第8章-干扰机构成及干扰能量计算

第8章干扰机构成及干扰能量计算第8章干扰机构成及干扰能量计算8.1干扰机的基本组成和主要性能要求8.2干扰机的有效干扰空间8.3干扰机的收发隔离和效果监视8.4射频信号存储技术8.5载频移频技术第8章干扰机构成及干扰能量计算8.1干扰机的基本组成和主要性能要求8.1.1干扰机的基本组成如上所述,干扰的基本原理分为遮盖式干扰和欺骗式干扰。为了有效干扰敌方威胁雷达,合理而有效地利用干扰资源、制定干扰样式,这两种干扰都需要有侦察接收设备对威胁雷达信号环境进行信号检测、分选识别和分析处理,并将结果提交干扰决策和干扰资源管理单元,如图8―1所示。第8章干扰机构成及干扰能量计算遮盖式干扰和欺骗式干扰只是干扰机中的两类具体干扰资源。一部干扰机所辖干扰资源的数量、类型、性能指标等,因其具体作战任务而异。每一个干扰资源在收到对它的干扰决策控制命令后,按照决策控制命令所制定的干扰样式和干扰参数,产生相应的干扰信号。第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―1干扰机的基本组成第8章干扰机构成及干扰能量计算1.遮盖式干扰资源的基本组成遮盖式干扰资源的基本组成如图8―2所示。由侦察设备经干扰决策后提供的威胁雷达频率码f0送给频率设置电路,该电路输出与频率码f0相对应的直流电压U(f0),控制压控振荡器(VCO)的中心频率;调频干扰技术产生器根据调频干扰样式和参数的决策控制命令,输出相应的调频信号Ufm(t),调制VCO的振荡频率;调幅干扰技术产生器根据调幅干扰样式和参数的决策控制命令,输出相应的调幅信号Uam(t),第8章干扰机构成及干扰能量计算控制幅度调制器,使输出信号产生相应的幅度变化;干扰功率合成与波束形成网络根据干扰方向和干扰功率的决策控制命令,对小功率的干扰信号进行功率放大与合成,在指定的方向上辐射强功率的干扰信号。由于遮盖式干扰资源的干扰信号来源于自身的VCO,其中心频率、调频样式与参数、调幅样式与参数等都需要由雷达侦察设备先行设置引导,因此传统上也称其为引导式干扰资源。第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―2遮盖式干扰资源的基本组成第8章干扰机构成及干扰能量计算2.欺骗式干扰资源的基本组成根据干扰信号源的差别,欺骗式干扰资源主要分为转发式干扰资源和应答式干扰资源两种,分别如图8―3、图8―4所示。转发式干扰的输入信号中包括接收到威胁雷达的射频脉冲信号fs(t)和干扰决策控制命令。fs(t)经定向耦合器分别送给射频信号存储器(RFM)和信号解调电路,射频信号存储器将短暂的fs(t)信号保存足够的时间τmax。若以fs(t)信号的前沿时间为起始,在迟延了τ时刻需要进行干扰发射的时候,再将fs(t-τ)信号从射频信号存储器中取出,送给干扰调制器。第8章干扰机构成及干扰能量计算信号解调电路的组成如图8―3(b)所示,首先由射频信号检波器从中解调出以脉冲包络为代表的距离基准信号S(t),再由峰值检波器和滤波器从中解调出角度欺骗干扰时所需的雷达天线扫描调制信号A(t)。干扰控制电路根据决策命令和基准信号S(t)向射频信号存储器发出存储的开始和结束控制信号C(t),从射频信号存储器中取出fs(t-τ)的开始和结束控制信号RＪ(t),对角度信息进行欺骗干扰的调制信号AJ(t),对第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―3第8章干扰机构成及干扰能量计算速度信息进行欺骗干扰的调制信号Upm(t)以及对干扰信号进行放大、合成和对干扰方向进行控制的信号DJ(t)。在一般情况下,RJ(t)既用作对射频信号存储器的输出控制,也用作对干扰调制器和功率放大器的脉冲调制信号,并且RJ(t)≈C(t-τ)。upm(t)则用于对射频信号调相。有些简单的转发式干扰机中没有射频信号存储器,则只能够对威胁雷达进行角度欺骗和速度欺骗干扰。第8章干扰机构成及干扰能量计算应答式干扰采用VCO取代转发式干扰中的射频信号存储器,它不需要输入威胁雷达的射频信号fs(t),只需要输入检波后的威胁雷达脉冲包络信号S(t)和雷达天线扫描调制信号A(t),如图8―4所示。VCO的频率设置方法类似于遮盖式干扰,干扰控制电路根据决策控制命令产生各项调制信号RJ(t)、AJ(t)和DJ(t)。由于应答式干扰的信号与威胁雷达信号不相干,所以不能进行速度欺骗干扰。由于应答式干扰资源与遮盖式干扰资源在组成上具有许多共同点,只要对干扰控制电路稍加改进,就能够同时具有遮盖式干扰和应答式干扰的能力。第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―4应答式干扰资源的基本组成第8章干扰机构成及干扰能量计算8.1.2干扰机的主要性能要求由于任何一部干扰机都具有侦察接收设备,并且侦察接收设备的性能直接影响到干扰的性能和干扰效果。有关侦察接收设备的主要性能要求可参见第5章。本章主要讨论与干扰发射部分有关的性能要求。1.有效辐射功率有效辐射功率是干扰机的发射功率PJ与干扰发射天线增益GJ的乘积,即PJGJ。它表现了干扰机工作时在主瓣方向的干扰功率密度。第8章干扰机构成及干扰能量计算对于具有功率和波束合成能力的干扰机,PJ、GJ分别表示合成以后的最大发射功率和天线增益。在一般情况下,PJ是干扰发射机末级功放的额定输出功率与接收到的雷达信号功率Pin无关。但对于没有射频信号存储器的转发式干扰机,则与接收到的雷达信号功率Pin有关:min0inPiinisatjJinisatPKPPPPPPP(8―1)式中,Pimin为最小输入信号功率(灵敏度);Pisat为饱和输入信号功率;KP为干扰机的额定功率增益;PJ0为干扰机的饱和发射功率。第8章干扰机构成及干扰能量计算2.干扰频率干扰频率包括干扰机能够工作的频率范围BJ和在任意时刻干扰信号能够覆盖的干扰带宽Δfj。遮盖式干扰的Δfj主要是由Ufm对VCO的频率调制形成的,可以按照瞄准、阻塞和扫频干扰的要求选择其调制波形和参数;欺骗式干扰的Δfj主要是通过Upm(t)对转发干扰信号调相形成的,其数值远小于遮盖式干扰时的Δfj,可以按照速度欺骗干扰的要求选择其调制波形和参数。第8章干扰机构成及干扰能量计算3.干扰空间范围干扰空间范围包括干扰发射天线波束在空间的最大指向范围ΩJ和在任意时刻干扰波束的覆盖范围θJ。ΩJ主要根据威胁雷达的空间范围确定。θJ越小,则干扰能量越集中,但需要综合考虑发射天线的口径、测向引导的精度、复杂程度等因素。第8章干扰机构成及干扰能量计算4.引导误差引导误差包括频率引导误差Δf和方向引导误差Δθ。影响引导误差的主要因素有:侦察接收设备的测频、测向误差,对干扰发射设备频率和方向的控制、标校误差和VCO的频率稳定性、装载平台的方向稳定性等。对于遮盖式干扰,一般要求:22rJff(8―2)式中,Δfr为威胁雷达接收机带宽。第8章干扰机构成及干扰能量计算5.引导时间Δtj干扰机的引导时间是指:从接收到威胁雷达信号到发出射频干扰信号的时间。它包括从接收到威胁雷达信号到发出决策控制命令的时间Δtp和从收到决策控制命令到输出射频干扰信号的时间Δtc。Δtj=Δtp+Δtc(8―3)前者主要是侦收设备的信号处理时间,一般比较长;后者主要是干扰资源的调控时间,也是干扰资源执行决策命令、形成各种控制信号和调制信号的时间,一般不超过若干微秒。第8章干扰机构成及干扰能量计算在连续的干扰实施过程中,Δtp只需一次或几次(只有重新制定或修改决策控制命令才需要),而Δtc可能是经常发生的(如修订调制参数等)。由于Δtp较长,对于有些作战时间很短而威胁程度很高的威胁雷达(如导弹末制导雷达),为了减小Δtp,必须充分利用这些威胁雷达的先验信息,开设特殊的信号处理通道,简化和缩短信号处理与干扰决策的过程。第8章干扰机构成及干扰能量计算转发式干扰的引导时间还包括最小转发迟延(时间)Δtmin。它是指在实施转发式干扰的过程中,从接收到的威胁雷达信号前沿开始到第一个转发干扰脉冲前沿的最小迟延时间。由于欺骗式干扰经常用作目标的自卫干扰,为了有效保护自身,Δtmin越小越好,一般在100ns以内。第8章干扰机构成及干扰能量计算6.对多威胁雷达的干扰能力在现代作战环境中,常常会同时存在多部威胁雷达。干扰机必须能够同时、有效地干扰这些雷达,才能完成预定的作战任务。为此采取的主要措施并不是将各种干扰资源简单地组织在一起,而是突出各种资源的合理分工,加强对各种资源的集中、统一管理,特别是统一侦察接收设备和干扰决策控制,集中分配和管理各项干扰资源,在有限的时间、空间和能量等约束条件下,对所有的威胁雷达都达到最有效的干扰效果。第8章干扰机构成及干扰能量计算7.战斗使用性能战斗使用性能包括体积、重量、耗电及使用环境等方面的要求。此外,工作可靠、性能稳定、操作简单、维护方便等也是干扰机研制中非常重要的要求。第8章干扰机构成及干扰能量计算8.2干扰机的有效干扰空间干扰机能够有效地破坏或扰乱敌方雷达对我方目标检测、跟踪的空间范围称为干扰机的有效干扰空间,或者说,当我方目标位于有效干扰空间之内时,就能够受到干扰机的有效保护。因此,干扰机的有效干扰空间集中体现了干扰机的有效干扰能力。第8章干扰机构成及干扰能量计算8.2.1干扰方程设干扰机、雷达、目标的空间位置如图8―5所示。雷达天线以其主瓣指向目标,干扰发射天线以其主瓣指向雷达。干扰机、目标与雷达的相对波束张角为θ。雷达收到的目标回波信号功率Prs和干扰信号功率Prj分别为222224222(4)(4)()(4)ttttrsttJJtJrjJPGAPGPWRRPGGPWR(8―4)(8―5)第8章干扰机构成及干扰能量计算式中,Pt(W)、Gt分别为雷达发射功率和天线增益;σ(m2)为目标的雷达截面积;A(m2)为雷达天线的有效面积;λ(m)为波长;Rt(m)为雷达与目标之间的距离;PJ(W)为干扰发射功率;GJ为干扰发射天线增益;Gt(θ)为雷达天线在干扰方向的增益;γJ为干扰信号与雷达信号的极化失配损失系数(通常干扰信号为圆极化,雷达天线为线极化,γ=0.5);RJ(m)为雷达与干扰机之间的距离。由此得到在雷达接收机输入端的干扰和目标回波信号功率比J/S为422()4rjJJtjtrsttJPPGGRJSPPGR(8―6)第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―5雷达、目标和干扰机之间的空间关系第8章干扰机构成及干扰能量计算实现有效干扰的基本条件就是保证J/S≥KJ。KJ称为在雷达接收机输入端有效干扰的压制系数,简称为压制系数。它是干扰信号调制样式、调制参数和雷达信号参数的复杂函数,具体可参见第6、7章中的有关分析。将此条件代入(8―6)式,可得422()4JJtJtJttjPGGRKPGR(8―7)对(8―7)式进行整理,可得到干扰机的有效干扰空间为224()4ttJttJJJJPGRGRKPG(8―8)第8章干扰机构成及干扰能量计算图8―6平面上的有效干扰空间示意图第8章干扰机构成及干扰能量计算有效干扰空间的构成是R4t与雷达天线空间增益Gt(θ)的乘积,当目标、雷达、干扰机同方向时,θ=0,Gt(θ)=Gt,Rt最小,也称为最小干扰距离Rtmin,2min()4ttJtJJJJPGRRKPG(8―9)(8―7)式也可以改写成对有效辐射功率的要求:224()()4ttJJJJttJPGRPGKGR(8―10)以便在干扰机设计时作为确定干扰发射功率和天线增益的依据。第8章干扰机构成及干扰能量计算在自卫干扰条件下,干扰机就安装在目标上,Gt(θ)≡Gt,Rt≡RJ,代入(8―8)式,可得24JJJtJttPGRKPG(8―11)其有效干扰空间是在一个以为Rt半径的球体之外:12()4tttJJJJPGRKPG(8―12)第8章干扰机构成及干扰能量计算对于没有射频信号存储器的转发式干扰,其接收到的雷达信号功率Pin为22(4)ttrrinJPGGPRL(8―13)式中,Gr为干扰机接收天线的增益;γr为雷达信号与干扰机接收天线极化失配系数(通常雷达信号为线极化,干扰机接收天