基于雷达天线方向图的分布式干扰有效干扰扇面

基于雷达天线方向图的分布式干扰有效干扰扇面

马艳君 侯玥

陕西黄河集团有限公司 陕西省西安市 710043

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，分布式干扰是现代雷达电子战中的一种重要的干扰样式，它可以实现对雷达或雷达网的主瓣干扰，具有较高的干扰能量和干扰效率。其典型作战样式可描述为:分布式干扰抵近攻击目标实施电子战“软杀伤”，压制敌方防空预警雷达或导弹防御系统，掩护己方战斗机或导弹突防。在这种作战背景下，为制定正确的干扰策略，评估干扰效果，需要对分布式干扰的有效干扰扇面进行研究。有效干扰扇面定义为:进入雷达接收机的干扰功率是目标回波信号功率的Kj(端外压制系数)倍时，干扰在雷达P型显示器上打亮的扇形区域的大小。

关键词:天线方向图;分布式干扰;有效干扰扇面

引言

有效干扰扇面是评估分布式干扰效能的一个重要指标。在分布式干扰执行掩护突防任务的背景下，首先建立了单干扰机对雷达的有效干扰扇面模型;然后应用图示法推导了基于雷达天线方向图的分布式干扰有效干扰扇面的解析表达式，分析讨论了不同角度条件下有效干扰扇面的大小，提出了最佳干扰角度的概念;最后开展了仿真研究，仿真结果验证了理论分析的正确性。可为制定正确的干扰策略提供有益的指导和参考。

1分布式干扰有效干扰扇面模型

随着雷达对抗技术的发展，其在现代作战中的作用越来越突出，二维雷达探测区已经不能满足作战指挥的需要，战场指挥员迫切需要知道在干扰条件下，雷达在空间不同位置的探测区域。因此，本文利用天线方向图的简化模型，将雷达探测区模型从二维平面拓展到三维空间，并在三维空间中准确描绘出来，实时显示受干扰下雷达在空间不同位置的探测区域，为战场指挥员实施干扰决策提供依据。和目标飞机在空间的位置分别为A、B，干扰机相对雷达的仰角∠AOC为a，目标飞机相对于雷达的仰角∠BOD为ψ，干扰机i和目标飞机相对于雷达的张角为θi'，干扰机i和目标飞机在xy的投影C，D相对于雷达的张角∠COD为θi。

1.1干扰下雷达探测模型

由于有源干扰信号的带宽通常大于接收机的信号带宽,因此这种干扰对雷达检测性能的影响就象自然界的“天线噪声”影响,可以用等效噪声功率谱密度来表示。设干扰机的发射功率为jP,干扰机的天线增益为jG,干扰机的干扰带宽为JB,干扰机到雷达的距离为jR,干扰信号的极化匹配因子为j,干扰信号的单程传播损耗因子为jL,雷达天线对着干扰机方向的有效面积为'rA,雷达接收机的信号带宽为nB,则雷达接收到的干扰信号功率为:

（1）

式(1)表明,雷达接收的干扰信号功率是三个因子的乘积:第一个因子表示雷达天线上的干扰信号功率密度;第二个因子是雷达天线的有效截面积与极化失配损失和干扰信号传播损失之比,它与雷达天线上的干扰信号功率密度的乘积就是雷达天线接收的干扰信号功率;第三个因子表示雷达接收机的信号带宽与干扰机的干扰带宽之比,它与前两个因子的乘积表示雷达可接收的干扰信号功率。当nB≥JB时,干扰为瞄准式干扰,干扰信号可全部被雷达接收;当nB＜JB时,干扰为阻塞式干扰,干扰信号只有部分被雷达接收。

1.2单干扰有效干扰扇面分析

单干扰的有效干扰扇面主要和目标距离及干扰距离有关，首先假设目标距离不变，当目标距离分别为50km、100km、120km时，应用MATLAB仿真软件。再假设干扰距离不动，当干扰距离分别为6km、10km、20km时，有效干扰扇面和目标距离的关系。

2分布式干扰有效干扰扇面分析

(1)在相同条件下，分布式干扰可显著增大有效干扰扇面，增大多少取决于干扰间的夹角及干扰机的数量。(2)存在一个最佳干扰角度2op=25°，当分布式干扰间的夹角相等，且均为最佳干扰角度时，分布式干扰的有效干扰扇面最大，最大值可达117．7°。(3)分布式干扰有效扇面的值并不是随着干扰间的夹角增大而一直增大，而是有一个最大值，当达到最大值后又减小，最后稳定在一个固定值，这与前面的理论分析是吻合的。

3仿真分析

3.1仿真思路

在雷达检测概率一定的情况下，雷达的探测区域受雷达参数、无人干扰机参数、无人机的分布方位和无人干扰机主波束方向等因素的影响。每一时刻雷达在主瓣方向上的最大探测距离与雷达自身的性能、干扰机干扰距离、干扰机的作战效能和雷达的内部噪声等有关，如果在受干扰情况下沿雷达主瓣方向旋转360°，再把每一时刻雷达的最大探测点位置依次连接起来，则可以得出雷达的暴露区。

3.2仿真结果与分析

为直观地对比分析单架和多架无人机干扰防空雷达情况时的可探测区域效果，下面模拟选取适当数据代入仿真数学模型进行参数设置及计算仿真。假定选取雷达的发射功率为110kW，天线增益取为28dB，掩护目标的雷达反射截面积取为10m2，无人机的干扰功率Pj取为200W，无人机干扰天线在雷达方向上的增益Gj取为4dB，损失系数rj取为2，取压制系数Kj=5。在极坐标系中，设雷达Y1的坐标取在(0°，0km)，当单架无人机实施干扰时，无人机干扰距离Ｒj取60km，W1坐标配置在(0°，60km);当多架无人机对雷达实施干扰，这里分别取为两架和四架，干扰距离取为Ｒ1j=60km、Ｒ2j=75km和Ｒ1j=60km、Ｒ2j=75km、Ｒ3j=80km、Ｒ4j=40km，且无人干扰机W2的坐标配置在(90°，75km)，W3的坐标配置在(180°，80km)，W4的坐标配置在(300°，40km)，其他无人干扰机和雷达参数均取已知数据，以θ为自变量，代入以上数据仿真计算即可求得相应分布式干扰下雷达可探测区域图形，在干扰设备与每部雷达连线的方向上,是干扰效果最为显著的区域;即干扰主波束方向上,雷达暴露区远高于非主瓣方向;极大缩小了雷达纵深距离,使其不易提前发现目标。可见由于干扰机布站和数量可以改变雷达探测区域形状,使雷达探测出现盲区;所以实际战术对抗中,可以通过改变干扰机位置和数量,使雷达网出现我们所期待的形状,从而掩护目标进攻。

结束语

本文对分布式干扰有效干扰扇面问题进行了研究，进一步完善了单干扰的有效干扰扇面模型，重点对单干扰有效干扰扇面与干扰距离和目标距离的关系进行了仿真分析。在此基础上，利用图示法对有效干扰扇面进行了原理说明，并提出了基于雷达天线方向图的有效干扰扇面表示方法，推导了有效干扰扇面与相邻干扰机夹角之间的关系式，选取典型仿真参数进行了MATLAB仿真分析，仿真结果验证了理论分析的正确性。论文研究较全面地揭示了干扰机、雷达、目标的特性及其空间位置关系与分布式干扰有效干扰扇面的关系，为制定合理的突防策略提供了理论参考。需要注意的是，文中对分布式干扰模型的简化较为理想，另外，雷达天线的方向图也并非都可以用经验公式代替，因此，不同干扰机参数、不同干扰距离及复杂雷达天线方向图条件下的分布式干扰有效干扰扇面问题还需要进一步的研究。

参考文献:

［1］王永良，李天泉．机载雷达空时自适应信号处理技术回顾与展望［J］．中国电子科学报，2008，3(6):273-274．

［2］郑明杰，杨汝良．一种改进的DPCA运动目标检测方法［J］．电子学报，2004，32(9):1429-1432．

［3］贲德．机载有源相控阵火控雷达的新进展及发展趋势［J］．现代雷达，2008，30(1):1-4．

［4］李明．机载阵列雷达抑制非均匀杂波的STAP方法研究［D］．西安:西安电子科技大学，2011．