多源反向交叉眼干擾技術 劉天鵬 魏璽章 劉振 9787030761439 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
《多源反向交叉眼干擾技術》凝結了雷達對抗領域中交叉眼干擾技術的*新成果，系統論述了可有效對抗單脈衝雷達的多源反向交叉眼干擾理論與技術，為反向交叉眼干擾的工程應用提供參考。內容可以分為三部分：**部分在分析對抗單脈衝測角雷達的干擾現狀的基礎上，著重介紹交叉眼干擾的理論發展歷程、現役裝備，論述傳統交叉眼干擾的若干應用難題；第二部分闡述性能優於傳統交叉眼干擾的多源線陣反向交叉眼干擾技術，主要包括干擾性能分析、參數容限需求分析、干信比需求分析；第三部分闡述性能穩健的多源圓陣反向交叉眼干擾技術，並與傳統交叉眼干擾、多源線陣反向交叉眼干擾進行對比。第二部分和第三部分是《多源反向交叉眼干擾技術》的重點內容。

目錄

目錄
「空間信息獲取與處理前沿技術叢書」序
前言
第1章緒論1
1 1引言1
1 2角度欺騙干擾的研究現狀2
1 2 1平台外干擾3
1 2 2平台上干擾8
1 3交叉眼干擾的研究現狀14
1 3 1發展歷程14
1 3 2現有裝備15
1 3 3應用限制與發展方向19
1 4本書主要內容19
參考文獻21
第2章兩源交叉眼干擾的若干問題28
2 1引言28
2 2傳統兩源交叉眼干擾的物理解釋及線性擬合分析29
2 3反向天線結構31
2 4兩源反向交叉眼干擾的一般性結論33
2 5兩源反向交叉眼干擾的應用局限性37
2 5 1苛刻的參數容限37
2 5 2較高的干信比要求39
2 6本章小結40
參考文獻41
第3章多源線陣反向交叉眼干擾的數學模型43
3 1引言43
3 2干擾比相單脈衝雷達時的數學模型44
3 2 1干擾場景描述44
3 2 2數學模型45
3 2 3模擬實驗與結果分析50
3 3干擾比幅單脈衝雷達時的數學模型54
3 3 1干擾場景描述54
3 3 2數學模型55
3 3 3模擬實驗與結果分析57
3 4本章小結59
參考文獻59
第4章多源線陣反向交叉眼干擾的參數容限61
4 1引言61
4 2問題描述62
4 3系統參數的容限求解63
4 4影響系統參數容限的因素64
4 4 1干擾距離65
4 4 2干擾環路基線比65
4 4 3干擾環路差66
4 5模擬實驗與結果分析67
4 5 1與兩源反向交叉眼干擾對比68
4 5 2干擾距離對參數容限的影響70
4 5 3干擾環路基線比對參數容限的影響71
4 5 4干擾環路差對參數容限的影響73
4 6本章小結76
參考文獻77
第5章多源線陣反向交叉眼干擾的干信比分析78
5 1引言78
5 2平台反射回波模型79
5 3單脈衝雷達的總和、差通道回波81
5 4總交叉眼增益的分佈特性84
5 4 1總交叉眼增益的累積分佈函數84
5 4 2總交叉眼增益的統計值87
5 5干信比的定義88
5 6模擬實驗與結果分析90
5 6 1單脈衝指示角的變化90
5 6 2干信比與統計交叉眼增益93
5 6 3干信比與累積分佈函數97
5 6 4干信比與系統參數容限100
5 6 5干擾環路差的補償精度107
5 7本章小結108
參考文獻109
第6章多源圓陣反向交叉眼干擾的數學模型和性能分析110
6 1引言110
6 2C-MRCJ的數學模型112
6 2 1干擾場景描述112
6 2 2單脈衝比和交叉眼增益的數學推導113
6 3基於DOA信息的改進型C-MRCJ116
6 4C-MRCJ的參數容限求解118
6 5模擬實驗與結果分析119
6 5 1單脈衝指示角對比120
6 5 2改進型C-MRCJ的持續干擾能力121
6 5 3改進型C-MRCJ的穩健干擾能力123
6 5 4干擾環路個數的選擇125
6 5 5天線陣列結構對參數容限的影響126
6 6本章小結129
參考文獻130
第7章總結與展望131
附錄Arjn的泰勒級數展開134
附錄B交叉眼增益極限值的推導136
附錄C總交叉眼增益極限值符號的推導137

精彩書摘
第1章緒論
1 1引言
單脈衝測角技術主要用於測量脈衝信號的到達方向（direction of arrival，DOA），利用同時波束比較測角法，在一個脈衝回波內獲取目標的角度信息〔1-6〕。自1947年美國Becky比較完整地提出單脈衝方案，單脈衝雷達被廣泛應用於火控、跟蹤制導、彈道測量等軍事領域中。其中，具有代表性的單脈衝雷達是1956年美國無線電公司研製的靶場測量雷達AN/FPS-16，其角跟蹤精度為0 1∼0 2密位。目前，主動式雷達導引頭通常採用單脈衝測角技術實現末段精確制導。典型的雷達導引頭有R-27R1ER1導彈的9B-1101K雙平面單脈衝半主動式導引頭〔圖1 1（a）〕、R-27EA導彈的9B-1103M主動式雷達導引頭〔圖1 1（b）〕以及R-77導彈的9B-1348E主動式雷達導引頭〔圖1 1（c）〕。
圖1 1單脈衝雷達制導的雷達導引頭
自單脈衝雷達廣泛應用於空空導彈、反艦導彈等精確制導武器，干擾單脈衝雷達一度成為電子戰領域的研究熱點〔7-15〕。為提高飛機、艦船等重要武器平台的戰場生存能力，通常採用角跟蹤環路這一反制措施來破壞單脈衝雷達。不同於採用順序波束比較測角法的圓錐掃描雷達，單脈衝雷達通過一個脈衝回波即可獲取目標的方位/俯仰角坐標，因而具有較高的抗干擾能力〔16-18〕。根據單脈衝雷達設計中的缺陷以及易受多點源干擾的弱點〔19-23〕，可將對抗單脈衝雷達的干擾樣式大致分為以下類別〔20〕：地形反彈干擾、鏡像干擾、邊頻干擾、閃爍干擾、拖曳式誘餌、交叉極化干擾，以及交叉眼干擾等。然而，上述干擾樣式大部分在實際應用時難以達到令人滿意的角度欺騙干擾效果。例如，交叉極化干擾可被極化過濾器削弱干擾效果〔24，25〕，編隊干擾適合飛機編隊且受雷達分辨單元制約〔26，27〕，拖曳式誘餌存在諸如干擾盲區、難以對抗多彈頭等缺陷〔28-32〕。
交叉眼干擾被認為是單脈衝雷達*有效的干擾樣式〔33〕。受角閃爍干擾雷達測角的啟發〔34-39〕，文獻〔40〕和〔41〕**次提出了交叉眼干擾的概念。隨著數字射頻存儲器（digital radio frequency memory，DRFM）的提出及其在電子干擾系統中的廣泛應用〔42-45〕，交叉眼干擾機能夠有效干擾單脈衝雷達這一結論在2000年外場試驗中*次被驗證〔46〕。然而，傳統的兩源交叉眼干擾在實際應用中受限於較高的干信比（jammer-to-signal ratio，JSR）需求和苛刻的參數容限，很難達到令人滿意的干擾效果〔47〕。因此，需要發展新型的、貼近實用的交叉眼干擾理論，以指導干擾系統設計。
本書以克服傳統交叉眼干擾難以實用化的缺點為出發點，以對單脈衝雷達形成持續穩健的角度欺騙干擾為落腳點，通過增加干擾機系統的自由度，深入研究基於反向陣列天線結構的多源反向交叉眼干擾。
1 2角度欺騙干擾的研究現狀
交叉眼干擾屬於角度欺騙干擾範疇。角度欺騙干擾產生錯誤的目標角度信息以欺騙雷達檢測和跟蹤系統，使雷達無法準確獲得目標真實的角度信息，不能跟蹤目標甚至造成跟蹤環路失鎖〔17，48〕。角度欺騙干擾不具有通用性，其針對不同測角體制雷達制定不同的干擾方法。早期的炮瞄雷達採用圓錐掃描測角體制，根據其信號包絡的正弦調製特性，採用倒相干擾、掃頻方波干擾等干擾方法能夠有效干擾圓錐掃描雷達〔17，18，20〕。隨著線性掃描體制雷達的出現，角度波門挖空干擾、角度波門拖引干擾等干擾方法被提出〔17，49〕。然而，由於圓錐掃描雷達以及線性掃描雷達容易受到干擾而被逐步淘汰，相應的角度欺騙干擾樣式也失去了研究價值。
考慮到目前先進的跟蹤制導雷達普遍採用單脈衝測角體制，本節重點論述針對單脈衝雷達的角度欺騙干擾的研究現狀。對抗單脈衝雷達的角度欺騙干擾可按照干擾機或干擾源的空間配置方式不同分為兩種：一種是平台外干擾（off-board jamming），干擾機配置在被保護平台之外；另一種是平台上干擾（on-board jamming），干擾機配置在被保護平台上。下面針對兩種分類方式對角度欺騙干擾的研究現狀進行闡述。
1 2 1平台外干擾
當單脈衝雷達的角分辨單元內出現兩個或多個目標或信號源時，單脈衝雷達無法分辨出多個目標，單脈衝處理器把多個目標識別為一個目標並跟蹤它們的能量質心〔19〕。平台外干擾正是利用了單脈衝雷達這一缺點實施角度欺騙干擾。平台外干擾釋放的干擾機或干擾源遠離平台，不僅解決了對平台的限制，而且干擾方式多樣，具有體積小、成本低、使用靈活等特點〔50〕。因此，早期的角度欺騙干擾大多採用平台外干擾，人們研製了大量的干擾裝備。典型的平台外干擾樣式及其裝備如表1 1所示。
表1 1典型的平台外干擾樣式及其裝備
1 飛機平台
1) 拖曳式誘餌
拖曳式誘餌(圖1 2)通過電纜與飛機平台相連接，誘餌內裝有轉髮式或應答式干擾機，投放后通過電纜被飛機拖曳著飛行〔29，51〕。當飛機受到導彈威脅時，干擾機發射較強的干擾信號，與目標信號一起形成非相干兩點源干擾，造成導引頭角度跟蹤偏差，使導彈無法打中飛機目標〔28，30-32，52-54〕。典型的拖曳式誘餌（towed decoy，TD）裝備為由雷神（Raytheon）公司研製開發的AN/ALE-50〔圖1 2（a）〕，裝備在美國空軍、海軍以及海軍陸戰隊的F-16、F/A-18E/F以及B-1B戰鬥機上〔55〕。AN/ALE-50在實戰中已被驗證了其強大的干擾能力。在1999年的科索沃戰爭中，美軍參戰飛機依靠ALE-50轉髮式拖曳誘餌誘騙了至少10枚已鎖定飛機的地空導彈，其中9枚穿越，1枚打掉了誘餌。目前，美軍裝備的拖曳式誘餌已發展至第二代光纖拖曳式誘餌（fiber-optical towed decoy，FOTD），由BAE系統公司於1997年開始研製，典型產品為AN/ALE-55〔56〕。
圖1 2拖曳式誘餌
L-拖曳線長度；O-拖曳式誘餌位置；R-遮擋區域半徑，即導彈殺傷半徑；β-錐體張角
然而，拖曳式誘餌存在易被識別的缺點〔57，58〕。文獻〔29〕、〔32〕、〔59〕指出，為使拖曳式誘餌有效，誘餌釋放的時機應保證飛機與干擾機在角度、距離和速度上的差異都小於雷達的解析度，否則雷達會分別識別出飛機和干擾機，進而跟蹤飛機。同時，選擇合適的拖曳線長度，以保證載機到能量質心處的距離在導彈的爆炸範圍之外，線長一般為90∼150m。文獻〔22〕指出，干擾機回波相對於飛機回波有一定延遲，距離波門鎖定飛機后，干擾機回波將被忽略，只有測距能力較差的雷達容易受拖曳誘餌的影響。另外，當遭受多導彈飽和攻擊時，拖曳式誘餌被攻擊后無法再保護飛機等目標。同時，拖曳式誘餌在使用中存在錐形盲區〔60〕，導致干擾空域受限〔圖1 2(b)〕。拖曳式誘餌的諸多缺陷影響了角度欺騙干擾的穩定性。
2) 空射式誘餌
空射式誘餌的典型裝備是美國空軍裝備的小型空中投射式誘餌（miniature air launched decoy，MALD）〔61-63〕，如圖1 3所示。MALD可以逼真模擬B-52轟炸機、F-16戰鬥機等機型的雷達電磁反射特徵，使敵方防空雷達無法跟蹤被掩護飛機目標，具有模塊化、可編程、成本低等特性。1995年，美國國防部預研局提出了MALD的研製計劃，1996年美國TRA（Teledyne Ryan Aeronautical）公司獲得MALD的研發合同，並於1999年2月將MALD樣彈在F-16戰鬥機上進行了*飛，軍方編號為ADM-160A〔62〕。然而由於射程、續航能力以及成本問題，2002年美國空軍終止了與TRA公司的研發合同，並於2003年將新的MALD研發合同授予雷神公司。2008年，雷神公司宣布完成了MALD的全部飛行試驗，該誘餌在B-52轟炸機和F-16戰鬥機上共進行了35次飛行試驗，其中33次獲得了成功，2009年美國空軍接收了**批MALD，軍方編號為ADM-160B。2008年，美國空軍與雷神公司改進了MALD，增加了干擾機和數據鏈，稱為小型空射誘餌彈干擾機（miniature air launched decoy-jammer，MALD-J），軍方編號為ADM-160C，發動機由渦噴發動機改為渦扇發動機，在自由飛行試驗中其飛行距離達到925km。改進的MALD-J既可以作為飛機誘餌，又能干擾敵方雷達。2011年，MALD-J進入小批量生產階段，並於2012年宣布在預算內完成MALD-J的研發項目，於2012年9月6日向美國空軍交付**批MALD-J。MALD和MALD-J主要裝備在B-52轟炸機和F-16戰鬥機上。MAL