雷达对抗原理第8章-干扰机构成及干扰能量计算ppt课件.ppt
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1、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 单部有源干扰系统的基本组成和主要性能指标8.2 干扰系统的有效干扰空间8.3 干扰机的收发隔离与效果监视8.4 载频移频技术8.5 数字射频存储(DRFM)干扰技术第8章 干扰机构成及干扰能量计算8.1 单部有源干扰系统的基本组成和主要性能指标单部有源干扰系统的基本组成和主要性能指标8.1.1 单部有源干扰机的基本组成单部有源干扰机的基本组成如上所述,有源干扰的基本原理分为遮盖性干扰和欺骗性干扰,它们分别是从降低雷达对真目标的发现概率,提高雷达检测的虚警概率,炮制错误的目标参数等方面来破坏和扰乱雷达的正常工作的。单部有源干
2、扰机是指在空间集中在一起的一个干扰系统,它也是组成空间分布式有源干扰系统的基础,是在战场综合电子战系统的统一指挥控制、信息支援条件下,执行作战任务的基本单元。第8章 干扰机构成及干扰能量计算图8-1 单部有源雷达干扰系统的组成第8章 干扰机构成及干扰能量计算典型的单部有源雷达干扰系统组成如图8-1所示。其中雷达侦察引导子系统是由战区内陆、海、空、天分布的各种雷达侦察平台与本机的侦察引导资源共同担任的,负责提供本干扰机所在当前战场电磁环境中敌方威胁雷达的信息,并将本机侦收的结果提交上级指控中心;然后雷达系统综合上级指控中心的管理控制命令和本机侦收结果,确定各威胁雷达的威胁等级,分配和调用本机所辖
3、的干扰资源,为其制定最合适的干扰样式和干扰参数,经过功率合成与波束形成,向指定的空间发出各种干扰信号。常用的干扰资源主要有:以压控振荡器(VCO)为代表的引导式干扰资源,以射频存储(RFM)为代表的转发式干扰资源,以数字干扰合成为代表的数字合成(DJS)式干扰资源。第8章 干扰机构成及干扰能量计算1) 引导式干扰资源的基本组成引导式干扰资源的基本组成如图8-2所示。引导式干扰资源的工作过程是:由干扰决策和资源管理单元提供的威胁雷达信号频率数据f0,调频干扰波形和参数数据FM,调幅干扰波形和参数数据AM,通过频率设置电路产生对应的直流调谐电压U(f0),控制VCO振荡器的中心频率fj0,并力求使
4、频率偏差f=|fj0f0|尽可能小(该偏差一般称为置频误差或频率瞄准误差);调频信号产生电路输出指定调制波形和参数的频率调制信号UFM(t),使VCO以fj0为中心,产生指定带宽fj的调频干扰信号;调幅信号产生电路输出指定调制波形和参数的幅度调制信号UAM(t),使输出干扰信号幅度发生相应的变化。第8章 干扰机构成及干扰能量计算图8-2 引导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目前引导式干扰资源的VCO大多采用微波固态器件,具有较高的调频斜率,容易获得很大的fj。幅度调制主要采用固态PIN调制器,其它电路主要采用FPGA和DAC混合电路,具有良好的波形产生和参数设置的数字编程控
5、制能力,简捷可靠,价格低廉。它的主要缺点是输出信号与雷达信号非相参,因此在相参雷达信号处理的过程中干扰能量的分布较为分散。第8章 干扰机构成及干扰能量计算2) 转发式干扰资源的基本组成转发式干扰资源的基本组成如图8-3所示。转发式干扰资源的基本干扰信号来源于被干扰的雷达发射信号,因此自身必须具有接收机。转发式干扰发射之前一般由干扰决策和资源管理单元提供初始引导,首先需要判断当前是否存在需要干扰的威胁雷达信号,是否需要对其实施转发式干扰。如果确实存在需要实施转发式干扰的威胁雷达信号,则还要设置转发式干扰资源当前的工作频段、转发干扰的调制样式和调制参数等。转发式干扰资源具有直接转发、存储转发和组合
6、转发3种工作模式。第8章 干扰机构成及干扰能量计算直接转发干扰是将接收天线截获的带内信号经过带通滤波、低噪声放大、定向耦合器,主路输出经过移频调制、激励放大和末级功放,输出干扰信号。定向耦合器的辅路输出信号经过包络检波、放大、门限检测后送交干扰调制信号产生电路。干扰调制信号产生电路输出移频干扰的调制信号和末级功放的脉冲调制信号。因此直接转发干扰信号本质上是对接收信号的移频和放大,具有较好的相参性,也容易获得很大的瞬时带宽,且只要信号处于其瞬时带宽内,反应十分迅速,但每次只能产生一个转发信号,还必须具有良好的收发隔离度。对此将在8.4节详细讨论。第8章 干扰机构成及干扰能量计算图8-3 转发式干
7、扰资源的基本组成第8章 干扰机构成及干扰能量计算与直接转发干扰不同的是:存储转发干扰是将定向耦合器的主路输出送给了RFM,由RFM完成射频信号的保存和输出,相应的干扰调制信号产生电路需要产生对RFM的一系列控制信号。如果忽略RFM的失真,则存储转发干扰信号也是对接收信号的多次延迟、移频和放大,同样具有较好的相参性。RFM的种类很多,瞬时带宽差别很大,如果信号处于其瞬时带宽内,反应也比较迅速,且每次能产生许多个转发信号。详情将在8.5节详细讨论。组合转发干扰综合了直接转发干扰快速和存储转发干扰多次的特点,通过合路器将两种干扰信号组合在一起,并且可以分别控制两者转发干扰信号的功率,在一般情况下使直
8、接转发干扰工作在线性增益状态,以满足收发隔离的要求;使存储转发干扰工作在饱和发射状态,以获得最大的干扰输出功率。第8章 干扰机构成及干扰能量计算3) 数字合成式干扰资源的基本组成数字合成式干扰(DJS)资源是随着近年来高速数字电路和器件技术的发展而出现在雷达干扰领域的,其基本组成如图8-4所示。这种干扰资源的工作过程是:干扰判决管理单元提供需要同时干扰的基带信号种类n,每一种信号的调制样式和调制参数,或者是每一种信号的功率谱。数字干扰波形合成单元按照上述要求首先产生相应的n种基带干扰信号合成波形的连续数据流,为了获得尽可能大的瞬时干扰带宽,基带干扰信号通常采用正交零中频数字波形,直接通过双路D
9、AC转换成为正交零中频模拟信号,或者通过数字上变频(DUC)和DAC后,成为具有一定非零载频的基带干扰信号,再经过变频、滤波达到指定的微波频段。 在理想情况下,DJS输出的每一区干扰功率谱都是对该区内威胁雷达信号的最佳干扰样式。因此DJS干扰的突出优点是:便于连续、同时干扰多威胁信号,干扰功率谱的分配和使用合理,合成干扰信号的精度高。但DJS的波形数据生成需要一定的时间,因此它的反应时间比较长,此外它对后续模拟电路的线性要求较高,否则会引起较大的同时多信号交调。第8章 干扰机构成及干扰能量计算图8-4 数字合成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 分布组网式有源雷达干
10、扰系统的基本组成分布组网式有源雷达干扰系统的基本组成早期的雷达干扰系统将引导、指控和干扰设置在同一平台上,无需使用无线数据链路,适于独立作战使用。以后加装了简单的通信链路,可以实现简单的人工指挥和任务分配。随着战场电磁信号环境的日趋复杂,威胁雷达的不断增加,迫使干扰系统的规模急剧膨胀,战术技术指标要求越来越高,而各种限制条件却越来越苛刻,甚至到了无法实现的程度。分布组网式有源雷达干扰系统是由若干雷达侦察引导传感器、指控中心和雷达干扰机通过专用或通用数据链路组织在一起的,它的作战对象是战场环境中的全体敌方威胁雷达。雷达侦察引导传感器网络向各级指控中心报告当前战场的威胁雷达信息和威胁态势,指控中心
11、完成战场威胁判决、干扰决策、干扰资源管理和控制,并将决策结果分发给各干扰机和干扰资源。雷达干扰系统一般采用地域分层组网原则,就近引导、指控和干扰,再由指控中心完成与高层系统的信息交互。第8章 干扰机构成及干扰能量计算8.1.3 有源雷达干扰系统的主要性能指标有源雷达干扰系统的主要性能指标1 有效辐射功率有效辐射功率(ERP)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ERP=PJGJ(8-1)它表明了干扰机在主瓣方向上的干扰发射功率。对于采用n阵元空间发射功率合成方式的干扰机ERP=PJGJn2(8-2)式中, PJ、GJ分别为每个阵元的发射功率和增益,为合成效率。第8章
12、 干扰机构成及干扰能量计算在一般情况下,干扰机末级功放处于饱和输出状态,PJ就是其饱和输出功率PJS,与接收到的雷达信号功率Pin无关(恒功率发射)。但对于直接转发式的干扰发射机,当Pin低于饱和输入信号功率Pins(通常Pins=PJS/KP,KP为转发增益)时,其PJ是对Pin的线性放大(恒增益发射);当Pin高于Pins时,输出信号功率为饱和输出功率PJS,即(8-3)insininsinJSinPJ PPPPPPKP第8章 干扰机构成及干扰能量计算2 干扰的工作频率范围干扰的工作频率范围JF、干扰带宽、干扰带宽fj、频率引导、频率引导精度精度fJ、引导时间、引导时间tJFJF是指干扰发
13、射机能够工作的频率范围,通常应包括所有预定被干扰雷达的工作频率范围;fj是指任意瞬间干扰的功率谱宽度;fJ是指干扰发射信号与被干扰雷达中心频率的偏差;tJF是指从被干扰雷达信号到达至发出指定干扰信号之间的时间间隔。第8章 干扰机构成及干扰能量计算对于引导式干扰资源,fJ主要是测频误差f与置频误差fs的代数和:fJ=f+fs。对于频率瞄准式干扰,通常要求fJfr/2;对于频率阻塞式干扰,通常要求fJfj/2。tJF主要是测频时间tf与置频时间tfs之和:tJF=tf+tfs。对于SFJ,通常要求tJF2Rtj/c,Rtj为近距离干扰与目标相对于被干扰雷达的导前距离,以便能够瞄准干扰捷变频雷达;对
14、于其它干扰,tJF应尽可能小于被干扰雷达的变频时间,以便采用频率瞄准干扰。对于转发式干扰资源,通常fJ=0,tJF为最小转发迟延。对于波形合成式干扰资源,由于数值计算的精度很高,fJ主要来自测频误差f,但tJF是测频时间tf与波形数据产生、处理、合成输出时间之和,需要的时间较长。第8章 干扰机构成及干扰能量计算3干扰的工作空间范围干扰的工作空间范围J、干扰波束宽度、干扰波束宽度J、指向引导、指向引导精度精度J、指向引导时间、指向引导时间tJJ是指干扰发射天线能够指向的角度范围,通常应包括所有预定被干扰的雷达方向;J是指任意时刻干扰波束3 dB点之间的宽度;J是指干扰发射天线对被干扰雷达方向的指
15、向偏差;tJ是指从被干扰雷达信号到达至对其方向发出干扰信号之间的时间间隔。对于引导式干扰资源,J主要是测向误差与方向设置误差s的代数和:J=+s,通常要求JgJ,则可以保证干扰机工作时不会发生收发自激(但不能保证侦收信号信噪比不降低);如果ggJ,则会出现干扰机收发自激。第8章 干扰机构成及干扰能量计算1. 降低收发天线之间的耦合降低收发天线之间的耦合收发天线间的耦合包括直接耦合(由发射天线直接传播到接收天线)和间接耦合(发射天线经由其它路径传播到接收天线)。降低各种耦合的主要措施有:(1) 增大收发天线间的距离。(2) 减小收发天线相互指向的旁瓣电平。 (3) 极化隔离。(4) 在收发天线之
16、间增加吸收性隔离屏,使其不能直接传播;对发射天线周围的金属材料表面进行电波吸收处理,降低间接耦合。第8章 干扰机构成及干扰能量计算2. 采用收、发时分工作方式采用收、发时分工作方式由于隔离度的门限要求很高,而提高实际隔离度又受到各种因素的限制,因此在许多干扰机中普遍采用收、发时分工作方式,即对干扰机的发射时间开窗(Lookthrough),在窗口宽度tW内关闭干扰发射,保证侦察机在窗口内具有足够的侦察引导工作时间。窗口宽度之外为干扰发射时间,此时闭锁侦察接收机。窗口周期TW应视侦察接收机的工作需要设定,但总的工作比(8-19)%5%1WWTt第8章 干扰机构成及干扰能量计算3. 灵敏度灵敏度发
17、射功率控制发射功率控制该方法是根据当前接收信号功率和干扰发射功率之间的需求关系,动态地调整接收机灵敏度和干扰发射功率,使其满足式(8-18)的要求。该方法特别适合于转发式自卫干扰机,当接收雷达信号功率小时,目标距离远,需要的干扰功率也可以适当减小;接收雷达信号功率大时,目标距离近,需要的干扰功率也要增大。只要保持转发增益低于隔离度门限,就可以有效地达到收发隔离的目的。第8章 干扰机构成及干扰能量计算8.3.2 干扰效果的监视干扰效果的监视效果监视的主要任务是:(1) 监视周围威胁雷达信号环境有无变化。这些变化包括出现了新的威胁雷达信号,原有的威胁雷达信号消失了,威胁雷达信号的参数或威胁程度发生
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