CN116125400A - 一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法 - Google Patents

一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法 Download PDF

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CN116125400A CN202310052837.XA CN202310052837A CN116125400A CN 116125400 A CN116125400 A CN 116125400A CN 202310052837 A CN202310052837 A CN 202310052837A CN 116125400 A CN116125400 A CN 116125400A
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Abstract

本发明提供一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法，用于解决传统同步慢闪烁干扰干信比低的问题；包括：构建空中平台的RCS数据库；获取单脉冲雷达的波束信息和双空中平台编队的配置参数；生成对消波束；生成干扰波束；双空中平台编队发射干扰波束和对消波束的时序控制；判断是否离开防空导弹攻击范围。本发明方法成本低，只需在现有干扰机的基础上增加软件调制波束，该方法能够消除闪烁干扰干信比低的问题。

Description

一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法
技术领域
本发明属于单脉冲雷达对抗技术领域。具体涉及一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法。
背景技术
单脉冲雷达将一个脉冲波束同时从天线的多个波束发出，通过比较各个波束回波波束的相位和幅值，测量目标的角度信息，具有测角精度高、速度快、抗干扰能力强的特点，广泛用作火控系统的跟踪单脉冲雷达。当单脉冲雷达稳定跟踪目标后，火控系统将发射防空导弹，单脉冲雷达会引导武器打击目标。这一过程是自动进行的。
闪烁干扰是干扰单脉冲雷达的有效方式。在空地作战场景中，两个相同的空中平台组成双空中平台编队，且被地面火控系统的单脉冲雷达捕获，在单脉冲雷达波束内的双空中平台编队控制各自的干扰机向单脉冲雷达交替发射波束。按照交替的频率快慢可分为快闪烁干扰和慢闪烁干扰。根据各个干扰机波束在周期内的占比可分为同步闪烁干扰和异步闪烁干扰。其中只有同步慢闪烁干扰可能造成单脉冲雷达追摆，追摆现象是指单脉冲雷达的跟踪轴线在两个空中平台之间来回摆动。处于追摆的单脉冲雷达是不能稳定跟踪目标的，因此火控系统无法达到防空导弹发射条件，从而受干扰空中平台得以生存。
然而，单脉冲雷达的传统同步慢闪烁的缺点在于作战过程中干信比不稳定。当单脉冲雷达从双空中平台编队的迎头方向或尾后方向照射时，干信比较大，能满足干扰要求；但从侧向照射时，干信比变小且变化剧烈，干扰效果不稳定。造成作战过程中干信比不稳定的原因是，空中平台不同方向的RCS变化大。
发明内容
干信比是单脉冲雷达接收的干扰功率与回波功率的比值。要想维持足够大的干信比，要么增大干扰功率，要么降低回波功率。本发明的思路是利用对消隐身技术降低回波功率从而增大干信比，满足干扰要求，解决传统同步慢闪烁干扰中干信比低的问题。由此，本发明提供一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法，包括如下步骤：
步骤1：构建空中平台的RCS数据库
空中平台的RCS数据库需要事先被构建；参与同步慢闪烁干扰的两个空中平台完全相同，首先用计算机辅助设计技术获得空中平台的三维几何模型；然后用矩量法对空中平台的三维几何模型进行电磁计算，从而得到空中平台的RCS数据库：
Figure BSA0000296543060000021
其中，fB(Hz)是频率，θB(deg)是俯仰角，范围是[0，180]；
Figure BSA0000296543060000022
是方位角，范围是[0，360)；σB(m2)是此时空中平台的RCS；坐标系采用机体坐标系；
步骤2：获取单脉冲雷达的波束信息和双空中平台编队的配置参数
在对消同步慢闪烁的配置关系中，M是地面单脉冲雷达；A，B分别是第一、第二空中平台，三者在空间构成一个三角形；C是A、B连线的中点，M与C的距离为R；A′是第一空中平台A发射干扰波束同时第二空中平台B发射对消波束时的能量中心；B′是第一空中平台A发射对消波束同时第二空中平台B发射干扰波束时的能量中心；θa是第一、第二空中平台对单脉冲雷达的张角，也就是以M为顶点，MA、MB为两条边的角；θb是追摆角，也就是以M为顶点，MA′、MB′为两条边的角；θc是能量中心和释放干扰的空中平台对单脉冲雷达构成的张角，也就是以M为顶点，MA、MA′为两条边的角；θe是跟踪角误差，也就是以M为顶点，MA′、MB为两条边的角；
其中需要获取的配置参数包括：
位置参数：单脉冲雷达与双空中平台编队中点的直线距离R(m)，双空中平台编队中点与防空导弹阵地的水平距离为DT(m)，双空中平台编队对单脉冲雷达张角θa(deg)，双空中平台与防空导弹阵地的相对高度均为HT(m)；
单脉冲雷达参数：频率fB(Hz)、增益为Gt(dB)、发射功率Pt(W)、系统损耗Lr、波束宽度θ0.5(deg)、幅值α0(dBmV)、天线系数kH、接收机各环节对干信比的影响Ft；
第一、第二空中平台的参数：近似认为两个空中平台角度参数相同，即，对单脉冲雷达入射波束的俯仰角都是θB(deg)、方位角都是
Figure BSA0000296543060000031
两个空中平台的干扰机系统损耗Lj、干扰机增益Gj、最大干扰功率Pjmax均相同；双空中平台协同干扰的压制系数为K；
步骤3：生成对消波束
首先计算生成对消波束的空中平台的RCS值σB；近似认为两个空中平台角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure BSA0000296543060000032
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure BSA0000296543060000033
也就是说两个空中平台的RCS是相同的；
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的对消波束功率：
Figure BSA0000296543060000034
其中，α(dB)是幅值误差，
Figure BSA0000296543060000035
是相位误差；
步骤4：生成干扰波束
近似认为两个空中平台角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure BSA0000296543060000041
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure BSA0000296543060000042
也就是说两个空中平台的RCS是相同的；此外，计算流程中还需要压制系数K；
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的干扰波束功率为：
Figure BSA0000296543060000043
步骤5：双空中平台编队发射干扰波束和对消波束的时序控制
波束时序控制器用于控制双空中平台编队周期性地发射对消波束和干扰波束；一个闪烁周期包括两种状态，第一个状态：第一空中平台发射干扰波束的同时，第二空中平台发射对消波束；第二个状态：第一空中平台发射对消波束的同时，第二空中平台发射干扰波束；每个状态各占整个闪烁周期的50％，两个状态轮流切换；
步骤6：判断是否离开防空导弹攻击范围
判断条件为
Figure BSA0000296543060000044
式中，Hmin(m)和Hmax(m)分别是防空导弹的最小和最大拦截高度，Dmin(m)和Dmax(m)分别是防空导弹的最小和最大水平拦截距离；当两个条件同时满足时，说明空中平台仍处于防空导弹攻击范围内，继续执行步骤2至步骤5，否则结束干扰。
在本发明的一个实施例中，在步骤5中，闪烁周期的取值范围是1s至5s。
本发明方法把对消隐身技术和同步慢闪烁干扰接合起来，利用对消隐身技术主动降低单脉冲雷达照射方向的回波功率，从而维持干扰所要求的干信比。
附图说明
图1示出本发明技术方案的流程图；
图2示出机体坐标系；
图3示出对消同步慢闪烁的配置关系图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明。
为了达到以上目的，本发明提出一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法。其设计思想是：在传统的同步慢闪烁干扰中，同一时刻必然有一个空中平台仅发射回波波束，该波束受到空中平台的RCS影响被动发射，通常不可控。在本发明中，利用对消隐身原理，让原本仅发射回波波束的空中平台同时主动发射对消波束。这样，单脉冲雷达接收到的合成波束功率就是可控的，从而达到降低干信比的目的。
本发明一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法，包括如下步骤：
步骤1：构建空中平台的RCS数据库。
如图1所示，空中平台的RCS数据库需要事先被构建，以便在后续步骤中使用。参与同步慢闪烁干扰的两个空中平台完全相同，首先用计算机辅助设计技术(例如法国达索公司的三维设计软件CATIA)获得空中平台的三维几何模型。
然后用矩量法对空中平台的三维几何模型进行电磁计算，Roger F.Harrington在20世纪60年代将矩量法引入计算电磁学用于求解积分方程，矩量法是目前精度最高的数值方法。从而得到空中平台的RCS数据库：
Figure BSA0000296543060000051
其中，fB(Hz)是频率，θB(deg)是俯仰角，范围是[0，180]。
Figure BSA0000296543060000052
是方位角，范围是[0，360)。σB(m2)是此时空中平台的RCS。坐标系按照图2设计，采用机体坐标系。
步骤2：获取单脉冲雷达的波束信息和双空中平台编队的配置参数。
对消同步慢闪烁的配置关系如图3所示。图中，M是地面单脉冲雷达；A，B分别是第一、第二空中平台，三者在空间构成一个三角形；C是A、B连线的中点，M与C的距离为R；A′是第一空中平台A发射干扰波束同时第二空中平台B发射对消波束时的能量中心；B′是第一空中平台A发射对消波束同时第二空中平台B发射干扰波束时的能量中心；θa是第一、第二空中平台对单脉冲雷达的张角，也就是以M为顶点，MA、MB为两条边的角；θb是追摆角，也就是以M为顶点，MA′、MB′为两条边的角；θc是能量中心和释放干扰的空中平台对单脉冲雷达构成的张角，也就是以M为顶点，MA、MA′为两条边的角(同样也是以M为顶点，MB′、MB为两条边的角)；θe是跟踪角误差，也就是以M为顶点，MA′、MB为两条边的角(同样也是以M为顶点，MA、MB′为两条边的角)。
其中需要获取的配置参数包括：
位置参数：单脉冲雷达与双空中平台编队中点的直线距离R(m)，双空中平台编队中点与防空导弹阵地的水平距离为DT(m)，双空中平台编队对单脉冲雷达张角θa(deg)，双空中平台与防空导弹阵地的相对高度均为HT(m)。
单脉冲雷达参数：频率fB(Hz)、增益为Gt(dB)、发射功率Pt(W)、系统损耗Lr、波束宽度θ0.5(deg)、幅值α0(dBmV)、天线系数kH、接收机各环节对干信比的影响Ft。
第一、第二空中平台的参数：因为在空中平台对地面单脉冲雷达的对消同步慢闪烁干扰方式中，双空中平台编队间距远小于空中平台与地面单脉冲雷达的距离，所以近似认为两个空中平台的角度参数相同，即，对单脉冲雷达入射波束的俯仰角都是θB(deg)、方位角都是
Figure BSA0000296543060000061
此外两个空中平台的干扰机系统损耗Lj、干扰机增益Gj、最大干扰功率Pjmax均相同；双空中平台协同干扰的压制系数为K。
这里把空中平台有关的6个参数分成3类：
第一类包括2个角度参数，指每个平台各自的俯仰角、方位角，它们是“近似相同”，原因是双平台之间的距离远小于双平台与雷达的距离；
第二类包括3个干扰机的参数，指每个平台的干扰机系统损耗、干扰机增益、最大干扰功率，他们是“完全相同”，这是这种干扰形式要求的；
第三类指第6个参数压制系数，它和前面5个参数不同，因为前面5个参数是属于单个空中平台的，而压制系数是属于某种干扰方式的，本发明是两个平台相互配合、协同进行干扰，压制系数是相对于这种双平台协同干扰的方式来说的。
步骤3：生成对消波束。
如图1所示，首先计算生成对消波束的空中平台的RCS值σB。因为在空中平台对地面单脉冲雷达的对消同步慢闪烁干扰方式中，双空中平台编队间距远小于空中平台与地面单脉冲雷达的距离，所以近似认为两个空中平台的角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure BSA0000296543060000071
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure BSA0000296543060000072
也就是说两个空中平台的RCS是相同的。
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的对消波束功率：
Figure BSA0000296543060000073
其中，α(dB)是幅值误差，
Figure BSA0000296543060000074
是相位误差。其余参数均在步骤2给出。
步骤4：生成干扰波束。
同样因为在空中平台对地面单脉冲雷达的对消同步慢闪烁干扰方式中，双空中平台编队间距远小于空中平台与地面单脉冲雷达的距离，所以近似认为两个空中平台的角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure BSA0000296543060000081
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure BSA0000296543060000082
也就是说两个空中平台的RCS是相同的。此外，计算流程中还需要压制系数K，如图1所示。
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的干扰波束功率为：
Figure BSA0000296543060000083
步骤5：双空中平台编队发射干扰波束和对消波束的时序控制。
图1中的波束时序控制器用于控制双空中平台编队周期性地发射对消波束和干扰波束。一个闪烁周期包括两种状态，第一个状态：第一空中平台发射干扰波束的同时，第二空中平台发射对消波束；第二个状态：第一空中平台发射对消波束的同时，第二空中平台发射干扰波束。每个状态各占整个闪烁周期的50％，两个状态轮流切换。在本发明的一个实施例中，闪烁周期的取值范围是1s至5s。
步骤6：判断是否离开防空导弹攻击范围。判断条件为
Figure BSA0000296543060000084
式中，Hmin(m)和Hmax(m)分别是防空导弹的最小和最大拦截高度，Dmin(m)和Dmax(m)分别是防空导弹的最小和最大水平拦截距离。当两个条件同时满足时，说明空中平台仍处于防空导弹攻击范围内，继续执行步骤2至步骤5，否则结束干扰，判断分支如图1所示。
具体实施例
步骤1：构建空中平台的RCS数据库。
参与同步慢闪烁干扰的两个空中平台完全相同，首先用多边形网建模方法为空中平台建立三维几何模型。然后用矩量法对空中平台的三维几何模型进行电磁计算，仿真参数：方位角范围是[0，360)deg、俯仰角范围[0，90]deg、频率为2GHz，得到RCS数据库。
步骤2：获取单脉冲雷达的波束信息和双空中平台编队的配置参数。
位置参数：单脉冲雷达与双空中平台编队中点的直线距离R为45km、双空中平台编队中点与防空导弹阵地的水平距离为43.87km、双空中平台编队对单脉冲雷达张角θa为1.17deg，双空中平台与防空导弹阵地的相对高度均为10km。
单脉冲雷达参数：频率fB为2GHz、增益为Gt为50dB、发射功率Pt为200kW、系统损耗Lr为1、波束宽度θ0.5为2deg、幅值α0为60dbmV、天线系数kH为1.02、接收机各环节对干信比的影响Ft为4。
第一、第二空中平台的参数：因为在空中平台对地面单脉冲雷达的对消同步慢闪烁干扰方式中，双空中平台编队间距远小于空中平台与地面单脉冲雷达的距离，所以近似认为两个空中平台的角度参数相同，即，对单脉冲雷达入射波束的俯仰角都是θB为102.84deg、方位角都是
Figure BSA0000296543060000091
为12.30deg；此外两个空中平台的干扰机系统损耗Lj均为1、干扰机增益Gj均为10dB、最大干扰功率Pjmax均为100W；双空中平台协同干扰的压制系数K为20。
步骤3：生成对消波束。
从RCS数据库取得此时RCS为18.53m2。对消相位误差
Figure BSA0000296543060000093
为4deg，幅值误差α为1dB。干扰机发出的对消功率为：
Figure BSA0000296543060000092
步骤4：生成干扰波束。
从RCS数据库取得此时RCS为18.53m2。对消相位误差
Figure BSA0000296543060000101
为4deg，幅值误差α为1dB。干扰机发出的干扰功率为：
Figure BSA0000296543060000102
步骤5：双空中平台编队发射干扰波束和对消波束的时序控制。
波束时序控制器控制双空中平台编队周期性地发射对消波束和干扰波束。一个闪烁周期包括两种状态，第一个状态：第一空中平台发射干扰波束的同时，第二空中平台发射对消波束；第二个状态：第一空中平台发射对消波束的同时，第二空中平台发射干扰波束。每个状态各占整个闪烁周期的50％，两个状态轮流切换。闪烁周期取值为3s。
步骤6：判断是否离开防空导弹攻击范围。防空导弹最小拦截高度300m，最大拦截高度20km，最小水平拦截距离500m，最大水平拦截距离60km。而双空中平台编队中点与防空导弹阵地的水平距离为43.87km，双空中平台与防空导弹阵地的相对高度均为10km。即满足继续干扰条件，因此继续执行步骤2至步骤5。
如果采用传统同步慢闪烁干扰，相同压制系数条件下，需要的干扰功率为1550.79W，而干扰机的最大功率只有100W。实验表明，与传统同步慢闪烁相比，本发明的对消同步慢闪烁干扰样式有更优的干扰效果，解决了传统同步慢闪烁干扰干信比低的问题，通过主动发射干扰波束和对消波束，可灵活控制干扰效果，且无需空中平台硬件升级，节约成本。
本发明把对消隐身技术与同步慢闪烁干扰技术结合起来，提出一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法。作为一种新的干扰样式，优点如下：
(1)对比传统同步慢闪烁干扰，本发明从根本上解决了干信比低的问题。利用对消隐身原理合理设计对消波束，可以减小在单脉冲雷达照射方向上的RCS，也就减小了该方向上的回波功率，从而增大干扰的干信比。
(2)本发明的干扰方法灵活度高、干扰精确、干扰效果可控。因为本发明的方法是第一、第二空中平台分别主动辐射干扰波束和对消波束，所以功率大小可根据实际干扰要求进行调整。而传统同步慢闪烁干扰因为是被动发射回波波束，无法实现灵活、精确、可控干扰。
(3)应用成本低。要想解决同步慢闪烁干扰干信比低的问题，除本发明之外，只有一种方法能达到类似效果，那就是隐身空中平台的同步慢闪烁干扰，但是该方法需要用到四代隐身空中平台，且仍然有干扰不灵活、不精确、不可控的问题。相比该方法，本发明方法有成本优势。

Claims (2)

1.一种基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构建空中平台的RCS数据库
空中平台的RCS数据库需要事先被构建；参与同步慢闪烁干扰的两个空中平台完全相同，首先用计算机辅助设计技术获得空中平台的三维几何模型；然后用矩量法对空中平台的三维几何模型进行电磁计算，从而得到空中平台的RCS数据库：
Figure FSA0000296543050000011
其中，fB(Hz)是频率，θB(deg)是俯仰角，范围是[0，180]；
Figure FSA0000296543050000012
是方位角，范围是[0，360)；σB(m2)是此时空中平台的RCS；坐标系采用机体坐标系；
步骤2：获取单脉冲雷达的波束信息和双空中平台编队的配置参数
在对消同步慢闪烁的配置关系中，M是地面单脉冲雷达；A，B分别是第一、第二空中平台，三者在空间构成一个三角形；C是A、B连线的中点，M与C的距离为R；A′是第一空中平台A发射干扰波束同时第二空中平台B发射对消波束时的能量中心；B′是第一空中平台A发射对消波束同时第二空中平台B发射干扰波束时的能量中心；θa是第一、第二空中平台对单脉冲雷达的张角，也就是以M为顶点，MA、MB为两条边的角；θb是追摆角，也就是以M为顶点，MA′、MB′为两条边的角；θc是能量中心和释放干扰的空中平台对单脉冲雷达构成的张角，也就是以M为顶点，MA、MA′为两条边的角；θe是跟踪角误差，也就是以M为顶点，MA′、MB为两条边的角；
其中需要获取的配置参数包括：
位置参数：单脉冲雷达与双空中平台编队中点的直线距离R(m)，双空中平台编队中点与防空导弹阵地的水平距离为DT(m)，双空中平台编队对单脉冲雷达张角θa(deg)，双空中平台与防空导弹阵地的相对高度均为HT(m)；
单脉冲雷达参数：频率fB(Hz)、增益为Gt(dB)、发射功率Pt(W)、系统损耗Lr、波束宽度θ0.5(deg)、幅值α0(dBmV)、天线系数kH、接收机各环节对干信比的影响Ft；
第一、第二空中平台的参数：近似认为两个空中平台角度参数相同，即，对单脉冲雷达入射波束的俯仰角都是θB(deg)、方位角都是
Figure FSA0000296543050000021
两个空中平台的干扰机系统损耗Lj、干扰机增益Gj、最大干扰功率Pjmax均相同；双空中平台协同干扰的压制系数为K；
步骤3：生成对消波束
首先计算生成对消波束的空中平台的RCS值σB；近似认为两个空中平台角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure FSA0000296543050000022
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure FSA0000296543050000023
也就是说两个空中平台的RCS是相同的；
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的对消波束功率：
Figure FSA0000296543050000024
其中，α(dB)是幅值误差，
Figure FSA0000296543050000025
是相位误差；
步骤4：生成干扰波束
近似认为两个空中平台角度参数相同，利用步骤2给出的俯仰角θB和方位角
Figure FSA0000296543050000026
带入步骤1建立的数据库中得到
Figure FSA0000296543050000027
也就是说两个空中平台的RCS是相同的；此外，计算流程中还需要压制系数K；
所以，第一或第二空中平台的干扰机发出的干扰波束功率为：
Figure FSA0000296543050000031
步骤5：双空中平台编队发射干扰波束和对消波束的时序控制
波束时序控制器用于控制双空中平台编队周期性地发射对消波束和干扰波束；一个闪烁周期包括两种状态，第一个状态：第一空中平台发射干扰波束的同时，第二空中平台发射对消波束；第二个状态：第一空中平台发射对消波束的同时，第二空中平台发射干扰波束；每个状态各占整个闪烁周期的50％，两个状态轮流切换；
步骤6：判断是否离开防空导弹攻击范围
判断条件为
Figure FSA0000296543050000032
式中，Hmin(m)和Hmax(m)分别是防空导弹的最小和最大拦截高度，Dmin(m)和Dmax(m)分别是防空导弹的最小和最大水平拦截距离；当两个条件同时满足时，说明空中平台仍处于防空导弹攻击范围内，继续执行步骤2至步骤5，否则结束干扰。
2.如权利要求1所述的基于对消隐身的同步慢闪烁角度欺骗干扰方法，其特征在于，在步骤5中，闪烁周期的取值范围是1s至5s。
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CN116794611A (zh) * 2023-08-28 2023-09-22 南京航天工业科技有限公司 一种恒干信比有源隐身目标干扰方法及系统

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CN116794611A (zh) * 2023-08-28 2023-09-22 南京航天工业科技有限公司 一种恒干信比有源隐身目标干扰方法及系统
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