弹道导弹突防干扰机收发隔离方法研究*

赵蕾，陈方予，郝昀，郭冬子，钟世勇

(1. 南京工业职业技术学院，江苏 南京 210023； 2. 北京机电工程总体设计部，北京 100854)

空天防御体系与武器

弹道导弹突防干扰机收发隔离方法研究*

赵蕾1，陈方予2，郝昀2，郭冬子2，钟世勇2

(1. 南京工业职业技术学院，江苏 南京 210023； 2. 北京机电工程总体设计部，北京 100854)

弹道导弹突防雷达干扰机采取主瓣干扰时，收发同时工作十分必要。通过计算干扰机收发信号功率，分析了影响收发隔离的因素，指出采用收发功率自适应措施可降低收发隔离要求。然后给出了一个实现收发功率自适应控制的电原理参考框图，指出收发天线前后分置是解决收发隔离的一种有效方法，介绍了2种降低波导天线尾瓣增益的方法。最后指出了探讨的方法虽然原理上可行，但在实际工程应用中还有许多实际问题需要解决。

弹道导弹突防；雷达干扰机；收发隔离；功率自适应；收发天线分置；降低尾瓣增益

0 引言

弹道导弹突防雷达干扰机通常可工作在2种模式下，一种是噪声压制干扰模式；另一种是多假目标欺骗干扰模式。噪声信号与雷达信号不相参，雷达匹配滤波时，不能得到处理增益，与雷达接收目标信号相比，功率上会损失一个处理增益的倍数[1]，因而，噪声干扰信号往往需要较大的功率。弹载干扰机受体积、质量和能量限制，往往功率难以做得较大，因此，多假目标欺骗干扰模式是弹载干扰机常用的一种干扰模式。

有效的多假目标干扰需要将多假目标信号嵌入到弹头回波信号串中，这样会取得较好的干扰效果[2]。由此需要多假目标信号串中的前几个假目标信号要超前弹头回波信号到达雷达接收机。实现这个目的，首先需要雷达干扰机在雷达探测方向上要前置于弹头，在理论上能够实现干扰信号前置，其次还需要雷达干扰机反应时间短，在工程上能够做到干扰信号前置。

需要强调的是，自卫式弹载干扰机工作时应采取雷达主瓣干扰方式[3-4](旁瓣支援式干扰需要较大的功率，在弹载平台上应用难度较大)，即反导雷达探测弹头时，雷达干扰机与弹头应同处一个探测雷达波束内。这个要求在使用上限制了雷达干扰机的前置距离，由此要求干扰机的反应时间必须要短。

为保证假目标信号与弹头回波信号有好的相参性，理想的做法是干扰机对雷达探测信号进行全脉冲采样存储，收发分时工作，但当雷达使用宽脉冲信号探测时，这种做法与干扰机快速反应时间要求相冲突。一种试图折衷的方法是，采取高速时分采样存储，这种做法能够取得低于雷达相参处理增益6 dB的处理增益[5]。这种高速时分收发转换的做法，虽然能够缩短干扰机反应时间，但输出的干扰信号在时域和频域上均有缺陷[6-7]，当反导雷达瞬时带宽足够宽，接收信号功率足够大时，反导雷达有可能通过一些检测方法将这种干扰信号在时域和频域上的缺陷检测出来。

由此看出，要实现多假目标干扰的有效性，同时要保证多假目标信号的逼真性，干扰机需要收发同时工作。

干扰机收发同时工作带来的问题是干扰机需要解决收发隔离问题，这个问题许多文献都探讨过相应的解决方法[8-9]，本文从其他方向探讨弹载突防雷达干扰机解决收发隔离问题的方法。

1 解决收发隔离方法

1.1 干扰机收发隔离条件

干扰机收发隔离对应干扰机的发收功率比，要实现干扰机的收发隔离，首先需要分析干扰机的发收功率比。

使用雷达方程和干扰方程计算公式[1，10]，分别计算干扰机接收雷达信号功率和发射的假目标信号功率(干扰机与弹头伴飞时，通常与弹头相距较近，距探测雷达相对较远[11-12]，计算雷达信号和干扰信号功率传输时，可近似使用同一距离R，另外干扰信号为多假目标形式时，干信比取1，这样既能保证干扰的有效性，又可降低干扰信号发射功率，利于收发隔离)，将两者相比得到干扰机发收功率比K。

(1)

式中：σ为弹头雷达散射截面积(RCS)；GjTR为干扰机发射天线在雷达照射方向上的增益；ArR为干扰机接收天线在雷达照射方向上的等效口面面积；γ1为干扰机接收天线极化适配因子；γ2为雷达接收天线极化适配因子。

因干扰机接收雷达信号与发射干扰信号在同一方向上，当干扰机收发天线采用类似天线时，有4πArR=GrRλ2=GjTRλ2，γ1=γ2=γ，代入式(1)得

(2)

由式(2)可见，干扰机发收功率比与被掩护弹头RCS成正比，与干扰机收发天线等效口面面积成反比，与探测雷达有效辐射功率(ERP)和干扰机与雷达之间距离R无关。

不难看出，只要能够设计干扰机收发之间的隔离度大于干扰机发收功率比，干扰机就可实现收发隔离，即干扰机就能收发同时工作。

1.2 收发功率自适应控制改善收发隔离要求

干扰机收发隔离度对应干扰机的接收功率和发射功率，干扰机设计时，如能将接收门限和发射信号功率设计成能够随接收雷达信号功率变化而自行调整，这种做法与以往干扰机接收门限和发射功率不可调整的状况相比，解决收发隔离问题的难度相对要小些，这个优点可通过下面实例说明，例如，干扰机在距雷达50～500 km距离范围内掩护弹头时，若干扰机接收门限和发射信号功率不随接收雷达信号功率变化而调整，即将干扰机接收门限和发射信号功率设计成定值，设计接收门限时，需要保证干扰机在距雷达500 km处能够接收雷达信号；设计发射信号功率时，需要保证干扰机在距雷达50 km处发射的干扰信号能够干扰雷达，这种设计方法导致远距离下干扰信号功率富裕，近距离时接收灵敏度富裕，要求干扰机收发隔离度比式(1)给出的值大100倍(20 dB)。

如果干扰机采用收发功率自适应控制措施，在收发隔离要求上，与未采用收发功率自适应措施相比，收发隔离度可获得干扰机最大工作距离与最小工作距离之比平方倍的好处。图1给出了一个收发自适应控制电路的原理参考框图。

图1中，由接收天线接收的雷达信号经高放放大后，分成2路，一路经检波、幅度量化形成判别门限，限制门限以下的发射机串扰信号进入；另一路经下变频，通过门限开关选通，至DRFM进行信号存储，与多假目标信号调制。干扰机发射信号经小功率放大器放大后，经电调衰减器进行幅度控制，最后经大功率放大器放大，由发射天线辐射出去。这样就实现了干扰机的收发功率自适应控制。

1.3 收发天线分置实现收发隔离

由式(1)可见，降低弹头RCS和提高干扰机收发天线增益(等效口面面积)均可有效降低干扰机收发隔离度要求。

弹头可通过整形、涂敷和调姿隐身等措施降低在反导雷达观测方向上的RCS[13]。

弹载突防干扰机通常需要在天线前向一个较大的角域内能够接收雷达信号和发射干扰信号，即需要干扰机收发天线有较宽的前向波束。较宽的天线前向波束对应较平坦且增益不高的天线前向增益方向图，通过提高干扰机天线增益降低干扰机收发隔离要求的方法最终会受到干扰角域的限制。

干扰机收发信号在同一个频率上，收发信号难以在频域上实现隔离；同时干扰机发射的干扰信号极化方式需要与雷达照射信号极化方式匹配，干扰机收发信号也难以在极化上实现隔离[14]，干扰机可采取的一种收发隔离方法是设法在空间上增加收发天线之间距离，衰减收发天线之间的干扰信号传输，再通过设置接收信号功率门限，限制干扰信号进入干扰机接收机，实现干扰机收发信号之间的隔离。下面分析这种做法的理论方法和工程可实现性。

干扰机收发天线分置时，收发天线间的距离r能够保证干扰信号在收发天线之间的传输符合远场传输条件时，干扰机接收机接收到的干扰信号功率为Prj为

(3)

式中：Pj为干扰机发射干扰信号功率；GjTr为干扰机发射天线在干扰机接收天线方向上的增益；Arj为干扰机接收天线在干扰机发射天线方向上的等效口面面积；γ3为干扰机收发信号之间的极化适配损失。

干扰机发射的干扰信号功率与接收到的干扰信号功率之比Is为

(4)

式中：Is为需要的发收隔离度。

图1 收发自适应控制电路电原理参考框图Fig.1 Receiving and transmitting power self-reacting control principle diagram

由式(4)可见，增大收发天线之间距离r和减小收发天线在传输方向上的增益均可增大干扰机收发之间的干扰信号功率衰减。

显然，只要Is>K，干扰机就能够实现收发隔离。比较式(1)与式(4)，得到干扰机收发隔离条件为

(5)

当干扰机收发天线如图2前后设置时，有ArR=Arj。此时式(5)简化为

(6)

图2 干扰机收发天线前后设置Fig.2 Setting receiving and transmitting antenna of jammer tandem

由式(6)可见，在干扰机发射天线前向增益GjTR一定的情况下，减小干扰机发射天线后向增益GjTr是提高干扰机收发隔离的有效措施。

圆波导天线有较大的前向增益和较小的尾瓣增益，比较适合实现空间收发隔离。波导天线边缘结构不连续，产生后向散射波和绕射波，是产生尾瓣的主要原因，通过改善波导天线口面结构的不连续性可抑制波导天线的后向辐射能量，降低尾瓣，可用的方法是在波导天线口面设置扼流槽(皱纹喇叭)和向后向卷边(口径匹配喇叭)[15]，图3，4给出了2种改进的圆波导天线结构图。皱纹喇叭受槽宽和槽深受尺寸影响，工作带宽不易做宽；口径匹配喇叭有相对较宽的工作带宽。图5，6分别给出了一种口径匹配喇叭的3D，2D增益方向图。

由图5，6可见，经边缘处理后改进的波导天线有较低的后向增益，这对提高干扰机的收发隔离十分有利。

图3 波导天线口面设置扼流槽(皱纹喇叭)Fig.3 Setting choke groove around wave-guide antenna port (goffer horn)

图4 波导天线口面边缘后卷(口径匹配喇叭)Fig.4 Wave-guide antenna brim reel in backwards (port match horn)

图5 一种口径匹配喇叭的3D增益方向图Fig.5 3D gain pattern of a port match horn

图6 一种口径匹配喇叭的2D增益方向图Fig.6 2D gain pattern of a port match horn

2 设计举例

弹载雷达干扰机收发天线分置通常可有2种方式，一种是左右分置，干扰机释放前，收发天线平行回收，干扰机释放后，收发天线向左右两侧90°打开；另一种是前后分置，释放前发射天线回收在干扰机本体内，释放后由推杆向前推出。前一种方式因干扰机整体转动惯量较大，对干扰机自旋稳定影响较大而较少采用，后一种方式国外(俄罗斯)的弹载突防干扰机有使用。下面通过计算例子说明收发天线前后分置实现干扰机收发隔离的工程可实现性。

假设弹头RCS为σ=0.1 m2，反导雷达工作波长λ=3 cm，突防干扰机收发天线在突防角域内最小增益等于1(0 dBi)，天线极化适配损耗γ=0.5。

干扰机收发天线前后分置，如图2所示，r=1 m。

根据电磁波传输远场条件：

(7)

式中：Gr为接收天线在传输方向上的增益；GT为发射天线在传输方向上的增益。

取γ3=0.5，由式(4)算得干扰机收发天线之间的干扰信号传输功率衰减为

Is高于K值17dB，干扰机可以实现收发隔离，由此看出上面这种收发隔离方法具有实际工程意义。

3 结束语

本文在理论上分析了影响弹载雷达干扰机收发隔离的因素，指出了使用收发功率自适应控制技术给弹载雷达干扰机收发隔离带来的好处，说明了空间隔离是一条可行的收发隔离技术途径，指出了收发天线前后分置情况下，抑制天线尾瓣增益的重要性，介绍了2种降低波导天线尾瓣增益的方法，给出了一个通过收发天线前后分置实现收发隔离的工程计算例子，讨论了工程可实现性。目的是希望能够给广大弹道导弹突防干扰机设计者提供尽可能的帮助。

本文讨论的弹载突防雷达干扰机采用收发功率自适应控制措施，干扰机根据接收雷达照射信号功率，调整接收门限和发射信号功率，将干扰机收发隔离度设计成一个不包含雷达有效辐射功率和雷达探测距离参数的定值，在一个相对要求较低的量值上实现干扰机收发隔离，这种做法的优点在弹载雷达干扰机对抗多部反导雷达时显得更加突出，具有适用价值。

本文在理论上探讨了弹道导弹突防雷达干扰机实现收发隔离的方法，结果虽然在理论上表明可行，但在具体工程应用中还有许多实际问题需要解决，诸如干扰机体积限制，收发天线前后分置后，因转动惯量变化带来的姿态稳定设计，以及宽带工作给收发隔离带来的影响等，这些问题都需要根据干扰机的具体情况，进行进一步的工程设计，本文只是试图在理论上为解决弹载雷达干扰机解决收发隔离问题提供技术途径。

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Isolation Between Receiving and Transmitting of BM Penetration Jammer

ZHAO Lei1, CHEN Fang-yu2, HAO Yun2,GUO Dong-zi2, ZHONG Shi-yong2

(1. Nanjing Institute of Industry Technology, Jiangsu Nanjing 210023, China;2. Beijing System Design Institute of Mechanical-Electrical Engineering, Beijing 100854, China)

When ballistic missile(BM) penetration jammer takes the way of interfering the antenna’s main lobe, it is necessary for BM penetration jammer to receive and transmit signal at thesame time. Through computing the power of receiving and transmitting signals of BM penetration jammer, the main factors effecting isolation between receiving and transmitting of BM penetration jammer is analyzed and it is found that the receiving and transmitting power self-reacting control can decreasethe isolation request between receiving and transmitting. Then, an electric principle drawing realizing receiving and transmitting power self-reacting control is proposed, and to separate transmitting and receiving antenna in the front and the rear respectively is an effective method to solve the problem of isolation between receiving and transmitting.In addition, two ways of decreasing wave-guide antenna rear lobe gain are introduced. Finally, it is pointed out that the method is feasible in theory, but there are many problems to be solved in practical engineering application.

ballistic missile(BM) penetration;radar jammer; isolation between receiving and transmitting; power self-reacting; transmit and receive antenna separating; decrease rear beam gain

2015-05-15；

2015-09-30

南京工业职业学院科研基金项目(YK14-02-04)

赵蕾(1978-)，女，江苏南京人。高工，硕士，主要研究方向为航天电子对抗。

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.06.001

TJ761.3；TN974

A

1009-086X(2016)-06-0001-06

通信地址：210023 南京市栖霞区羊山北路1号南京工业职业技术学院航空工程学院

E-mail：2570371080@qq.com