空间对抗中的合成干扰技术

王晓丽，李 鹏

(西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安710071)

现代战争中，组网雷达由于充分利用了各单部雷达的资源和数据融合技术的优势，使得雷达网在探测、定位、跟踪、识别、威胁判断等方面的性能得以改善，从而使整体作战能力得到大幅度提高。导致传统的“一对一”点源干扰失效，常用的干扰方式面临挑战。分布式干扰具有一系列新特点，是一种“面对面”、集众多、空间分布的干扰机群，可以压制较大空域内的雷达［1］，再利用空间功率合成技术，使得干扰机具有强大的干扰功率，因此，在未来的信息化战场上，对雷达的合成干扰技术尤其是争夺制电磁权方面扮演着重要角色。

1 空间功率合成原理

根据天线与电波传播理论，一个输入功率为Pt，天线增益为Gt″的单元发射天线，在自由空间电波传播条件下，距离天线L处的信号场强幅度为

式中，θ为信号到达相位。

考虑N个单元天线阵，在空间某点进行功率合成，单只天线辐射功率为Pi，合成位置处的合成功率为P［2－3］。

根据阵列天线理论和现有微波功率合成研究，如果微波功率源的频率一致，相位差恒定，在合成位置处可以实现场强的同相叠加，即相干微波功率合成［4］，理论上最大合成功率P=N2Pi。相应地，如果微波功率源的频率或相位差不恒定，则为非相干微波功率合成，其理论上的最大合成功率P=NPi，即各天线辐射功率的简单总和。

值得注意的是，由于不稳定的频率或相位，非相干条件下的合成功率P是时间的统计平均值，而相干条件下的合成功率P则是稳定且不随时间变化的。

由以上分析可知，相干合成可获得更高的合成功率，但需要大功率微波锁相和移相器件以获得稳定的频率和相位，硬件成本和技术难度较大，因此非相干功率合成在成本和技术难度上有一定优势。

图1 多个干扰机作战场景

如图1所示的N个单元天线阵，在距离该阵L处的场强为各个单元天线辐射信号场强的叠加［5］，即

式中，GT.i是天线增益;θi是相位;ri是距离发射天线的距离，将阵列里的天线全部叠加，合成场强

在空间功率合成时，ri一般远大于天线单元之间的距离，所以有

首先，假设阵列天线的幅度都是相同的，考虑相位对合成效率的影响

式中，Δθ21，…，ΔθN1是与第一个天线的相位差。

根据电磁场理论，功率密度与电场强度的平方成正比，根据欧拉公式，可得

ηc≤1，当所有阵列天线的相位相等时，合成功率达到最大值。另外，考虑幅度对合成功率的影响，相位被设定为相同，即

式中，ΔEm，i1是第i个天线元与第一个阵列天线元的幅度差值。ηc≤1，当所有单元具有相同的幅度时，合成功率达到最大。

2 功率合成的改进方法

功率合成算法思想为N个天线信号，每个信号的初始相位是随机的，各个信号相位的随机性造成直接合成的效果不理想，达不到干扰所需功率。为在合成后获得较大功率，采用以下两种方法改进。

2.1 频率扫描

为在合成后获得较大的功率，采用频率扫描，使信号在扫频过程中的某点合成一个理想值，设定一个门限值限制其输出，即当N个天线合成后的峰值大于或等于N倍的单个信号幅度值时才产生输出。如果合成后的功率仍然不能满足干扰所需功率，则可以增加发射天线的数量以提高发射功率，并且为达到更好的效果，干扰天线产生的窄波束主轴线的指向必须精确瞄准目标雷达［6］。

2.2 系统构成

由上述分析，在采用空间功率合成技术的通信对抗中，考虑到多种信号规格和多种干扰策略，要使干扰阵地中各阵元到合成目标处的载波相位误差和包络时延误差足够小，才能达到较好的干扰效果，因此，多站分布式对抗系统采用时延－相位联合调整的方法实现干扰信号的功率合成。

图2 空间合成功率原理图

该系统通过联合调整载波信号的载波相位和相位时延来实现各阵元发射的干扰信号在目标天线处有较高的合成效率。其中，时延调整的精度决定了合成信号的带宽。精度越高，有效合成带宽越大;相位调整的精度决定了信号合成的效率。效率越高，则有效合成带宽内的合成效率越高。二者同时达到精度要求，可以实现一定带宽内较高的合成效率。

为更好地说明这种方法，分析两个单独的干扰机作用，干扰效果分别如图3和图4所示，经过采用时延－相位联合调整方法的干扰效果，如图5所示。

图3 1位置处干扰机的干扰效果

3 结束语

介绍了随意分散布阵干扰站空间功率合成技术的基本原理和关键技术，是在前期理论研究和工程实践基础上的总结和延展，从理论上分析了主要矛盾和次要矛盾，探讨了具有实际意义的短波空间功率合成系统实现方案。最后对基于空间功率合成理论的多站分布式干扰站的系统组成给出了初步构想。

［1］ 赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2001.

［2］DONG Shiwei，DONG Yazhou.Detailed analysis on combining efficiency of spatial power combining［J］.IEEE Trance on Electronic Communication，2006，35(7):1121－1129.

［3］ 刘思阅，王晶，李鹏.空间对抗中的功率合成技术［J］.电子信息对抗技术，2009，23(3):54－59.

［4］ 江志浩，蔡德荣，王孜.空间功率合成技术的合成效率问题研究［J］.工程实践及应用技术，2006，21(5):24－25.

［5］ 章宇兵，张浩，廖桂生.任意分散布阵短波通信干扰机空间功率合成技术［J］.西安电子科技大学学报:自然科学版，2006，33(1):150－155.

［6］ 任学尧，陈星.随机相位微波功率的空间合成效率［J］.强激光与粒子束，2005，29(4):98－105.