雷达欺骗性干扰

第7章欺骗性干扰第7章欺骗性干扰7.1概述7.2对雷达距离信息的欺骗7.3对雷达角度信息的欺骗7.4对雷达速度信息的欺骗7.5对跟踪雷达AGC电路的干扰第7章欺骗性干扰7.1概述7.1.1欺骗性干扰的作用设V为雷达对各类目标的检测空间(也称为对各类目标检测的威力范围),对于具有四维(距离、方位、仰角和速度)检测能力的雷达,其典型的V为minmaxminmaxminmaxminmaxminmax{[,],[,],[,],[,],[,]}ddiiVRRaaffSS(7―1)第7章欺骗性干扰式中,分别为雷达的最小和最大检测距离,最小和最大检测方位,最小和最大检测仰角,最小和最大检测的多普勒频率,最小检测信号功率(灵敏度)和饱和输入信号功率。理想的点目标T仅为V中的某一个确定点:minmaxminmaxminmaxminmaxminmax,,,ddiiRRaaffSS、，、、、、{,}dtTRfSV，，，(7―2)第7章欺骗性干扰式中,R,α,β,fd,St分别为目标所在的距离、方位、仰角、多普勒频率和回波功率。雷达能够区分V中两个不同点目标T1、T2的最小空间距离ΔV称为雷达的空间分辨力ΔV={ΔR,Δα,Δβ,Δfd,［Simin,Simax］}(7―3)其中,ΔR,Δα,Δβ,Δfd分别称为雷达的距离分辨力、方位分辨力、仰角分辨力和速度分辨力。一般雷达在能量上没有分辨能力,因此其能量的分辨力与检测范围相同。第7章欺骗性干扰在一般条件下,欺骗性干扰所形成的假目标Tf也是V中的某一个或某一群不同于真目标T的确定点的集合:{Tfi}ni=1Tfi∈V,Tfi≠Ti=1,…,n(7―4)所以它也能够被雷达检测,并发挥以假作真和以假乱真的干扰目的。需要特别说明的是,许多遮盖性干扰的信号也可形成V中的假目标,但其假目标往往具有空间和时间的不确定性(空间位置和出现的时间是随机的),与真目标(在空间和时间上是确定的)相去甚远,难以被雷达作为目标检测跟踪。(7―4)式既是欺骗性干扰的基本条件,也是欺骗性干扰技术实现的关键点。第7章欺骗性干扰由于目标的距离、角度和速度信息表现在雷达接收到的各种回波信号与发射信号在振幅、频率和相位调制的相关性中,不同的雷达获取目标距离、角度、速度信息的原理不尽相同,而其发射信号的调制样式又是与其对目标信息的检测原理密切相关的,因此,实现欺骗性干扰必须准确地掌握雷达获取目标距离、角度和速度信息的原理和雷达发射信号调制中的一些关键参数,有针对性地、合理地设计干扰的调制方式和调制参数,才能达到预期的干扰效果。第7章欺骗性干扰7.1.2欺骗性干扰的分类对欺骗性干扰的分类主要采用以下两种方法。1.根据假目标Tf与真目标T在V中参数信息的差别分类由此产生的干扰分类有5种1)距离欺骗干扰Rf≠R,αf≈α,βf≈β,fdf≈fd,SfS(7―5)第7章欺骗性干扰式中,Rf,αf,βf,fdf,Sf分别为假目标Tf在V中的距离、方位、仰角、多普勒频率和功率。距离欺骗干扰是指假目标的距离不同于真目标,能量往往强于真目标,而其余参数则近似等于真目标。2)角度欺骗干扰αf≠α或βf≠β,Rf≈R,fdf≈fd,SfS(7―6)角度欺骗干扰是指假目标的方位或仰角不同于真目标,能量强于真目标,而其余参数近似等于真目标。第7章欺骗性干扰3)速度欺骗干扰fdf≠fd,Rf≈R,αf≈α,βf≈β,SfS(7―7)速度欺骗干扰是指假目标的多普勒频率不同于真目标,能量强于真目标,而其余参数近似等于真目标。4)AGC欺骗干扰Sf≠S(7―8)AGC欺骗干扰是指假目标的能量不同于真目标,其余参数覆盖或近似等于真目标。第7章欺骗性干扰5)多参数欺骗干扰多参数欺骗干扰是指假目标在V中有两维或两维以上参数不同于真目标,以便进一步改善欺骗干扰的效果。经常用于同其它干扰配合使用的是AGC欺骗干扰,此外还有距离—速度同步欺骗干扰等。第7章欺骗性干扰2.根据Tf与T在V中参数差别的大小和调制方式分类由此产生的干扰有3种1)质心干扰‖Tf-T‖≤ΔV(7―9)即真、假目标的参数差别小于雷达的空间分辨力,雷达不能区分Tf与T为两个不同目标,而将真、假目标作为同一个目标T′f来检测和跟踪。第7章欺骗性干扰由于在许多情况下,雷达对此的最终检测、跟踪结果往往是真假目标参数的能量加权质心(重心),故称为质心干扰。ffffSTTSS(7―10)第7章欺骗性干扰2)假目标干扰‖Tf-T‖ΔV(7―11)即真、假目标的参数差别大于雷达的空间分辨力,雷达能够区分Tf与T为两个不同目标,但可能将假目标作为真目标检测和跟踪,从而造成虚警,也可能没有发现真目标而造成漏报。大量的虚警还可能造成雷达检测、跟踪和其它信号处理电路的过载。第7章欺骗性干扰3)拖引干扰拖引干扰是一种周期性地从质心干扰到假目标干扰的连续变化过程,典型的拖引干扰过程如下式所示:00ffTTVT0≤t＜t1,停拖t1≤t＜t2,拖引t2≤t＜Tj,关闭(7―12)第7章欺骗性干扰即在停拖时间段［0,t1］内,假目标与真目标出现的空间和时间近似重合,雷达很容易检测和捕获。由于假目标的能量高于真目标。捕获后AGC电路将按照假目标信号的能量来调整接收机的增益(增益降低),以便对其进行连续测量和跟踪,停拖时间段的长度对应于雷达检测和捕获目标所需的时间,也包括雷达接收机AGC电路的增益调整时间;在拖引时间段［t1,t2)内,假目标与真目标在预定的欺骗干扰参数(距离、角度或速度)上逐渐分离(拖引),第7章欺骗性干扰且分离的速度v′在雷达跟踪正常运动目标时的速度响应范围［v′min,v′max］内,直到真假目标的参数差达到预定的程度δVmax:‖Tf-T‖=δVmaxδVmaxΔV(7―13)由于在拖引前已经被假目标控制了接收机增益,而且假目标的能量高于真目标,所以雷达的跟踪系统很容易被假目标拖引开,而抛弃真目标。第7章欺骗性干扰拖引段的时间长度主要取决于最大误差δvmax和拖引速度v′;在关闭时间段［t2,Tj)内,欺骗式干扰关闭发射,使假目标Tf突然消失,造成雷达跟踪信号突然中断。在一般情况下,雷达跟踪系统需要滞留和等待一段时间,AGC电路也需要重新调整雷达接收机的增益(增益提高)。如果信号重新出现,则雷达可以继续进行跟踪。如果信号消失达到一定的时间,雷达确认目标丢失后,才能重新进行目标信号的搜索、检测和捕获。关闭时间段的长度主要取决于雷达跟踪中断后的滞留和调整时间。第7章欺骗性干扰7.1.3欺骗性干扰的效果度量根据欺骗性干扰的作用原理,度量其干扰效果主要采用以下几种参数。1.受欺骗概率PfPf是在欺骗性干扰条件下,雷达检测、跟踪系统发生以假目标当作真目标的概率。如果以{Tfi}ni=1表示V中的假目标集,则只要有一个Tfi被当作真目标,就会发生受欺骗的事件。第7章欺骗性干扰如果将雷达对每个假目标的检测和识别作为独立试验序列,在第i次试验中发生受欺骗的概率记为Pfi,则有n个假目标时的受欺骗概率Pf为11(1)nffiiPP(7―14)第7章欺骗性干扰2.参数测量(跟踪)误差均值δV、方差σ2v在随机过程中的参数测量误差往往是一个统计量,δV是指雷达检测跟踪的实际参数与真目标的理想参数之间误差的均值,σ2v是误差的方差。根据欺骗性干扰的第一种分类方法,δV可分为距离测量(跟踪)误差δR、角度测量(跟踪)误差δα、δβ和速度测量(跟踪)误差δfd,σ2v也可分为距离误差方差σ2R、角度误差方差σ2α、σ2β和速度误差方差等,其中特别是误差均值δV对雷达的影响更为重要。2df第7章欺骗性干扰7.2对雷达距离信息的欺骗7.2.1雷达对目标距离信息的检测和跟踪众所周知,目标的距离R表现为雷达发射信号sT(t)与接收信号sR(t)之间的时间迟延tr,tr=2R/c,c为电波传播速度。雷达常用的测距方法有脉冲测距法和连续波调频测距法。第7章欺骗性干扰1.脉冲测距法脉冲测距是最常用的雷达测距方法。典型的脉冲雷达测距原理如图7―1所示。定时器产生周期为Tr的触发脉冲信号①,该脉冲信号也是距离测量的基准(通常称为零距离脉冲)。信号①分别送给雷达发射机的脉冲调制器,距离检测、跟踪电路和雷达显示器等。脉冲调制器在信号①作用下,产生大功率的调制脉冲②。在该脉冲期间,射频振荡器产生大功率的射频振荡脉冲③,通过收发开关,由雷达天线辐射到空间。发射脉冲结束后,收发开关将天线连通接收机,回波信号④经天线、收发开关、混频、中放、包络检波、视频放大成为视频脉冲⑤,分别送给距离检测、跟踪电路和雷达显示器,进行目标、目标距离的检测、跟踪和显示等。第7章欺骗性干扰图7―1脉冲雷达的距离检测、跟踪原理第7章欺骗性干扰图中tr为收发脉冲包络的迟延时间。雷达对目标距离的检测和跟踪分为自动跟踪、半自动跟踪和人工跟踪三种,在跟踪雷达中主要采用自动跟踪。自动距离检测和跟踪电路的典型组成如图7―2所示。当前、后跟踪波门②、③内均未重合回波脉冲①时,电路处于搜索状态。转换开关将搜索锯齿电压送给距离电压积分器,距离电压积分器的输出为搜索锯齿电压⑨(由于该电压变化很慢,近似为一直流电平),触发脉冲①加给距离波门产生电路,首先形成短周期的锯齿电压10。第7章欺骗性干扰⑨、10电压相等时形成波门触发脉冲②,经整形、迟延后输出前后跟踪波门②、③。由于搜索锯齿电压⑨是线性渐变的,因此在搜索状态时的前后跟踪波门也是由近至远匀速运动的。当跟踪波门②、③与回波脉冲①重合时,搜索跟踪转换电路转入跟踪状态,转换开关将差压检波的输出送给距离电压积分器。前、后跟踪波门②、③在时间上分别选通输入的回波脉冲信号①,前、后波门积分器将波门内选通的回波信号能量转换成相应的积分电平⑥、⑦,差压检波器取出二者的电平差⑧(距离跟踪误差信号)送入距离电压积分器,修正距离电压积分器输出的距离电压信号⑨。第7章欺骗性干扰通过⑨、10电压的比较,产生相等时刻的波门触发脉冲②,使波门产生器修正前、后跟踪波门②、③的时间位置,直到波门的中心对准回波脉冲①的能量中心。此时,差压检波器输出为0,距离电压保持不变,跟踪波门的位置达到稳定状态。第7章欺骗性干扰图7―2自动距离跟踪系统的原理方框图第7章欺骗性干扰2.连续波调频测距法连续波调频测距主要用于检测和跟踪近距离目标。典型的锯齿波调频测距雷达如图7―3所示,其收发信号的频率调制如图7―4所示。当雷达处于搜索状态时,其发射信号频率ft(t)按照调频锯齿波①周期T在区间［f0,f0+Δfm］内逐渐变化：0()0mtfftfttTT(7―15)第7章欺骗性干扰式中,Δfm为调频带宽。经过距离R的双程传播,回波信号②频率为2()()rtRftftc(7―16)收发信号下变频后为输出信号③,其频率为收发频差fc2()()mctrRffftftcT(7―17)第7章欺骗性干扰图7―3连续波调频测距雷达组成第7章欺骗性干扰图7―4锯齿波调频测距雷达发射信号频率第7章欺骗性干扰信号③送至通带为［fi-Δfr/2,fi+Δfr/2］的中放。当频差fc不在中放通带内时,中放没有输出,锯齿波产生电路使锯齿波①的周期T在［Tmin,Tmax］范围内逐渐变化,力求捕获目标回波信号;当频差fc位于通带范围内时,锯齿波产生电路使锯齿波①的周期T按照频率误差积分器的电压进行微调。此时,鉴频器根据频差fc偏离中心频率fi的大小和方向输出距离误差信号④;经过积分,产生锯齿波周期的微调电压,直到使fc=fi,误差信号④为零,电路达到跟踪稳定状态。典型的鉴频电路和鉴频特性如图7―5所示。第7章欺骗性干扰图7―5典型的鉴频电路和鉴频特性第7章欺骗性干扰在跟踪稳定状态下,锯齿波周期T与目标距离R之间的关系为2imcTfRf(7―18)在上述的连续锯齿波调频测距、跟踪雷达中,由调频周期T所确定的雷达目标检测、跟踪范围［Rmin,Rmax］为minminmaxmax22imimcTfRfcTfRf(7―19)第7章欺骗