信号通过信号变换送至转台控制器,驱动二维转台转向激光照射目标,形成对目标的跟踪.

当干扰激光与指示激光的回波信号同时被导引头接收时,如果干扰有效,导引头将跟踪干扰激光所照射的假目标.

摄像头、视频采集卡和微机组成的显控装置,主要用于动态跟踪过程的显示及功能设置等.

导引头主要由光学接收系统、四象限光电探测器、信号处理电路及信息处理器等部分组成,其工作原理如图2所示.

激光目标指示模拟器照射目标后,其漫反射回波通过光学接收系统汇聚到四象限光电探测器上,在离焦放置的四象限探测器光敏面上形成光斑,经光电转换后送给信号处理电路,解算出光斑中心与光轴在水平和俯仰方向上的角偏差量,送给信息处理器.信息处理器根据提取的预设编码,对信号处理器送来的激光脉冲信号在时序上进行相关处理,只有与预设编码相关的激光脉冲信号的误差信号才能输出至二维转台控制器.

2 激光有源欺骗设备的干扰效果检测

2.1测试方法

测试方法如下:

(1)首先应根据激光制导模拟装置的技术参数确定激光制导模拟设备与攻击目标之间的布设距离,根据激光对抗设备的典型作战使用方式合理布设假目标,布设方案见图3.

(2)不实施干扰的情况下,验证激光制导模拟设备对真目标的锁定情况;

(3)实施激光有源欺骗干扰,验证激光制导模拟设备对假目标的锁定、跟踪情况;

(4)逐步移动假目标至较远位置,重复(2)、(3)项试验,直至找出假目标离真目标最远的有效干扰位置R;

(5)对上述试验数据进行处理,给出评估结论.

2.2干扰效果评估方法

方法一:基于导引头跟踪图像的人工评估方法.

这种评估方法需要在显示器上显示模拟导引头锁定目标的跟踪视频图像.在干扰过程中,观察视频图像上的被跟踪目标的变化,看它是否跟踪假目标,若跟踪假目标则评估为干扰有效,否则视为干扰无效.因此该评估方法的评估准则为:

(1) 干扰有效:模拟导引头由跟踪真目标,转而稳定跟踪假目标;

(2) 干扰无效:模拟导引头一直正常跟踪真目标,或干扰中虽然丢失真目标,过一定时间后,又恢复对真目标的跟踪.

方法二:基于目标空域特征的干扰效果评估方法.

目标在空域上的特征就是干扰前后目标空间位置的偏差,见图4.将干扰后模拟导引头锁定的目标称为假目标,如果假目标的位置与真目标位置最大偏差小于导弹的爆炸半径,那么就没有起到干扰作用,否则认为起到了干扰作用.

设实验过程中,假目标和真目标间的最大有效布设距离(即干扰有效的假目标与真目标的最大距离,该数据可在实验中确定)为R1,目标与导引头之间的距离为S1,设导弹末制导距离为S2.实战中,假目标与真目标的最大有效布设距离为R2,则可求得

R2=R1(S2/S1) (1)

设导弹的爆炸半径为Rb,则引入评估参数

k=R2-Rb (2)

通过上文分析,可知当k≤0时没有干扰效果,否则有干扰效果,且k越大干扰效果越好.

2.3有效干扰空域范围评估

漫反射假目标反射的激光能量遵循余弦分布规律,在漫反射假目标的法线方向的能量分布最大,对单一漫反射假目标来说,当威胁从不同的方向进入时,所受的干扰效果不尽相同,尤其是选择自然地物假目标时,干扰效果更是不尽相同,因此,采用半实物方法对假目标进行有效干扰空域范围评估,对干扰设备的战术使用、假目标的阵地布设,具有重要的意义.

有效干扰空域范围评估主要是在方位上确定有效干扰范围,可采用2.2节介绍的方法,通过不断旋转假目标的布设方位,确定假目标的方位有效干扰范围.设假目标法向左右两侧的有效干扰范围角度为θ1、θ2,假目标的方位有效干扰范围为θ1+θ2.引入评估参数

k=(θ1+θ2)/180 (3)

则有0

3 结束语

本文论述了激光有源欺骗干扰半实物仿真方法,仿真评估并不能完全取代打靶试验,但是用仿真方法却可以大大减少打靶试验的次数.反过来,打靶试验可以校正仿真,进一步提高仿真的可信度,两者相互促进.

摘要：介绍了激光制导模拟装置组成及工作原理,依据激光角度欺骗干扰设备的作战模式,提出了基于半实物仿真的激光角度欺骗干扰效果评估方法,确立了评估准则.该方法为激光角度欺骗干扰设备的作战使用提供了评价依据.

关键词：角度欺骗,导引头,半实物仿真,评估方法

参考文献

[1]杨宝庆,陈勇.激光角度欺骗干扰效果评估方法研究[J].光电技术应用,2005,20(4):63-66.

[2]高卫.对光电制导系统干扰效果的评估方法[J].弹道学报,2005,17(3):53-59.

欺骗干扰 篇4

1 单脉冲雷达角度跟踪系统工作原理

单脉冲雷达属于同时波瓣测角法。在一个角平面内, 两个相同的波束部分重叠, 其交叠方向即为等信号轴。将这两个波束同时接收到的回波信号进行比较, 就可取得目标在这个平面上的角误差信号, 然后将此误差电压放大变换后加到驱动电动机, 控制天线向减小误差的方向运动。因此两个波束同时接收回波, 故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间较短, 理论上讲, 只要一个回波脉冲就可以确定角误差, 所以叫“单脉冲[1]”。单脉冲雷达工作原理:天线接收到的回波信号经“和差网络”后形成包含目标角误差信号的高频信号, 经“信号变换”后送至“相敏检波”电路, 检出角误差信号。最后, 伺服系统控制天线转动, 直到角误差为0。

2 交叉极化干扰原理

设γ为雷达天线的主极化方向, 如图1 (a) 为单平面内主极化的天线方向图, 其中等信号方向与雷达跟踪方向一致。γ+π/2为其交叉极化方向, 图1 (b) 为单平面内交叉极化的天线方向图, 它的等信号方向与跟踪方向之间存在着δθ的偏差。交叉极化干扰正是利用雷达天线对交叉极化信号固有的跟踪偏差δθ, 发射交叉极化的干扰信号到达雷达天线, 造成雷达天线的跟踪误差。

根据单脉冲雷达工作原理[2], 当干扰源与目标位于相同的方向, 设雷达接收天线1、天线2收到的信号E1、E2分别为

式 (1) 和式 (2) 中Aj1、Aj2分别为雷达天线1、天线2接收的信号的幅度;F (θ) 为天线方向图;θ0为两波束最大增益方向与等信号方向的夹角。

经过波束形成网络, 得到E1、E2的和差信号

∑∑和∑Δ分别经过混频和中放, 再经过相位检波、低通滤波后的输出信号Se (t) 为

天线方向图采用线性近似, 则

当误差信号Se (t) =0时候, 设At、Aj分别为雷达天线的目标回波信号振幅和干扰信号振幅;β为干扰极化与主极化方向的夹角;b为干扰信号与回波信号的幅度比, 则雷达在主极化与交叉极化方向收到的信号功率PM、PC分别为

雷达天线跟踪的方向近似为[2]

式 (10) 表明雷达天线跟踪的方向θ近似为主极化与交叉极化两个等信号方向的能量质心处[3]。

3 干扰效果分析

由式 (1) 分析可知, 雷达天线的跟踪方向θ即瞄准轴偏离角度和干扰信号与回波信号之间的幅度比b和干扰极化与主极化的夹角β有关[4,5]。下面分两种情况对干扰效果进行仿真和分析。

3.1 当幅度比一定时

取δθ=0.1 rad, A=1 000, b=10时。从图2中可以看出当幅度比一定, 随着β的增大, θ增大, 夹角较小时干扰效果不明显。在π/2附近时, θ曲线上升速度较快。当干扰极化和主极化方向的夹角β/π/2时, 雷达天线的跟踪方向即瞄准轴的偏离角度θ最大, 所以在β=π/2时交叉极化的干扰效果最好。

3.2 当β=π/2时

取δθ=0.1 rad, A=1 000时。如图3所示, 在干扰信号和回波信号夹角一定, b增大, θ也随着增大, b越大, 雷达天线的跟踪方向θ即瞄准轴偏离角度越大, 交叉极化的干扰效果越好。

交叉极化干扰是利用雷达天线主极化和交叉极化接收矢量之间的不一致性, 发射与雷达工作频率相同、极化与雷达天线主极化正交的电磁波去照射雷达, 干扰雷达的角度跟踪曲线, 从而达到角度欺骗的目的。由于在实际中雷达天线的极化抑制比A通常都在103以上, 因此交叉极化干扰时不仅要求β尽可能保持正交π/2, 而且一定要有很强的干扰功率。综上所述, 交叉极化干扰能够有效的对单脉冲雷达角度跟踪系统造成测角误差, 能达到较好的干扰效果[6]。

4 结束语

由上分析可知, 通过优化设置交叉极化干扰的参数, 可以达到节约干扰功率、优化欺骗效果直至隐藏目标的目的, 可对单脉冲雷达取得较好的干扰效果。由于交叉极化干扰不要求具备在空间上分离的多个干扰源, 在重要目标防护方面具有较大的应用潜力, 是实际工程中一种可行的干扰方式。可以综合考虑干扰效果和干信比与干扰极化方向之间的关系, 设计针对特定雷达的最佳干扰配置;同时, 也可为研究抗干扰手段, 提供理论依据。

参考文献

[1]丁鹭飞, 耿富录.雷达原理[M].西安:电子科技大学出版社, 2006.

[2]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1999.

[3]孔晓丹, 张林让, 罗丰.单脉冲跟踪雷达测速精度的提高及应用[J].电子科技, 2011, 24 (1) :74-77.

[4]农春丽.记载拖曳式雷达有源诱饵对抗方法研究与仿真[J].电子科技, 2011, 24 (7) :42-44.

[5]侯民胜, 朱莹, 樊晓明.单脉冲雷达的闪烁干扰技术研究[J].现代电子技术, 2009 (15) :1-3.