“交叉眼”技术对角跟踪雷达导引头的干扰效果分析

2015-12-21莫翠琼陈秋菊

航天电子对抗 2015年3期

张伟，莫翠琼，陈秋菊，余强

（电子工程学院，安徽合肥230037）

0 引言

单脉冲角跟踪技术对传统的干扰技术具有很强的抗干扰能力，在精确制导武器中应用广泛。英国的“空中闪光”，美国的PAC-3、“霍克”改进型，意大利的“阿斯派德”等导弹的导引头都采用了单脉冲角跟踪技术［1］。在早期的干扰方法中，噪声干扰、非相干干扰等常用于对抗单脉冲角跟踪系统，但角跟踪雷达导引头通过被动跟踪干扰源，能够维持对预定攻击目标的连续跟踪，使得噪声干扰基本无效。非相干干扰在一定程度上能够将干扰目标引偏，但其引偏方向在两干扰源之间，干扰效果有限。

在早期闪烁干扰技术研究基础上发展而来的“交叉眼”干扰技术，是能够有效对抗单脉冲角跟踪系统的干扰技术之一。“交叉眼”干扰能够将角跟踪雷达导引头引导至干扰源连线之外，对单脉冲角跟踪系统有较好的欺骗干扰作用。通常飞机、舰船等作战平台将其作为有效的自我防护手段。为深入理解“交叉眼”干扰原理，提高“交叉眼”干扰的效果，本文在典型干扰情况下，分析干扰源功率比、干扰源相位差、“交叉眼”干扰搭载平台回波等因素对干扰效果的影响，为进一步完善工程应用提供理论依据。

1 单脉冲角跟踪原理

1.1 单脉冲定向原理

用几个独立的接收支路来同时接收目标的回波信号，然后再将这些信号的参数加以比较（比幅、比相），从中获取角误差信息，通过天线伺服系统完成天线的空间指向稳定，使之一直对准目标。根据取出角误差信号的方法不同，单脉冲定向分为两种基本方法：振幅定向和方位定向。方位定向对相位的要求较高，在实际应用较少。

在振幅定向法单脉冲雷达中，天线在一个角平面内有两个部分重叠的波束，如图1所示。将波束同时接收到的信号进行和、差处理，差信号就是这个角平面内的角误差信号。如果误差角ε＝0，则目标出现在天线等信号轴上，此时两波束收到的回波信号幅度相同；若ε＜0或ε＞0，则差信号的输出振幅与ε成正比，符号由目标偏离等信号轴的方向决定［2］。

图1 振幅定向法示意图

1.2 振幅和差式单脉冲雷达角跟踪系统

单脉冲雷达多采用4个天线构成水平和俯仰两个平面的角度测量系统，且俯仰平面和水平平面原理类似。典型的单平面振幅和差式单脉冲雷达方框图如图2所示［3］。

图2 单平面振幅和差式单脉冲雷达方框图

其工作过程简单描述为：振幅和差式单脉冲雷达发射信号时，发射信号从和差比较器的和端（即Σ 端）加入，在1、2端输出等幅同相信号；接收信号时，回波信号同时被两个波束接收，分别加到和差比较器的1、2端；在和端，完成两信号的和处理，在差端（即Δ 端）完成信号的差处理，并分别输出和、差信号。和差信号经过变频通道后进行检波、鉴相，得到角度误差信号，进一步转化为相应的直流误差电压，驱动天线完成天线的空间指向稳定，使之一直对准目标［4］。

2 “交叉眼”干扰原理

“交叉眼”干扰是在雷达跟踪波束内设计两个干扰源，且干扰信号到达雷达接收机时的高频相位保持稳定的关系，它是一种相干干扰。两干扰源通常设置在保护目标的附近，当参数选择适当时，可以使单脉冲雷达的瞄准轴超出两干扰源之间的连线，而产生很大的跟踪角误差。“交叉眼”干扰原理如图3所示［5］。

图3 “交叉眼”干扰原理图

如图3所示，J1、J2分别为两干扰信号，Ar、AJ1、AJ2分别为目标回波信号和J1、J2的幅度。设θ0为两波束最大增益方向与等强信号方向的夹角，θ3为目标回波偏离等强信号方向的张角，θ为两干扰源中心线偏离等强信号方向的张角，Δθ 为两干扰源之间的夹角。φ1、φ2分别为干扰信号J2和目标回波信号相对于干扰信号J1的相位差，则雷达天线1、2分别接收到的信号为［6］：

经过和差比较器处理后，得到S1、S2的和、差信号分别为SΣ、SΔ：

式中，

根据单脉冲雷达测角原理，误差信号Se（t）为：

将式（3）和式（4）代入式（6）可以得到：

又有：

式（7）中采用式（8）对天线方向图进行了近似，并设目标回波信号与干扰信号J1幅度比为a，两干扰源幅度比为b，即：

则当误差信号Se（t）＝0时，跟踪天线指向角的偏离角度ε为：

当ε＞0时跟踪天线的指向角向右偏；当ε＜0时跟踪天线的指向角向左偏。可以看出，跟踪天线的指向角的大小跟两干扰源相对于雷达对准轴的夹角Δθ，三个信号之间的相位差φ1、φ2，回波信号与干扰信号J1的幅度比a，干扰源J1与J2幅度比b，以及目标偏离两干扰源中心线的角度（θ-θ3）有关［7］。

当作战飞机采用自卫式干扰时，即θ＝θ3，式（10）可以化简为：

3 “交叉眼”干扰仿真与效果分析

典型场景设置为：两个相干干扰源安装于飞机的两翼尖上，两干扰源相距25m，干扰源距离雷达导引头900m，雷达导引头接收天线的波束宽度为9°。分析其对于工作频率为10GHz的单脉冲角跟踪雷达导引头的“交叉眼”干扰效果。

3.1 两干扰源功率不同时，跟踪误差角与两干扰源相位差的关系

设a＝0.01，Δθ＝0.1°，φ2＝0。当b分别取0.8、0.9、1、1.1、1.2时，ε与φ1之间关系如图4所示。

图4 b不同取值时ε 与φ1 之间的关系

1）由图4可知，当b＜1即AJ1＜AJ2时，ε＞0，误差角偏向J2方向。当b＞1即AJ1＞AJ2时，诱偏方向发生了改变，误差角偏向J1方向。

2）比较图4各曲线可知，b越接近于1，φ1越接近180°，指向角的偏离角度就越大。当φ1＝π，β＝1，指向角的偏离角度是一个冲激脉冲，即ε→∞，此时指向角的偏离角度最大。但实际中ε的误差角将受到天线方向图的限制。要得到尽可能大的偏离距离，需要精确控制两路信号的幅度和相位。一般情况下，主要由两种方式产生两干扰源的固定相位差：一是当两干扰源与雷达间距离不等时，需要移相器产生一个相位补偿，从而保持两路干扰信号间具有固定的相移；二是使“交叉眼”干扰搭载平台轴线对准雷达，这时两干扰源的移相器产生固定的相移。