一种针对干涉仪测向系统的反电子侦察技术方法探讨

2019-08-02蒋平虎苏萍贞赵乾海

中国电子科学研究院学报 2019年5期

蒋平虎,苏萍贞,赵乾海

(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引言

现代作战，电子侦察作为获取情报的重要来源之一，在当今“发现即意味着被摧毁”[1]的战场环境中发挥着越来越重要的作用。和平时期电子侦察飞机和电子侦察卫星截获和测量敌方雷达信号[2]，可用来侦察陆基雷达的分布情况，机动雷达的活动规律，监视敌海上舰艇活动动向，判断其军事活动意图。战时，各类电子侦察系统能够为作战单元提供准实时信息支援。本文从雷达电子对抗的角度提出一种基于破坏测向系统的反电子侦察[3]的新方法。

1 干涉仪测向的原理分析[4]

干涉仪测向能够在宽的瞬时视野内，实现对雷达信号入射方位的实时高精度测量，通过多点测量能精确标定雷达的位置信息，在电子侦察设备中得到了广泛的应用。干涉仪测向原理框图如图1所示。

图1 干涉仪原理框图

两天线接收到的相位差Ø为：

(1)

其中，λ为入射信号的波长，则信号入射方向角θ的表达式可以变为：

(2)

在只有一个雷达目标的情况下，仿真结果如图2所示，图中红色五角星代表雷达目标，圆心处的蓝色三角代表测向干涉仪，所画的蓝色直线代表干涉仪测得方向的最终结果，该仿真标明相位干涉仪在无干扰的情况下可以准确测出接收信号的入射方向。

图2 仿真干涉仪测相结果

2 干扰原理及数学模型分析

通过计算干涉仪天线间的接收信号相位差来推算出雷达辐射信号的达到方向。干涉仪测向系统虽然具有较高的测向精度，但抗同时到达信号的能力较差，当信号存在同时到达的情况下，干涉仪测向系统的性能急剧下降。

利用干涉仪的这一特性，以雷达目标作为被保护对象，在其周围布置一部或者多部干扰机，发射与被保护目标相同频率和脉内调制样式的信号。通过同步脉冲信号以及位置信息，计算信号发射时序，随机或者固定信号的初始相位和功率，从而在预定区域形成同步到达的两路或者多路信号的合成信号，进而达到扰乱干涉仪测向结果的目的。

信号的同步时序可以依据干扰机的位置和被保护对象的位置与指定区域的距离差来确定，如图3所示。

图3 信号时序示意图

图中，干扰源与雷达到测向干涉仪的距离差为：

ΔD=|D1-D2|

(3)

转化成到达测向干涉仪的时间差即为：

(4)

那么，在D1>D2时，干扰源需要提前于雷达信号Δt的时间发出脉冲信号，这样就可以保证在测向干涉仪位置上形成同步的脉冲信号。反之在D1

在脉冲时序上，干扰源A发出的信号等同于干扰源在B位置与雷达C同时发出信号，其中B点和雷达C到测向干涉仪D的距离相等。在本次数学模型推导过程中，数学模型中的干扰源位置只考虑等效干扰源，从而只需要确定干扰源和雷达的方位参数，而不需要考虑距离参数。

在完成脉冲时序的同步后，干扰信号与雷达信号在干涉仪天线口面上形成了合成信号，如图4所示。图中CH1为干涉仪上接收通道1、CH2为干涉仪接收通道2，二者距离为基线长度D，设信号A到通道1的夹角为αA，信号B到通道2的夹角为αB，接收通道1、2接收的信号为A、B信号叠加(A、B信号为同频信号)。

图4 信号在干涉仪处合成示意图

设雷达信号为a(t)，干扰信号为b(t)，合成信号为S(t)，它们的表达式分别为：

a(t)=Asin(2πft+φ1)

(5)

b(t)=Bsin(2πft+φ2)

(6)

S(t)=Asin(2πft+φ1)+Bsin(2πft+φ2)

(7)

接收通道1的接收信号瞬时相位为：

(8)

接收通道2的接收信号瞬时相位为：

(9)

干涉仪测得合成信号的方位DOA为：

(10)

其中：

Δφ=θ2-θ1

式(10)得出的干涉仪测向结果与式(2)所得结果的差值即为测偏的角度，其偏差角度与干扰源信号的方位、幅度和相位相关。

3 仿真验证

通过建立干涉仪接收测向的数学模型，并设置雷达辐射源与干扰源参数，利用蒙特卡洛的仿真试验方法，计算多种干扰源在不同角度、相位、幅度配置条件下干涉仪测向的结果，以下为干扰仿真的具体参数设置。

设置参数为被保护雷达方位：30°，干扰源方位：60°，干扰站幅度与被保护雷达幅度相同，幅度比为1∶1，信号频率：2 GHz，基线长度0.2倍波长，被保护雷达初相为0，干扰站初相为1.6π，测向的结果用蓝色直线的指向来表示测向结果，如图5所示。红色五角星代表雷达辐射源，紫色圆点代表干扰源信号。

图5 单干扰源等幅测向结果

保持上述试验参数不变，将B干扰源的幅度设置变小为雷达信号A的一半，再次进行仿真，仿真结果如图6所示。

图6 单干扰源不等幅测向结果

为了达到更好的保护效果，提高测向引偏的效果，在之后的仿真试验中，加入两个干扰源，从不同方位与被保护对象的信号同步，观察测向结果的改变。

在之前试验的基础上在0°，60°分别设置一干扰源。

新添加的绿色圆干扰源C，基本参数与干扰源B相同，C干扰源相位为1.4π。重复相同的运算过程，得到测向结果如图7所示。

图7 两干扰源等幅测向结果

保持上述试验参数不变，将B和C干扰源的幅度设置变小为雷达信号A的一半，再次进行仿真，仿真结果如图8所示。

图8 两干扰源不等幅测向结果

通过仿真可以看到，在单点干扰源以及两点干扰源的情况下，干扰源同步转发被保护雷达的脉冲信号，转发信号与被保护雷达的发射信号具有相类似的信号特征，并具有一定的相位差、幅度差。此时，以干涉仪测向为主的电子侦察系统对雷达发射信号的测向结果发生错误，形成了有效测向引偏，从而有效破坏了电子侦察系统对雷达的侦察。