CN111427015A - 基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达电子对抗技术领域，公开了一种基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，是采用四个非均匀分布的阿基米德螺旋天线，组成线性的阵列天线，线性的阵列天线采用反向结构，在飞行载体的狭小空间上产生交叉眼干扰，其步骤一：采用阿基米德螺旋天线作为交叉眼干扰机天线；步骤二：单个干扰环路采用收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构；步骤三：确定两个干扰环路的干扰基线比；步骤四：对正视方向的单脉冲雷达进行交叉眼干扰。本发明可以有效干扰单脉冲测角雷达，为飞行体、无人机等小型飞行器突防提供有效防护，为交叉眼干扰技术的实用化应用提供支撑。对采用伴随式干扰的飞行器形成有效防护，有效提高了飞行器的突防能力。

Description

基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法

技术领域

本发明属于雷达电子对抗技术领域，基于飞行体上的可用狭小空间，提出了一种基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，主要用于突防中对单脉冲雷达测向性能的干扰。

背景技术

精确制导武器已成为战场上最主要的硬杀伤武器，在空中飞行体突防和打击大型水面设施方面优势巨大，为保障飞行体的跟踪打击能力，需要对探测跟踪雷达实施有效的干扰。

目前，单脉冲测角技术具有测角精度高、抗干扰能力强等优点被广泛应用于目标跟踪等领域，先进的跟踪制导雷达普遍采用单脉冲技术。干扰单脉冲雷达一度成为电子战领域的研究热点和难点。单脉冲雷达干扰样式主要有拖曳式诱饵干扰、交叉极化干扰和交叉眼干扰等，其中，交叉眼干扰被认为是干扰单脉冲雷达最有效的干扰样式。交叉眼干扰是一种能够有效对抗单脉冲测角雷达的干扰样式，属于相干干扰体制，具有可靠性高、系统反应时间短、有效干扰时间长、寿命周期成本低等优势，近年来受到国内外学者的广泛关注。

交叉眼干扰是通过发射两路或多路幅度近似相等、相位相差180°的干扰信号，可以使单脉冲雷达指向偏离目标，甚至使单脉冲雷达跟踪失锁。交叉眼干扰最早于1958年被提出，经过半个多世纪的发展，目前主要包括两源反向交叉眼干扰和多源反向交叉眼干扰。随着数字射频存储器和具备自调相特性的反向天线阵的提出，交叉眼干扰技术在工程应用中得以实现。

目前，交叉眼干扰技术已应用于地基雷达抗反辐射飞行体打击、飞机目标抗单脉冲雷达探测等领域，对地面雷达和飞机起到了有效的防护。这是因为地基雷达和飞机作为载体时可以提供大于10m的安装基线长度，可以满足有效实施两源交叉眼干扰的空间要求。但是，受限于传统两源交叉眼干扰技术苛刻的参数容限，使得飞行体如：无人机、小型飞机、导弹等狭小空间载体无法实现有限的交叉眼干扰，限制了交叉眼干扰技术的应用。如当飞行器正对单脉冲探测雷达进行突防时，可用于布置交叉眼干扰设备的截面直径一般不超过1m，这远远达不到传统两源交叉眼干扰设备的使用要求。针对小型飞行体突防应用的迫切需求，亟需开展具有多源、短基线、非均匀线性阵列分布等特性的交叉眼干扰技术研究。采用阵列天线结构增加天线对的数量，提高交叉眼干扰的自由度，可以获得比传统两源交叉眼干扰更大的增益，降低对参数容限的需求。非均匀线性阵列分布可以在源数量一定的情况下，获得比均匀分布更大的交叉眼增益，增强干扰效果。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于飞行载体针对单脉冲测角雷达的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，是基于飞行载体针对单脉冲测角雷达的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，采用四个非均匀分布的阿基米德螺旋天线，组成线性的阵列天线，线性的阵列天线采用反向结构，在飞行载体的狭小空间上产生交叉眼干扰，其步骤如下：

步骤一：采用阿基米德螺旋天线作为交叉眼干扰机天线；

在飞行器平台的狭小空间实施交叉眼干扰，面临的主要问题是交叉眼干扰机天线的布置问题，要保证天线间的隔离度要求以减小互扰，还要有较大的干扰环路基线比，用于获得大的交叉眼干扰增益；交叉眼干扰机天线采用阿基米德螺旋天线在100MHz～50GHz频段范围内其具有宽频带、圆极化、尺寸小及嵌装方便，在频带上具有稳定的方向图、轴比和输入阻抗；

步骤二：单个干扰环路采用收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构；

反向交叉眼干扰机是指采用反向天线结构的交叉眼干扰机，反向天线阵由一些成对的天线组成，信号在两个方向传输；反向天线具有自调相特性，具有两路干扰信号幅度近似相等、相位反相，即可干扰单脉冲雷达；

反向天线具有自补偿干扰环路中超出系统参数容限的相位差，采用反向天线阵是交叉眼干扰机的必要条件；

四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机具有两个干扰环路，单个干扰环路采用的是收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构；两路干扰信号通过相同的收发天线、循环器、馈线，元器件和馈线引入的功率衰减和相位延迟，并不影响两路干扰信号之间的参数匹配，因此馈线长度任意选取；

步骤三：确定两个干扰环路的干扰基线比；

干扰环路基线比是指干扰环路2基线与干扰环路1基线的长度之比，则该比值不大于1；干扰环路基线比反映了线性阵列中阵元的非线性分布情况，四源反向交叉眼增益为：

其中，F₂为干扰环路基线比；从交叉眼增益的表达式中影响增益大小的因素为干扰环路基线比；干扰环路2的基线长度在总基线长度之内任意取值；对于两源反向交叉眼干扰机，在其他参数不变的前提下，干扰机天线阵列基线越长，交叉眼干扰造成单脉冲雷达的测角误差越大，干扰机系统的天线布置在机翼或船舷两侧以使天线阵列基线长度最大化；根据交叉眼增益公式可知，在确定的信号幅度相位关系条件下，干扰环路基线比越大，交叉眼增益越大，两者呈线性关系，此时干扰机的参数容限越宽松；

对于阿基米德螺旋天线，天线孔径与工作频段的关系取为d_p＝2.5λ，当满足kd＞＞1时，得到具有足够隔离度的两天线间隔要求：

由于阿基米德螺旋天线为圆形状的面天线，上式的要求理解为相邻的两个天线边缘的距离大于10倍的λ/(2π)，则相邻天线中心点的最小设置距离为：

为了减小天线间的互扰，取d_min＝3λ；根据得到的天线最小设置距离，得到三个重要结论：

一是采用阿基米德螺旋天线的飞行载体四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，相邻天线的最小设置距离为3倍波长；

二是采用阿基米德螺旋天线的飞行载体四源线阵反向交叉眼干扰机的最小应用平台直径为9λ；

三是该干扰机采用的最大干扰基线比为：

其中，d_2max为干扰环路2使用的最长基线值，d_c为干扰机天线阵列的基线长度，即干扰环路1的基线值；

步骤四：对正视方向的单脉冲雷达进行交叉眼干扰；

在飞行器突防阶段，当受到正视方向的单脉冲探测跟踪雷达照射时，交叉眼干扰机将对其进行干扰；

四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，需有两路干扰信号幅度近似相等、相位反相即可有效干扰单脉冲雷达；将两个干扰环路中两路干扰信号的幅度比控制在(0.8,1.2)范围内，相位差控制在(170°,190°)范围内，将使得相位和差单脉冲雷达测角产生误差，甚至对目标失锁，无法给出准确的飞行器角度信息，无法对来袭飞行器进行有效防御。

由于采用如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明提出了一种对单脉冲测角雷达的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，通过采用四个非均匀分布的阿基米德螺旋天线组成的线性阵列天线，天线采用反向结构，在狭小空间中实现了有效的交叉眼干扰。本发明可以有效干扰单脉冲测角雷达，为飞行体、无人机等小型飞行器突防提供有效防护，为交叉眼干扰技术的实用化应用提供支撑。

从仿真结果可以得出结论，飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机可对单脉冲测角雷达形成有效的干扰，对采用伴随式干扰的飞行器形成有效防护，有效提高了飞行器的突防能力，具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是飞行器结构示意图。

图2是安装于飞行器正视横截面上的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机示意图。

图3是两源反向交叉眼干扰机收发单天线结构示意图。

图4给出了本发明的适用场景，即飞行器交叉眼干扰机对单脉冲雷达进行干扰的场景示意图。

图5是在干扰环路1参数为典型值情况下，四源反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2幅度比的关系图。

图6是在干扰环路1参数为典型值情况下，四源反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2相位差的关系图。

图7是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，弹载四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2幅度比的关系图。

图8是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，弹载四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2相位差的关系图。

图9是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，弹载四源非均匀线阵反向交叉眼干扰带来的单脉冲雷达测角误差、诱偏距离与干扰环路2幅度比的关系图。

图10是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，弹载四源非均匀线阵反向交叉眼干扰带来的单脉冲雷达测角误差、诱偏距离与干扰环路2相位差的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图10所示，一种基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，是对单脉冲测角雷达的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，采用四个非均匀分布的阿基米德螺旋天线，组成线性的阵列天线，线性的阵列天线采用反向结构，在飞行器狭小空间上产生交叉眼干扰，其步骤如下：

步骤一：采用阿基米德螺旋天线作为交叉眼干扰机天线。

在飞行器突防平台的狭小空间实现交叉眼干扰，面临的主要问题是交叉眼干扰机天线的布置问题，要保证天线间的隔离度要求，减小互扰，还要保证尽量大的干扰环路基线比，获得大的交叉眼干扰增益。阿基米德螺旋天线在100MHz～50GHz频段范围内其具有宽频带、圆极化、尺寸小、可以嵌装等优点，在很宽的频带上具有稳定的方向图、轴比和输入阻抗，所以，本发明采用阿基米德螺旋天线作为飞行载体交叉眼干扰机天线。

步骤二：单个干扰环路采用收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构。

反向交叉眼干扰机是指采用反向天线结构的交叉眼干扰机，反向天线阵由一些成对的天线组成，信号可以在两个方向传输。反向天线具有自调相特性，不用考虑干扰信号传播环路中的相位差，也不需要事先获取雷达位置，仅需保证两路干扰信号幅度近似相等、相位反相即可有效干扰单脉冲雷达。由于交叉眼干扰机对系统参数的幅度比、相位差容限要求十分苛刻，而反向天线可完美自补偿干扰环路中超出系统参数容限的相位差。所以，采用反向天线阵是交叉眼干扰机走向实用化的必要条件。

四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机具有两个干扰环路，单个干扰环路采用的是收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构。两路干扰信号通过相同的收发天线、循环器、馈线，元器件和馈线引入的功率衰减和相位延迟并不会影响两路干扰信号之间的参数匹配，因此馈线长度可以任意选取。该型结构的干扰机对循环器的收发隔离度要求较高，但还是由于其优越的一致性特征，更适合于实际应用。

步骤三：确定两个干扰环路的干扰基线比。

干扰环路基线比是指干扰环路2基线与干扰环路1基线的长度之比，则该比值不大于1。干扰环路基线比反映了线性阵列中阵元的非线性分布情况，将会影响交叉眼干扰机的干扰性能。四源反向交叉眼增益为：

其中，F₂为干扰环路基线比。从交叉眼增益的表达式可以看出，影响增益大小的主要因素为干扰环路基线比。干扰环路2的基线长度可以在总基线长度之内任意取值。对于两源反向交叉眼干扰机，在其他参数不变的前提下，干扰机天线阵列基线越长，交叉眼干扰造成单脉冲雷达的测角误差越大，这也是干扰机系统通常将天线布置在机翼或船舷两侧以使天线阵列基线长度最大化的原因。根据交叉眼增益公式可知，在确定的信号幅度相位关系条件下，干扰环路基线比越大，交叉眼增益越大，两者呈线性关系，此时干扰机的参数容限越宽松。

对于阿基米德螺旋天线，天线孔径与工作频段的关系取为d_p＝2.5λ，当满足kd＞＞1时，得到具有足够隔离度的两天线间隔要求：

由于阿基米德螺旋天线为圆形状的面天线，一般情况下，上式的要求可理解为相邻的两个天线边缘的距离大于10倍的λ/(2π)，则相邻天线中心点的最小设置距离为：

为了便于理论分析和实际应用，并充分减小天线间的互扰，取d_min＝3λ。根据得到的天线最小设置距离，可以得到三个重要结论，一是采用阿基米德螺旋天线的弹载四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，相邻天线的最小设置距离为3倍波长；二是采用阿基米德螺旋天线的弹载四源线阵反向交叉眼干扰机的最小应用平台直径为9λ；三是该干扰机可采用的最大干扰基线比为：

其中，d_2max为干扰环路2可使用的最长基线值，d_c为干扰机天线阵列的基线长度，即干扰环路1的基线值。

步骤四：对正视方向的单脉冲雷达进行交叉眼干扰。

在飞行体突防阶段，当受到正视方向的单脉冲探测跟踪雷达照射时，交叉眼干扰机将对其进行干扰。

本发明设计的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机不用考虑干扰信号传播环路中的相位差，也不需要事先获取雷达位置，仅需保证两路干扰信号幅度近似相等、相位反相即可有效干扰单脉冲雷达。将两个干扰环路中两路干扰信号的幅度比控制在(0.8,1.2)范围内，相位差控制在(170°,190°)范围内，将使得相位和差单脉冲雷达测角产生误差，甚至对目标失锁，无法给出准确的飞行体角度信息，无法对飞行体进行有效防御。

本飞行体携带的电子干扰设备具备交叉眼干扰能力，将对方探测雷达形成有效的干扰，使其无法准确探测本飞行位置，甚至无法锁定本飞行目标。

如图1所示，飞行体结构示意图。飞行体的长度一般在4m左右，翼宽度为1～2m，直径一般在1m以内。交叉眼干扰机可以设置在两个部位，一是飞行体的正向圆截面，一般在飞行体的头部天线罩内，用于对正视方向的雷达进行干扰；另一个是飞行体的侧面，用于干扰侧视方向的探测雷达及侧面来袭的拦截器。本发明针对第一种情况，对正视方向的单脉冲探测雷达进行交叉眼干扰。

图2四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机示意图。该干扰机包括两个干扰环路，共四个源，两个干扰环路的馈线长度一样。采用阿基米德螺旋天线作为单收、单发天线，四个干扰机天线分布在飞行体横截面的直径上，以获得干扰环路1的最大基线长度。

图3是两源反向交叉眼干扰机收发单天线结构示意图。四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机的单个环路采用的是收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构。两路干扰信号通过相同的收发天线、循环器、馈线，元器件和馈线引入的功率衰减和相位延迟并不会影响两路干扰信号之间的参数匹配，因此馈线长度可以任意选取。该型结构的干扰机对循环器的收发隔离度要求较高，但还是由于其优越的一致性特征，更适合于实际应用。

图4给出了四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机干扰比相单脉冲雷达的场景。干扰机由4个阵元构成，天线阵元1与4构成一组收发天线对，称为干扰环路1，天线阵元2与3构成干扰环路2。干扰环路1的信号流程为：天线阵元1接收的雷达信号，经过信号调制，由天线阵元4发出；天线阵元4接收的雷达信号，调制后由天线阵元1发出，干扰环路2的信号流程与此相同。r为雷达天线中心到干扰机中心的距离，即干扰距离；d_p为比相单脉冲雷达天线孔径；θ_r为雷达视轴相对于干扰机中心的转角，即雷达转角；θ_c为干扰机相对于雷达中心的转角，即干扰机转角；θ_e为干扰机天线阵列相对于雷达视线的半张角；θ₂为干扰环路2相对于雷达视线的半张角；d_c为干扰机天线阵列基线长度；d₂为干扰环路2阵元间隔。为保证天线阵列的反向结构，每个环路的馈线长度相等，现有文献基本都基于阵元等间隔分布进行研究，但是实际使用中很难保证阵元间隔相等，非均匀分布的线阵更具有实际应用价值。单脉冲雷达采用和差测角体制，和通道用于发射信号和接收信号，并对差通道回波进行归一化，而差通道用于接收回波，并产生误差信号。

天线阵列相对于雷达视线的半张角θ_e由几何关系给出：

考虑到交叉眼干扰机处于单脉冲雷达天线的辐射远场，即r＞＞d_c，对于交叉眼干扰机一般满足r≥1km,d_c≤5m，所以上式中的近似是合理的。干扰环路1、2相对于雷达视线的半张角θ₁、θ₂为：

定义因子F₂＝d₂/d_c，为干扰环路基线比，其物理含义为干扰环路2基线与天线阵列总基线长度之比，且F₂≤1。干扰环路基线比反映了线性阵列中阵元的非线性分布情况，将会影响交叉眼干扰机的干扰性能。

根据图4所示的干扰场景，雷达视轴到干扰环路1两个阵元1、4的夹角分别为θ_r±θ₁，则比相单脉冲雷达和通道与差通道在θ_r±θ₁方向上的归一化增益分别为：

其中P_r为雷达天线波束，P_r(θ_r±θ₁)为雷达波束在θ_r±θ₁方向上的增益，β为自由空间相位常数，β＝2π/λ，λ为波长。

根据三角加法公式，得到：

其中k_s1与k_c1分别为：

则归一化的和通道与差通道增益可分别简化为：

假设干扰环路1中两个方向信号的幅度比为a₁，相位差为φ₁，则单脉冲雷达和通道和差通道回波分别为：

其中P_c为干扰机天线波束，在θ_c±θ₁方向上的波束增益为P_c(θ_c±θ₁)。

定义

将式(14)带入式(15)得到：

其中P₁＝P_r(θ_r-θ₁)P_c(θ_c-θ₁)P_r(θ_r+θ₁)P_c(θ_c+θ₁)。

当两个干扰回路同时工作时，总和通道回波为：

总差通道回波为：

单脉冲处理器利用和通道回波对差通道回波进行归一化，推导得到的单脉冲比为：

其中

为取虚部运算，为取实部运算。

单脉冲指示角θ_i可由如下关系式得到：

当单脉冲雷达跟踪目标时θ_i＝θ_r；当存在交叉眼干扰时θ_i≠θ_r。

交叉眼增益是衡量测角误差的重要指标，根据文献中的三角近似，可对式(19)进行化简：

cos(2k_c1)＝cos[βd_pcos(θ_r)sin(θ_e)]≈1 (21)

当θ_e＜＜βd_p时，上述近似成立。同时，由于θ_n≤θ_e、r＞＞d_c，还可进行如下近似：

将式(21)、(22)带入式(19)，单脉冲比可化简为：

其中：

定义四源反向交叉眼增益为：

因为四个阵元对应两个干扰环路，所以增益为G_c2。则单脉冲比可表示为：

单脉冲比公式的第一项代表信标，指示目标的真实角度，第二项为交叉眼干扰引入的单脉冲测角误差。由式(26)可以看出，测角误差大小与交叉眼增益G_c2以及干扰天线半张角θ_e有关。θ_e是由干扰机天线基线长度决定的，根据使用要求确定基线长度后，θ_e为固定值。因此，测角误差大小取决于交叉眼增益。当阵元数目为2时，与两源反向交叉眼干扰的交叉眼增益相同，得到著名的传统交叉眼干扰使用条件：两路干扰信号幅度近似相等、相位反相。

图5是在干扰环路1参数为典型值情况下，四源反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2幅度比的关系图、图6是在干扰环路1参数为典型值情况下，四源反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2相位差的关系图。图5和图6给出了均匀分布的四源线阵反向交叉眼干扰机增益随两个干扰环路的两组幅度比相位差(a₁,φ₁)、(a₂,φ₂)的变化规律，并与同等条件下的传统两源交叉眼干扰机增益进行了对比。图图5是局部放大图，因为(1,185°)曲线对应的交叉眼增益最大值太大，使得其他曲线太小而无法观察。为了方便计算和表示，图中信号幅度比和交叉眼增益都是采用倍数值，并没有使用dB形式。从图中可以得到两个重要结论，一是四源交叉眼干扰机的交叉眼增益明显大于传统两源交叉眼干扰机，说明四源交叉眼干扰机的干扰强度大于两源交叉眼干扰机；二是四源交叉眼干扰机的参数容限优于传统两源交叉眼干扰机，可以在更宽的范围内设置干扰参数，对干扰天线信号的幅度相位关系要求不再像之前那样苛刻。以上两个特点使得四源交叉眼干扰机比传统两源交叉眼干扰机更适合实际应用，对单脉冲雷达的干扰效果更好。

图5、图6中采用的是均匀分布的四源线阵反向交叉眼干扰机，仿真结果表明其干扰效果优于传统两源交叉眼干扰，并且参数配置更加灵活方便，说明四源交叉眼干扰机具有重要的实际应用价值。但是，均匀分布的条件对载体平台尤其是飞行体而言比较苛刻，难以在实际设计中严格保证。同时，均匀分布的线性天线结构并不是多源线性交叉眼干扰机的最佳天线结构。所以，需要深入分析四源线性交叉眼干扰机的天线分布结构对干扰机干扰特性的影响，即干扰环路基线比对交叉眼干扰特性的影响。

图7是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2幅度比的关系图、图8是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机交叉眼增益与干扰环路2相位差的关系图。从交叉眼增益的表达式可以看出，影响增益大小的主要因素为干扰环路基线比。干扰环路2的基线长度可以在总基线长度之内任意取值。对于两源反向交叉眼干扰机，在其他参数不变的前提下，干扰机天线阵列基线越长，交叉眼干扰造成单脉冲雷达的测角误差越大，这也是干扰机系统通常将天线布置在机翼或船舷两侧以使天线阵列基线长度最大化的原因。根据交叉眼增益公式可知，在确定的信号幅度相位关系条件下，干扰环路基线比越大，交叉眼增益越大，两者呈线性关系，此时干扰机的参数容限越宽松。

在飞行器平台的狭小空间实现交叉眼干扰，面临的主要问题是交叉眼天线的布置问题，要保证天线间的隔离度要求，减小互扰，还要保证尽量大的干扰环路基线比，获得大的交叉眼干扰增益。假设两个天线间的距离为d，当满足kd＞＞1时，可认为两个天线具有足够的隔离度，其中k＝2π/λ为波数。采用阿基米德螺旋天线为例进行分析，在100MHz～50GHz频段范围内其具有宽频带、圆极化、尺寸小、可以嵌装等优点，在很宽的频带上具有稳定的方向图、轴比和输入阻抗。

天线孔径与工作频段的关系取为d_p＝2.5λ，当满足kd＞＞1时，得到具有足够隔离度的两天线间隔要求：

由于阿基米德螺旋天线为圆形状的面天线，一般情况下，式(27)的要求可理解为相邻的两个天线边缘的距离大于10倍的λ/(2π)，则相邻天线中心点的最小设置距离为：

为了便于理论分析和实际应用，并充分减小天线间的互扰，取d_min＝3λ。根据得到的天线最小设置距离，可以得到三个重要结论，一是采用阿基米德螺旋天线的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，相邻天线的最小设置距离为3倍波长；二是采用阿基米德螺旋天线的四源线阵反向交叉眼干扰机的最小应用平台直径为9λ；三是该干扰机可采用的最大干扰基线比为：

其中，d_2max为干扰环路2可使用的最长基线值，d_c为干扰机天线阵列的基线长度，即干扰环路1的基线值。

取飞行器的长度在4m左右，翼宽度为1～2m，直径在1m以内。仿真中设置干扰机天线阵列的基线长度d_c为0.8m，对工作于X波段10GHz频点的雷达进行干扰，则干扰机的工作波长为λ＝0.03m。交叉眼干扰机与单脉冲雷达的距离为1km，干扰机与雷达正对θ_r＝θ_c＝0°。在此条件下，可计算得到干扰机的最大干扰基线比F_2max＝(d_c-6λ)/d_c＝0.775。

图7和图8给出了当干扰基线比为0.775时，在15种典型干扰环路1参数(a₁,φ₁)下，交叉眼增益与干扰环路2参数(a₂,φ₂)的关系曲线。从图中可以看出，在等幅、反向的理想参数条件附近，交叉眼增益较大，交叉眼干扰效果明显。在幅度比(0.8,1.2)、相位差(170°,190°)的宽泛参数范围内，交叉眼增益基本都在10倍以上，说明四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机的参数容限比较宽松，便于工程实际应用。通过与图5、图6均匀分布的交叉眼干扰机交叉眼增益性能曲线对比，可以看出当基线比为0.775时，在相同的幅度比、相位差条件下，交叉眼增益的值变大，交叉眼干扰效果增强。

图9是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，四源非均匀线阵反向交叉眼干扰带来的单脉冲雷达测角误差、诱偏距离与干扰环路2幅度比的关系图、图10是干扰基线比为0.775时，干扰环路1参数为典型值情况下，四源非均匀线阵反向交叉眼干扰带来的单脉冲雷达测角误差、诱偏距离与干扰环路2相位差的关系图。图9和图10给出了本发明的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机所带来的单脉冲雷达测角误差和诱偏距离。从图中可以看出，在幅度比(0.8,1.2)、相位差(170°,190°)的较大参数容限范围内，交叉眼干扰可导致单脉冲雷达的测角误差达到0.5°以上，诱偏距离达到8.7m以上，这对于直径一般在1m以内的飞行体而言，交叉眼干扰带来的防护效果是非常显著的。

Claims (1)

1.一种基于飞行载体的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，其特征是：基于飞行载体针对单脉冲测角雷达的四源非均匀线阵反向交叉眼干扰方法，采用四个非均匀分布的阿基米德螺旋天线，组成线性的阵列天线，线性的阵列天线采用反向结构，在飞行载体的狭小空间上产生交叉眼干扰，其步骤如下：

步骤一：采用阿基米德螺旋天线作为交叉眼干扰机天线；

在飞行器平台的狭小空间实施交叉眼干扰，面临的主要问题是交叉眼干扰机天线的布置问题，要保证天线间的隔离度要求以减小互扰，还要有较大的干扰环路基线比，用于获得大的交叉眼干扰增益；交叉眼干扰机天线采用阿基米德螺旋天线在100MHz～50GHz频段范围内其具有宽频带、圆极化、尺寸小及嵌装方便，在频带上具有稳定的方向图、轴比和输入阻抗；

步骤二：单个干扰环路采用收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构；

反向交叉眼干扰机是指采用反向天线结构的交叉眼干扰机，反向天线阵由一些成对的天线组成，信号在两个方向传输；反向天线具有自调相特性，具有两路干扰信号幅度近似相等、相位反相，即可干扰单脉冲雷达；

反向天线具有自补偿干扰环路中超出系统参数容限的相位差，采用反向天线阵是交叉眼干扰机的必要条件；

四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机具有两个干扰环路，单个干扰环路采用的是收发单天线的两源反向交叉眼干扰机结构；两路干扰信号通过相同的收发天线、循环器、馈线，元器件和馈线引入的功率衰减和相位延迟，并不影响两路干扰信号之间的参数匹配，因此馈线长度任意选取；

步骤三：确定两个干扰环路的干扰基线比；

干扰环路基线比是指干扰环路2基线与干扰环路1基线的长度之比，则该比值不大于1；干扰环路基线比反映了线性阵列中阵元的非线性分布情况，四源反向交叉眼增益为：

其中，F₂为干扰环路基线比；从交叉眼增益的表达式中影响增益大小的因素为干扰环路基线比；干扰环路2的基线长度在总基线长度之内任意取值；对于两源反向交叉眼干扰机，在其他参数不变的前提下，干扰机天线阵列基线越长，交叉眼干扰造成单脉冲雷达的测角误差越大，干扰机系统的天线布置在机翼或船舷两侧以使天线阵列基线长度最大化；根据交叉眼增益公式可知，在确定的信号幅度相位关系条件下，干扰环路基线比越大，交叉眼增益越大，两者呈线性关系，此时干扰机的参数容限越宽松；

对于阿基米德螺旋天线，天线孔径与工作频段的关系取为d_p＝2.5λ，当满足kd＞＞1时，得到具有足够隔离度的两天线间隔要求：

由于阿基米德螺旋天线为圆形状的面天线，上式的要求理解为相邻的两个天线边缘的距离大于10倍的λ/(2π)，则相邻天线中心点的最小设置距离为：

为了减小天线间的互扰，取d_min＝3λ；根据得到的天线最小设置距离，得到三个重要结论：

一是采用阿基米德螺旋天线的飞行载体四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，相邻天线的最小设置距离为3倍波长；

二是采用阿基米德螺旋天线的飞行载体四源线阵反向交叉眼干扰机的最小应用平台直径为9λ；

三是该干扰机采用的最大干扰基线比为：

其中，d_2max为干扰环路2使用的最长基线值，d_c为干扰机天线阵列的基线长度，即干扰环路1的基线值；

步骤四：对正视方向的单脉冲雷达进行交叉眼干扰；

在飞行器突防阶段，当受到正视方向的单脉冲探测跟踪雷达照射时，交叉眼干扰机将对其进行干扰；

四源非均匀线阵反向交叉眼干扰机，需有两路干扰信号幅度近似相等、相位反相即可有效干扰单脉冲雷达；将两个干扰环路中两路干扰信号的幅度比控制在(0.8,1.2)范围内，相位差控制在(170°,190°)范围内，将使得相位和差单脉冲雷达测角产生误差，甚至对目标失锁，无法给出准确的飞行器角度信息，无法对来袭飞行器进行有效防御。

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