雷达变极化干扰机理分析

孟庆翔，王肖洋



雷达变极化干扰机理分析

孟庆翔1，王肖洋2

（1.中国人民解放军 69222 部队，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600；2.中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471000）

变极化干扰正成为下一代干扰机发展的重要方向。提出利用正交变极化干扰对抗雷达的空域和极化域抗干扰措施，介绍了极化侦察的基本方法，定性分析了正交变极化干扰对抗副瓣对消、副瓣匿影和极化识别三种抗干扰措施的基本机理。分析表明，正交变极化干扰对抗雷达空域和极化域抗干扰措施具有其可行性。

变极化干扰；副瓣对消；副瓣匿影；极化识别

目前，有源雷达干扰通常选择斜极化或圆极化，通过功率上牺牲3～6 dB的方式，达到对各种极化方式雷达的可靠干扰。但是当雷达采用极化对消、副瓣对消、副瓣匿影、极化识别等抗干扰措施后，固定极化干扰能量损失达15 dB以上，即使有少量的干扰能量进入形成假目标，仍会被雷达信号处理抗干扰手段蔽除。

雷达变极化干扰的实质是对干扰信号再次进行极化域调制，变极化干扰可以是实时跟踪雷达极化变化的“极化瞄准干扰”，可以是在两种极化状态之间交替变化的“交变极化干扰”，也可以是干扰极化状态随机变化的“随机极化干扰”。雷达变极化干扰拓宽了干扰样式变化的维度，从空域、频域、能量域三个维度拓展到了空、频、能量、极化域四个维度。利用雷达天线空域极化特性，交变极化干扰可以对抗雷达空域抗干扰措施；进一步采取有针对性的变化策略（比如正交变极化、随机极化）还可以破坏雷达的极化抗干扰信号处理链路[1-3]。宙斯盾舰上部署的APECSⅡ/Ⅲ舰载干扰机，即具有极化分集干扰能力，可对主动制导导引头实施交叉极化诱偏干扰[4-5]。

1 国外极化干扰的发展应用情况

电子干扰技术历来被国外严密封锁，国外对电子对抗领域的极化干扰技术研究起步较早，美国电子战专家莱罗艾·范布朗特首次提出了交叉极化干扰对角度跟踪雷达进行角度诱偏的机理。美国防部在2001—2005年开始进行极化捷变干扰机项目的预研。从公开报道的资料来看，目前交叉极化诱偏干扰技术在实际的电子战系统中已经得到应用，美国销售给约旦空军的F-16 Block60和美军装备的EA-18G电子战飞机均配备了交叉极化诱偏干扰装置，美军在新一代机载干扰吊舱（NGJ）中对极化干扰能力进行了加强。广泛部署于美军宙斯盾舰的APECSⅡ/Ⅲ舰载干扰机，其具有极化分集干扰能力，可以对单脉冲制导导引头实施交叉极化诱偏干扰。

2 极化侦察方法[6-9]

根据极化电磁理论，任意极化形式的单色波可以分解为2个正交极化分量，采用“相位—幅度”测量法，通过一对等相位中心的极化正交天线，测量两幅天线接收信号的幅度比和相位差间接测得雷达波极化方向。

设雷达信号为线性调频信号，且脉内极化不变，在左右旋极化基下，两天线侦收信号为：

表1 雷达波极化侦察参数表

雷达工作极化 侦查参数水平垂直45°135°左旋右旋 θπ/4π/4π/4π/40π/4 φ0ππ/23π/4π/2π/2

由表1可见，对于任意方向的线极化雷达，两个圆极化天线侦收信号的幅度是相等的，雷达波极化方向是两天线接收信号相位差的50%.受雷达天线俯仰和侦察天线俯仰关系的影响，侦察系统测得的雷达波极化方向并非完全等价于雷达的工作极化，还需结合一定的先验知识进行综合判定。

在实际应用中，电子对抗作战行动、作战对象不同，采用“相位-幅度法”估计雷达极化参数的实现也有所不同。

3 正交变极化干扰对抗空域抗干扰的机理分析

3.1 雷达天线交叉极化特性

典型天线交叉极化增益值如表2所示。

表2 典型天线交叉极化增益值

第一副瓣/dB交叉极化/dB 口面天线1-13.5-8 口面天线2-25-23 口面天线3-28-20 阵列天线-32-23

在雷达天线设计过程中，天线交叉极化抑制比是天线设计的重要指标，但是受天线结构、工艺或者是为了保证主极化方向增益特性而不得作出牺牲等原因，任何天线均存在寄生交叉极化。主极化方向图与寄生交叉极化方向图存在错位现象，通常认为交叉极化方向图在天线主瓣方向形成凹点，交叉极化增益最大值位于主极化方向图的第一副瓣附近，交叉极化增益甚至超出主极化方向图的第一副瓣增益，如图1所示[10]。

图1 天线交叉极化示意图

3.2 正交变极化干扰对抗副瓣对消的机理分析

雷达的副瓣对消设有主天线和辅天线两个接收通道，主天线窄波束接收，辅助天线全向接收，辅助天线增益与主天线的副瓣增益相当。辅助天线接收的干扰信号与主天线接收的干扰信号加权求和，使主天线等效方向图在干扰方向形成零点，抑制副瓣干扰。权值根据干扰方向变化作相应调整，使主天线合成方向图始终在干扰方向形成零点，副瓣对消能够较好地对付连续波噪声类干扰[11-12]。

副瓣对消算法的一个工作周期分为最优对消权值计算和干扰对消两个阶段，与雷达一个脉冲重复周期接近。在最优权值计算阶段要求干扰环境相对稳定，在干扰对消阶段要求干扰环境与权值计算阶段的干扰环境也相对稳定，否则前一阶段得到的最优权值会在下一阶段的干扰对消中失效。

副瓣对消主辅天线极化特性如图2所示。受到寄生交叉极化的影响，干扰信号极化状态发生变化，导致雷达接收到的干扰信号来向、幅度和相位发生变化，等价于干扰环境发生了变化，削弱副瓣对消效果。从图2可以看出，干扰信号与雷达主极化匹配时，从雷达主天线的第一副瓣（方向B）进入，辅助天线正常接收干扰信号；当干扰信号与雷达交叉极化匹配时，干扰从方向A进入，主天线接收干扰信号的方向发生变化，强度增强，辅助天线接收干扰信号明显减弱。当干扰源极化方式在雷达主极化和交叉极化之间交替变化时，主辅天线系统接收信号的来向和强度交替变化。

图2 副瓣对消主辅天线极化特性

正交变极化干扰时序如图3所示。图4是针对一种自适应副瓣对消算法设计的正交变极化干扰时序，t是侦察得到的雷达工作极化，p是雷达脉冲重复周期，也是极化状态变化的周期。图4是按照图3的变极化时序设计噪声干扰，副瓣对消对正交变极化调频噪声干扰抑制后的脉冲压缩结果，对比发现目标的信干比（SCR）明显降低，表明正交变极化干扰对副瓣对消有一定的干扰效果。

3.3 正交变极化干扰对抗副瓣匿影的机理分析

雷达的副瓣匿影也设有主天线和辅天线两个接收通道，与副瓣对消的区别在于辅助天线增益稍大于主天线的副瓣增益，如图5所示。在两个接收通道的输出端通过比较输出信号的大小来选通/闭合主接收通道，能较好地对付脉冲型干扰，通常与副瓣对消配合使用[12]。

图3 正交变极化干扰时序

图4 正交变极化噪声对副瓣对消的干扰效果

图5 副瓣匿影主辅天线极化特性

如果信号是从天线主瓣方向A进入的目标回波，主通道输出信号强度大于辅助通道输出信号，此时主通道被选通目标回波正常进入信号分析电路。如果信号是从副瓣方向B进来的干扰信号，辅助通道输出信号强度大于主通道，此时主通道闭合，干扰能量无法进入。

当对雷达实施交叉极化干扰时，即干扰从方向C进入，由于主天线寄生的交叉极化增益较强，主通道接收信号大于辅助天线接收信号，此时雷达误以为信号是从主天线主瓣进入的回波信号，主接收通道被选通，干扰能量成功从主天线进入信号分析系统。实施交叉极化干扰，虽然干扰能量成功进入，但存在的问题是，干扰能量进入的同时，目标回波能量也同时被接收，当目标回波能量较强时，干扰能量可能无法压制目标回波能量。

如果在一个脉冲重复周期内，使干扰极化先与雷达接收极化匹配，让雷达主接收通道闭合，此时主接收通道对中近区域较强的目标回波闭合；再进行交叉极化干扰，让雷达主接收通道选通，此时对远区较弱的目标回波选通，干扰能量则更大可能压制远区目标回波。极化变化的时机以被干扰雷达对被掩护目标的烧穿距离为界。

4 正交变极化干扰对抗极化识别的机理分析

相参转发式干扰形成的假目标主要在时频域形成欺骗和密集遮盖效果，由于并不是真实目标后向电磁散射形成的回波，因此不具有真实目标电磁散射的极化特征。极化识别算法通过测得目标后向电磁散射的极化相干矩阵，然后提取极化相干矩阵的特征值来鉴别真假目标。目前各国现役极化雷达多属于分时极化测量体制，即交替发射正交极化的脉冲波，在脉冲间进行发射极化的切换，对每一个脉冲回波同时进行双极化接收。分时极化测量体制假设目标姿态在相邻两个脉冲时间内缓变，目标姿态变化引起的散射特性变化可以忽略。

针对上述极化识别措施，有源假目标干扰可以通过模拟真目标电磁散射的极化相干矩阵，使假目标的极化特征识别量超过极化识别的检测门限，当实施密集假目标干扰时，可以抬高极化识别的检测门限。极化侦察系统测得雷达脉冲重复周期和交替发射水平垂直极化波的时序后，对转发式的有源假目标按照雷达发射极化的变化时序进行极化调制即可，干扰极化状态变化周期为一个雷达脉冲重复周期。以图6中变极化时序1实施干扰时，干扰信号形成极化相干矩阵中各元素关系为|HHj|=|VVj|＞|HVj|=|VHj|，以变极化时序2实施干扰时，极化相干矩阵中各元素关系为|HVj|=|VHj|＞|HHj|=|VVj|。无论采用变极化干扰时序1还是时序2实施干扰，均有|HH－HV|＞，假目标均能够通过极化识别门限。因此，只需掌握雷达脉冲重复周期规律即可，并不需要知道雷达发射极化变化时序。另外，当极化雷达以更复杂的发射极化工作时，或者工作在全极化测量状态时，干扰极化可以进行随机变化，产生一种极化噪声，污染极化雷达测得的极化相干矩阵，使极化识别算法无法提取特征值。

图6 针对极化识别的正交变极化干扰时序

5 结束语

文中定性分析了正交变极化干扰对几种抗干扰方法的干扰机理，相关理论分析还需要深入推导，并有待广泛实践验证，但是变极化干扰在对抗极化域和空域抗干扰措施方面的潜力值得发掘。现代雷达对抗已经向时域、频域、空域和极化域多维度综合对抗转变，变极化干扰还需与空时频域干扰样式相结合，综合运用才能充分发挥其干扰效能潜力。

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TN974

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.001

2095－6835（2018）22－0001－03

孟庆翔（1983—），男，硕士，助理工程师，研究方向为分布式计算、电子对抗。王肖洋（1989—），男，硕士，工程师，研究方向为雷达与雷达对抗。

〔编辑：严丽琴〕