雷达引信抗低空界外干扰研究

刘跃龙， 刘东芳

(上海无线电设备研究所， 上海 200090)

雷达引信抗低空界外干扰研究

刘跃龙， 刘东芳

(上海无线电设备研究所， 上海 200090)

针对界外干扰进行了分析和计算，论述了典型雷达引信抗界外干扰的途径和方法，比较了几种抗界外干扰方法的优劣。研究结果表明脉冲引信和0/π调相脉冲多普勒引信可较好地解决低空界外干扰。

雷达引信； 界外干扰； 低空

0 引言

现代导弹对引信的要求越来越高，主要表现在以下几个方面：要求对付隐身目标(其RCS可低至0.01 m2甚至更低)； 电磁环境越来越复杂，电磁干扰强度越来越大； 弹目相对速度越来越高；要求对付的目标种类越来越多； 小型化要求越来越高。在这种形势下，雷达引信的应对手段之一是提高工作频率。毫米波引信由于具有频段高、抗电磁干扰性能好、反材料隐身性能好、微波和天线体积小重量轻等优势，受到引信研制单位的重视。

在雷达引信中，技术最成熟、运用最多的是脉冲多普勒体制和脉冲体制。脉冲多普勒体制和脉冲体制引信都存在距离模糊，距离模糊区目标或地物的反射信号对于引信来说属于非有用信号或干扰信号，亦称界外干扰(下同)。多普勒体制和脉冲体制雷达引信在高空工作时受地物界外干扰影响很小。

在低空工作时，地物界外干扰影响不能忽视，且高度越低，界外干扰越大。特别是脉冲多普勒体制引信随着引信工作频率和弹目相对速度的提高，导致脉冲重复频率显著增加，脉冲重复周期显著缩短，模糊区越来越近，界外干扰越来越严重。再加上对付隐身目标要求引信灵敏度大大提高，抗界外干扰能力更是显著下降。为此，本文论述了脉冲多普勒体制和脉冲体制雷达引信抗界外干扰的途径和方法[1-2]。

1 界外干扰及计算

界外干扰就是脉冲多普勒体制或脉冲体制引信其距离模糊区目标或地物的反射信号。引信界外干扰回波功率的表达式为

(1)

式中：Pg为界外干扰回波功率；Rh为引信至模糊区的距离；Pt为天线发射功率；G为发射和接收天线增益(假定两者相等)；λ为工作波长；σ0为模糊区的反射系数，Sg为天线波束有效照射面积；l为高频损耗。

在导弹相对于地海面俯冲时，在文献[3]中对天线波束有效照射面积有通用的计算模型，当天线波束垂直于地海面时Sg的近似表达式为

(2)

式中：H0为引信至模糊区的最小距离；Δθ为天线主波束宽度；α为天线主瓣与地平面夹角；C为光速；τ为引信接收脉冲宽度。

引信目标回波功率的表达式为

(3)

式中：Ps为目标回波功率；R为引信作用距离；Pt为天线发射功率；G为发射和接收天线增益(假定两者相等)；λ为工作波长；σ为目标雷达反射截面积；l为高频损耗。

目标回波信号与界外干扰信号功率之比为

(4)

在式(4)中代入相关参数，在无线波导垂直照射地面时，可得

a) 第一模糊区的信干比为Ps/Pg=-13.6 dB；

b) 第二模糊区的信干比为Ps/Pg=-6.2 dB；

c) 第三模糊区的信干比为Ps/Pg=-1.9 dB；

d) 第四模糊区的信干比为Ps/Pg=1.2 dB。

由计算可知，垂直照射时，模糊区距离增加一倍，信干比约提高7.4 dB。

由计算可知，某脉冲多普勒引信在第一、第二、第三模糊区的信干比分贝数均为负值，显然会产生虚警，必须采取措施克服界外干扰，确保引信穿越模糊区时不虚警。

2 脉冲多普勒引信抗界外干扰措施

脉冲多普勒体制是目前为止最成熟、运用最多的引信体制。与脉冲引信相比，脉冲多普勒引信只需要相当小的发射功率就能获得相同的作用距离，近距离盲区较易解决，超低空性能优于脉冲引信，容易获得速度信息有利引战配合等优点。但随着引信工作频率的提高、引信灵敏度的提高和弹目相对速度的提高，脉冲多普勒引信的低空性能遇到了越来越大的挑战。

2.1模糊区信干比

以Ku波段脉冲多普勒引信为例。假定某引信目标雷达反射截面积σ为0.01 m2，作用距离R为15 m。

根据第1章的计算，天线垂直照射地海面时，第一至第四模糊区的信干比见表1，在引信信噪比比较高(≥23 dB)时为确保无虚警需提高的信干比。

表1 某引信模糊区的信干比及需提高的信干比

2.2克服界外干扰的措施

如果导弹系统能提供比较准确的相对地海面高度信息，则可在引信的模糊区降低灵敏度，在上述例子中，在引信第一模糊区可降低18 dB灵敏度，第二模糊区可降低11 dB灵敏度，第三模糊区可降低6 dB灵敏度，第四模糊区可降低3 dB灵敏度，从而避免引信穿越模糊区时虚警。

如果导弹系统通过弹速和俯冲角及攻角计算地海面回波的多普勒频率，并通过弹上通讯系统提供给引信，则只需在地海面回波的多普勒频率范围内降低灵敏度，减少对目标启动概率的损失。

如果导弹系统不能提供比较准确的相对地海面高度信息，可在引信接收波门的右侧设置一个界外干扰接收波门以及相应的接收通道，一般界外干扰会先进入界外干扰接收波门，这时可测量界外干扰的强度并根据界外干扰强度降低目标回波通道的灵敏度；如果导弹系统通过弹速和俯冲角及攻角计算地海面回波的多普勒频率并通过弹上通讯系统提供给引信，则只需在地海面回波的多普勒频率范围内降低灵敏度，从而减少对目标启动概率的损失。

3 0/π调相脉冲多普勒引信抗界外干扰措施

在第2章中的引信示例中，Ku波段脉冲多普勒引信要想克服界外干扰，必须要导弹系统提供比较准确的相对地海面高度信息，并以降低引信灵敏度和引信启动概率为代价。如果采用0/π调相脉冲多普勒体制，则可以获得12 dB～14 dB的对界外干扰的抑制[4]。在第2章中的引信示例中，只需降低几分贝灵敏度就能克服界外干扰。

如果采用毫米波引信，在第2章中的引信示例中假定工作频率比Ku波段高一倍，则在同样技术要求下多普勒频率要提高一倍，则发射脉冲频率要提高一倍，脉冲重复周期缩小一半，第一模糊区距离缩小一半，目标回波信号与界外干扰信号之比约降低7.4 dB，即约为-21 dB，即使采用0/π调相脉冲多普勒体制，就算抑制界外干扰14 dB，在第一模糊区信干比为-7 dB仍然会虚警。

解决办法是利用界外干扰回波频谱和目标回波频谱之间的差异对界外干扰进行识别。如果回波的频谱是窄带的就是目标，如果频谱值过启动门限且频谱是宽带的就是界外干扰。一旦探测到界外干扰就说明进入了第一模糊区或第二模糊区，可将该时刻的启动门限适当提高以抑制界外干扰；而如果在模糊区有目标，只要目标回波能量足够还是可以启动的，仅仅在第一模糊区和第二模糊区损失不多的启动概率。

4 脉冲体制引信抗界外干扰措施

从解决界外干扰的角度出发，当引信工作频段较高时，比较好的工作体制是脉冲体制。脉冲引信的脉冲重复频率不受弹目多普勒频率的影响，无需考虑测速模糊问题，脉冲重复频率可以选得较低，以保证足够长的模糊距离。例如，若要求引信波束扫过目标起始段有效长度Lt时，引信必须有效地处理目标回波信号，只需满足不等式[1]

(6)

式中：υmax为最大弹目相对速度；Lt/υmax为引信波束扫过Lt的时间；np为信号处理必须的最小脉冲数，一般为6～10以上；fT为脉冲重复频率，np/fT为信号处理必须的最小时间。

式(6)经变换可得

(7)

式中：脉冲体制引信的fT为脉冲多普勒体制Ku波段fT的20%左右，为毫米波段fT的6%～10%，这意味着脉冲重复周期和第一模糊区的距离分别要大5倍和10倍～15倍，界外干扰强度分别要低17 dB和24 dB～28 dB。

由于脉冲体制引信的脉冲重复周期T比较大，很适合采用随机脉位脉冲体制，例如可设置脉冲重复周期均匀随机变化，还可显著降低界外干扰强度。当引信天线波束垂直照射地面或水面时，地面或水面的回波强度比引信天线波束与地面或水面夹角为60°时大很多，约15 dB～25 dB，如果在某个高度引信天线波束垂直照射地面或水面且某一个发射脉冲的回波正好落入接收波门，由于随机脉位下一个发射脉冲的回波要想正好落入接收波门，天线波束就不会垂直照射地面或水面， 因而回波强度会减弱，等效于模糊距离更远。如果界外干扰强度降低17 dB，则相当于模糊距离增加5倍。

模糊距离远，非常有利于低空性能。因此，不少引信采用脉冲体制，如英国的“海标枪”舰空导弹采用了脉冲距离门雷达引信，前苏联的“20Д”防空导弹采用了5E-11型脉冲雷达引信，俄罗斯著名的脉冲研究所研制了“施吉利”导弹脉冲引信等多种导弹脉冲引信，我国也曾研制脉冲比相引信。

虽然脉冲引信有优良的低空性能，以及大功率发射具有功率对抗抗干扰性能好的优点。但也存在接收机带宽较宽而不利于抗干扰，与脉冲多普勒引信相比需要较大的发射功率才能获得相同的作用距离，近距离盲区较难解决，超低空性能不及脉冲多普勒引信，以及难以获得速度信息等缺点。因此，脉冲引信的应用还是受到了局限。

5 结束语

脉冲引信(适当加随机脉位)具有抗低空界外干扰的体制优势，能适应现有的绝大多数引信抗低空界外干扰的需求，当然它的其他性能有不如脉冲多普勒引信的地方；脉冲多普勒引信尤其是毫米波脉冲多普勒引信抗低空界外干扰比较困难，需要损失较多的启动概率；0/π调相脉冲多普勒引信可较好地解决低空界外干扰，在Ku波段一般只需损失很少的启动概率，在毫米波段启动概率也损失不多。

[1] 梁棠文. 防空导弹设计及仿真技术(第一版)[M].北京：宇航出版社, 1995： 60-65.

[2] [美]M.I.斯科尔尼克.雷达手册(合订本第一版)[M].北京：国防工业出版社, 1978： 89-97.

[3] 吴万芳,杨硕,刘建新. 脉冲多普勒引信海面回波建模与仿真[J].航空兵器, 2015，(6)： 66-69.

[4] 朱启明. 伪随机编码调相脉冲多普勒引信[J].制导与引信, 1997，(2)： 1-4.

ResearchonRadarFuzeAnti-jammingLowAltitudeClutterBackground

LIUYue-long,LIUDong-fang

(Shanghai Radio Equipment Research Institute, Shanghai 200090, China)

Clutter background jamming is analyzed and figured, then technical approaches and methods for anti-jamming clutter background are discussed, finally comparative advantages and disadvantages of some methods for anti-jamming clutter background are proposed. Research results show that pulse fuze and 0/π phase modulation pulsed Doppler fuze can better solve jamming low altitude clutter background.

radar fuze; clutter background jamming; low altitude

1671-0576(2017)02-0015-03

2016-11-28

刘跃龙(1963-)，男，研究员，硕士，主要从事引信技术研究；刘东芳(1978-)，男，高级工程师，硕士，主要从事引信技术、高度表技术研究。

TJ43

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