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4.1 雷达与诱饵的特征差别分析

PRS是反辐射武器中的核心部件,也是决定整个武器系统最终作战效能的核心环节。PRS一般采用单脉冲测角技术,具有抗干扰能力强、测角精度高等优点。

对PRS的有源诱偏是抗反辐射武器的一种行之有效的技术,PRS采用单脉冲测向,跟踪辐射源的方向来命中目标辐射源。由于平台限制,PRS天线不能太大,但为了捕捉目标,其天线波束宽度又不能太窄,通常在 60°以上,这是PRS的弱点,也是对反辐射武器进行诱偏的突破口。因此,PRS需要采取措施分辨雷达与诱饵的不同特征来弥补这一不足。

对于主雷达与诱饵的差别,下面将主要在天线方向图、波束扫描方式、功率、信号特征、辐射源、空间位置、雷达RCS或红外特征等方面进行分析。

1.天线方向图比较

诱饵一般采用宽波束或全向天线,在方向角度变化较大情况下,波束变化不大或几乎不变。而主雷达方向图一般为主副瓣相差 20dB以上,方向性强。大功率雷达配置的诱饵需要的发射功率也较大,如采用全向天线,技术难度和造价均很大,因而还采用宽波束的诱饵更容易实现。例如,美国“爱国者”防空系统的AN/MPQ-53 相控阵雷达采用 3~4 部诱饵,每个诱饵覆盖 120°的扇区。

诱饵保护主雷达副瓣示意图如图4.1所示。

2.波束扫描方式比较

诱饵一般不作扫描,天线固定,每个诱饵覆盖不同的空域;主雷达波束按雷达体制不同,一般在空间进行电扫或机械扫描。

图4.1 主雷达与诱饵波束示意图

图4.2 相控阵雷达波束跳跃式扫描示意图

3.功率比较

诱饵一般功率保证高于主雷达第一副瓣或平均副瓣电平即可;而主雷达功率较大,为了发现、跟踪距离尽量远,主瓣峰值功率一般在千瓦量级,大的甚至达到兆瓦量级,由于诱饵成本的限制,一般来说,不论采用何种设计方案,诱饵的功率都无法与雷达主瓣上(特别是低仰角)的功率相比,这就为反辐射武器识别诱饵和雷达提供了一个突破口。

4.信号特征比较

辐射源识别其实就是一种分类技术,从信息论角度看,就是如何提取出信号的分类信息。在文献[8]提到雷达辐射源的脉内参数是最重要的分类信息,脉内特征包括脉内调制特性和脉冲包络特性,包络特性有上升沿和下降沿、顶部降落等。

采用不同的发射机,虽然频率可能相差很小,但不同的发射机可能由于器件上的细微差别,以及频率漂移等因素,频率一致性和波形特征方面会产生细小差别。诱饵信号时序超前、滞后或脉冲宽度宽于主雷达信号,由于射频放大器件不同,可能会产生不同的波形:上升沿台阶、脉冲顶部冲击及平坦度、下降沿震荡等,如图4.3所示是具有上升沿台阶的脉冲信号示意图。

雷达发射机的脉冲调制器是脉冲体制雷达的关键元件,其性能的好坏直接影响雷达的指标,由于在实际的脉冲调制器中不可避免地存在寄生参量,如分布电容、引线电感等,使得脉冲调制器不可能输出理想的矩形调制脉冲,而只能得到具有脉冲前后沿以及顶部降落的非矩形调制脉冲。如图4.4所示是三种调制器的前沿波形图,其中 a b 代表两个不同厂家的产品, a -1 和 a -2 代表了同一厂家不同型号的产品,从图中可以看出不同厂家产品之间的前沿完全不同,同一厂家的不同型号的产品之间也是不同的。

图4.3 实际雷达脉冲波形示意图

图4.4 不同发射管脉冲前沿和顶部特征示意图

为了更好地在参数提取过程中得到原始的前后沿时间,有必要介绍下面的规律:在文献[8]中提到,若一个电路由 n 级电路级联组成,设第 i 阶电路的上升时间为 τ i ,则整个电路的上升时间 τ

若实际的发射脉冲的上升时间为 τ T ,接收机的上升时间为 τ R ,测量得到脉冲上升沿时间为 τ M ,则有:

而接收机的上升沿时间是已知和固定的,则有:

上述方法同样适用于下降沿时间的计算,应指出上升和下降时间非常短,一般小于 100ns,可以通过插值方法来处理。

此外,不同雷达发射机的杂散输出也存在差异。任何发射机在发射有用信号的同时,总是伴随有不需要的杂散频率被发射出去。杂散频率成分主要有互调频率、谐波频率、电源滤波不良引起的寄生调制等。对于不同的雷达,由于电路参数及电特性的差异,其杂散输出成分和大小也各不相同。这些杂散输出更多地表现为不规则的非平稳、非线性、非高斯特性,一般的一阶、二阶分析方法难以更深入地分析,因而可引入了高阶统计量方法,特别是利用双谱能量法提取杂散特性。

5.辐射源伴随信号比较

主雷达与诱饵有一个明显的不同辐射源是主雷达一般寄生IFF,而诱饵没有,且雷达不会同时将此信号送给诱饵。

图4.5所示为美国AN/FPS-117 相控阵雷达,可以看到其天线阵顶部有一列IFF询问机天线。

图4.5 美国AN/FPS-117 相控阵雷达

6.空间位置比较

一般为了防止反辐射武器攻击能量中心,主雷达布置在诱饵之外,诱饵布置在可能来袭方向上。诱饵与主雷达布置距离一般在几百米到 1km。

图4.6 主雷达和诱饵典型配置示意图

7.RCS和红外特征比较

主雷达一般体积远大于诱饵,其RCS也远大于诱饵,并且其红外辐射特性也与诱饵差异很大。 ovglhMupBmBUtu/9UE7YYVR2FJqGlvb9A3VURIrb1h1rp1sbLAzx0A6ZVlElek/n

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