现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第7章

17.1干扰的主要类型7.2遮盖性干扰7.3欺骗性干扰7.4无源干扰7.5雷达抗干扰的主要措施7.6低副瓣、超低副瓣天线技术7.7副瓣对消(SLC)7.8旁瓣消隐(SLB)7.9频率捷变7.10基于谱特征的箔条干扰识别方法第7章干扰与抗干扰技术2雷达对抗是电子对抗的一个重要组成部分，它由两个方面组成：一方面，敌对双方采取各种手段获取对方的雷达信息和部署情报，进而扰乱和破坏对方雷达的正常工作，通常把前者称为雷达侦察，而把后者称为雷达干扰；另一方面，敌对双方采取种种措施隐蔽己方雷达的信息和部署，并设法使己方雷达消除或减弱对方干扰的影响，通常把前者称为雷达反侦察，而把后者称为雷达抗干扰。现代雷达必须具有良好的抗干扰措施，否则在现代战争复杂的电磁环境中将无法发挥作战效能。3雷达的干扰和抗干扰是一对矛盾的两个方面。有雷达就有干扰，有干扰又必然有抗干扰。一种新型雷达的出现就会引出一些新的干扰技术，而新的干扰技术又必然促使新的抗干扰措施的产生，从而促使干扰技术和抗干扰技术向前发展。所以，干扰与抗干扰是相对的，没有不能干扰的雷达，也没有不能对抗的干扰。任何雷达都是可以干扰的，任何干扰也都是可以对抗的。随着雷达技术的发展，雷达的干扰和抗干扰将会出现更加复杂、更加激烈的对抗局面。干扰严重影响雷达的工作，主要体现在(1)使雷达接收机饱和，妨碍雷达正常工作；(2)极大地降低雷达的威力范围；4(3)检测到大量假目标，使雷达航迹数据处理计算机过载。本章首先介绍雷达干扰的类型和特征，然后介绍雷达的常用抗干扰措施。重点介绍抗干扰的信号处理方法(如旁瓣对消、旁瓣匿隐等)及其性能；简单介绍频率捷变抗干扰技术。最后介绍反舰导弹末制导雷达基于谱特征的箔条干扰识别方法。5广义地讲，雷达干扰是指一切破坏和扰乱雷达及相关设备正常工作的战术和技术措施的统称。雷达干扰的分类方法很多，如图7.1所示，主要分为四类。7.1干扰的主要类型61.按照干扰能量的来源分类按照干扰能量的来源可将干扰信号分为两类：有源干扰和无源干扰。(1)有源干扰，是指由辐射电磁波的能量产生的干扰，人为的有源干扰是利用专门的发射机，有意识地发射或转发某种电磁波，以扰乱或欺骗敌方电子设备的一种干扰。(2)无源干扰，是指利用非目标的物体对电磁波的散射、反射、折射等现象产生的干扰。人为的无源干扰，就是采取一定的技术措施，改变电磁波的正常传播条件，造成对电子设备的干扰。常用的无源干扰有箔条干扰、角反射体(拖挂在舰船外侧的舷外干扰)。7图7.1雷达干扰的分类82.按照干扰的人为因素分类按照干扰的人为因素可将干扰信号分为两类：有意干扰和无意干扰。(1)有意干扰，是指由人为因素而有意产生的干扰。(2)无意干扰，是指由自然界或其它因素无意识产生的干扰。例如电离层对高频地波雷达的干扰。本书将电波传播路径中客观存在的无意干扰归为杂波，并在第6章做了介绍。93.按照干扰的作用机理分类按照干扰信号的作用机理可将干扰分为两类：遮盖性干扰和欺骗性干扰。(1)遮盖性干扰，又叫做压制性干扰，是使敌方电子系统的接收机过载、饱和或难以检测出有用信号的干扰。最常用的方式是发射大功率噪声信号，或在空中大面积投放箔条形成干扰走廊等。(2)欺骗性干扰，是指使敌方电子设备或操作人员对所接收的信号真假难辨，以至产生错误判断和错误决策的干扰。欺骗干扰的方式隐蔽、巧妙，且多种多样。欺骗干扰效果示意图如图7.2所示。10图7.2欺骗干扰效果示意图114.按照雷达、目标、干扰机的空间位置关系分类图7.3所示为雷达、目标、干扰机的空间位置关系。按照雷达、目标、干扰机的空间位置关系，可将干扰信号分为远距离支援干扰(SOJ)、随队干扰(ESJ)、自卫干扰(SSJ)和近距离干扰(SFJ)。12图7.3雷达、目标、干扰机的空间位置关系分类13远距离支援干扰(SOJ)：干扰机远离雷达和目标，通过辐射强干扰信号掩护目标。它的干扰信号主要是从雷达天线的旁瓣进入接收机，一般采用遮盖性干扰。随队干扰(ESJ)：干扰机位于目标附近，通过辐射强干扰信号掩护目标。它的干扰信号是从雷达天线的主瓣(ESJ与目标不能分辨时)或旁瓣(ESJ与目标可分辨时)进入接收机，一般采用遮盖性干扰。掩护运动目标的ESJ具有同目标一样的机动能力。空袭作战中的ESJ往往略微领前于其它飞机，在一定的作战距离上还同时实施无源干扰。出于自身安全的考虑，进入危险区域时的ESJ常由无人驾驶飞行器担任。14自卫干扰(SSJ)：干扰机位于目标上，干扰的目的是使自己免遭雷达威胁。它的干扰信号是从雷达天线主瓣进入接收机，一般采用欺骗性干扰，有时也采用遮盖性干扰。SSJ是现代作战飞机、舰艇、地面重要目标等必备的干扰手段。近距离干扰(SFJ)：干扰机到雷达的距离领先于雷达到目标的距离，通过辐射干扰信号掩护后续目标。由于距离领先，干扰机可获得宝贵的预先引导时间，使干扰信号频率对准雷达频率，主要采用遮盖性干扰。距离越近，进入雷达接收机的干扰能量越强。由于自身安全难以保障，SFJ主要由投掷式干扰机和无人驾驶飞行器担任。15遮盖性干扰，又称为压制性干扰，就是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号，阻止雷达检测目标信息。它的基本原理是：任何一部雷达都有外部噪声和内部噪声，雷达对目标的检测是在这些噪声背景中以一定的概率准则进行的。7.2遮盖性干扰16一般来说，如果目标信号功率S与噪声功率N相比(信噪比S/N)，超过检测门限D，则可以保证在一定虚警概率Pfa的条件下达到一定的检测概率Pd，认为可发现目标，否则便认为不可发现目标。遮盖性干扰就是使强功率干扰进入雷达接收机，尽可能降低信噪比，造成雷达对目标检测的困难。177.2.1遮盖性干扰的分类遮盖性干扰按照干扰信号中心频率fj、干扰带宽Bj相对于雷达接收机中心频率f0、带宽Br的关系，分为瞄准式干扰、阻塞式干扰和扫频式干扰。图7.4给出了几种遮盖性干扰的示意图。18图7.4瞄准式干扰、阻塞式干扰和扫频式干扰示意图191.瞄准式干扰一般瞄准式干扰满足(7.2.1)瞄准式干扰需先测出被干扰雷达的工作频率f0，再把干扰机频率调整到f0上，保证以较窄的Bj覆盖Br，这一过程称为频率引导。瞄准式干扰的主要优点是在Br内的干扰功率强，是遮盖性干扰的首选方式；其缺点是对频率引导的要求高，有时甚至是难以实现的。202.阻塞式干扰阻塞式干扰一般满足(7.2.2)由于阻塞式干扰Bj相对较宽，对频率引导精度的要求低，频率引导设备简单。此外，由于其Bj宽，便于同时干扰频率分集雷达、频率捷变雷达和多部不同工作频率的雷达。其缺点是在Br内的干扰功率密度低。213.扫频式干扰扫频式干扰一般满足(7.2.3)即干扰的中心频率fj是以T为周期的连续函数。扫频式干扰可对雷达造成周期性间断的强干扰，扫频范围较宽，也能干扰频率分集雷达、频率捷变雷达和多部不同工作频率的雷达。扫频式干扰的扫频频率(或扫频速率)应大于雷达的脉冲重复频率。同时，考虑到雷达系统的反应时间，扫频速度不能过快，即干扰频带扫过接收机带宽的时间应大于或等于接收机的响应时间(约等于接收机带宽的倒数)。22扫频式干扰兼备了窄带瞄准式干扰和宽带阻塞式干扰的特点，通过动态扫描干扰频带，提高了干扰的功率利用率。扫频式干扰的优点是在较宽的频带上，获得高功率密度的干扰，但其缺点是干扰具有不连续性。应当指出的是，实际干扰机可以根据具体雷达的载频调制情况，对上述基本形式进行组合，如形成多频点瞄准式干扰、分段阻塞式干扰、扫频锁定式干扰等。237.2.2遮盖性干扰的效果度量干扰效果表现为雷达或含有雷达的作战系统由于受到干扰而造成的作战性能的下降。以某种合理、定量的方法描述此作战性能的下降称为干扰的效果度量。因此，干扰的效果度量是作战双方都十分关心的重要问题。选择何种指标衡量雷达或含有雷达的作战系统在电磁环境下的作战性能一直是人们讨论的热点。根据遮盖性干扰的原理，目前对雷达本身作战性能的度量指标主要确定为检测概率Pd，即在保持虚警概率不变的情况下，实施遮盖性干扰前后Pd的绝对或相对变化。24由于Pd是信噪比的函数，所以也将这种遮盖性干扰的效果度量方法简称为功率准则。含有雷达的作战系统很多，对它的干扰效果的度量方法统称为作战效能准则，当然该准则还需要根据具体作战系统、作战目的进行指标的具体化，如空袭作战的突防概率、攻击的有效概率、飞机生存概率等。本书着重讨论功率准则。25根据奈曼—皮尔逊准则，Pd是S/N的单调函数，其中S和N分别表示雷达接收机输出端(通常为中放输出端)的目标回波信号功率和高斯噪声功率(功率谱对应于线性系统响应)。当进入雷达接收机的干扰信号为非高斯噪声时，只要知道相同虚警概率下高斯噪声干扰所需的干扰功率乘以一个修正因子，就可以得到非高斯噪声干扰所需的功率。此外，可以通过一定的技术手段和设备对Pd进行实际的统计测量，也可通过对S、N的功率调整对Pd进行控制。因此，功率准则具有良好的合理性、可测性和可控性。26根据检测原理，S/N越低，Pd越小，有时尽管N已经很大，但只要Pd≠0，在理论上，雷达对目标总有一定的发现可能。因此，从遮盖性干扰机设计的观点，要求Pd＝0显然是不合理的。根据作战实际，国内外普遍将Pd≤0.1作为遮盖性干扰有效的标准，并将此时雷达接收机输出端干扰信号功率Pj与目标回波信号功率Ps的比值定义为压制系数Ka，即(7.2.4)27这里Ka是干扰信号调制样式、干扰信号质量、接收机频率特的威力范围，则将干扰机能够有效干扰的区域称为有效干扰区Vj，并以对Vj的综合评价函数E(Vj)作为干扰系统综合干扰效果的考核标准(7.2.5)式中W(V)为空间评价因子，表示对于不同空间位置有效干扰的重要性。287.2.3噪声干扰噪声干扰机发射一种类似噪声的信号，使敌方雷达接收机的信噪比大大降低，难以检测出有用信号或产生误差。若干扰功率过大，接收机会出现饱和，有用信号完全被淹没，实现电磁压制作用。噪声干扰的信号频谱较窄时，可以形成窄带瞄准式干扰；当噪声干扰的频谱很宽时又会形成宽带阻塞式干扰，可以用来干扰频率捷变雷达或同一频带内的多部雷达。噪声干扰从信号形式上又可分为射频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰、噪声脉冲干扰和组合噪声干扰。291.射频噪声干扰射频噪声干扰可以表示为(7.2.6)式中Un(t)为瑞利分布噪声；j(t)为相位函数，服从0，2π均匀分布，且与Un(t)独立；ω0为载频，它远大于J(t)的谱宽，所以J(t)是一个窄带高斯随机过程，通常是低功率噪声通过直接滤波和放大产生的。302.噪声调幅干扰噪声调幅干扰是用噪声对射频信号调幅产生的，可表示为(7.2.7)式中U0、w0和j0分别为射频信号的幅度、中心频率和初始相位；调幅噪声Un(t)是一个均值为零、方差为分布区间为[－U0，∞]的广义平稳随机过程；j0服从[0，2π]均匀分布。噪声调幅干扰信号及其频谱如图7.5所示。31图7.5噪声调幅干扰信号示意图323.噪声调频干扰噪声调频干扰是用噪声对射频信号进行频率调制而产生的，可表示为(7.2.8)式中，U0、w0和j0分别为射频信号的幅度、中心频率和初始相位；调频噪声信号u(t')为一个零均值的广义平稳随机过程，KFM为调频系数；j0服从0，2p均匀分布。噪声调频干扰信号及其功率谱如图7.6所示。33图7.6噪声调频干扰信号示意图344.噪声调相干扰噪声调相干扰是用噪声对射频信号进行相位调制产生的，可表示为(7.2.9)式中U0、w0和j0分别为射频信号的幅度、中心频率和初始相位；调相的噪声u(t)为零均值广义平稳随机过程，KPM为调相系数；j0服从0，2p均匀分布。当信号J(t)的有效相移为调制噪声功率的均方根值)较小时，35调相信号的能量主要集中在载波频率上，载频之外的其它频率分量的能量很低，不适宜作为遮盖干扰信号；当有效相移足够大时，载频之外的其它频率分量的功率较大，近似为噪声调频干扰的情况，适宜作为遮盖干扰信号。365.噪声脉冲干扰噪声脉冲干扰是指时域离散的随机脉冲信号，其幅度、宽度和时间间隙等参数都是随机变