辅助天线对抗拖曳式雷达诱饵方法
2020-01-08吕元杰白渭雄曾会勇李槟槟万鹏程
吕元杰，白渭雄，曾会勇，李槟槟，万鹏程
(1.空军工程大学研究生院，陕西 西安 710051；2.空军工程大学防空反导学院，陕西 西安 710051)
0 引言
拖曳式雷达诱饵在作战中可以有效保护载机，其作战效果在科索沃战争中得到检验，取得良好实战效果，因而备受关注[1]。拖曳式雷达诱饵是由载机通过拖曳线拖动飞行，对接收到的雷达信号进行放大转发或调制后释放干扰的一种干扰设备[2]，干扰类型属于双点源干扰，干扰功率大于载机回波功率，干信比一般为K>1，经验值为K≥2～10[3]，拖曳线长度一般横向限制为100～150 m，纵向限制为100～250 m[4]，保证其与载机始终在雷达主波束内，同时能够很好地模拟载机空中姿态[5]，且随着干扰功率的增大，雷达跟踪点更靠近干扰源。因此拖曳式雷达诱饵能对单脉冲雷达以及弹上导引头的测角系统造成有效欺骗，大大提高载机的生存能力。
随着数字射频存储器在拖曳式雷达诱饵中的使用[6]，使干扰转发速度更快，信号更逼真，利用传统的时域、频域和空域对抗方法很难进行有效对抗，如何有效对其进行识别对抗是电子对抗领域的研究热点[7]。我国对拖曳式雷达诱饵的研究相比欧美等国家起步较晚，并且相比于拖曳式雷达诱饵干扰的研究，对其对抗方法的研究更少[8]，而且识别对抗方法主要从时域、频域和空域入手，对抗难度大，占用雷达资源[9]。极化信息作为雷达信号的另一重要参量，也为识别对抗有源拖曳式雷达诱饵提供新的思路[10]。目前利用极化信息对抗拖曳式雷达诱饵的公开文献非常少。拖曳式雷达诱饵为了能干扰各型极化雷达，通常采用45°线极化或圆极化方式[11]。文献[12]中李永祯团队利用全极化雷达对转发式拖曳式雷达诱饵开展检测与抑制研究，而目前单脉冲雷达极化形式单一，不具有全极化特性，不能利用极化信息对拖曳式雷达诱饵进行对抗。本文针对此问题，提出利用与主天线极化正交的辅助天线对抗拖曳式雷达诱饵的方法。
1 信号模型
基于辅助天线与主天线极化正交特性构建模型，利用模型对主天线和辅助天线接收的载机信号和诱饵干扰信号进行分析。
1.1 主天线接收信号模型
主天线极化方式为hz=[hzHhzV]T，‖hz‖=1，其发射信号可表示为：
(1)
式(1)中，Pt为主天线发射信号峰值功率，Gt为天线增益，s(t)为调制信号。
在雷达接收端口，载机后向散射波为：
(2)
主天线接收的载机回波信号可表示为：
(3)
式(3)中，nzm(t)为主天线接收载机回波信号时的噪声。
拖曳式雷达诱饵干扰信号极化形式为hJ=[hJHhJV]T，‖hJ‖=1，干扰信号可表示为：
(4)
式(4)中，PJ为干扰信号峰值功率，GJ为诱饵干扰天线增益，J(t)为干扰调制信号。
拖曳式雷达诱饵干扰信号在主天线接收端口处可表示为：
(5)
主天线接收到的载机和干扰信号可以表示为：
(6)
1.2 辅助天线接收信号模型
辅助天线极化形式为hf=[hfHhfV]T，‖hf‖=1，与主天线极化正交，辅助天线增益为Gf，则辅助天线接收到的载机回波信号可表示为：
(7)
辅助天线接收到诱饵干扰信号可以表示为：
(8)
则辅助天线接收到的信号可以表示为：
(9)
2 主辅天线干扰对消模型
利用式(6)与式(9)可以对消主天线接收到的拖曳式雷达诱饵的干扰信号，对消公式可以表示为：
vd(t)=vz(t)-kvf(t)
(10)
式(10)中，k为加权系数，即能使主天线和辅助天线接收到的干扰信号进行对消的乘数。将式(6)和式(9)代入式(10)后整理可得：
(11)
式(11)中，
(12)
(13)
m(t)=(nz(t)-knf(t))
(14)
(15)
(16)
将加权系数式(16)代入式(11)，可得加权后主天线的信号：
(17)
将加权前后主天线信干噪比代入干扰对消系数γ中，化简后可得：
(18)
式(18)中，Pz(ω)为主天线噪声功率谱密度，Pf(ω)为辅助天线噪声功率谱密度，PJ(ω)为拖曳式雷达诱饵调制信号功率谱密度。
3 仿真分析
3.1 参数设置
(18)
主辅天线内部信噪比SNR=10 dB，雷达脉冲宽度τ=50 μs。
3.2 仿真结果
当诱饵转发雷达回波信号的延迟时间足够长(t=50 μs)，可以从时域上区分出来，此时利用辅助天线和传统脉冲前沿切割法都可以实现对干扰的对抗。图1为主天线接收的信号，包括载机回波信号和诱饵放大后转发的干扰信号，载机回波信号幅度为0.02 V，干扰信号为0.035 V。
辅助天线极化方式与主天线极化方式正交，接收到的载机回波信号交叉极化分量很微弱，淹没于噪声中，接收到的主要是诱饵释放的干扰信号，电压幅度约为0.025 V，如图2所示，这与实际情况相符。通过主天线接收的信号与辅助天线接收的信号进行对消，可以得到载机回波信号，如图3所示。
图1 主天线接收到时域可分辨的载机和干扰信号Fig.1 Target and jamming signals received by the main antenna can be distinguished in the time domain
图2 辅助天线接收到时域可分辨的载机和干扰信号Fig.2 Target and jamming signals received by the auxiliary antenna can be distinguished in the time domain
图3 时域可分辨干扰对消后结果Fig.3 The result of the cancellation of distinguishable jamming signals in the time domain
数字射频存储器可以使拖曳式雷达诱饵转发雷达信号延迟时间大大缩短，转发延迟时间一般在1 μs左右。以延迟时间τ=1 μs时进行仿真，如图4所示，主天线接收到的载机回波信号与干扰信号基本重叠，用传统脉冲前沿切割法已不能对抗，但利用辅助天线可实现加权对消。由于拖曳式雷达诱饵属于非相干干扰，所以不是载机回波信号与干扰信号幅值的完全叠加，在时间为0.3 ms处载机回波信号与干扰信号叠加后电压幅值约为0.04 V。
图5为辅助天线接收到的载机回波信号与干扰信号，由于天线极化方式与主天线发射的信号极化方式正交，载机回波与干扰信号幅值主要是干扰信号的幅度，电压幅值为0.025 V。
图6为利用辅助天线对干扰信号进行加权对消后的结果，此时主天线中的拖曳式雷达诱饵释放的干扰利用辅助天线加权对消，信号为载机回波信号，幅值为0.02 V。
图4 主天线接收到时域不可分辨的载机和干扰信号Fig.4 The target and jamming signals received by the main antenna are indistinguishable in the time domain
图5 辅助天线接收到时域不可分辨的载机和干扰信号Fig.5 Target and jamming signals received by the auxiliary antenna are indistinguishable in the time domain
图6 时域不可分辨干扰对消后结果Fig.6 The result of the cancellation of indistinguishable jamming signals in the time domain
利用辅助天线不仅可以实现对拖曳式雷达诱饵转发简单功率放大干扰的对消，也可以实现对连续转发脉冲干扰的对消。图7为拖曳式雷达诱饵释放连续转发脉冲干扰时主天线接收到的信号，干扰电压为0.035 V，脉冲干扰时间间隔为0.2 ms，在时域上与载机信号基本重合，在0.3 ms处为载机回波信号与干扰信号的叠加，电压值为0.04 V，强于干扰信号的0.035 V。
图8为辅助天线接收到的载机回波信号与连续脉冲干扰信号，由于辅助天线接收到的载机回波交叉分量，幅值很小，因此，载机回波信号与干扰信号的电压叠加值和干扰信号电压值基本相同，约为0.025 V。
图9为利用辅助天线对消后主天线接收的载机回波信号，电压幅值为0.02 V。
图7 主天线接收到的载机和连续脉冲干扰信号Fig.7 Target and continuous pulse jamming signals received by the main antenna
图8 辅助天线接收到的载机和连续脉冲干扰信号Fig.8 Target and continuous pulse jamming signals received by the auxiliary antenna
图9 连续脉冲干扰对消后结果Fig.9 The result of continuous pulse jamming cancellation
在上述三种情况下，在未进行加权对消前载机回波信号电压值为0.02 V，干扰电压值为0.035 V，主天线信噪比为10 dB，此时信干噪比为-4.87 dB，利用辅助天线加权对消后干扰消失，主天线中信干噪比为信噪比，加权对消后主通道载机回波信号为0.019 V，噪声为0.005 V，信噪比11.6 dB，干扰对消系数γ=16.47 dB。
4 结论
本文提出利用与主天线极化正交的辅助天线对抗拖曳式雷达诱饵释放转发式干扰的方法。目前单脉冲雷达的极化方式以水平极化或者垂直极化为主，通过给主天线增加辅助天线，可以实现单脉冲雷达对拖曳式雷达诱饵释放转发式干扰的对消。仿真表明，利用辅助天线能实现对拖曳式雷达诱饵转发的简单功率放大和连续脉冲干扰进行有效对消。
