雷达型空空导弹抗速度拖引干扰算法研究

耿彦忠， 赵华超， 陈　辛

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳　471009)



雷达型空空导弹抗速度拖引干扰算法研究

耿彦忠， 赵华超， 陈辛

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳471009)

摘要：速度拖引干扰是目前对付雷达型空空导弹的主要有源欺骗干扰， 随着战斗机机动性能的提高， 速度拖引干扰的使用往往与目标的规避机动同时进行。 这迫使导引系统在拖引信号中断后进行较大范围的频率搜索， 迟滞或无法截获目标， 最终造成角度跟踪的失败。 为此， 文中提出了利用空空导弹角度通道滤波信息辅助速度通道抗速度拖引干扰的新的抗干扰算法， 以期达到抑制目标大机动情况下使用速度拖引干扰的效果。 通过仿真表明， 在目标大机动时释放速度拖引干扰的情况下， 该算法具有较好的抗速度拖引干扰效果。

关键词：空空导弹； 机动目标； 速度拖引干扰； 角度滤波； PD雷达

0引言

雷达型空空导弹目前已经发展到第四代， 即具有超视距发射和发射后不管的能力， 采用单脉冲跟踪和脉冲多普勒(Pulse Doppler， PD)末制导体制的主动式雷达制导导弹。 随着空空导弹的发展， 电子干扰技术也取得了长足的进步。 先进的电子干扰措施与装备不断涌现， 导致雷达型空空导弹面临的电磁环境更加复杂。 特别是近年来迅猛发展的数字射频存储器(DRFM)技术， 使得有源欺骗干扰具有样式多、 使用灵活、 对抗性强等特点。 在有源欺骗干扰中， 速度拖引干扰以其对雷达型空空导弹速度通道特有的针对性， 成为最常见的干扰样式。 同时也是需要着力对付的一种干扰样式。

鉴于速度拖引干扰的复杂性及军事用途的敏感性， 国内外学者对抗速度拖引干扰算法进行了深入的研究， 并取得了一些研究成果。 如Kural利用多普勒频谱测量结果与由距离获得的多普勒信息之间的偏差判别是否受到了速度拖引干扰； 杨海林等提出了记忆法抗速度拖引干扰和代换法抗速度拖引干扰等。 研究发现， 这些方法在研究抗速度拖引干扰算法时， 仅考虑了速度拖引干扰本身的影响， 而没有把目标释放速度拖引干扰时的运动情况考虑进来。

在实际空战中， 速度拖引干扰的使用往往与目标的规避机动同时进行。 飞机向着脱离导弹攻击路线的方向规避机动会造成目标回波的多普勒频率减小， 而此时速度拖引干扰向多普勒频率变大的方向拖引， 当拖引干扰信号中断后， 可以迫使导引系统进行较大范围的频率搜索， 迟滞或避免导弹对目标的重新截获， 最终造成角度跟踪的失败。 针对这一现象， 本文提出了一种利用角度滤波信息辅助速度跟踪系统抗速度拖引干扰的新算法。

1速度拖引干扰产生机理

(1)

当fdj与fd的频率差达到δfmax时， 干扰信号突然中断， 且中断的时间大于速度跟踪回路的保持时间、 AGC电路的恢复时间和速度通道启动搜索重新捕获目标的时间， 这段干扰与信号同时消失的时间是对导引系统速度跟踪与角度跟踪造成破坏的关键所在， 由于角度通道与速度通道的联动作用， 在这段时间内角度信息完全丢失。

在速度拖引干扰中， 干扰信号多普勒频率fdj的变化过程如下：

(2)

其中， vf的正负取决于拖引的方向(也是假目标加速度的方向)。

速度拖引电路的工作过程如图1所示， 图1(a)所示为导引头跟踪目标的信号谱；图1(b)所示为速度拖引干扰的停拖期， 此时fdj=fd， 信号电平远高于目标回波信号电平，AGC电路按照干扰信号的电平调整接收机增益；图1(c)所示为速度拖引干扰的拖引期， fdj逐渐拖离fd， fdj和fd的最大频差是δfmax， 当频率差达到δfmax时， 干扰信号突然中断， 破坏导引头的速度跟踪和角度跟踪。

图1　速度拖引干扰电路的工作过程

速度拖引干扰的信号电平可以是变化的， 从与回波信号电平相当的低电平开始， 然后随着速度门拖引程度增大， 干扰电平也增大， 这种干扰样式主要是针对采用电平选择逻辑的检测器。

除了功率电平以外， 速度拖引的以下几个关键参数也会对干扰的效果产生很大影响：驻留时间、 拖引速度、 拖引速度变化方式、 最大拖距和干扰消失时间。 这些参数与雷达导引系统的有关参数相匹配才能使速度拖引起到干扰效果。 根据拖引速度变化方式， 速度拖引干扰有以下四种拖引曲线：线性、 非线性、 线性-折线以及非线性-折线， 其曲线示意图见图2。

图2　速度拖引干扰拖引曲线示意图

2抗速度拖引干扰算法研究

2.1　传统抗速度拖引干扰算法

一般抗速度拖引干扰分为两个阶段， 一是判别速度拖引干扰的存在， 二是甩掉干扰重新搜索并截获目标。

要准确的判断出速度拖引干扰的存在， 常见的方法有以下几种：

(1) 利用目标回波信号频谱分裂以及回波信号幅度突变作为判断速度拖引干扰出现的标志；

通过研究， 现在的速度拖引干扰信号电平是可以变化的， 使得第一种方法无效； 而第二种方法则容易将目标做大机动时的状态误认为干扰。

2.2　基于辅助信息抗速度拖引干扰

通常速度拖引干扰信号由自卫式干扰机转发而得， 由于自卫式干扰机吊挂在目标上， 因此速度拖引干扰信号本身具有目标准确的角度信息。 当导弹雷达导引头受到速度拖引干扰时， 显然导引头速度跟踪回路测得的导弹目标接近速度值是不准确的。 但是， 由于干扰信号也带有目标的角度信息， 因此， 无论导引头跟踪目标回波信号还是干扰信号， 均可以利用角度测量值来检测此类干扰。

根据上述思路， 结合传统抗速度拖引干扰算法， 本文提出了新的判断方法， 即无论是否发现速度门有多个目标或目标回波突变现象， 保持对当前跟踪信号的跟踪和处理， 通过综合利用导引头速度通道和辅助通道滤波得到的目标速度信息对比， 以及估计的目标加速度和目标最大加速度的对比来判断速度拖引干扰是否存在。

在判断出存在速度拖引干扰后， 停止对当前信号的跟踪， 并利用辅助通道的多普勒指示， 完成对目标信号的重新截获。

3仿真与分析

利用空空导弹武器系统研制中经常用的虚拟样机技术， 对本文提出的抗速度拖引干扰方法进行仿真分析。

设载机和目标机在同等的高度条件下迎头飞行， 载机飞行速度为400 m/s， 目标机飞行速度为300 m/s， 发射距离为R0。 目标进行逃逸机动， 本文选取依次增大的1N， 2N， 3N， 4N四个机动量值， 其中N为一个常值系数。 导弹与目标运动轨迹示意图如图3所示。R0为导弹发射距离；R1为导弹目标遭遇点偏离初始弹目连线的距离；R2为载机和目标的高度。

图3　导弹目标运动轨迹图

针对该仿真条件， 加入适当参数的速度拖引干扰模型， 并分别对加入抗速度拖引干扰模型和不加入抗速度拖引干扰模型两种情况下进行300次蒙特卡洛仿真， 得到两种情况下导弹的命中概率， 仿真结果如表1所示。

表1　抗干扰成功率对比仿真结果

由表1可知， 当目标在做逃逸机动情况下释放速度拖引干扰时， 无论是否加载抗速度拖引干扰模型， 导弹的成功概率都随着目标机动量的增加而减小； 在加载抗速度拖引干扰模型以后， 导弹命中概率相对未加载抗速度拖引干扰模型时有较大幅度增加， 特别是在目标机动为3N和4N时， 导弹的命中概率是未采用抗干扰措施的4倍以上。

上述分析表明， 本文提出的抗速度拖引干扰算法具有较好的抗目标大机动情况下释放速度拖引干扰的能力。

4结论

对目标在释放速度拖引干扰的同时实施大机动这一空战实际情况， 提出了利用角度辅助通道滤波信息协助速度通道抗速度拖引干扰的这一新的抗干扰思路。 通过仿真证明， 本文提出的新算法具有较好的抗目标大机动情况下速度拖引干扰的能力， 也为空空导弹抗目标大机动情况下速度拖引干扰提供新的思路。

参考文献：

[1] 赵国庆. 雷达对抗原理[M]. 西安：西安电子科技大学出版社,1999.

[2] Kural F, Ozkazanc Y. A Method for Detecting RGPO/VGPO Jamming[C]∥Signal Proceeding and Communications Applications Conference, 2004: 237-240.

[3] 杨海林， 郭爱芳， 侯民胜.PD雷达抗速度欺骗干扰的计算机仿真[J]．电子工程师， 2005, 31(10): 1-3.

[4] 曹旭东. 雷达型空空导弹电子战环境[J].航空兵器， 2003(3)：1-5.

[5] 郭玉霞. 雷达导引头角跟踪回路研究及设计[D].上海：上海交通大学， 2012.

[6] 李小龙， 王星. 一种新的空空雷达主动制导导弹抗速度波门拖引干扰方法[J].电光与控制， 2012, 19(3): 33-36.

[7] 张翼飞， 胡林华， 董云龙．一种有效识别速度欺骗干扰的方法[J]．空军雷达学院学报， 2009, 23(3): 181-183.

[8] 李德纯. 主动雷达导引头抗干扰性能的试验研究[J]．航空兵器， 2004(2)： 5-9.

[9] Neri F．Introduction to Electronic Defense Systems[M]． 2nd edition． Raleigh, NC: SciTech Publishing Inc， 2006.

[10] 赵雪飞. PD雷达抗距离速度同步拖引干扰的频谱识别法[J]. 雷达与对抗， 2005(3): 21-24.

Research on Countering Velocity Gate Pull-off Jamming Algorithm

of Radar Air-to-Air Missile

Geng Yanzhong, Zhao Huachao, Chen Xin

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:The velocity gate pull-off jamming (VGPO) is the most important active deception jamming for countering the radar air-to-air missile. With the improvement of the fighter maneuver performance, the use of VGPO and the target evasive maneuver are often simultaneous. This results in that the guidance system should have to research wide range for intercepting the target, which makes it difficult to intercept again. And the angle tracking fails eventually. For this, the paper presents a new anti-jamming algorithm which uses the angle information of the target to assist the velocity information for courrtering VGPO. The simulation proved the validity of the new algorithm.

Key words:air-to-air missile; maneuvering target; velocity gate pull-off jamming(VGPO); angular filtering; PD radar

作者简介：耿彦忠(1988-)， 男， 河南周口人， 硕士， 研究方向为飞行器总体设计。

收稿日期：2015-02-10

中图分类号：TJ765.3； TN972+.3

文献标识码：A

文章编号：1673-5048(2015)06-0017-04