基于有源照射箔条云的速度欺骗干扰方法✴

李洋，吴华，李彬，郑贺

（1.空军工程大学工程学院，西安710038；2.解放军94636部队，浙江湖州313000）

基于有源照射箔条云的速度欺骗干扰方法✴

李洋1，2，吴华1，李彬1，郑贺1

（1.空军工程大学工程学院，西安710038；2.解放军94636部队，浙江湖州313000）

提出了基于有源照射箔条云对雷达速度波门进行拖引干扰的复合干扰方法。该方法运用机载电子干扰设备接收、转发敌方雷达发射的信号并照射到箔条云上，箔条云对干扰信号二次辐射，被敌方雷达接收，形成具有和载机相似径向速度的假目标，起到诱骗干扰作用。建立了复合干扰对速度跟踪系统进行干扰的相关模型，并进行了仿真实验，仿真结果表明，利用该方法对敌机测速跟踪系统进行干扰具有可行性。

火控雷达；速度跟踪系统；复合干扰；有源干扰；箔条干扰；速度波门拖引

1 引言

目前，世界上现役主战飞机都装备着箔条干扰系统，但箔条自卫干扰对新体制雷达的干扰能力和效果却在不断下降，随着机载火控雷达的更新换代，箔条云造成的干扰难以对机载火控雷达形成有效干扰能力［1］。其原因是：当箔条弹被投放后，以一定的初始速度作向上抛物运动，同时还将受到空中气流的影响，脉冲多普勒雷达是利用多普勒频率来测量目标的方位、速度和距离的［2］。多普勒指的是两机间的速度径向分量［3］，因此，在目标与箔条云形成的假目标两者中，由于很短的时间内箔条弹的运动速度将大幅度降低，假目标很快被识别并被雷达抛掉。

本文综合有源干扰和无源干扰的优点，提出通过有源照射箔条云的复合干扰方案，即机载电子干扰设备接收到机载火控雷达和空中导弹制导雷达（以下简称敌方雷达）发射的信号，被干扰调制或转发，经由干扰发射天线照射到箔条云上，箔条云对干扰信号的散射被敌方雷达接收，载机、箔条、敌机三者相互存在相对速度，雷达接收到的信号频率有一定的多普勒频移，使得箔条云模拟成具有一定速度的假目标。多普勒雷达将无法分辨出真目标和具有相对速度的假目标，这样就实现了对多普勒雷达的干扰。

文中首先对箔条云的频率特性和箔条回波信号的多普勒频移进行研究，并对速度波门的拖引干扰理论进行介绍。最后，对复合干扰方法的频率特性模型进行仿真分析，并验证其可行性。

2 速度波门拖引干扰理论

速度波门拖引干扰是最常见的速度欺骗技术，速度波门拖引技术有前拖和后拖之分，分别指多普勒频移的逐渐增大和逐渐减小。速度波门拖引的时间关系如图1所示。

图1 速度波门拖引的时间关系Fig.1 The time-relationship of velocity gatewalkoff

干扰机实施速度波门拖引干扰时，首先将接收到的雷达照射信号放大后以最小的延迟时间转发回去，该信号具有与目标回波相同的多普勒频率fd，且幅度大于目标回波，它将压制目标回波，雷达AGC电路按照干扰信号的能量控制其接收机的增益，使雷达的速度跟踪电路跟踪在干扰信号的多普勒频率fd上，从干扰的角度说，就是干扰信号捕获了雷达的速度跟踪波门，此段时间称为捕获期，时间长度约为0.5～2 s（略大于速度跟踪电路的捕获时间）。如果与其他干扰样式如角欺骗干扰配合使用，这段时间可以按需要延长。然后逐渐增大或减小干扰信号的多普勒频率fdj，变化的速度vf（Hz／s）不大于雷达可跟踪目标的最大加速度a，且变化后的径向速度VJ要在雷达的测速范围之内，以免雷达判别出假目标，即：

式中，VJ表示干扰信号多普勒频率相应的相对速度。

由于此时雷达的速度跟踪电路跟踪在干扰的多普勒频率fdj上，当干扰信号的多普勒频率fdj变化时，雷达的速度跟踪电路将随干扰的多普勒频率fdj移动而逐渐被拖离开目标，此段时间称为拖引期，时间长度（t2-t1）按照fdj与fd的最大频差δfmax（最大频差为敌雷达接收机鉴相器的带宽）计算：

当fdj与fd的频差δf=fdj-fd达到δfmax后，停止拖引。当停止发射干扰信号时，由于被跟踪的信号突然消失，雷达速度跟踪波门内既无干扰又无目标回波，且消失的时间大于速度跟踪电路的等待时间和AGC电路的恢复时间（约为0.5～2 s），速度跟踪电路将重新转入搜索状态，当雷达速度跟踪波门重新捕获到目标后，新的一轮拖速过程重新开始，从而使得雷达速度波门无法对目标速度建立稳定的跟踪。现代雷达具有记忆功能后，重新转入跟踪原目标所需要的时间很短，因此，在停拖阶段还应该发射几个固定多普勒频率的信号，雷达在丢失信号后找不到真信号，或者缩短甚至取消停拖阶段。

3 复合干扰对速度跟踪系统的干扰机理

复合干扰对敌机速度跟踪系统的干扰原理如图2所示。载机P上的探测设备发现敌方雷达T发射的信号后，载机立即发射箔条弹，同时干扰机转发与目标回波具有相同的多普勒频移的干扰信号，且干扰信号的能量大于回波信号［4］，此信号经过箔条云的二次散射，被敌方雷达所接收。敌机接收到的箔条云二次散射的信号具有和目标回波信号相似的多普勒频率，从而使箔条云模拟成具有和载机相似速度的假目标。载机干扰机经过对干扰信号多普勒频率的调制，通过箔条云对敌方雷达实施速度波门拖引干扰［5］。

图2 有源照射箔条云复合干扰原理Fig.2 Complex jammingmethod based on radiating on chaff cloud

载机实施复合干扰后敌方雷达接收到的回波信号由以下四部分组成：

（1）被箔条云直接散射回去的雷达回波信号S1，其频率为fTC；

（2）通过载机有源干扰转发放大敌方雷达信号后照射到箔条云上，再经过箔条的二次散射的回波信号S2，其频率为fTPC；

（3）载机本身反射雷达发射信号的回波信号S3，其频率为fP；

（4）当敌方雷达与箔条云同在干扰机干扰波束内时，敌方雷达接收到载机发出的干扰信号S4，其频率为fJT。

通过复合干扰的实施，敌方雷达多接收了回波信号S2，且信号S2具有和载机回波信号相似的多普勒频率，这样就相当于使箔条相对敌机具有和载机相似的径向速度，从而解决了箔条云因为没有速度而极易被多普勒雷达排除掉的问题［6］。

因为当代机载雷达的距离分辨力一般在300m左右［7］，大于由干扰信号产生的“假箔条云”与实际箔条云的距离［8］，所以“假箔条云”与实际箔条云就被末制导雷达认定为一个目标。随着载机的机动，箔条云与载机的距离逐渐增大。当这个距离超过敌方雷达的距离分辨力时，根据雷达的跟踪原理，敌方雷达转而跟踪“假箔条云”，载机则脱离敌方雷达的跟踪。

因此“假箔条云”与实际箔条云同处敌方雷达分辨单元内，所接收到的回波不仅功率上比没有使用有源复合干扰时大，而且具有一定的多普勒频率，这是单独实施无源干扰所无法做到的，所以使用有源复合干扰提高了箔条的干扰效果。

4 利用复合干扰实施速度干扰建模

4.1 敌方雷达收到信号的多普勒频移特性

敌方雷达可以收到4种回波信号，这4种回波信号的多普勒频率分别为fd1、fd2、fd3、fd4。

（1）敌方雷达所接收到的被箔条云直接散射回去的雷达信号S1的多普勒频率fd1

箔条云相对敌机的径向速度Vtc为

式中，θ为敌机运动方向与箔条和敌机连线的夹角，Vp为敌机的速度，单位m／s，如图3所示，则信号S1的多普勒频率fd1为

式中，λ为敌方雷达的工作波长。

图3 载机、箔条云、敌机三者的态势图Fig.3 The situation of chaff cloud，plane and target

当载机飞向敌机（敌机飞向箔条）时，多普勒频率为正，接收信号频率高于发射信号频率；而当载机背离敌机飞行（敌机背离箔条）时，多普勒频率为负，接收信号频率低于发射信号频率［7］。

（2）敌机雷达发射的电磁波通过载机干扰设备调制转发放大后，照射到箔条云上，再经过箔条云二次散射的回波信号S2的多普勒频率fd2

载机相对敌机的径向速度Vtp为

式中，α为载机的运动方向与载机和敌机连线的夹角；η为敌机的运动方向与载机和敌机连线的夹角；Vp为载机的速度，单位m／s，则载机干扰设备接收到敌机发射的雷达信号的多普勒频率fT1为

箔条相对载机的径向速度Vpc为

式中，γ为载机运动方向与载机和箔条连线的夹角。雷达信号从载机到箔条云产生的多普勒频率fPC为

箔条接收到的载机转发雷达信号的多普勒频率fJC为

载机接收到雷达信号，对其进行调制放大后转发射出去形成干扰信号。干扰信号不仅比接收到的敌信号功率上大K（放大系数）倍［4］，而且可根据需要对频率进行调制，对频率的改变量为fJ。则回波信号S2的多普勒频率fd2为

干扰机对干扰信号进行频率调制，使fd2-fd3保持在一个滤波器带宽之内是完全可以做到的。这样就使得箔条云相对敌机具有和载机相似的径向速度，干扰机再对干扰信号调制，就可以通过箔条云对敌方雷达实施速度波门拖引干扰。

4.2 建模

本文采用地面坐标系进行建模，地面坐标系Oxyz与地面固联，原点O取载机（初始位置时）质心在地面（水平面）上的投影点，Oy轴在水平面上，指向载机飞行方向为正；Oh轴与地面垂直，向上为正；Ox轴按左手定则确定［9］。假设敌机和本机相对飞行，且都是直线飞行，速度都是320m／s，本机初始坐标为（0，0，6 000），敌机初始坐标为（5 000，80 000，5 500）。

由于箔条云球体下降的速度相对飞机的飞行速度很小，在短时间内可以认为箔条云是静止不动的，设箔条云的初始坐标为飞机的初始坐标（0，0，6 000），三者的运动轨迹如图4所示。

图4 载机、敌机和箔条的运动轨迹Fig.4 The trajectory of chaff cloud，plane and target

5 仿真及结果分析

为了验证复合干扰方法的有效性和便于计算，假设箔条云在初始位子（t=0时）已经达到额定雷达截面，当代飞机装备的多普勒雷达的鉴相器大多采用单谱线滤波器［10］，所以本文的仿真采用载机的射频回波脉冲串中一个脉冲的频谱。敌机的接收机接收到的噪声服从高斯分布。

（1）当t=0～2时（捕获期）

在t=0时，Vp=Vt=320m／s，载机和敌机的坐标已知，求得载机、箔条和敌机相互的径向速度为

进而求得信号S1、S2和S3的多普勒频移为

载机对干扰信号S2进行频率和幅度调制，使其频率的改变量fJ≈20 Hz，则fd2≈fd3，即使fd2与fd3之差保持在一个滤波器带宽之内。载机可以根据式（1）实时计算出需要对干扰信号频率的调制量fJ。运用MATLAB对敌机接收机接收到的信号S2和信号S3的频域进行仿真，如图5所示。在捕获期，被调制的干扰信号S2和载机回波信号S3的多普勒频率相同，且干扰信号S2的能量大于目标回波信号S3，使敌机雷达的速度跟踪电路能够捕获目标与干扰信号的多普勒频移，且被敌机认为是一个目标。此段时间长度约为0.5～2 s（略大于速度跟踪电路的捕获时间）。如图5（a）所示。

图5 速度波门拖引过程Fig.5 The process of velocity gate walk towing

（2）当t=2～5时（拖引期）

当信号S2和信号S3被敌机认为是一个目标后干扰机开始对敌机实施速度波门拖引。

本文采取F16的相关参数，F16最大的加速度a16=5m／s2，飞行时速度的范围为220～412m／s。本文采用保守的数值，使接收机可跟踪目标的最大加速度a=a16，雷达的测速范围为F16飞行时速的范围（实际机载雷达接收机可跟踪目标的最大加速度和测速范围都比这大很多［11］）。

根据本文所建的模型，干扰信号多普勒频率fdj变化的速度vf取200 Hz／s，拖引时间为3 s，此阶段利用信号S2将雷达的距离跟踪波门拖引离开载机回波信号S3。拖引过程如图5（c）所示。

（3）当t=5～13时（停止拖引）

此时载机干扰机停止发射干扰信号或只发射频率不变化的脉冲干扰信号，如图5（b）所示。当停止发射干扰信号时，由于被跟踪的信号突然消失，雷达速度跟踪波门内既无干扰信号又无目标回波，从而使得雷达速度波门无法对目标速度建立稳定的跟踪。载机采用复合干扰手段成功地对敌机进行了干扰。

6 结论

在不改变有源和无源干扰设备、不增加投放箔条数量的前提下，载机干扰设备对干扰信号进行频率和幅度调制通过照射箔条云散射出去，增大了敌方雷达接收干扰信号幅度，并且使几乎没有速度的箔条云相对敌机变成了具有和飞机相似速度的“假目标”，达到了进行干扰的目的。根据速度波门拖引干扰原理进行仿真验证，仿真结果及相应图表能够正确反映出干扰的效果。因此，在今后的实际作战使用中，可以依据本文所提出的模型，对敌方进行干扰，当打出去的箔条云失效后可以再次投放箔条弹实施复合干扰。最终可以获得最佳干扰效果，增大攻击机的突防概率，从而保障攻击机安全执行任务。

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LIYang was born in Benxi，Liaoning Province，in 1983.He is now a graduate student.His research direction is electronic warfare.

Email：82504318＠163.com

吴华（1963—），女，陕西西安人，副教授，主要研究方向为电子对抗；

WU Huawasborn in Xi′an，ShaanxiProvince，in 1963.She isnow an associate professor.Her research direction is electronic warfare.

李彬（1973—），男，湖南长沙人，副教授，主要研究方向为电子对抗；

LIBinwasborn in Changsha，Hunan Province，in 1973.He isnow an associate professor.His research direction is electronic warfare.

郑贺（1985—），男，河南郑州人，硕士研究生，主要研究方向为电子对抗。

ZHENGHewas born in Zhengzhou，Henan Province，in 1985.He is now a graduate student.His research direction is electronic warfare.

Velocity Deception Jamm ing Based on Radiating on Chaff Clouds

LIYang1，2，WU Hua1，LIBin1，ZHENGHe1
（1.Engineering College，Air Force Engineering University，Xi′an 710038，China；2.Unit94636 of PLA，Huzhou 313000，China）

A new complex jammingmethod based on radiating on chaff clouds is proposed for jamming velocity gate walkoff of radar.First，the airborne electronic jamming equipment receivesand transmits the radar signals launched by enemy radar and reflected by chaff cloud.Second，the chaff cloud irradiates the jamming signals and the signals are

by enemy radar.Finally，the false targetwith relativer radial velocity of the airborne is produced and the purpose of jamming is realized.The correlatedmodelwith complex jamming is established to validate thismethod.Experimental results show that the jamming strategy for the system of radar tracking system is feasible.

fire control radar；velocity tracking system；complex jamming；active jamming；chaff interference；velocity gatewalkoff

National Defense Fund of National Key Laboratory on Electronic Information Control（9140C1005051103）；Research Fund of Shaanxi Key Laboratory of Electronic Information System Integration（201113Y01）

TN972

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.04.020

李洋（1983—），男，辽宁本溪人，硕士研究生，主要研究方向为电子对抗；

1001-893X（2012）04-0523-06

2011-09-15；

2012-02-17

电子信息控制重点实验室国防基金项目（9140C1005051103）；陕西省电子信息系统综合集成重点实验室基金资助项目（201113Y01）