CN113567938A - 一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统和产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其包括第一天线、第二天线、第一环形器、第二环形器、接收极化测量模块、发射极化测量模块、处理器、电子干扰信号源和相位调节器；在雷达电子对抗环境下，能够测量雷达信号的极化参数，根据雷达的极化参数来精确控制两路干扰信号之间的幅度比和相位差；同时公开一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰产生方法。本发明能够保证两个干扰信号具有180度完全反相的特征，达到最佳的、最稳定的干扰效果。

Description

一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统和产生方法

技术领域

本发明涉及雷达干扰技术领域，尤其是涉及一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统和产生方法。

背景技术

目前，飞机或舰船等在突防过程中面临的威胁主要有：携带空空导弹的战机的拦截，反舰导弹、低空近程导弹和弹炮结合系统等。而机载火控雷达、空空导弹雷达导引头和舰载防空雷达基本采用单脉冲制导雷达，因此目标突防过程中必然会面临单脉冲雷达的威胁。单脉冲体制雷达具有良好的跟踪单点源和抗角度欺骗干扰的能力，一般的压制干扰对它干扰效果不佳，对其实施角度欺骗干扰，破坏角跟踪功能效果比较好。交叉眼干扰是随着电子技术发展出现的一种新型干扰，其采用两个或多个在空间上相隔一定距离的干扰源，发射和模拟雷达回波信号，并使其在功率/相位等参数上满足一定条件，在单脉冲雷达天线口径处形成局部特殊辐射场。该辐射场的波前在雷达所在位置发生扭曲产生假象，形成空间假目标，对单脉冲雷达进行角度欺骗，掩护目标突防。

电子战交叉眼干扰是一种主要用于掩护目标或平台(如飞机、舰船)，使得对方火控雷达无法发现已方所在的技术。在电子战交叉眼干扰系统中，目标接收到火控雷达发射的威胁信号，经过干扰系统的处理后形成一对反向振幅信号，其相位具有相差180°的关系，接着发射干扰信号给雷达。当这对反向振幅信号到达火控雷达天线时，相差180°的条件导致火控雷达天线口径面的波前相位畸变，导致火控雷达重新调整天线指向，而该指向远远偏离目标的所在方向。图1给出了这种模式的交叉眼干扰系统的结构框图。

在图1中，交叉眼干扰系统被安装在飞机上；交叉眼干扰系统的两个天线，即第一天线1、第二天线2，分别位于飞机的左、右翼上，距离为d，其中，d远大于火控雷达发射信号的波长λ，即d＞＞λ；除了上述两个天线外，交叉眼干扰系统还包括第一放大器5、第二放大器6、移相器7、第一环形器3和第二环形器4。交叉眼干扰系统工作时，第一天线1、第二天线2均会收到火控雷达的威胁信号，第一天线1将收到的信号经过第一环形器3，通过第一放大器5放大；而第二天线2收到的信号经过第二环形器4，提供给第二放大器6；经过上述两个放大器后生成反向振幅输出信号，第二放大器6的输出信号经过第一环形器3提供给第一天线1，然后发射出去；而第一放大器5输出信号经过移相器7，相位频移180°后，经过第二环形器4，到达第二天线2并发射出去；第一天线1、第二天线2合成的信号具有反向振幅，相位相差180°的特点。干扰信号朝着火控雷达方向发射，当干扰信号到达雷达天线时，波前相位畸变(由干扰信号相位差180°导致的)导致火控雷达跟踪错误的角度信号，而不是目标真实角度，从而达到欺骗干扰的效果。最后的结果，火控雷达跟踪干扰信号导致大的轨迹误差，朝着目标发射的导弹被干扰信号误导。

理论上看，交叉眼干扰系统是在雷达制导武器系统下为目标平台提供自卫防护的电子对抗技术；然而在实际中，交叉眼干扰系统的有效性严格依赖于干扰信号的幅度比率和干扰信号相位差的精确控制，尤其是在攻防对抗环境下，目标自身的运动、来袭导弹上雷达导引头天线指向都会对干扰控制和干扰带来较大影响。如果雷达导引头具备变极化发射能力，那么图1中的交叉眼干扰系统就不能有效截获雷达信号并生成等幅反相的干扰，无法达到预期的干扰效果，甚至可能成为信标，从而导致被制导火控雷达跟踪。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统和产生方法，其在雷达电子对抗环境下，能够测量雷达信号的极化参数，根据雷达的极化参数来精确控制两路干扰信号之间的幅度比和相位差。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其包括第一天线、第二天线、第一环形器、第二环形器、接收极化测量模块、发射极化测量模块、处理器、电子干扰信号源和相位调节器；所述第一天线、第二天线分别位于飞机的左、右翼上，且二者之间距离为d，其中，d远大于火控雷达发射信号的波长λ，即d＞＞λ；所述接收极化测量模块、发射极化测量模块结构相同，均具有两个输入/输出端口、一个差分端口、一个求和端口、第一相位参数端口和第二相位参数端口；第一天线、第二天线分别与第一环形器、第二环形器双向连接，第一环形器、第二环形器与接收极化测量模块的两个输入端连接，接收极化测量模块的差分端口、求和端口与处理器的输入端连接，处理器的多个输出端分别与接收极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、发射极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、相位调节器的输入端连接；电子干扰信号源与发射极化测量模块的输入端连接，发射极化测量模块的差分端口、求和端口分别与第一环形器、第二环形器连接，且发射极化测量模块的差分端口与第一环形器之间的通信路径、和/或求和端口与第二环形器之间的通信路径设置上述的相位调节器。

进一步地，上述的接收极化测量模块为数字模块、或模拟模块。

进一步地，上述的发射极化测量模块为模拟模块。

一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰产生方法，其基于上述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统来实现，包括以下步骤：

S1、估计测量阶段：通过第一天线、第二天线接收到火控雷达的雷达跟踪信号或威胁信号，所接收的威胁信号，即信号A和信号B，分别通过第一环形器、第二环形器送入接收极化测量模块；接收极化测量模块对接收到的威胁信号的相位和幅度进行测量对比，并给出幅度比参数γ_r和相位参数φ_r，然后发送至处理器，处理器改变相位参数γ_r和φ_r的同时，实时检测接收极化测量模块差分端口信号预定值；当处理器检测到输出信号差分值是零时，处理器停止校正信号参数γ_r和φ_r，此时，使得差分值取零的信号参数γ_r和φ_r值表示为γ_R和φ_R，代表估量收到的威胁信号；处理器将γ_R和φ_R的值存储在寄存器里，γ_R和φ_R的值也是接收极化测量模块的设置值；

S2、匹配综合阶段：接收到的威胁信号完成估计测量后，进入匹配综合阶段；电子干扰信号源在发射极化测量模块的输入端口产生一个电子干扰信号；电子干扰信号源将复制的雷达信号送入发射极化测量模块的输入端口后，发射极化测量模块根据步骤S1中的处理器得到的校正信号参数γ_r和φ_r，来修改电子干扰信号的幅度和相位信息，当发射极化测量模块的输入信号幅度和相位与发射极化测量模块输入端设置的γ和φ值匹配时，发射极化测量模块的差分端口和求和端口生成一对反向幅度，相位关系相差180°的干扰信号，分别为信号C和信号D；信号D和信号C分别通过第一环形器3、第二环形器4反馈到接收极化测量模块；

当电磁波前到达第一天线、第二天线时有相位延时，这导致相位频移α；信号A和信号B的相对相位由接收极化测量模块测量，α值由接收极化测量模块测量的相位偏差φ设定，α＝(3π/2)-φ_R，α值是接收极化测量模块设备固有的值；

当发射极化测量模块的移相器的初相位ψ＝φ_R时，发射极化测量模块输出的两路信号和接收极化测量模块输出的两路信号相匹配；发射极化测量模块的移相器的值γ_t和φ_t，经过处理器进一步调整更深的零值；当接收极化测量模块的求和端口信号是零值时，信号C和信号D的相位相差180°；而当接收极化测量模块的求和端口信号的零值不满足交叉眼干扰条件时，为了使得信号C和信号D的相位关系满足180°，达到干扰效果，发射极化测量模块的移相器的初相位设置为ψ＝2φ_R；

S3、干扰阶段：电子干扰信号源(ECM信号源)输出一个信号给发射极化测量模块的输入端口，发射极化测量模块根据设置的φ_R和(π-γ_R)的值调整信号，生成干扰信号，分别为信号C和信号D；信号C和信号D分别通过第二环形器4和第一环形器3发射出去，干扰信号C、和/或干扰信号D在发射前，进一步通过相位调节器完成相位频移。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统和产生方法，其能够保证干扰信号不仅是极化方式与要干扰的雷达是完全匹配的，无功率损失，而且雷达的发射极化如何变化，干扰始终能够自适应的跟随极化的变化，产生一个极化匹配的干扰效果；能够保证两个干扰信号具有180度完全反相的特征，达到最佳的、最稳定的干扰效果。

附图说明

图1是现有技术中的交叉眼干扰系统的结构方框图；

图2是本发明基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统的结构方框图；

图3是本发明基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统的工作流程图；

图4是图3中的估计测量阶段的工作流程图；

图5是图3中的匹配综合阶段的工作流程图；

图6是图3中的干扰阶段的工作流程图；

图中：1－第一天线；2－第二天线；3－第一环形器；4－第二环形器；5－第一放大器；6－第二放大器；7－移相器；8－相位调节器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图2所示，该基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其包括第一天线1、第二天线2、第一环形器3、第二环形器4、接收极化测量模块、发射极化测量模块、处理器、电子干扰信号源(ECM信号源)和相位调节器8；所述第一天线1、第二天线2用于接收火控雷达的雷达跟踪信号或威胁信号，分别位于飞机的左、右翼上，且二者之间距离为d，其中，d远大于火控雷达发射信号的波长λ，即d＞＞λ；所述接收极化测量模块、发射极化测量模块结构相同，均具有两个输入/输出端口(I/O)、一个差分端口(Δ)、一个求和端口(∑)、第一相位参数端口(γ)和第二相位参数端口(φ)，第一相位参数端口(γ)和第二相位参数端口(φ)用于调整相位调节器的取值；两个输入/输出端口(I/O)用于输入信号；求和端口(∑)用于输出信号，表示对输入信号求和；差分端口(Δ)用于输出信号，表示输入信号的差分；第一天线1、第二天线2分别与第一环形器3、第二环形器4双向连接，第一环形器3、第二环形器4与接收极化测量模块的两个输入端连接，接收极化测量模块的差分端口、求和端口与处理器的输入端连接，处理器的多个输出端分别与接收极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、发射极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、相位调节器的输入端连接；电子干扰信号源与发射极化测量模块的输入端连接，发射极化测量模块的差分端口、求和端口分别与第一环形器3、第二环形器4连接，且发射极化测量模块的差分端口与第一环形器3之间的通信路径、和/或求和端口与第二环形器4之间的通信路径设置上述的相位调节器8。

上述的接收极化测量模块为数字模块、或模拟模块。

上述的发射极化测量模块为模拟模块。

上述的接收极化测量模块、发射极化测量模块采用的均为本申请人的授权专利CN104267383A(申请号：201410526151.0、发明名称：一种针对雷达电磁信号的极化参数自适应测量装置)中的极化参数自适应测量模块，其结构及工作方法已在该专利文件中详细公开说明，故不再赘述。

如图3所示，上述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其工作流程具有三个依次的运行阶段：估计测量阶段、匹配综合阶段和干扰阶段，估计测量阶段和匹配综合阶段具有周期性，或不定期的反复去生成针对威胁信号的合适干扰，并且发射功率水平关系到匹配综合阶段的信号处理过程，在到达接收极化测量模块之前，优选合适的衰减器来减低干扰信号的幅度。最后，优选的，采用砷化镓微波单片集成电路来保证干扰系统更加有效。

描述输入信号极化特性的参数，比如信号A和信号B，表示为幅度比B/A、信号A和B的相位差，这些参数能够从相位调节器的取值γ和φ中找到，取决于零值条件或最小比率

一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰产生方法，其基于上述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统来实现，包括以下步骤：

S1、估计测量阶段：设定第一天线1和第二天线2都能够发射和接收，或者有单独的发射天线和接收天线，收发天线设置在飞机的左翼和右翼上；如图4所示，通过第一天线1、第二天线2接收到火控雷达的雷达跟踪信号或威胁信号，所接收的威胁信号，即信号A和信号B，分别通过第一环形器3、第二环形器4送入接收极化测量模块；接收极化测量模块对接收到的威胁信号的相位和幅度进行测量对比，并给出幅度比参数γ_r和相位参数φ_r，然后发送至处理器，处理器改变相位参数γ_r和φ_r的同时，实时检测接收极化测量模块差分端口信号预定值；当处理器检测到接收极化测量模块输出信号差分值是零时，处理器停止校正信号参数γ_r和φ_r，此时，使得差分值取零的信号参数γ_r和φ_r值表示为γ_R和φ_R，代表估量收到的威胁信号；处理器将γ_R和φ_R的值存储在寄存器里，γ_R和φ_R的值也是接收极化测量模块的设置值；

S2、匹配综合阶段：如图5所示，接收到的威胁信号完成估计测量后，进入匹配综合阶段；在匹配综合阶段，应用估计测量阶段估计出的信号特性来合成电子干扰信号后发射给火控雷达；在匹配综合阶段，发射极化测量模块的γ_t和φ_t值由处理器设定，处理器设定发射极化测量模块的γ_t和φ_t值为：γ_t＝π-γ_R和φ_t＝(3π/2)-φ_R；接收极化测量模块的γ_r和φ_r值分别固定为γ_R和φ_R；

电子干扰信号源包含一个存储器，用来存储收到威胁信号的特征，并在发射极化测量模块的输入端口产生一个电子干扰信号；电子干扰信号源将复制的雷达信号送入发射极化测量模块的输入端口后，发射极化测量模块修改电子干扰信号的幅度和相位信息，当发射极化测量模块的输入信号幅度和相位与发射极化测量模块输入端设置的γ和φ值匹配时，发射极化测量模块的差分端口和求和端口生成一对反向幅度，相位关系相差180°的干扰信号，分别为信号C和信号D；信号D和信号C分别通过第一环形器3、第二环形器4反馈到接收极化测量模块；在上述过程中，合理控制第一环形器3、第二环形器4工作时序，在发射信号的时候，第一环形器3、第二环形器4闭锁从而避免发射时接收极化测量模块还能够接收信号；另外，相位调节器8初始设置值为0，即干扰信号C没有相位偏移；

当电磁波前到达第一天线1、第二天线2时有相位延时，这导致相位频移α；因此，需要相位偏差补偿；信号A和信号B的相对相位由接收极化测量模块测量，α值由接收极化测量模块测量的相位偏差φ设定，α＝(3π/2)-φ_R，α值是接收极化测量模块设备固有的值；

当发射极化测量模块的移相器的初相位ψ＝φ_R时，发射极化测量模块输出的两路信号和接收极化测量模块输出的两路信号相匹配；发射极化测量模块的移相器的值γ_t和φ_t，经过处理器进一步调整更深的零值；当接收极化测量模块的求和端口信号是零值时，信号C和信号D的相位相差180°；而当接收极化测量模块的求和端口信号的零值不满足交叉眼干扰条件时，为了使得信号C和信号D的相位关系满足180°，达到干扰效果，发射极化测量模块的移相器的初相位设置设置为ψ＝2φ_R；解释如下，事实上，由于相位调节器的原因，信号B到达第二天线2比信号A到达第一天线1的路径长；解析式上，两个信号定义为，对于第二天线2，信号B＝b exp j(ωt+α)，对于第一天线1，信号A＝a exp j(ωt)；响应后，发射极化测量模块提供给第二天线2的输出信号B′＝a exp j(ωt+π+α)，第一天线1的输出信号A′＝b exp j(ωt)，通过发射极化测量模块处理后，信号B′的相位附加了相位偏移(π+α)。当信号B′到达雷达平台，经过了额外的距离而获取了相位频移α。若是无相位调节器的补偿，信号到达雷达天线时，信号B′＝a exp j(ωt+π+α+α)，信号A′＝b exp j(ωt)，因此需要进行二次相位角补偿。

理想情况，因为干扰信号的结构，信号C和信号D彼此对消，信号出现在接收极化测量模块的求和端口应该为零；然而，因为天线是分离的，使得系统存在相位延时。为了提高干扰性能，通过修正相位调节器的ψ值，直到接收极化测量模块的求和端口的信号为零。一旦接收极化测量模块的求和端口的信号为零，处理器停止调节相位调节器；此时的精确相位偏移值记为ψ_T，并补偿系统相位延时；

S3、干扰阶段：如图6所示，电子干扰信号源(ECM信号源)输出一个信号给发射极化测量模块的输入端口，发射极化测量模块根据设置的φ_R和(π-γ_R)的值调整信号，生成干扰信号，分别为信号C和信号D；信号C和信号D的各自结构适用于第一天线1和第二天线2，分别通过第二环形器4和第一环形器3发射出去；信号C在发射前，进一步通过相位调节器完成相位频移。

本发明基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其生成的干扰信号具有反向幅度结构，且彼此相位相差180°。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其特征是：其包括第一天线、第二天线、第一环形器、第二环形器、接收极化测量模块、发射极化测量模块、处理器、电子干扰信号源和相位调节器；所述第一天线、第二天线分别位于飞机的左、右翼上，且二者之间距离为d，其中，d远大于火控雷达发射信号的波长λ，即d＞＞λ；所述接收极化测量模块、发射极化测量模块结构相同，均具有两个输入/输出端口、一个差分端口、一个求和端口、第一相位参数端口和第二相位参数端口；第一天线、第二天线分别与第一环形器、第二环形器双向连接，第一环形器、第二环形器与接收极化测量模块的两个输入端连接，接收极化测量模块的差分端口、求和端口与处理器的输入端连接，处理器的多个输出端分别与接收极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、发射极化测量模块的第一相位参数端口和第二相位参数端口、相位调节器的输入端连接；电子干扰信号源与发射极化测量模块的输入端连接，发射极化测量模块的差分端口、求和端口分别与第一环形器、第二环形器连接，且发射极化测量模块的差分端口与第一环形器之间的通信路径、和/或求和端口与第二环形器之间的通信路径设置上述的相位调节器。

2.根据权利要求1所述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其特征是：其接收极化测量模块为数字模块、或模拟模块。

3.根据权利要求1所述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统，其特征是：其发射极化测量模块为模拟模块。

4.一种基于极化自适应测量的交叉眼干扰产生方法，基于权利要求1～3中任一权利要求所述的基于极化自适应测量的交叉眼干扰系统来实现，其特征是：其包括以下步骤：

S1、估计测量阶段：通过第一天线、第二天线接收到火控雷达的雷达跟踪信号或威胁信号，所接收的威胁信号，即信号A和信号B，分别通过第一环形器、第二环形器送入接收极化测量模块；接收极化测量模块对接收到的威胁信号的相位和幅度进行测量对比，并给出幅度比参数γ_r和相位参数φ_r，然后发送至处理器，处理器改变相位参数γ_r和φ_r的同时，实时检测接收极化测量模块差分端口信号预定值；当处理器检测到输出信号差分值是零时，处理器停止校正信号参数γ_r和φ_r，此时，使得差分值取零的信号参数γ_r和φ_r值表示为γ_R和φ_R，代表估量收到的威胁信号；处理器将γ_R和φ_R的值存储在寄存器里，γ_R和φ_R的值也是接收极化测量模块的设置值；

S2、匹配综合阶段：接收到的威胁信号完成估计测量后，进入匹配综合阶段；电子干扰信号源在发射极化测量模块的输入端口产生一个电子干扰信号；电子干扰信号源将复制的雷达信号送入发射极化测量模块的输入端口后，发射极化测量模块根据步骤S1中的处理器得到的校正信号参数γ_r和φ_r，来修改电子干扰信号的幅度和相位信息，当发射极化测量模块的输入信号幅度和相位与发射极化测量模块输入端设置的γ和φ值匹配时，发射极化测量模块的差分端口和求和端口生成一对反向幅度，相位关系相差180°的干扰信号，分别为信号C和信号D；信号D和信号C分别通过第一环形器3、第二环形器4反馈到接收极化测量模块；

当电磁波前到达第一天线、第二天线时有相位延时，这导致相位频移α；信号A和信号B的相对相位由接收极化测量模块测量，α值由接收极化测量模块测量的相位偏差φ设定，α＝(3π/2)-φ_R，α值是接收极化测量模块设备固有的值；

当发射极化测量模块的移相器的初相位ψ＝φ_R时，发射极化测量模块输出的两路信号和接收极化测量模块输出的两路信号相匹配；发射极化测量模块的移相器的值γ_t和φ_t，经过处理器进一步调整更深的零值；当接收极化测量模块的求和端口信号是零值时，信号C和信号D的相位相差180°；而当接收极化测量模块的求和端口信号的零值不满足交叉眼干扰条件时，为了使得信号C和信号D的相位关系满足180°，达到干扰效果，发射极化测量模块的移相器的初相位设置为ψ＝2φ_R；

S3、干扰阶段：电子干扰信号源输出一个信号给发射极化测量模块的输入端口，发射极化测量模块根据设置的φ_R和(π-γ_R)的值调整信号，生成干扰信号，分别为信号C和信号D；信号C和信号D分别通过第二环形器4和第一环形器3发射出去，干扰信号C、和/或干扰信号D在发射前，进一步通过相位调节器完成相位频移。

Images