雷达敌我识别系统干扰方法分析

2010-03-23白冰,马飞

航天电子对抗 2010年3期

白冰,马飞

(中国人民解放军69880部队,河南洛阳 471003)

1 引言

战争中,如何在发现目标的情况下对目标敌我属性迅速准确判别,已成为一个急需解决的问题。从二战时德军第一次使用无线电方式判别敌我双方飞机,到2003年伊拉克战争,由于误判敌我而造成人员伤亡的事件在现代战场上频频出现。如何尽快提高敌我识别系统的快速准确识别能力已经越来越被各国重视。与此同时,敌我识别系统对抗研究随之展开。

2 敌我识别系统

敌我识别(IFF)技术是现代信息化战场上自动、快速、准确、可靠的识别目标的重要军事手段,可大大增强作战指挥与控制的准确性和各作战单位间的协调性,加快反应速度,降低误伤概率,特别适合于多兵种联合作战使用。

敌我识别系统从实现方法上可分为微波敌我识别、毫米波敌我识别、红外敌我识别、激光敌我识别等识别方式,其中雷达敌我识别属于微波敌我识别,在各种军事设备,如航母、战斗机中广泛使用。

2.1 雷达敌我识别系统

雷达敌我识别是特指对一次雷达发现目标的敌我属性识别问题。虽然初期雷达可以在很远的距离,通过发出强大的无线电能量脉冲并对反射回波检波发现接近的飞机,但是不能分辨哪架飞机属于谁。自从第二次世界大战发明雷达以来,二次雷达(SSR)即敌我识别系统就是世界各国军队直接识别目标敌我属性的主要手段。雷达敌我识别系统是解决对雷达所探测、发现的目标进行敌我属性识别,形成完整战场态势的主要装备。

2.2 雷达敌我识别系统的工作原理

雷达敌我识别系统由询问机和应答机两部分组成,询问机通常需和雷达设备相配合,甚至可被视为雷达的附件。当雷达发现目标后,即控制询问机向目标发出一组密码询问信号,其应答机对询问信号进行解码,如属己方目标,自动发回密码应答信号。询问机对应答信号进行解码后,输出一识别标志给雷达显示器或数据总线,与该目标回波同时显示,从而确认为己方或友方目标,如图1中A处所示。如属敌方目标或非合作目标(指没有装备本系统应答机的目标),则解不出密码,雷达显示器上只有目标回波而没有识别标志,如图1中的B处所示[1]。询问机除能判定目标的敌我属性外,还能分辨己方目标的编号、呼救信号和高度等有关信息。

图1 目标回波和识别信号示意图

3 对雷达敌我识别系统的干扰方法

由于采用电子问答方式,雷达敌我识别器也面临着电子干扰的威胁。雷达敌我识别对抗是一切破坏和扰乱敌方雷达敌我识别系统询问机和应答机之间正常联系技术的统称。

3.1 噪声压制干扰

干扰设备在敌方敌我识别系统所使用的频点上发射较强的同频噪声调制信号,阻塞询问机和应答机的接收信道,使之不能接收正常的询问应答信号。西方敌我识别器主要采用M arkⅫ系统,其使用固定的工作频率,即使采用一些扩频、调频等新技术,但工作频带宽度较窄。利用DRFM(数字储频)转发技术,可以实现快速瞄频干扰,提高干扰效率,同时可以进一步降低干扰功率。

3.2 欺骗干扰

要对雷达敌我识别系统进行欺骗干扰,就必须对敌方的敌我识别信号进行详细的了解,分析其信号和编码格式,了解其加密的方法,只有这样才能在战时对敌方的敌我识别系统进行欺骗干扰。

已知的美国和北约的敌我识别系统的询问信号有1、2、3/A、4、B、C、D、S几种,其中1、2、4、S属于军用识别,3/A、C属于军民共用,其它几种是民用或备用信号。在作战时,美军采用的是加密的敌我识别信号,要是仅仅依靠作战时的侦察手段去分析解密敌方的敌我识别信号,是极其困难的。这就需要依靠在和平时期搜集敌方的敌我识别系统的一切信息,以便在作战时充分利用这些信息对敌军进行干扰和欺骗。

3.3 应答机占据干扰

由于应答机应答是固定的,而且一般容量较低,当干扰设备以较高的频率发射敌方询问信号或询问旁瓣抑制信号时,会造成应答设备频繁启动、对收到的询问信号进行处理和解码,造成了应答机占据,使其不能接收系统内正常信号。

在实际作战时,可通过电子侦察设备侦收敌方询问机发出的正常询问信号,分析解码后,再转发出去,实现对敌方应答设备的干扰。

3.4 高重频脉冲干扰

敌我识别询问和应答信号均是一组带有加密信息的脉冲串,其脉宽和整个脉冲串的框架宽度等信号参数可通过侦察设备侦收获得,采用这种干扰方式时,按照侦收的信号参数发射一组与对方敌我识别系统脉宽、框架宽度都相同的脉冲串,造成询问和应答设备信号处理部分脉冲信号时域交叠,译码混乱出错,降低其识别效率。

4 雷达敌我识别系统对抗效果分析

欺骗干扰需要详细了解敌方敌我识别信号的加密方式,实现这种干扰非常困难;高重频脉冲干扰作用是使敌方出现译码错误,涉及到最终的识别概率,在这里不作讨论。下面讨论的干扰方式只针对敌我识别链路信号处理的前半部分,对最后的译码部分没有涉及。

4.1 噪声压制

因为询问机为定向天线,应答机为全向天线,干扰应答机更为容易一些。下面列出针对应答机的干扰方程。

应答机收到的干信比为:

式中,Pj为干扰机发射功率(W);Gj为干扰天线增益;Rrj为干扰机与应答机距离;Lrj干扰机与应答机间的功率损耗;Ps为询问机发射功率;Gs为询问天线增益;Rrs为询问机与应答机距离;Lrs询问机与应答机间的功率损耗。

实现有效压制干扰的基本条件是J/S≥K j。K j为在应答机输入端有效干扰的压制系数,它是干扰信号调制样式、调制参数和询问机信号参数的复杂函数。可以得到:

当Kj=10或Kj=1时,得到干扰机有效辐射功率Pj Gj与干扰距离Rrj的大致关系如图2所示。从图中也可看到,在询问机功率已知,询问机与应答机距离保持不变的情况下,随着干扰距离的增加,干扰有效时所要求压制功率与距离成指数关系。

4.2 应答机占据

应答机属于典型的随机服务系统,假定各询问信号到达时间是统计上独立无关的,可以认为询问信号到达应答平台满足简单流的条件。应答机接收到询问信号后,直到转发完回答信号恢复的一段时间内,该应答机不能响应其他询问站的询问,即应答机被占据了。

图2 干扰距离与干扰所需功率示意图

应答机对正常询问信号的回答概率[2]为:

式中,P(tc)为在采用应答机占据方式干扰时,应答机对正常询问信号的响应概率;tc为应答机响应一次询问的占据时间;ρ1为tc时间内正常询问信号到达的平均数;ρ′为tc时间内干扰信号到达的平均数;ρΔ为tc时间内正常询问信号和干扰信号同时到达(脉冲交叠)的平均数。

可以看出,只要保持一定的询问频率,应答机对正常询问信号的回答概率始终不小于零;在单位时间内干扰信号达到应答机的次数越多,应答机对正常询问信号的回答概率越小;应答机响应一次询问所占据的时间越长,应答机对正常询问信号的回答概率越小。

以1秒钟内应答机对正常询问信号的回答次数为纵坐标进行100次仿真,干扰仿真运算结果如图3、4所示。设置正常询问频度为400次/秒,应答机容量为3000次/秒,图3干扰强度为22222次/秒,图4干扰强度为33333次/秒。

图3 干扰强度为22222次/秒

图4 干扰强度为33333次/秒

从仿真结果可以看出干扰强度加大后,在单位时间内应答机对正常询问信号的应答次数减小,但始终大于零。

4.3 战术应用

当采用应答机占据干扰时,要求应答机输入端询问机和干扰机到达功率密度相等就可以保证干扰有效,所以K j取1,即为采用应答机占据干扰时所需的功率;而当采用噪声压制干扰时,目的是阻塞询问机和应答机的接收信道,因此所需的干扰功率较大,K j取10,从图2中也可以清晰地看出这一点。也就是说,同一干扰机在功率恒定的情况下,应答机占据干扰比噪声压制干扰作用距离远。

在实际作战时,可利用应答机占据干扰在同等功率下作用距离较远的特点,在较大范围内对敌方的敌我识别链路实施干扰,使其询问和应答双方识别概率降低;在敌方距离较近时,可利噪声压制干扰,使其敌我识别链路彻底瘫痪,完全失去分辨敌我的作用。