超宽谱高功率微波对脉冲多普勒无线电引信的干扰效果仿真分析

姜忠龙，王 瑾

(91404 部队，河北 秦皇岛 066001)

0 引言

利用强电磁脉冲干扰或毁伤电子设备是近年来发展起来的有效电磁干扰手段。2003年3 月的伊拉克战争，美英联军第一次使用了微波脉冲炸弹空袭了伊拉克国家电视台，并造成电视台一段时间瘫痪［1］。高功率微波(HPM）通常指辐射频率在1～300GHz 范围内，脉冲功率在GW 级以上的微波脉冲。从杀伤机理上看，HPM 具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有“软”、“硬”杀伤能力［2］。HPM的软、硬杀伤功能与照射到目标上的功率密度有关，照射到目标上的微波功率密度较小时，起到“软”杀伤作用;微波功率密度较大时，可使金属目标的表面产生很强的感应电流，烧毁电路中的电子元器件，起到“硬”杀伤作用。

超宽谱高功率微波(UWS-HPM）是指脉宽一般为几纳秒，上升沿、下降沿为亚纳秒级的超宽带高功率微波脉冲。由于所含频谱极其丰富，可覆盖多种目标系统的响应频率，对无线电引信等电子系统的威慑很大［3-5］。对HPM 作用效应同样可以从毁伤效应和干扰效应两方面进行分析。文献［6-8］通过实验研究了HPM 对炮弹无线电引信的作用效应。导弹无线电引信具有较强的抗干扰性能，研究强电磁脉冲对导弹无线电引信的辐照效应对攻防双方都具有非常重要的意义。真实的辐照实验代价高昂，而计算机仿真具有代价低、可重复的特点，是对干扰效果进行评估分析的一种重要手段。本文假设无线电引信没有毁伤的前提下，采用Matlab Simulink 作为仿真工具，对HPM 在脉冲多普勒无线电引信中各个环节的响应进行了仿真，得到了电磁能量在各个环节的分布情况，对干扰效果进行了分析。

1 脉冲多普勒无线电引信工作原理

脉冲多普勒无线电引信发射信号为

其中，E为信号电平，f0为载波频率，T为脉冲发射周期，τ为脉冲发射间隔。

由于脉冲无线电引信只在脉冲持续周期内发射高频能量，因而可在平均功率较小的条件下，具有较高的峰值功率，从而能达到较大的作用距离。这种引信采用“距离门”进行测距选择，距离截至特性良好;同时又可以通过多普勒频率进行速度选择，具有很强的抗干扰能力。

假设回波信号的多普勒频率为fd，相对发射信号的延迟时间为τ1，则回波信号可表示为

回波信号经距离波门选择、混频、滤波、放大后进入执行级。

2 计算机仿真

脉冲多普勒无线电引信采用Simulink 进行建模仿真。模型如图1所示。模型包括回波信号产生模块、HPM 脉冲产生模块、信号处理模块3个部分。其中，信号处理模块包括混频、低通滤波器、自动增益控制和带通滤波器。由于带通滤波器带宽与采样频率相比太小，数字滤波器设计比较困难。在带通滤波之前增加了欠采样模块，不影响信号输出。

发射脉冲宽度100 ns，占空比10%，信号电平1V;HPM 脉冲宽度1 ns，占空比0.1%，信号电平100V。

2.1 只有目标回波信号的情况

在只有目标信号的情况下，混频器输出如图2所示。从图2 可以看出，混频器输出为脉冲信号。这些脉冲信号被多普勒频率所调制，混频后经低频滤波器输出，如图3所示。

从图3 可以看出，低通滤波后，输出结果为多普勒包络信号，并且由于滤波器的延迟造成输出为连续谐波信号。放大、欠采样后经带通滤波器输出结果如图4所示。

图2 混频器输出

图3 低通滤波器输出

图4 多普勒滤波器输出

从图4 可以看出，在只有目标信号的情况下，经过低通滤波器、带通滤波器后，输出为连续的谐波信号，该信号的频率为多普勒频率;输出电平达到2.5 V，引信可以正常启动，说明引信信号处理模型是正确的。

2.2 只有HPM 脉冲信号的情况

在只有HPM 脉冲信号的情况下，低通滤波器输出如图5所示。经多普勒带通滤波器后输出如图6所示。

从图6 可以看出，由于自动增益控制的作用，使输入带通滤波器的HPM 脉冲能量大大减弱，经多普勒滤波器后输出结果很小，不会造成引信启动。

2.3 HPM 脉冲与目标信号同时存在的情况

(1）脉冲重合的情况

HPM 脉冲与目标信号同时存在的情况下，如果回波脉冲与HPM 脉冲在时间上重合，输出结果如图7所示。

图5 低通滤波器输出

图6 多普勒滤波器输出

图7 多普勒滤波器输出

从图7 可以看出，在HPM 脉冲与目标回波信号重合的情况下，HPM 脉冲会对目标信号造成压制，使回波信号无法放大检出，引信无法启动。比较图6、图7可以看出，两种情况的输出结果几乎完全一样，可见输出结果主要是HPM 在电路中的响应。

(2）脉冲不重合的情况

如果HPM与目标回波脉冲在时间上不重合，引信回波信号处在两个HPM 脉冲之间，低通滤波器输出结果如图8所示。

图8 低通滤波输出

比较图3、图5和图8 可以看出，在HPM 脉冲和目标回波脉冲不重合的情况下，输出信号幅度介于只有HPM 脉冲响应和只有目标回波脉冲响应两种情况之间，分析这是由于低通滤波器的延迟响应造成的。

经多普勒滤波器后输出如图9所示。

图9 多普勒滤波器输出

从图9 可以看出，在HPM 脉冲与目标回波信号不重合的情况下，经过低通滤波器的平滑作用，HPM 脉冲仍然会对目标信号造成压制，使回波信号无法放大检出，引信无法正常启动。

3 仿真结果分析

对超宽谱HPM 干扰脉冲多普勒无线电引信采用Matlab Simulink 进行建模仿真，从仿真结果可以看出:

(1）在只有目标回波信号的情况下，仿真输出为连续多普勒信号，信号幅度也能达到启动电压，说明仿真模型是正确的。

(2）在只有HPM 脉冲的情况下，由于自动增益控制的作用，使HPM 能量大大减小，经多普勒滤波器处理后，信号能量幅度很小，不会造成引信启动。

(3）在目标与HPM 同时存在的情况下，不管HPM与目标回波脉冲在时间上是否重合，HPM 脉冲都会在通过低频滤波器后形成延迟，从而对目标信号造成压制;再经过限幅放大、带通滤波后输出的目标信号幅度无法达到启动电平，因此引信无法正常启动。

4 结束语

本文采用计算机仿真对超宽谱HPM 作用于脉冲多普勒无线电引信的干扰效应进行了研究。从仿真结果来看，超宽谱HPM 可以对脉冲多普勒无线电引信造成压制干扰，但经多普勒滤波器后输出信号幅度很小，无法使引信误启动。在HPM 脉冲与引信回波信号不重合的情况下，分析认为压制干扰作用主要是由于滤波器的延时造成了超宽谱HPM 脉冲信号的展宽。

［1］张磊.当代高功率微波武器的研究进展［J］.航空兵器，2004(6）:1-3.

［2］田波，张永顺.电子对抗新概念——高功率微波武器［J］.飞航导弹，2002(3）:12-15.

［3］黄裕年，任国光.高功率超宽带电磁脉冲技术［J］.微波学报，2002，18(4）:90-94.

［4］Michael Camp，Hwyno Garbe.Daniel Nitsch.Influence of the technology on the destruction effects of semiconductors by impact of EMP and UWB pulses［C］// IEEE Electromagnetic Compatibility Conf.，New York，2002:87-92.

［5］Gaudet J A，Prather W D，Baum C E.Progress in gallium arsenide photoconductive switch research for high power applications［C］// IEEE Power Modulator Symposium，New York，2002:699-702.

［6］王韶光，魏光辉，孙永卫，等.无线电引信超宽带电磁脉冲效应研究［J］.军械工程学院学报，2006，18(1）:15-18.

［7］李刚，赵月飞，刘尚合，等.无线电引信执行电路抗超宽谱电磁脉冲研究［J］.高电压技术，2007，33(3）:128-131.

［8］王韶光，魏光辉，陈亚洲，等.超宽谱对无线电引信的作用效应实验研究［J］.高电压技术，2006，32(11）:78-80.