雷达电子战自适应捷变频对抗技术研究_李潮

中图分类号:TN974;TN973.32 文献标识码:A 文章编号:CN51-1418(2004)01-0030-04收稿日期:2003-04-17;修回日期:2003-05-19作者简介:李　潮(1976-),男,彝族,硕士研究生,研究方向为电子战效能评估与计算机仿真;张巨泉(1962-),男,副教授,博士后,研究方向为雷达对抗工程、电子战效能评估与计算机仿真。

雷达电子战自适应捷变频对抗技术研究李　潮,张巨泉(解放军电子工程学院研究生一队201实验室,合肥230037)摘要:介绍了雷达自适应变频抗干扰技术,分析了与之相对应的干扰技术,并对雷达自适应变频对抗效果度量问题进行了研究。

关键词:雷达;电子战;频率捷变;自适应Research on the Combat Technology of Radar EWWith Self -adapted Frequency Agile AbilityLI Chao ,ZHANG Ju -quan(Electronic Engineering Institute of PLA ,Hefei 230037,China )A bstra ct :This paper introduced the ant -jamming technology of self -adapted freq uency agile ability ,analyzed corresponding jamming technology and researched on the issue for measurement of radar self -adapt frequenc y agile confronting effect .Keywords :Radar ;E W ;Frequency Agile Ability ;Self -adapt1　引言在雷达电子战对抗斗争中,频域对抗是一个重要方面。

就雷达方而言,频域对抗的主要技术措施包括扩展单部雷达工作频域范围、开发新的频段、频率捷变、频率分集、自适应捷变频、超宽带等。

其中,频率捷变是指雷达发射相邻脉冲或脉冲组的载频在一定范围内快速变化。

它除了具有增大雷达探测距离、提高跟踪精度、抑制海浪杂波等优点外,同时具有很强的抗有源干扰能力。

然而,一般的频率捷变雷达,其工作频率是按某种特定的规律或无规律地变化,它没有考虑到特定的目标环境。

在有些情况下,这样的频率捷变体制不一定比在最佳频率的定频雷达性能更好。

因此,急需研制一种具有确定最佳频率或波段的检测功能和捷变频功能的雷达,即自适应捷变频雷达。

它是一种十分有效的抗有源干扰技术。

自适应捷变频雷达可分为目标自适应捷变频雷达和环境自适应捷变频雷达。

本文主要分析对象是面向干扰环境的环境自适应捷变频雷达。

对于干扰方而言,如何对付自适应捷变频雷达,也同样十分重要。

2　雷达自适应捷变频抗干扰技术原理 自适应频率捷变雷达的关键技术就是实现雷达对目标或干扰信号最佳频率的自动跟踪。

因此,干扰信号频谱的自动分析是其实现该功能的核心。

雷达接收机接收到的有源干扰信号,由于种种原因会使干扰信号的功率谱呈现不均匀性,即在某些干扰频率点或区域出现谱凹点或凹区,这个凹点或凹区产生的原因可能是干扰发射机自身的不完善,干扰发射天线的频率响应不均匀、电波传播的多路径效应、雷达天线旁瓣的频率特性等。

一般来说干扰谱的凹点或凹区是会变化的,从减小干扰功率的角度来看,选择干扰功率最弱的频率或频段作为雷达工作的频率有利于提高信干比,有利于目标的检测。

因此,首先要对现有环境中的干扰谱进行实时分析。

图1[1]是一个具有16个频率点的相参捷变频雷达的自适应频率控制系统。

该系统根据干扰频谱特性在脉间选择频率。

它在重复周期(320微秒)内,对16个频率点的信号进行能量分析,通过逐次比较处理后,识别出干扰最小的频率,然后以预定的方式发射而使干扰影响最小。

图1　自适应频率控制系统的原理图 为了把16个干扰信号的数码逐次进行比较,将接收信号经过A /D 变化输出到比较器作为A 码。

B 寄存器输出的信号作为B 码。

在比较之前,B 寄存器先清0。

当频率1的信号A 与B 寄存器输出的信号B 进行比较,若A <B ,将此频率存入B 寄存器,作为下次与频率2比较时的B 码,这样逐次进行到频率16为止。

B 存储器存入的总是干扰最小的值,而大的干扰信号被滤除掉。

哪种频率被接收或不被接收,这由禁止寄存器来完成。

A 码进入B 寄存器的条件是A ≤B ;只有在B 寄存器的时钟信号到来时才能进入B 寄存器;而时钟信号是否产生是由“频率控制”开关状态决定。

如果此开关位于“禁止状态”,则判决门仍判定此频率信号不能接收,对于相反的情况,则可接收,即A 码送入B 寄存器。

通过比较,得出最小信号的频率给YIG 滤波器,送出控制电压给频率选择开关,使之产生干扰最小的频率。

3　干扰雷达自适应变频技术原理干扰和抗干扰是一对矛盾的两个方面,它们相互斗争、相互促进。

它们之间没有绝对的优势和劣势,“没有干扰不了的雷达,也没有抗不了的干扰”。

在本文第2小结的分析可知,自适应捷变频抗干扰的主要出发点是由于干扰机的微波器件固有的功率起伏、天线设计安装、功率的二次反射相消和多路径效应造成的干扰频谱可能不平坦,甚至有空隙。

如果我们充分利用雷达在自适应过程中暴露出来的弱点,干扰机人为地设置一个带欺骗性的“凹口”,这对于自适应捷变频雷达来说是难以区分的,而对干扰方来说,其工作中心频率2004年1月第1期雷达电子战自适应捷变频对抗技术研究是已知的。

若能在宽带功率谱中,人为地设置一个按一定规模变化的、比发射机固有功率“凹口”更深、更宽的凹口,则自适应捷变频的工作频率必将引入该工作区。

使自适应频率捷变雷达不断处于再寻的※再进入凹口※再被干扰※的不稳定状态。

这样,干扰机就由被动跟踪变为主动引导,此时就可以用窄带干扰的方法对自适应捷变频雷达进行瞄准式干扰。

人为产生干扰功率凹口,有两种方法:一是在视频阶段进行处理而产生射频凹口;另外一种方法是在射频直接产生凹口。

3.1　视频阶段进行处理而产生射频凹口在视频阶段产生射频凹口的出发点是在线性扫频时,调频信号的功率谱密度与调制信号的概率密度呈线性关系,如(1)式所示。

若视频调制信号电压功率密度不均匀,该功率产生器VC O 的输出端就会形成射频功率凹口,该凹口的宽度和中心频率随比较电压门限的变化而变化。

G (f )=P 01K FMW (f )(1)式中,P 0为载波功率,K FM 为发生器的调谐特性斜率(MHz /V )。

G (f )、W (f )分别为射频信号的功率谱密度和调制信号的概率密度。

图2[2]是一个视频干扰凹口产生器的原理图。

图2　视频凹口产生器在图2中,由计算机产生凹口的上限码M 和下限码N ,从而决定凹口的位置和宽度。

码M 和码N 在D /A 变换成V H 和V L ,这两个电压作为双限电压比较器的基准参考电压。

双限电压比较器是这样工作的:当输入信号电平V S >V H 或V S <V L 时,比较器输出为高电平;当V L ≤V S ≤V H 时,比较器输出为低电平。

当输入为噪声时,比较器输出为一串周期和脉宽随机的脉冲串。

经整形后,对输入噪声信号进行斩波,最后电路输出表现为信号域内V L ≤V S ≤V H 部分的电压概率密度远小于该区域外的电压概率密度。

用这样一个概率密度不均匀的噪声电压,加到调制电压上对VC O 进行调谐,输出的射频功率谱将产生一个宽度和中心频率随比较电压门限的变化而变化的凹口。

3.2　射频直接产生凹口射频直接产生凹口,是在宽带阻塞时,加上可在频域上可变化的射频凹口,如利用吸收式衰减器或电调YI G 滤波器等。

图3[2]是一个射频凹口产生器的原理图。

在图3中,三角波和直流信号经视频放大后激励VCO ,同时信号经过一比较器,将给定门限内的电平取出,经整形成脉冲,再用这一串脉冲去控制PIN 开关,在脉冲期间关断,从而就在某一个射频段产生了一个固定凹口。

改变比较门限,就可以控制凹口的起始位置和宽度,凹口的深度和宽度与PIN 的射频调谐特性有关。

图3　射频凹口产生器4　雷达自适应变频对抗效能度量雷达电子战效能的定量度量结果在作战指挥、兵力规划、装备立项论证、作战仿真等关键性应用场合都存在极其重要的应用价值。

几十年来,许多雷达工作者为了寻求一种准确度量雷达抗干扰效果的方法做了大量工作,虽然至今尚未形成一个统一的度量标准,但取得了不少成果,如功率准则、战术应用准则、信息准则和抗干扰能力准则等。

这些准则将概率论、排队论、博弈论等数学方法具体应用到雷达抗干扰效能评估中。

利用这些度量方法可以评估和比较雷达电子战采用自适应捷变频对抗效果。

本文以美国IEEE 所采纳的雷达抗干扰能力评估标准———电子对抗改善因子(EIF )[4],作为评估自适应捷变频对抗效果的度量标准。

鉴于雷达和电子战双方的对抗得益是互补的,因此主要评估雷达方采用自适应捷变频抗干扰技术后的得益。

4.1　电子对抗改善因子(EIF )的描述电子对抗改善因子(EI F )是至今唯一被美国IEEE 所采纳的雷达抗干扰能力评估标准。

其定义为[4]:“从具有电子抗干扰技术的接收机中产生给定的输出信干比所需的干扰信号功率,相对于没有电子抗干扰技术的相同接收机中产生相同输出信干比所需的电子干扰信号功率的比值”,即:EIF =(J /S )1(J /S )2(2)其中,(J /S )1,(J /S )2分别为系统施加抗干扰措施前、后的输出干信比。

EIF 的物理意义为在使用抗干扰措施雷达中和不使用抗干扰措施的雷达中,产生同样的干信比所需的干扰功率的比值,它表明系统采用抗干扰措施后信干比提高的倍数。

得出EIF 的结论后,可作为分析具体雷达的作战指标如跟踪雷达的跟踪精度、预警雷达的发现概率、探测距离等目标函数改善程度的基础指标。

4.2　自适应捷变频抗干扰改善因子SAEIF FA自适应频率捷变雷达是在频率捷变雷达的基础上更进一步完善和发展起来的。

因此可以在频率捷变雷达抗干扰效果评估的基础上,实现对自适应频率捷变雷达抗干扰效果的度量。

可用下列公式来评估其抗干扰效果。

SAEIF FA =SAI ·EIF FA(3)式中:SAEIF FA 为自适应频率捷变雷达改善因子,SA I 为自适应改善因子,EIF FA 是同一捷变频雷达在不采用自适应功能时的抗干扰得益。

对于非相参频率捷变雷达,其工作频带中的工作通道数可能到达N[5]为:N =B FA τ2(4)式中:B FA 和τ分别为雷达捷变范围和脉宽。

如果干扰机的功率集中在雷达带宽通带内(即B K ≥B J ),则频率捷变能够改善干信比的最大值为:EIF FA =10log N -10log (B R τ/2)[5](dB )(5)如果采用调谐预选器,则接收机带宽可做成2/τ,EIF FA 的表达式中的第二项为零。