雷达导引头对拖曳式诱饵干扰的检测和识别新方法*

王建路，戴幻尧，韩 慧，汪连栋，乔会东

(电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471003)



雷达导引头对拖曳式诱饵干扰的检测和识别新方法*

王建路，戴幻尧，韩 慧，汪连栋，乔会东

(电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471003)

有源拖曳式雷达诱饵能够实现角度欺骗、距离欺骗、速度欺骗三重干扰效果，它通过电缆与被保护目标相连接，两者具有相同的运动特性，载机和拖曳式诱饵在距离、速度和角度上分辨不出来，导引头的响应会成为两个射频源的复杂函数，这将产生一个角度误差，从而增加了导弹的脱靶距离。为了提高雷达抗拖曳式诱饵能力，从空间角度分辨力入手，在常规单脉冲雷达系统结构上，利用了结构的冗余信息，提取对角线差通道的接收信号，然后与和通道、俯仰差通道、方位差通道联合建立方程组，求解得到目标和诱饵的角度信息，并对两者的信号幅度进行了分离，提出了诱饵识别的方法。仿真结果证实了该方法的有效性。

对角差通道；四通道单脉冲雷达；诱饵识别；两目标分辨

0 引言

拖曳式雷达诱饵是一种典型的双点源角度欺骗干扰模式，以其在实战中表现出的优良干扰效果，在现代空地电子对抗中占据着非常重要的地位。拖曳式诱饵主要用于飞机被敌方雷达锁定时实施的自卫式干扰，诱饵转发的干扰信号和载机回波信号在空中对跟踪雷达形成双点源干扰，诱偏跟踪雷达的跟踪点，从而保护载机平台的安全。拖曳式诱饵通过电缆与被保护目标相连接，两者具有相同的运动特性，一般雷达和跟踪系统无法通过运动特性来区分目标和诱饵。拖曳式诱饵的对抗研究一直是国内外抗干扰研究领域的一个热点问题[1-4]，对抗拖曳式诱饵需要解决诱饵检测和目标与诱饵的识别问题。当前关于拖曳式诱饵干扰对抗的研究集中在干扰原理分析、干扰性能仿真和效果评估等方面[1]，对干扰检测和识别的研究甚少。目前拖曳式诱饵大多采用数字射频存储技术，在将雷达发射信号进行转发的同时结合距离拖引、速度拖引、RCS调制等综合手段使诱饵信号和目标回波信号具有高度的相似性，从而使诱饵和目标成为波束内不可分辨的两个“目标”，因此，拖曳式诱饵与不可分辨的多目标具有某种程度上的类似。文献[5～6]基于瞬时匹配矩方法和模型简化似然求解得到了两目标角度估计的解析表达式，但是前提条件是已知两个目标的信号功率或者已知二者的功率比。文献[7]在此基础上利用干扰检测、雷达测量和跟踪等信息实现了对目标和诱饵相对功率比的估计。文献[8～9]提出了基于接收回波条件分布的最大似然估计方法测量两目标的角度。文献[10]提出通过计算质心角度与聚类相结合的方法获取目标角度。这些方法均需要利用多个脉冲或多个相干处理周期进行处理，容易受到目标起伏的影响，并且降低了单脉冲雷达的数据率。对角差通道能够用于提高单脉冲雷达的测角精度、抗主瓣干扰、波束内两目标分辨等方面[11]，是非常有用的通道。文献[12]介绍了一种利用四通道单脉冲技术对抗有源雷达诱饵干扰的方法，探讨了利用不同差通道接收信号间的相位差信息对雷达诱饵进行角度跟踪的方法以及可能达到的角度跟踪性能。但是，该方法首先需要将天线中心对准干扰方向，将干扰在对角差通道陷零，然后进行处理，实际中很难做到，在干信比是动态变化的条件下，是无法准确获知干扰方向的。本文对对角差通道特性进行了深入分析，提出了一种新的单脉冲雷达系统结构，能够利用一个脉冲对波束内目标和诱饵进行角度分辨，并对该新方法进行了仿真分析。

1 拖曳式诱饵干扰和目标回波的特性

拖曳式诱饵通过在导引头雷达波束内模拟一个与真实目标十分“相似”的假目标，利用空间非相干两点源干扰原理引起相位波前畸变，干扰和破坏单脉冲雷达的角度测量，致使导弹失跟或误导攻击。实现角度欺骗的一个重要条件是诱饵能够比较准确地模拟目标载机的相关特征，尽可能减小诱饵干扰信号与真实目标信号之间的特征差异，以假乱真吸引导引头雷达的波束指向，最大限度地延迟导引头分辨目标和诱饵的时间，以使得角度欺骗干扰效能最大化。诱饵模拟的目标回波特征主要为幅度特性、时域特性和频域特性。

诱饵系统通过对接收脉冲信号进行RCS调制，使得产生的干扰信号幅度起伏特征与真实目标回波起伏特性相类似。有源诱饵进行幅度模拟需要对所保护的载机目标估算其回波幅度的变化，并以此为依据对诱饵接收到的雷达信号进行幅度调制。目标回波的幅度是与目标RCS直接相关的，复杂目标的RCS计算是一个很繁杂的过程，诱饵系统实时计算目标的精确RCS 是不现实的，因此通常采用RCS起伏的统计模型来描述目标雷达回波幅度的变化。诱饵通过产生一个满足目标RCS起伏分布模型的随机变量，用它控制程控衰减器对接收到的雷达发射脉冲信号的幅度进行调制来实现模拟。诱饵的干扰形式多样，在进行角度欺骗的同时可以实施多种类型的复合干扰，通过距离欺骗能够减小目标回波信号和诱饵干扰信号在时域特征上的差异，通过速度欺骗可以减小目标回波信号与诱饵干扰信号在多普勒特征上的差异。距离欺骗、速度欺骗等复合干扰方式的采用使得干扰信号与真实目标回波信号的时频域特征很相似，雷达导引头难以利用时频域差异分辨目标和干扰。图1(a)给出了诱饵和目标信号的时域特征，可以看出，在每个脉冲重复时间内，诱饵发射的干扰信号都和目标回波重叠，并且功率大于目标回波。图1(b)给出了诱饵和目标信号的频域特征，其中vr为导弹速度，λ为雷达导引头波长，可以看出，经过多普勒处理后，诱饵信号将目标回波掩盖，雷达无法检测到目标，在这种情况下，雷达利用单脉冲体制进行测角，测角结果位于两者的能量质心，在角度上也无法分辨诱饵和目标。

图1 诱饵和目标信号特征

2 基于对角差信号的拖曳式诱饵干扰单脉冲检测识别方法

2.1 常规单脉冲雷达的对角差信号提取

常规三通道单脉冲雷达如图2所示，天线接收信号经过混合器后得到和信号∑、方位差信号ΔA、俯仰差信号ΔE三个通道的信号，根据常规的单脉冲雷达处理过程，当只存在一个目标时：

ΔA=Tx∑

(1)

ΔE=Ty∑

(2)

式中，Tx和Ty是未知量，分别为目标的方位误差信号和俯仰误差信号。通过求解方程可以得到Tx和Ty，进而查表(或角度鉴别曲线)得到目标的角度信息。三通道的单脉冲雷达只能得到波束内单个目标的方位角和俯仰角。

图2 常规单脉冲雷达结构图

当同时存在诱饵和目标时：

∑=∑1+∑2

(3)

ΔA=Tx1∑1+Tx2∑2

(4)

ΔE=Ty1∑1+Ty2∑2

(5)

式中，∑1、Tx1、Ty1为目标信号的幅度、方位误差信号、俯仰误差信号，∑2、Tx2、Ty2为诱饵信号的幅度、方位误差信号、俯仰误差信号，均为未知数。三个方程通过分解实部和虚部得到6个方程，然而却存在8个未知数(信号幅度包含绝对值和相位两个参数)，显然是无法求解的，导致常规的单脉冲雷达无法分辨波束内的两个目标。为了求解未知量，需要增加方程的数量。

通过研究发现，当目标处于不同角度时，被匹配负载吸收的对角差信号ΔΔ具有不同的响应，这意味着ΔΔ中含有目标的角度信息。因此，在常规单脉冲雷达的基础上，引入辅助差通道，能够得到额外信息，增加方程的数量，从而实现对波束内目标和诱饵的分辨。具体实现中，在常规三通道单脉冲雷达的基础上，将图2中接入匹配负载的ΔΔ信号引出作为辅助通道，得到一个四通道单脉冲雷达，如图3所示。

图3 包含对角差通道的单脉冲雷达结构图

2.2 目标/诱饵混叠信号的单脉冲测角方法

经过严格的数学证明，对于单个目标，对角差通道响应满足以下条件：

∑ΔΔ=ΔAΔE

(6)

该条件可以用于判断波束内是否只有一个目标．进一步化简，可以得到：

ΔΔ=(ΔA/∑)(ΔE/∑)∑=TxTy∑

(7)

当同时存在诱饵和目标时，可以得到由四个等式组成的观测方程组。无论对于幅度和差单脉冲，还是相位和差单脉冲，求解方程组可以得到目标和诱饵角度误差信号。直接利用四个通道的输出数据进行计算，就能分别得到目标和诱饵的信号幅度、角度信息，不需要两个目标的回波功率比、回波幅度概率分布等先验信息，只需要一个脉冲就能实现对时域、频域混叠的两个目标回波进行测角，计算过程简单高效。

上面对单脉冲雷达两目标分辨的数学原理进行了分析。下面从另一个方面对高分辨力进行分析，能够更加清晰地认识角度高分辨的机理。和信号、方位差信号、俯仰差信号、对角差信号与角度的关系如图4所示。常规的三通道单脉冲只利用了前三个信号，波束宽度较宽，可以近似认为对角差信号将波束分裂为四个较窄的子波束，从而提高了角度分辨力。

图4 四个通道信号响应与目标角度的关系

2.3 基于和信号分离的诱饵信号识别方法

通过上述处理后，可以分别得到两个未知信号的角度信息，进而分别得到两个目标的和信号，可以对两个未知目标的和信号进行分离。换言之，基于对角差通道的测角方法能够将目标和诱饵的幅度、角度分离。为了成功诱骗单脉冲雷达导引头、保护目标，通常诱饵的信号强度大于目标信号强度，所以根据分离后的信号幅度，可以判断出真实目标和诱饵。为了降低错误率，可以利用多次测量进行判决。图5给出了基于和信号分离的诱饵识别流程。

图5 基于和信号分离的诱饵识别流程

3 仿真试验

图6 诱饵干扰下雷达测角结果

本节对诱饵识别方法进行了性能仿真分析。雷达采用比幅和差单脉冲体制，子天线波束形状为高斯波束，3dB波束宽度θB=6°，诱饵角度为(1.5°,1°)，目标角度为(0°,0°)，均位于3dB波束内，两者回波相位随机分布，干信比为5dB，目标回波信噪比为SNR=30dB，仿真运行了50次。图6为诱饵转发干扰下雷达测角结果。从图6(a)可以看出，常规三通道单脉冲雷达无法区分诱饵和目标，测角结果位于两者之间的连线上。从图6(b)可以看出，本文提出的基于辅助差通道的诱饵识别方法，能准确识别诱饵和目标，并给出了正确的测角结果。受噪声影响，测角结果分布于目标和诱饵的真实值周围。

4 结束语

本文巧妙地提取和利用了单脉冲雷达对角线差通道的接收信号，分析了对角差通道的特性，提出了一种基于对角差通道的拖曳式诱饵干扰检测和识别新方法。通过求解和通道、俯仰差通道、方位差通道、对角差通道建立的方程组，只需要一个脉冲就能对主波束内的目标和诱饵进行角度分辨，显著提高了单脉冲雷达的角度分辨能力。同时能够将和通道的信号进行分离，根据分离后的信号来识别诱饵，计算过程简单高效。在此基础上对新方法进行了仿真分析，验证了该方法的有效性。本文提出的诱饵检测和识别方法适用于一个脉冲重复周期内诱饵转发单个信号的情况，后续的工作将进一步研究诱饵转发多个信号的识别方法。■

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A new method for detection and recognition of towed decoy jamming by radar seeker

Wang Jianlu,Dai Huanyao,Han Hui,Wang Liandong,Qiao Huidong
(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects of Electronics and Information System, Luoyang 471003，Henan，China)

Active towed radar decoy can deceive radars in angle, distance and speed. It connects the protected target by a cable. The decoy and the target have the same motion characteristics, and they can’t be distinguished in distance, velocity and angle. The response of seeker will become a complicated function of the two RF source. This will produce an angle error, and increase the miss distance of the missile. In order to improve the ability of anti radar towed decoy, this problem is solved from the perspective of space resolution. Based on the conventional monopulse radar system structure, the signal of diagonal difference is extracted, and simultaneous equations are established by using signal of the sum channel, azimuth difference channel, elevation difference channel and diagonal difference channel. The angle and amplitude of target and decoy can be obtained by solving equations. Then the method of decoy recognition is proposed. Simulation results demonstrate the effectiveness of this method.

diagonal difference channel; four channel monopulse radar; decoy recognition; two targets resolution

国家自然科学基金(No.61301236)

2016-03-20；2016-06-18修回。

王建路(1984-)，男，助理研究员，博士，主要研究方向为雷达系统仿真、效能分析。

TN973.3；TN974

A