火控雷达组合欺骗式干扰研究

张宏伟，冉宏远

(陆军工程大学 石家庄校区，石家庄 050000)

火控雷达是现代防空武器系统的关键部分，其主要作用是实现目标的精确跟踪和火力控制。对火控雷达实施高强度、有针对性、多样式的电磁干扰，是提高突防概率、破坏防空体系的重要手段。由于火控雷达对目标的测量具有很高的精度，以往都是利用单部干扰机对其干扰，对火控雷达的一维或者二维参数进行欺骗，或者直接采取压制性干扰。但是三维参数精确化的欺骗式干扰，实现相对困难。随着现代战争中的电磁环境越来越复杂，飞机的作战水平和生存能力需要大大提高，本文的应用背景是飞机两机翼上各搭载一部干扰机，对单脉冲火控雷达实施三维参数的欺骗式干扰。

1 火控雷达干扰分析

1.1 火控雷达实施干扰的特殊性

对于雷达的干扰样式主要有遮盖式干扰和欺骗式干扰。遮盖式干扰是利用噪声或类似噪声的干扰信号或压制回波信号，在雷达显示器上形成强杂波背景或大量假目标回波，使雷达的探测能力降低，此类干扰样式主要应用于干扰搜索和引导雷达；欺骗式干扰是采用假的目标或目标信息作用于雷达的目标参数、参数测量和跟踪系统，使雷达发生严重的虚警，或者不能正确地测量和跟踪目标参数，欺骗样式主要有角度、距离、速度和假目标欺骗等，欺骗式干扰主要应用于干扰火控雷达。

1) 最大信号法测角系统。该测角方法精度不高，不能用于自动测角，在搜索和引导雷达中应用较为广泛；

2) 圆锥扫描自动测角系统。该测角方法可以通过对信号导相的方法来实现角度欺骗，但是目前这种测角系统的雷达并不多见，而且测角精度不高。

3) 单脉冲自动测角系统。该测角方法目前广泛应用于火控雷达中。单脉冲自动测角系统具有测角速度快，测角精度高等特点，而且不易被干扰。目前，利用单个干扰机对单脉冲测角系统实施精确化的角度欺骗难度较大，利用双干扰机的密切配合，才会产生精确化的角度欺骗[1]。

1.2 针对火控雷达的常用干扰策略

1) 角度欺骗干扰

反向交叉眼技术是利用双干扰机的功率和双信号的相位不同，对单脉冲雷达的测角系统实施欺骗[2]，如图1所示。

θ为雷达测得的角度与真实目标角度的差值，G1和G2分别为双干扰机发射信号增益，θe为雷达与双干扰机中部连线和雷达与干扰机连线的夹角，Δθ为双干扰机与雷达连线的夹角，Δφ为天线2发射信号相位改变量，L为双干扰机之间的距离，R为双干扰机中部连线距离雷达距离，β=G2/G1，Δθ=2θe。

依据文献[2]得：

(1)

对式(1)仿真可得如图2所示。

取Δφ=180°，进行有规律的变化β，可以产生角度欺骗。

2) 距离欺骗干扰

雷达距离欺骗干扰的工作基本原理为干扰机接收雷达信号，对雷达信号进行有规律的延时，再由干扰机发出[3]。

3) 速度欺骗干扰

以上的干扰分析都是基于欺骗火控雷达单维目标参数的，部分干扰机也有把距离-速度组合进行同时欺骗的[5]。如果单独实施距离欺骗、速度欺骗或者距离-速度组合欺骗，虚假目标的角度没有改变，火力一旦实施射击，目标仍有被击中的可能性。如果单独实施角度欺骗，假目标就有一个角度信息是错误信息，不利于保护真实目标[6]。

针对以上分析的当前干扰策略的不足，本文提出了一种距离-速度-角度三维参数的组合欺骗式干扰的实现方法，利用该方法可以更好的对火控雷达实施欺骗式干扰，更有利于保护真实目标。

2 三维参数组合欺骗式干扰数学建模

对距离-速度-角度三维参数的组合欺骗式干扰建立数学模型时，为了便于分析，按照先分解，后结合的思路进行。首先对距离-速度二维参数欺骗干扰进行建模，用该模型和角度欺骗模型进行有机组合，完成三维参数的组合欺骗式干扰数学建模。

2.1 二维参数组合欺骗式干扰数学建模

干扰机对截获的雷达信号进行延时处理，每隔Tj的时间对信号进行一次延时改变，每隔Tj的延时改变量为tj，tj为延时步进步长，Tj为步进时间间隔，fj为在Tj时间内对转发信号的固定频率量，vj为假目标相对于真实目标的速度[7]。

则有下式成立：

(2)

对雷达信号在时域内和频域内进行调制时，Tj、tj、fj需要满足以下关系：

(3)

将式(2)式代入式(3)式可得：

(4)

雷达信号的载波频率为f0。

距离-速度组合欺骗干扰过程实现过程：每隔Tj的时间段，对信号进行一次延迟处理，延时量为tj,则，第m次步进延时时，现实真实的时间为m×Tj，信号的延迟量为m×tj，在频域内，对信号的多普勒频率的变化量为fj[8]，如图3所示。

在二维参数组合欺骗式干扰模型基础上，融合角度欺骗理论，建立三维参数组合干扰建模。其原理为：对信号进行时间延迟，产生距离欺骗；多普勒频率改变，产生速度欺骗，同时调整双干扰信号的相位和功率(本文统一规定一路信号相位调整180°，另一路信号相位不变)，产生角度欺骗[9]

2.2 距离-速度-角度三维参数组合欺骗式干扰数学建模

飞机以航路捷径为0 m，高度不变的姿态，匀速水平飞向雷达。想要获得一个与真实目标速度有角度偏差的虚假速度，则首先需要对假目标速度进行分解。

如图4所示，假目标速度分解为两个速度分量，径向速度v1，切向速度v2。

径向速度可以依据式(4)分析，利用距离-速度欺骗干扰实现方法产生。切向速度可利用式(1)，改变β值，产生虚假匀速[10]。

若虚假目标匀速分行，则径向速度v1和切向速度v2均为恒值。如图5所示。

v1为恒值，则满足式(4)即可；tj为延时步进步长，Tj为步进时间间隔，即在时域内对雷达信号进行延时处理时，每隔Tj的时间对数字信号进行一次延时改变，每隔Tj的延时改变量为tj；fj为在Tj时间内对转发信号的固定频率量；每隔Tj时间，虚假目标在径向上飞出的距离都是相等的，即

s1=s2=s3…=sk

同时v2也为恒值，每隔Tj时间，虚假目标在切向上飞出的距离都是相等的，即

l1=l2=l3…=lk

若要保持上式相等，依据反向交叉眼原理分析可知，每隔Tj的时间，产生的虚假角度变化量是不一样的，即：

α1≠α2≠α3…≠αk

Rk=R0+(v1-v3)TjK

则有下式成立：

θk为β经历过K次变化后，产生的欺骗角度。

由式(1)得：

(5)

Δθk为双干扰机与雷达之间的夹角，L为双干扰机源之间的距离，第K次对信号延时，飞机距离雷达的距离为R0-v3TjK

(6)

将(5)式代入(6)式化简得

(7)

因此，若要满足距离-速度-角度三维参数的组合欺骗式干扰，则需要建立以下数学模型：

(8)

3 三维参数组合欺骗式干扰仿真分析

当延时步进时长tj为定值(40 ns)时，对转发信号的多普勒频率改变量越大，则需要的步进时间间隔Tj越小，二者成反比。

当取干扰信号频移量fj为4 kHz时，步进时间间隔Tj为40 ms，并且延时步进时长tj为40 ns。此时，对式(8)中的前3个等式进行仿真，得出β的数值大小(表1)。

表1 仿真参数

如图6所示：对距离-速度-角度三维参数组合欺骗式干扰的实现过程描述如下：飞机双机翼上各搭载一部干扰机，对火控雷达实施干扰。干扰开始后，信号逐次步进，每次步进时，信号频移量fj为4 kHz(该数值为恒定值，步进过程中不累加)，步进时间间隔Tj为40 ms，延时步进时长tj为40 ns(该数值为累加值，每步进一次，延时累加一次)，根据步进次数的不同，双干扰机功率比β是不同的，具体β的数值可由式(8)计算得出，图7为信号步进间隔次数与相应步进次数β值的仿真图。

对式(8)的Δβk进行分析

Δβk=βk-βk-1

(9)

对式(9)仿真可得图8所示的结果。

由图8可知，随着步进次数的增加，每次β的变化量越来越小。由式(3)得：虚假目标相对于飞机在径向上的速度分量v1=150 m/s，虚假目标相对于飞机的速度v=300 m/s。图9为距离-速度-角度三维参数组合欺骗式干扰的示意图。概略描述了真实目标、虚假目标和雷达的相对关系。

假目标距离-速度-角度三维参数的组合欺骗式可成功实现，在等步进时间间隔下，对信号进行等量延迟，每次步进时，两干扰机的功率比是变化的，并且功率比的变化量越来越小，在干扰全程对信号多普勒频率的改变量为恒定值。

4 结论

基于单维参数的欺骗式干扰理论，对火控雷达实施距离-速度二维参数欺骗式干扰实现较为容易，对于距离-速度-角度的三维参数欺骗式干扰实现相对复杂。通过研究论证分析，得出具体实现方法。