反舰雷达导引头抗拖引干扰技术研究

杜 勇 解 禹 磨国瑞

(1.西安电子工程研究所 西安 710100 2.中国北方工业有限公司 北京 100053)

0 引言

作为现代海战的主要进攻武器，反舰导弹能对海上各类高价值目标进行有效打击，实战表明，反舰导弹是一种高效费比的进攻武器，是决定海上作战成败的关键武器系统之一。

雷达导引头以其“打了不管”以及全天候、全天时优势，已在多款反舰导弹上得到实战应用。而现代电子技术的进步，衍生的针对雷达的干扰手段也日趋完备，雷达导引头所面临的电磁环境也日趋恶劣。尤其是在反舰作战中，舰上有较大的空间布置大量的电子战设备，更容易集成部署并同时释放多种类干扰样式，这也对导引头的抗干扰能力提出了更高的要求。

本文结合反舰雷达导引头的工作流程，针对末制导阶段导引头所面临的欺骗式拖引干扰开展分析，设计开发了抗干扰算法，并在某导引头原理样机上，借用干扰设备进行了干扰对抗试验，试验验证了算法的有效性。

1 基于DRFM技术的欺骗干扰产生机理[1-2]

雷达有源欺骗干扰，主要是采用假目标作用于雷达系统，使系统不能获取正确的目标参数信息，达到迷惑和扰乱雷达检测、跟踪目标的目的。干扰机主要采用存储转发(DRFM)架构，干扰信号的产生主要依赖于侦查引导系统截获的雷达信号，通过对雷达信号进行幅度、时延或频率调制形成假目标，使雷达跟踪系统偏离真实目标而达到干扰的效果。转发的干扰信号与真实目标回波信号在时域、频域上具有高度的相似性。

图1为单通道DRFM干扰机的一般组成框图，包括上、下变频模块、模数转换、数模转换器、本振、控制单元和功放电路等模块。DRFM工程实现形式主要有单通道、IQ双通道和信道化三种方案，具体实现形式根据需求来确定，本文就不展开叙述。

图1 单通道DRFM干扰机组成框图

2 欺骗式干扰过程分析[3]

目前常用的欺骗干扰方式有距离拖引、速度拖引、距离速度同步拖引，干扰信号一般按照停拖期、拖引期、保持期、关闭期四个阶段周期释放，对雷达系统实施循环不间断干扰。四个阶段拖引算法原理为

(1)

其中，Tf为假目标，T为实际目标，Vf为拖引速度或距离，Vfmax为最大拖引速度或距离，t1为起始时间，t2为拖引时间，t3为保持时间，t4为关闭时间。

干扰机在各阶段，执行各不相同的任务。在停拖期，干扰机捕获并解译雷达发射信号，对信号幅度进行调制后直接转发；拖引期则是根据拖引类型，对信号进行距离、速度及幅度调制，使干扰信号与目标回波逐渐分离达到干扰的目的；保持期则是在干扰信号达到系统设定的最大拖引参数时，干扰信号持续发送一段时间；关闭器则是干扰机停止工作，完成本周期的干扰。

图2 欺骗式拖引干扰工作过程

3 抗干扰策略分析与设计

从欺骗式拖引干扰的工作机理不难看出，雷达导引头必须在“拖引期”准确识别出干扰类型，在进入“保持期”之前采取相应的抗干扰措施，才能有效应对欺骗干扰。结合雷达导引头实际的工作流程，整个抗干扰过程可分为干扰识别和抗干扰跟踪两个阶段。

3.1 干扰识别

拖引速度的快慢，将直接影响干扰的效果。拖引速度过慢，真假目标始终在同一跟踪波门内，假目标消失后，导引头依然能检测并跟踪目标，达不到干扰的目的。拖引速度过快，干扰效果明显，但也为识别干扰类型提供了线索。

综合考虑海面舰船目标的运动特性、机动特性，通过监测导弹飞行速度、雷达导引头实时输出的弹目距离及距离变化率、回波多普勒频率等信息，可以准确判断导引头是否受到干扰。

1)通过比对弹目相对速度与弹体飞行速度，判定距离维是否受到拖引干扰。

弹目相对运动速度VT与弹体飞行速度VM之差，即为舰船机动速度。而受限于舰船特性及作战使用情况，根据海面舰船的排水量，其最大运动速度Vmax是可以预期的。因此，当弹体飞行速度与弹目相对速度明显或远远大于Vmax时，可判定距离维受到拖引干扰。

弹目相对运动速度可以通过对弹目距离进行滤波得到，而弹体飞行速度则可以利用弹上惯性导航系统的数据解算得到，当二者满足式(2)关系时，可初步判定当前帧“目标”运动速度异常。

|VT-VM|>(1.2～1.5)×Vmax

(2)

为保证判定的可靠性，可连续进行多帧处理，采取N/M准则(即连续M帧数据，N帧异常)进行最终判定。

2)通过多普勒频率的监测，判定速度维是否受到拖引干扰。

雷达导引头末制导目标跟踪阶段，系统无法直接输出目标多普勒频率，而是通过运动目标检测MTD，实时输出能体现目标运动的多普勒通道号dpl。考虑舰船目标的机动特性(主要是加速能力)，其速度变化量不可能在毫秒时间内发生较大变化。因此，可以通过对dpl的短时平滑监测，来判定速度维是否受到干扰。为保证判定的可靠性，可连续进行多帧处理，采取N/M准则(即连续M帧数据，N帧异常)进行最终判定。

根据上述判据，可以判定所受到的拖引干扰类型：若距离维异常，则可判定系统受到距离拖引干扰；若速度维监测异常，可判定为受到距离拖引干扰；若距离、速度维均异常，则可判定为受到距离-速度联合拖引。

3.2 抗干扰策略设计

在受到干扰时，假目标通过欺骗跟踪系统，快速移动后关停，导致跟踪丢失，因此，抗干扰策略设计的核心在于如何调整波门移动方式，保证干扰信号关停后，跟踪系统能再次捕获真实目标。

无干扰跟踪模式下，跟踪波门按弹目距离进行实时调整，波门移动速度为弹目相对运动速度。但由于干扰释放的不确定性，以及干扰识别的滞后性，抗干扰策略启动时，系统实质上已受到干扰，所测量获取的弹目距离、弹目相对运动速度实际是弹体相对干扰假目标的距离、速度。因此，退而求其次，跟踪波门可以按导弹飞行速度进行调整，以保证波门移动速度小于干扰移动速度。另外，考虑到舰船机动的不确定性，在设计抗干扰跟踪流程时，跟踪波门较正常跟踪时的波门，可以适当放大。

如图3所示，本文设计了以“按弹速递推跟踪波门”为核心的抗干扰策略。

图3 抗干扰算法示意图

如图3(a)在停拖期，干扰机释放假目标，并与真实目标回波在时域、频域高度重合，雷达跟踪系统在此时跟踪目标由真实目标切换至干扰假目标。

如图3(b)在拖引期1，雷达导引头在快速识别干扰，调整跟踪波门按弹体飞行速度进行递推，短时间内，跟踪系统跟踪的目标依然为干扰假目标。

如图3(c)在拖引期2，干扰假目标快速移动，而跟踪波门按导弹飞行速度进行递推，递推速度远低于假目标运动速度，假目标信号会迅速脱离波门。假目标脱离波门后，跟踪系统在波门内重新进行目标匹配，重新捕获真实目标。在短暂的干扰识别后，跟踪系统转换为正常跟踪，波门弹目相对运动速度进行递推调整。

如图3(d)、图3(e)在保持期、关闭期，雷达导引头处于正常跟踪状态，干扰信号处于跟踪波门之外，无法起到干扰效果。

根据上述分析，本文设计如下策略，来应对欺骗式拖引干扰对雷达导引头工作的影响。

1)总体思路：末制导跟踪全过程，实时监测系统关键参数(包括弹体飞行速度、弹目相对运动速度、目标多普勒通道等)，按设定策略与门限快速识别出拖引干扰。欺骗式干扰释放期间，雷达导引头跟踪波门按弹速递推，假目标运动出波门后，恢复至正常跟踪状态，跟踪波门按弹目距离进行递推。

2)干扰判决：雷达弹目相对速度(弹目距离滤波得到)与弹体飞行速度之差超过设定阈值；雷达多普勒通道号在短时间内出现较大变化。

3)抗干扰设计：判定雷达受到欺骗干扰后，改变距离波门调整方式，由原来的按跟踪目标进行调整，更改为按弹目速度进行调整，以期让假目标快速脱离检测波门，通过记忆跟踪再次检测真实目标；干扰消失后，恢复按跟踪目标信息进行波门调整。

4 试验验证

按照前文分析及所设计的抗欺骗干扰策略，作者利用某雷达导引头，使用干扰模拟设备开展了相关的验证试验。干扰模拟设备采用双通道分别模拟目标回波和欺骗干扰，并在末端通过功率合成方式，射频辐射输出。

如图4所示，不采取任何抗干扰措施，目标从30 km处以200 m/s速度运动，模拟器周期性释放距离拖引欺骗干扰，目标跟踪会周期性丢失。

图4 距离拖引干扰下动目标跟踪曲线(无抗干扰算法)

如图5所示，目标从30 km开始以200 m/s速度运动，模拟器周期性释放距离拖引干扰，拖引方式为线性后拖，停拖期、拖引期、保持期、关闭期时间分配分别为2 s、6 s、2 s、2 s，拖引距离为0.6 km，等效相对拖引速度为100 m/s。

图5 距离拖引干扰下运动目标跟踪曲线(加抗干扰算法)

如图6所示，目标从40 km开始以200 m/s速度运动，模拟器周期性释放距离-速度联合拖引干扰，拖引方式为线性后拖，停拖期、拖引期、保持期、关闭期时间分配分别为2 s、10 s、2 s、2 s，拖引距离为1.5 km，等效相对拖引速度为150 m/s。

图6 距离-速度联合拖引干扰下运动目标跟踪曲线(加抗干扰算法)

采取抗干扰措施后，整个过程中雷达导引头未出现跟踪丢失现象，且工作状态的切换符合预期设计。

从距离跟踪曲线看，干扰释放后，会出现短时被拖引现象，在这段时间内，雷达导引头根据系统各项参数变化，准确识别出干扰，进而启用抗干扰算法，避免一直跟踪假目标。而当假目标运动出检测波门后，雷达导引头能迅速重新捕获真实目标。另外，由以上各图跟踪目标幅度变化，也可以推算出干扰机释放干扰和目标的干信比。

5 结束语

电子战领域，干扰与抗干扰是一对永恒的矛盾，在资源充足的前提下，没有对抗不了的干扰。本文所提出的抗干扰算法，主要针对反舰雷达导引头末制导跟踪阶段，利用弹体飞行速度进行波门递推，通过记忆跟踪模式进行目标二次捕获，该算法能一定程度上对抗欺骗式拖引干扰，保证目标跟踪的稳定性。