外军针对雷达主瓣和旁瓣的极化干扰技术分析

戴幻尧，刘文钊，周 波，王建路

（中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳471003）

0 引言

早在二十世纪九十年代末，美俄就发现了单脉冲雷达天线（包括幅度和差、相位和差）的方向图具有复杂的极化结构，并且测角精度容易受到通道一致性、目标的去极化作用、多径散射造成的去极化等因素的影响［1－7］，根据单脉冲雷达天线的这种固有属性设计了交叉极化干扰样式。从公开报道的资料可以看出外军极化干扰技术发展的基本现状。

Northrop Grumman公司已将该干扰应用于美军的F-16CD／Block60战斗机的干扰吊舱上，可以对一些地对空的跟踪制导雷达、空空制导雷达导引头进行有效的自卫式的角度欺骗干扰。据报道，美军新一代干扰机AN／ALQ-167，美军航空兵机载威胁仿真模拟器上面都具备极化调制的干扰样式。

美国的APECS-II舰载电子战系统是美国Argo System Inc研制生产的新型水面舰艇电子战系统，干扰机采用了相控阵多波束天线，可覆盖方位360°和高低角30°的范围。它在脉冲和连续波方式辐射大功率干扰，可同时对付16个目标，与比较老的相控阵天线比，此系统可以变极化（专门对付单脉冲威胁源），已安装（没有外部波导也没有水冷设备），并且能对付复杂信号，是世界上第一部以XPOL-JAM为主要手段、以单脉冲主动雷达导引头为作战对象的ECM系统。该系统已经出口了包括葡萄牙、荷兰、希腊、巴基斯坦等在内的多个国家，美国海军的SLQ-32（V）电子战系统，法国的ARBB33干扰机和以色列的SEWS电子战系统也采用了类似技术。

如图1所示，部分俄制的机载自卫电子干扰系统也具备交叉极化干扰，用以实现对部分机载火控雷达、面对空雷达制导导弹、空对空雷达制导导弹、舰对空雷达制导武器的电子干扰。

图1 部分俄制自卫干扰吊舱具备交叉极化干扰模式

1 交叉极化干扰原理

无论是幅度比较单脉冲，还是相位比较单脉冲技术，都存在一个潜在的薄弱点，那就是相对于设计的极化，它存在交叉极化（或称为寄生极化），尽管电平低于－25dB。交叉极化天线方向图的零点出现在设计极化的方向图最大位置，交叉极化的最大点一般可能位于设计极化方向图的－15dB左右的位置［8－9］，也就是说，两个极化波束显示出不同的方向图。因此，当计算两个波束的幅度差时，它们的两个误差信号方向图是反相的。下面给出理论分析：

比幅单脉冲，和、差单脉冲测角公式：

一般只包含实部，得到：

根据不同的具体情况，会得到不同的和、差信号，进而化简得到不同的形式。

考虑交叉极化信号的因素，干扰信号的极化和雷达的主极化的垂直程度可以用γ进行表示，γ＝0表示与主极化完全垂直，单脉冲雷达的跟踪误差为信号与干扰造成的误差之和。通过数学推导，可以得到交叉极化干扰条件下的单脉冲雷达跟踪误差定义：

与公式（1）不同之处在于和、差的含义，其中

式中，和信号Σ＝目标回波在和通道的响应＋干扰机主极化在和通道的响应＋干扰机交叉极化在和通道的响应；差信号Δ＝目标回波在差通道的响应＋干扰机主极化在差通道的响应＋干扰机交叉极化在差通道的响应。

干扰条件下和差信号定义如表1所示。当干扰不存在即K＝0时，公式（3）退化为常用结果即公式（1）。某单脉冲制导雷达的和–差极化方向图等效仿真如图2所示。

表1 干扰条件下和差信号定义

可以看出，主极化的和差方向图、交叉极化的和差方向图结构差异很大，在中心方向上具有反相的特性。因此，当计算两个波束的幅度差时（幅度单脉冲技术要求执行），它们的两个误差信号方向图是反相的。主极化响应形成的测角输出和交叉极化响应产生的测角输出不仅数值不同，而且极性也不同。当干扰机发射的信号有意识的保持和雷达极化正交时，就会是雷达角度跟踪不稳定甚至丢失目标。

2 交叉极化干扰仿真

2.1 对单脉冲雷达主瓣的干扰效果

图2 某单脉冲雷达导引头和-差极化方向图仿真

实施交叉极化干扰关键要突破两个技术，一是实时测量、估计或检测出雷达发射波的极化方式，同时产生与雷达发射波极化正交的噪声干扰、假目标干扰，或兼具欺骗和压制效果的灵巧噪声干扰；二是克服目标运动或者干扰机平台本身运动造成的极化状态不稳定造成的影响，尽量保证干扰的绝对正交。提出的自适应交叉极化干扰就是不需要测量和估计雷达发射波的极化方式，不管雷达发射波的极化方式如何变化，只需要在干扰机的水平极化天线和垂直极化天线所接收的信号基础上，通过极化变换的方法生成一组正交的信号，转发给雷达，转发干扰的延迟处理时间和目前DRFM转发干扰的速度一样（20ns量级），通过增大延迟可以兼具RGPO、VGPO、X-Pol干扰的效果。

通过大量仿真，图3给出了极化正交性偏差为0、极化正交性偏差为20°条件下，干信比发生变化时的雷达角度鉴别曲线比较示意图。图3中K表示干扰信号功率和目标回波信号功率的比值，即当K＝0时表示完全没有干扰信号，K＝10时，等效干信比为20dB。由图可以看出，随着干扰信号的增大，相比于未受干扰的角误差信号发生很大变化，稳定跟踪点发生偏移，误差曲线结构发生很大变化，特别的当K 达到10时，角度鉴别曲线在中心方向输出一个极大值，并在半功率点附近85°和105°形成了稳定的零点即稳定跟踪点。

图3 不同干信比条件下的雷达角度鉴别曲线比较示意图

图4 给出了目标初始位置目标点左侧时跟踪过程中导引头指向、目标角度和假目标角度随时间的变化关系。从图4可以看出，初始有一个短暂的跟踪过程，之后由于交叉极化的干扰，测角误差增大，出现假目标。测角误差驱动导引头向假目标方向偏转，最终导弹稳定的跟踪到假目标方向，假目标的相对位置趋于零。导弹在向假目标方向偏转的过程中，导弹指向远离真目标，所以真目标的相对位置一直增大，最后稳定在－2.7°。

2.2 对防空警戒雷达旁瓣的干扰效果

旁瓣匿影技术（SLB）是现代防空雷达中常用的抗干扰措施，其对脉冲式欺骗干扰的抑制性能优异，因此雷达抗干扰中普遍会具备旁瓣匿影功能［10］。然而，针对该项抗干扰技术，国外有过报道指出，主天线和辅助天线的交叉极化特性不一样，如图5所示。交叉极化增益如果在副瓣区域，辅助天线低于主天线，则无法启动匿影进行选通，从而使干扰无法被匿影，从而形成有效干扰。因此，如果干扰方对己方的搜索、引导雷达采用交叉极化干扰，可以突破旁瓣匿影系统来形成假目标，最终形成航迹欺骗干扰，使得雷达的抗干扰功能失效，破坏雷达的工作的性能。下面根据典型参数进行仿真以验证极化干扰在旁瓣内的干扰效果。

图4 目标初始位置在B点左侧时跟踪过程

仿真中，雷达信号参数如下，脉冲宽度τ＝10μs，带宽B＝50MHz，主天线的旁瓣共极化增益GMZ＝3dB，主天线的交叉极化增益GCZ＝－10dB，隔离度13dB。辅助天线的共极化增益GMF＝12dB，辅助天线的交叉极化增益GCF＝－20dB，隔离度32dB，输入端干噪比10dB。图5给出主天线和辅助天线的全极化方向图。图6表明未采取极化干扰前，干扰信号在主通道响应比辅助通道响应低，所以经过SLB处理判断为旁瓣干扰信号，关闭输出。

图5 主辅天线方向图

图6 SLB对共极化干扰信号处理结果

当采用极化干扰后，干扰的极化和辅助通道匹配，和主通道失配，主通道响应比辅助通道响应高，所以经过SLB处理判断为存在目标（干扰有效形成了假目标），开放输出，如图7所示。

图7 SLB对交叉极化干扰信号处理结果

3 结束语

在干扰应用模式上，干扰机在突防过程中如果使用得当，可以使SLB在主瓣对准的时候开始工作，造成目标信号大概率被匿影，产生显著地干扰效果。这是因为SLB系统中主天线和辅天线对交叉极化的响应不同，会改变主通道和辅助通道的信号响应，主天线接收能量急剧下降，辅天线接收能量会强于主通道，触发SLB系统工作，主通道闭锁，目标被匿影。特别的是部分其它利用相关处理的抗干扰措施也会受到极化干扰的影响，例如旁瓣对消。

总的来说，极化干扰技术的应用有两种有效方式，第一，噪声干扰＋自适应交叉极化干扰，这样可以有效对付具有干扰源定位模式的雷达，迫使雷达根据天线的交叉极化方向图进行噪声干扰源／假目标的跟踪，阻止导引头的测距、测速或前沿跟踪；第二，基于相干波形的交叉极化干扰迫使雷达瞄准线离开真实目标方向，在几个不稳定的零值点间徘徊。无论是采用DDS、DRFM，还是采用延迟线的相干干扰机都能充分利用雷达信号处理，获得脉冲压缩增益和检波前积分增益可达到20dB。针对地面防空预警系统突防过程中，全程使用交叉极化干扰，在不同的干扰阶段，对不同功用的雷达如预警、目标指示、跟踪制导雷达均会产生不同的干扰效果。■