雷达欺骗性干扰

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1、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(71)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:(72)式中,R,fd,St分别为目标所在的距离、方位、仰角、多普勒频率和回波

2、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V称为雷达的空间分辨力V=R,fd,Simin,Simax(73)其中,R,fd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。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:Tfini=1TfiV,TfiTi=1,n(74)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

3、),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。(74)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。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。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

4、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 RfR,f,f,fdffd,SfS (75)式中,Rf,f,f,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 f或f,RfR,fdffd,SfS(76)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。3)速度欺骗干扰 fdffd,RfR,f,f,SfS (77)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

5、目标,而其余参数近似等于真目标。4)AGC欺骗干扰 SfS (78)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。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。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-TV (79)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Tf来检测和跟踪。由于在许多情况下,雷达对此的最终检测、跟

6、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。(710)2)假目标干扰Tf-TV(711)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。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:0tt1,停拖t1tt2,拖引 t2tTj,关闭(712)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

7、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),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vmin,vmax内,直到真假目标的参数差达到预定的程度Vmax:Tf-T=VmaxVmaxV (713)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。拖引段的时间长度主

8、要取决于最大误差vmax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。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

9、标的概率。如果以Tfini=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。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(714)2.参数测量(跟踪)误差均值V、方差2v在随机过程中的参数测量误差往往是一个统计量,V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,2v是误差的方差。根据欺骗性干扰的第一种分类方法,V可分为距离测量(跟踪)误差R、角度测量(跟踪)误差、和速度测量(跟踪)误差fd,2v也可分为距离误差方差2R、角度误差方差2、2和速度误差方差等,其中特别是误差

10、均值V对雷达的影响更为重要。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。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71所示。定时器产生周期为Tr的触发脉冲信号,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。脉冲调制器在信号作用下,产生大功率的调制脉冲。在该脉冲期间,射频振荡器产生大功率的射频振

11、荡脉冲,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,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。图71脉冲雷达的距离检测、跟踪原理图中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72所示。当前、后跟踪波门、内均未重合回波脉冲时,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(由于该电压变化很慢

12、,近似为一直流电平),触发脉冲加给距离波门产生电路,首先形成短周期的锯齿电压10。、10电压相等时形成波门触发脉冲,经整形、迟延后输出前后跟踪波门、。由于搜索锯齿电压是线性渐变的,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、与回波脉冲重合时,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、在时间上分别选通输入的回波脉冲信号,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、,差压检波器取出二者的电平差(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。通过、10电压的比较,产生相等时刻的波门

13、触发脉冲,使波门产生器修正前、后跟踪波门、的时间位置,直到波门的中心对准回波脉冲的能量中心。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。图72自动距离跟踪系统的原理方框图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73所示,其收发信号的频率调制如图74所示。当雷达处于搜索状态时,其发射信号频率ft(t)按照调频锯齿波周期T在区间f0,f0+fm内逐渐变化：(715)式中,fm为调频带宽。经过距离R的双程传播,回波信号频率为(716)收发信号下变频后为输出信号,其频率为收发频差fc(717)图73连续波调频测距雷达组成图

14、74锯齿波调频测距雷达发射信号频率信号送至通带为fi-fr/2,fi+fr/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;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75所示。图75典型的鉴频电路和鉴频特性在跟踪稳定状态下,锯齿波周期T与目标距离R之间的关系为(718)

15、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(719)7.2.2对脉冲雷达距离信息的欺骗对脉冲雷达距离信息的欺骗主要是通过对收到的雷达照射信号进行时延调制和放大转发来实现的。由于单纯距离质心干扰造成的距离误差较小(小于雷达的距离分辨单元),所以对脉冲雷达距离信息的欺骗主要采用距离假目标干扰和距离波门拖引干扰。1.距离假目标干扰距离假目标干扰也称为同步脉冲干扰。设R为真目标的所在距离,经雷达接收机输出的回波脉冲包络时延tr=2R/c,Rf为假目标的所在距离,则在雷达接收机内干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延应为当其满足|Rf-R|R (

16、721)时,便形成距离假目标,如图76所示。通常,tf由两部分组成:(722)其中tf0是由雷达与干扰机之间Rj距离所引起的电波传播时延,tf则是干扰机收到雷达信号后的转发时延。在一般情况下,干扰机无法确定Rj,所以tf0是未知的,主要控制迟延tf,这就要求干扰机与被保护的目标之间具有良好的空间配合关系,将假目标的距离设置在合适的位置,避免发生假目标与真目标的距离重合。因此,假目标干扰多用于目标的自卫干扰,以便于同自身目标配合。图76对脉冲雷达距离检测的假目标干扰实现距离假目标干扰的方法很多。图77(a)为采用储频技术的转发式干扰机。由接收天线收到的雷达信号脉冲经带通滤波器、定向耦合器分别送至

17、储频电路和检波、视放、门限检测器。当脉冲能量达到给定门限时,门限检测器给出启动信号,使储频电路对信号取样,并将所取样本以一定的形式(数字或模拟)保持在储频电路中；启动信号还同时用作干扰控制电路的触发信号,由干扰控制电路产生各迟延时间为tfini=1的干扰调制脉冲串,按照脉冲串重复取出储频器中保持的取样信号,送给末级功放和干扰发射天线。储频电路的工作原理可参见第8章。图77(b)是采用频率引导技术的应答式干扰机。由接收天线收到的雷达信号脉冲经带通滤波器、定向耦合器分别送至IFM瞬时测频接收机和检波、视放、门限检测器。当脉冲能量达到给定门限时,门限检测器给出信号,启动IFM接收机迅速测量信号的载频

18、fRF,并以fRF为地址读取存储器M中的调谐电压数据V(fRF),经D/A变换成压控振荡器VCO的调谐电压,产生频率近似等于信号的连续振荡,送给末级功放,信号同时触发干扰控制电路,形成迟延时间为tfi,i=1,n的各干扰调制脉冲串。脉冲串用作末级功放的振幅调制,产生大功率的假目标回波,由干扰天线发射到空间。图77脉冲雷达距离假目标干扰的实现方法图77脉冲雷达距离假目标干扰的实现方法图77(c)是采用锯齿波扫频技术的干扰机。当扫频范围fj覆盖雷达接收机通带且通带频率不变时,也可以形成距离假目标干扰,如图78所示,在每个扫频锯齿波周期T内都将形成一个宽度为的脉冲,(723)只要用接收到雷达脉冲信号

19、的包络,同步扫频锯齿波的起始电压(在脉冲信号的包络前沿,使锯齿波位于某一确定的电压),就可以在雷达上形成与雷达定时脉冲同步的一串假目标,且假目标的间隔与各次扫频锯齿波的周期相对应。图78锯齿波调频干扰形成距离假目标的原理2.距离波门拖引干扰距离波门拖引干扰的假目标距离函数Rf(t)可用(724)式表述。其中,R为目标所在距离;v和a分别为匀速拖引时的速度和匀加速拖引时的加速度。干扰关闭0tt1,停拖期t1tt,拖引期t2tTj,关闭期(724)在自卫干扰条件下,R也就是目标的所在距离。将(724)式转换成为干扰机对收到的雷达照射信号进行转发时延tf,则距离波门拖引干扰的转发时延tf为干扰关闭0

20、tt1t1ttt2tTj(725)最大拖引距离Rmax(或最大转发时延tfmax=2Rmax/c)为Rmax=v(t2-t1)匀速拖引a(t2-t1)2匀加速拖引(726)实现距离波门拖引干扰的基本方法有:射频迟延方法和射频储频方法。其中,采用射频迟延方法的干扰技术产生器如图79所示。收到的雷达射频信号经定向耦合器、主路送给可编程迟延线L；副路送给包络检波器。检波器的输出信号经对数视放、脉冲整形得到信号,用作干扰控制器的触发。干扰控制器根据(725)式产生时延为tf(t)的拖引干扰脉冲,作为对末级功放的调制脉冲,同时也对数字式可编程迟延线L发出迟延时间的控制字D(tf(t):(727)其中,t

21、为数字式可编程迟延线L的单位量化时间。经L迟延输出的射频脉冲与调制脉冲同时到达末级功放,产生大功率的射频拖引干扰脉冲。数字式可编程迟延线L一般由微波开关与抽头迟延线组成,图710为其典型电路,图中相邻抽头的迟延时间比为2,最小迟延时间为t,抽头数为n,迟延时间控制字为nbit,可编程控制的最大迟延时间tfmax为tfmax=t(2n-1)(728)图79射频迟延方法的距离波门拖引干扰技术产生器图710数字式可编程射频迟延线的典型组成常用的迟延线有同轴线、波导、表声和体声波器件、光纤等。其中表声和体声波器件和光纤用作迟延线时的体积小、重量轻、迟延时间长,但需要经过一定的电声、声电、电光、光电变换

22、,损耗较大,价格较高,适用于较长迟延时间使用。在许多干扰机中,距离拖引的时延是以t为单位离散变化的,为了防止其造成雷达距离跟踪的中断,一般要求t小于跟踪波门宽度的1/3至1/2。射频储频方法的电路组成仍同图77(a),只是干扰控制电路按照(725)式产生干扰调制脉冲和干扰机的控制信号。7.2.3对连续波调频测距雷达距离信息的欺骗由于连续波调频测距雷达的距离信息主要表现为收发信号的频差fc,所以对连续波调频测距雷达距离信息的欺骗干扰主要是根据干扰样式的要求,对接收到的雷达照射信号产生适当的频移fcj,再将频移后的干扰信号放大,转发到雷达接收天线。主要干扰样式为距离假目标干扰和距离波门拖引干扰。1

23、.距离假目标干扰设连续波调频测距雷达如图73所示,R为真目标的所在距离。当雷达捕获和跟踪此真目标后,其回波信号与当前发射信号的频差为fi,调频锯齿波的周期T稳定在:(729)设fcj为干扰机对收到雷达照射信号频率的移频值,fcj0,表示转发频率高于接收频率,反之,fcj0,表示转发频率低于接收频率。Rj为干扰机与雷达间的距离,则当雷达捕获和跟踪此干扰信号时,其调频锯齿波周期T的稳定条件是(730)即由空间传播引起的频差(接收频率低于发射频率)与移频值之代数和等于频差鉴频器的中心频率fi。求解(730)式,可得到此干扰条件下的雷达调频周期T和跟踪的假目标距离Rf:(731)(732)在自卫干扰条

24、件下,Rj=R,假目标与真目标的相对距离误差R/R为(733)(733)式表明:fcj的正负决定距离偏差的方向,|fcj|的大小影响距离偏差的大小。对连续波调频测距雷达进行距离假目标干扰的方法主要有:迟延转发方法和移频转发方法。采用迟延转发方法的干扰技术产生器仍然可以采用图710的数字式可编程射频迟延线。当转发迟延时间为trj时,由空间传播与转发迟延引起的收发频差fc为(734)该频差所对应的假目标距离Rf为(735)采用移频转发方法的干扰技术产生器组成如图711所示,接收到的雷达信号通过移频电路获得频移量fcj,再经放大后输出。该干扰信号所引起的距离误差R可按(732)、(733)式计算。连

25、续波调频测距雷达的中频fi一般选为数十千赫兹。由于干扰机不能直接测距,也不能检测到雷达的内部参数fi,只能根据移频转发干扰前、后的调制周期T、T的相对变化来估计相对距离误差R/R。移频电路的具体技术参见第8章。(736)711采用移频转发方法的干扰技术产生器2.距离波门拖引干扰对连续波调频测距雷达的距离波门拖引干扰是指干扰形成的假目标距离满足(724)式的要求。具体实现方法仍然可以采用(725)式的射频迟延方式和图79的迟延转发方法,也可以采用图711所示的移频转发方法,使频移量fcj按照(737)式变化。干扰关闭0tt1t1tt2t2tTj(737)7.3 对雷达角度信息的欺骗7.3.1雷达

26、对目标角度信息的检测和跟踪雷达对目标角度信息的检测和跟踪主要依靠雷达收发天线对不同方向电磁波的振幅或相位响应。常用的角度检测和跟踪方法有:圆锥扫描角度跟踪、线性扫描角度跟踪和单脉冲角度跟踪。1.圆锥扫描角度跟踪暴露式圆锥扫描角度跟踪系统的典型方框图如图712所示。其天线方向图F()的最大增益方向F(0)偏离瞄准轴(等信号轴)OA的角度为0,且波束以角频率S围绕OA旋转,如图713(a)、(b)。设雷达发射机产生的发射脉冲信号串为(738)图712暴露式圆锥扫描雷达的典型方框图接收到的目标回波信号Sr(t)将受到收发天线的圆锥扫描调制。在忽略Tr时间里,波束扫描变化的条件如下:(739)式中,为

27、目标偏离等信号方向的张角;为目标偏离的方向;为传播衰减。sr(t)经混频、中放(包括AGC控制)、包络检波和峰值检波后为输出信号se(t),(740) K为幅度常数。将天线方向图在0方向展开幂级数,并取一阶近似式:(741)将近似式(741)代入(740)式(742)经过选频放大器,取出se(t)中S的基频项:分别与图714的相位检波器进行相位检波。两路相位检波器的基准电压Uref(t)分别取自基准电压发生器的输出信号:cos(St)和sin(St),再由低通滤波器取出其中的低频分量:(743)分别作为方位和高低角的跟踪误差信号,并驱动天线向误差信号减小的方向运动,直到将等信号方向对准目标。采

28、用高斯天线方向图时,(744)如果发射波束不扫描,只让接收天线波束进行圆锥扫描,则称为隐蔽圆锥扫描,此时接收信号Sr(t)近似为(745)其方位和高低角的跟踪误差信号:(746)2.线性扫描角度跟踪一维线性扫描角度跟踪系统的典型方框图和波束的扫描方式如图715所示,其天线波束指向以T为周期、S为角速度在区间min,max内匀速扫描。若以每次扫描的起始时刻为基准,(738)式为发射信号,则接收信号sr(t)将受到天线一维线性扫描的调制:(747) sr(t)经混频、中放(包括AGC控制)、包络检波和峰值检波后的输出为信号se(t):(748)图715一维线性扫描角度跟踪系统的典型方框图和波束的扫

29、描方式图715一维线性扫描角度跟踪系统的典型方框图和波束的扫描方式当在t1时刻首次由信号se(t)检测到目标回波时,角度跟踪电路开始工作,记下此t1时刻,并在t时刻前后形成一对时间宽度均为c的前后跟踪波门。通常在首次进入跟踪状态时,t=t1+c,如图716(a)、(b)所示。在角度跟踪过程中,通过前、后跟踪波门选通、积分电路,分别对前、后跟踪波门内收到的目标回波扫描包络信号能量进行积分:前波门能量：后波门能量：并以积分电平差EFEA作为角误差信号,控制前、后波门中心t对准目标回波信号的能量中心时刻t(目标所在角度与t的关系为:=min+St)。如果雷达的发射天线不作扫描(F()不随时间改变),

30、而只有其接收天线进行线性扫描,则称为隐蔽线性扫描,此时的接收信号Sr(t)近似为(750)图716线性扫描雷达的角度跟踪电路经混频、中放(包括AGC控制)、包络检波和峰值检波后为输出信号Se(t),(751)除了误差信号的调制度略微减小外,其它电路的组成和工作原理同暴露式线性扫描雷达。3.单脉冲角度跟踪根据所用幅相信息的不同,常用的单脉冲角度跟踪系统主要为振幅和差、相位和差两种形式。典型的单平面振幅和差单脉冲雷达组成和工作原理如图717所示。天线1、2的方向图如718(a),0为两波束最大增益方向与等信号方向的夹角,为目标回波方向与等信号方向的张角,两天线收到的目标回波信号分别为(752)经过

31、波束形成网络,得到E1,E2的和差信号E,E:(753)图717单平面振幅和差单脉冲雷达组成图718天线波束与波束的形成(a)单平面上的两波束方向图；(b)和波束方向图；(c)差波束方向图 E,E分别经混频、中放(包括AGC控制),相位检波后的输出信号se(t)为(754)仍然采用(741)式天线方向图的近似:(755)误差信号经过积分、放大,驱动天线向误差角减小的方向运动,直到将天线的等信号方向对准目标。典型的单平面相位和差单脉冲雷达组成和工作原理如图719所示。天线1、2具有相同的振幅方向图F(),天线间距为d,为目标回波方向与天线间法线方向的张角,两天线收到的目标回波信号分别为(756)

32、图719单平面相位和差单脉冲雷达的组成与工作原理经过波束形成网络,得到E1,E2的和差信号E,E:(757) E,E分别经混频、中放(包括AGC控制),相位检波后的输出信号se(t)为由于(758)(759)7.3.2对圆锥扫描角度跟踪系统的干扰1.倒相干扰与倒相方波干扰由于暴露式圆锥扫描角度跟踪系统的误差信号包络也表现在其发射信号中,比较容易被雷达侦察机检测和识别出来,所以对暴露式圆锥扫描角度跟踪系统的主要干扰样式是采用倒相干扰与倒相方波干扰。倒相干扰的干扰机组成如图720所示。暴露式圆锥扫描雷达的发射信号经干扰机的接收天线送至定向耦合器。定向耦合器的主路输出送给功放,副路输出经包络检波、视

33、放、峰值检波、低频放大,输出误差包络信号,将误差包络信号倒相,形成倒相正弦波信号经过功率驱动,用作末级功放的振幅调制。功放输出的射频信号经干扰机的发射天线辐射到空间。图720倒相方波干扰机的组成和工作原理通常将倒相干扰的干扰机配置在目标上,雷达发射信号st(t)仍可用(738)式表示,干扰发射信号为(760)进入雷达接收机的干扰信号Uj(t)也将受到雷达接收天线圆锥扫描的包络调制:(761) Uj(t)将与(739)式的目标回波信号一起经过混频、中放(包括AGC控制)、脉冲包络检波和峰值检波,在忽略其中非线性交调的条件下,输出信号se(t)近似为(762)仍将天线方向图采用幂级数近似,且设SS

34、,se(t)通过选频放大,其输出信号se(t)为 se(t)=uj(mjcos(St+j)+cos( St+)+2uScos(St+)(763)经相位检波后输出的方位和高低角误差信号分别为U=Kd(ujmjcos(S-S)t+j)+(uj+2uS)cos)U=Kd(ujmjsin(S-S)t+j)+(uj+2uS)sin)(764)圆锥扫描雷达天线稳定跟踪时的指向应达到两维角误差信号为0,由此解得:实际干扰机中经常用倒相方波代替倒相正弦波,称为倒相方波干扰雷达天线波束宽度与波束张角之比,以及倒相方波干扰时的主要参数关系为(766)由此可以解得倒相方波干扰造成暴露式圆锥扫描雷达的相对角度偏差:(

35、767)2.随机方波干扰对于圆锥扫描角跟踪雷达,倒相方波干扰是一种行之有效的干扰方法,但其需要检测雷达天线当前的波束扫描位置信息。对于暴露式圆锥扫描雷达,该信息来源于雷达发射信号的圆锥扫描调制,而当雷达采用隐蔽圆锥扫描方式工作时,由于干扰机无法确定其当前的锥扫频率S和相位,只能对该雷达可能使用的锥扫角频率范围Smin,Smax实施随机方波调幅干扰,其中方波的角基频范围与Smin,Smax一致。根据上述圆锥扫描雷达角度跟踪的原理,其锥扫调制信号的选频放大器通带B一般只有几弧度。只有当方波基频S与锥扫频率非常接近时,干扰信号才能通过选频放大器,因此,当干扰方波信号的角基频在Smin,Smax内均匀

36、分布时,随机方波干扰相当于是对锥扫频率范围的阻塞干扰,落入雷达角度跟踪系统带内的有效干扰功率和干信比J/S将下降K倍:(768)此外,由于SS,将使天线波束的指向受到频差的调制而不稳定:(769) (t)的分布区间为0,max,其中(770)3.扫频方波干扰使干扰调制方波的角基频以速度a周期性地从Smin到Smax逐渐变化,称为扫频方波干扰。扫频周期T为(771)由于在每个周期T内都将形成一次近似为倒相方波干扰的条件,从而使雷达的角度跟踪出现周期性的不稳,其最大偏差max仍可按(767)式计算,扫频周期T时间内造成雷达跟踪严重不稳定的时间tj为(772)扫频速度a的选择依据主要是根据隐蔽圆锥扫

37、描雷达角度跟踪系统的带宽B,扫频干扰方波基频扫过B带宽的时间应略大于角度跟踪系统的响应时间ts(ts1/B),a2fd时,可以无模糊地恢复连续的正交多普勒频率信号IL(t),QL(t)如图732所示。 IL(t)Acos(2fdt) QL(t)Asin(2fdt)(7109)图732正交相干脉冲列和正交多普勒频率信号此后的速度跟踪电路与连续波时的情形完全相同,但一般的模拟信号处理往往只需要其中的一路信号IL(t)或QL(t)。随着现代数字信号处理理论与技术的发展,对于相干检波后I(t),Q(t)信号的检测和跟踪主要采用数字信号处理技术,首先经A/D变换将其数字化:(7110)u为单位量化电压。

38、然后对复序列I(n),Q(n)进行FFT的谱分析、检测和跟踪。数字处理方法等效于采用了一组并行的窄带滤波器覆盖整个需要检测的多普勒频率范围,如图733所示,其中N为在同一空间可获得的相干脉冲数(脉冲积累数),Fr为雷达的脉冲重复频率(Fr=1/Tr),频率分辨力f(也是窄带滤波器的等效带宽)为(7111)因此,数字处理不仅提高了速度检测、跟踪的精度,而且便于实现对同一空间中多目标的识别和分辨以及对多目标的同时检测和跟踪。图733数字信号处理的多普勒滤波器7.4.2对测速跟踪系统的干扰对测速跟踪系统的干扰的目的是给雷达造成一个虚假或错误的速度信息。主要的干扰样式为:速度波门拖引干扰、假多普勒频率

39、干扰、多普勒频率闪烁干扰和距离速度同步干扰。1.速度波门拖引干扰速度波门拖引干扰的基本原理是:首先转发与目标回波具有相同多普勒频率fd的干扰信号,且干扰信号的能量大于目标回波,使雷达的速度跟踪电路能够捕获目标与干扰的多普勒频率fd。AGC电路按照干扰信号的能量控制雷达接收机的增益,此段时间称为停拖期,时间长度约为0.52s(略大于速度跟踪电路的捕获时间);然后使干扰信号的多普勒频率fdj逐渐与目标回波的多普勒频率fd分离,分离的速度vf(Hz/s)不大于雷达可跟踪目标的最大加速度a,即(7112)由于干扰能量大于目标回波,将使雷达的速度跟踪电路跟踪在干扰的多普勒频率fdj上,造成速度信息的错误

40、。此段时间称为拖引期,时间长度(t2t1)按照fdj与fd的最大频差fmax计算:(7113)当fdj与fd的频差f=fdj-fd达到fmax后,关闭干扰机。由于被跟踪的信号突然消失,且消失的时间(也是干扰机关闭的时间)大于速度跟踪电路的等待时间和AGC电路的恢复时间(约为0.52s),速度跟踪电路将重新转入搜索状态。在速度波门拖引干扰中,干扰信号多普勒频率fdj的变化过程如下：干扰机关闭0tt1t1tt2t2tj(7114)vf的正负取决于拖引的方向(也是假速度目标加速度的方向)。对连续波测速跟踪系统进行速度波门拖引干扰的干扰机组成如图734所示。接收天线A收到的雷达发射信号经定向耦合器分别

41、送给载频移频电路和雷达信号检测电路,其中雷达信号检测电路的作用是检测和识别连续波雷达的信号,判断其威胁等级,并作出对该雷达的干扰决策,将决策传送到干扰控制器。干扰控制器按照干扰决策制定干扰样式和干扰参数,并给载频移频电路提供实时控制信号。载频移频电路根据实时控制信号完成对输入射频信号的频移调制,并将经过频移调制后的信号输出给末级功放,通过干扰天线B将大功率的干扰信号辐射到雷达接收天线。载频移频电路的组成和工作原理可参见第8章。图734速度波门拖引干扰的干扰机组成和拖引时序2.假多普勒频率干扰假多普勒频率干扰的基本原理是:根据接收到的雷达信号,同时转发与目标回波多普勒频率fd不同的若干个干扰信号

42、fdji|fdjifdni=1频移,使雷达的速度跟踪电路可同时检测到多个多普勒频率fdjini=1(若干扰信号远大于目标回波,由于AGC响应大信号,将使雷达难以检测fd),并且造成其检测跟踪的错误。假多普勒频率干扰的干扰机组成如图735所示,与速度波门拖引干扰时的主要差别是需要有n路载频移频器同时工作,以便同时产生多路不同移频值的干扰信号。图735多路假多普勒频率干扰的干扰机组成3.多普勒频率闪烁干扰多普勒频率闪烁干扰的基本原理是在雷达速度跟踪电路的跟踪带宽f内,以T为周期,交替产生fdj1、fdj2两个不同频移的干扰信号,造成雷达速度跟踪波门在两个干扰频率之间摆动,始终不能正确、稳定地捕获目

43、标速度。由于速度跟踪系统的响应时间约为其跟踪带宽f的倒数,所以交替周期T选为(7115)多普勒频率闪烁干扰的干扰机组成同速度波门拖引干扰,其中由干扰控制电路送给载频移频器的调制信号是分时交替的。4.距离速度同步干扰目标的径向速度vr是距离R对时间的导数,也是多普勒频移的函数:(7116)对于只有距离R或速度vr检测、跟踪能力的雷达,单独采用上述对其距离或速度跟踪系统的欺骗干扰样式是可以奏效的。但是,对于具有距离速度两维信息同时检测、跟踪能力的雷达,只在其某一维信息进行欺骗或者对其两维信息欺骗的参数不一致时,就很可能被雷达识别出假目标,从而达不到预定的干扰效果。距离速度同步干扰主要用于干扰具有距

44、离速度两维信息同时检测、跟踪能力的雷达(如脉冲多普勒雷达),在进行距离波门拖引干扰的同时,进行速度波门欺骗干扰,在匀速拖距和加速拖距时的距离时延trj(t)和多普勒频移fdj(t)的调制函数分别如(7117)、(7118)式:干扰关闭干扰关闭0tt1t1tt2t2tTj(7117)对于距离波门后拖时的移频为负方向,匀速拖距时为固定移频,加速拖距时为线性移频。距离速度同步干扰的技术产生器组成如图736,其中图(a)采用的是迟延转发方式,图(b)采用的是相干储频方式。干扰关闭干扰关闭0tt1t1tt2t2tTj(7118)在迟延转发方式的干扰技术产生器中,输入的射频信号首先经过数字可编程迟延线,产

45、生所需要的距离迟延量trj(t),然后再经过数字移相器,产生与多普勒频移fdj(t)对应的相移量(t)。由于距离迟延量是以t为单位离散变化的,相移量计算中还需要计入距离迟延变化的影响:t时刻trj(t)无变化t时刻trj(t)有变化(7119)图736距离速度同步欺骗干扰的技术产生器式中,Tr为雷达的脉冲重复周期;为雷达的载频。如果忽略距离迟延量对相位的影响,则(t)也可以按照trj(t)无变化时的情况近似。在相干储频方式中,可以由相干储频器同时完成迟延和移频的调制。迟延和频移的调制精度较高,但电路较复杂;也可以先由相干储频器完成迟延调制,再由数字移相器完成移频调制。射频相干储频器的组成和工作

46、原理参见第8章。 7.5 对跟踪雷达AGC电路的干扰7.5.1跟踪雷达的AGC电路设 Simin,Simax 为 接 收 机 的 输 入 信 号 动 态 范 围,Somin,Somax为接收机的输出信号动态范围。在正常情况下,接收机的增益范围为(7120)AGC电路的工作原理如图737所示。它从接收机的输出信号功率So中取得控制信号,然后按照一定的控制方式产生与So对应的增益控制电压,再由电压控制接收机增益,从而使输入、输出信号功率满足如下关系: So=SiGSomin,SomaxSiSimin,Simax(7121)Somin,Somax也是接收机信号处理电路正常工作的信号功率范围。如果输出

47、信号超出该范围,都可能引起接收机或信号处理机的工作异常或性能下降(如信号过大时接收机饱和,信号过小时无法检测等)。AGC电路的另外一个重要参数是响应时间T,为了避免短暂出现的大信号对AGC电压的影响,在AGC电路中普遍采用积分环节来稳定增益控制电压,从而在信号输入功率变化时,AGC控制电压的响应具有一定的时间滞后。而在此滞后时间内,由于AGC电路正处于动态调整过程中,输出信号的功率是不稳定的,甚至可能超出原定的输出动态范围。典型AGC的动态响应如图738所示,其中图(a)为从小信号状态到大信号状态时U的变化,滞后时间为T1,图(b)为从大信号状态到小信号状态时U的变化,滞后时间为T2,响应时间

48、T则是其平均值,即(7122)图737AGC电路的工作原理图738AGC电路的响应时间(a)从小信号进入大信号；(b)从大信号进入小信号7.5.2对AGC控制系统的干扰除了配合对雷达距离、角度、速度检测、跟踪系统的干扰之外,对AGC控制系统的干扰样式还有:通断调制干扰和工作比递减转发干扰。1.通断调制干扰通断调制干扰即以已知的AGC响应时间T,周期性地通、断干扰发射机,使雷达接收机的AGC控制系统在强、弱信号之间不断发生控制转换,造成雷达接收机工作状态和输出信号的不稳、检测跟踪中断或性能下降。根据AGC电路的工作原理,在干扰机发射期间进入雷达接收机输入端的干扰功率Prj与目标回波功率Prt(也是干扰机关闭期间的剩余功率)之比(干信比)应大于输出动态范围:(7123)才能使通断干扰后的雷达接收机暂态输出越出原定的输出动态范围,且干信比越大,则越出的范围越大、时间越长、效果越好。通断工作比T对AGC电路的性能也有一定的影响,一般选为0.30.5。2.工作比递减转发干扰工作比递减转发干扰即是在通断调制周期T内,逐渐改变干扰发射工作时间的宽度,改变的方式通常有均匀变化和减速变化两种,分别如下列两式所示。均匀变化：减速变化：(7125)(7124)式中,DOmax为最大工作比;TD为变化周期；VD、a则根据最小工作比DOmin确定:常用的工作比递减范围为(7126)(7127)