多普勒频率与速度,多普勒频率与速度的关系

  

  文章《这4种电子干扰方式,区分清楚了吗?》简要介绍了自卫干扰、防区外干扰、防区内干扰、团队干扰等电子干扰方式。趁热打铁今天继续分享几种雷达干扰的常用干扰技术。昨天的信息也显示了对通信技术及其干扰的兴趣。之后我们还会补充一些关于沟通对策的内容。   

  

  

压制式干扰

  

  

  压制干扰是指发射信号(雷达接收时),降低雷达处理回波信号的能力。一般来说,压制干扰采用噪声调制,但在某些情况下,会采用其他调制样式来压制雷达的特殊工作模式。   

  

  如图8所示,压制干扰使雷达显示充满杂波,回波信号看不清楚。该图显示了平面位置指示器(PPI)屏幕。显示屏或其他雷达输出设备上的类似情况是压制干扰造成的。   

  

     

  

  图8压制干扰产生背景杂波,使雷达很难或不可能从接收信号中提取所需信息。   

  

  

阻塞式干扰

  

  

  阻塞干扰是抑制干扰最简单的形式。在这种技术下,发射的噪声信号覆盖了敌方雷达工作频率的很宽的频率范围。封锁式干扰的好处是,可以在不知道敌方雷达具体特征参数的情况下实施干扰。阻拦式干扰的缺点是干扰效率比较低。   

  

  如图9所示,由于被干扰的雷达只接收带宽内的能量,不接收门限以外的脉冲信号,所以大部分干扰功率是无效的。干扰效率定义为目标雷达实际接收到的干扰功率与干扰发射功率之比。   

  

     

  

  图9阻塞式干扰可以在宽频带内连续辐射信号功率。这是低效的,因为被干扰的雷达只能看到雷达带宽内的干扰,只会收到到达的回波信号。   

  

  

瞄准式干扰

  

  

  如果噪声干扰机将干扰频段缩小到目标雷达工作频率附近的小范围,则是图10、图11所示的瞄准干扰机。这种技术的干扰效率是不错的,但是需要检查干扰效果,确保敌方雷达没有改变频率。   

  

     

  

  图10瞄准干扰发射覆盖被干扰雷达工作频率的窄带信号。   

  

     

  

  图11瞄准干扰时,干扰带宽仅略大于被干扰雷达信号的工作带宽,因此可以获得最佳的干扰效率。然后由于制造工艺的限制,带宽通常要宽很多,在3-20MHz之间。   

  

  

扫频式干扰

  

  

  扫频干扰是在敌方雷达信号可能的工作频率范围内调谐窄带噪声信号,如图12所示。当频段覆盖目标雷达工作带宽时,这种干扰技术干扰效率高,但干扰占空比小于100%。对于连续波雷达来说,这意味着一些敌方雷达信号脉冲不会受到干扰,雷达可以接收到一些回波信号。   

  

     

  

  图12扫频干扰只覆盖了被干扰雷达的一部分工作频段,但扫频干扰可以扫描整个频段。   

  

  图13比较了这些压迫性干扰技术。   

  

     

  

  图13干扰不同工作频段的多部雷达时,需要复杂的射频切换,多点瞄准干扰是最有效的干扰技术。   

  

  

欺骗式干扰

  

  

  欺骗式干扰是指发射类似雷达回波信号的干扰信号,使被干扰雷达的信号处理器对目标位置或速度信息做出错误判断。平台外的设备可以采用一些欺骗式干扰相关的干扰技术。   

  

  这些技术包括生成具有威胁目标的信号参数特征的假目标。然而,这些技术是用来对抗威胁雷达中采用各种电子防护(EP)技术的设备,而不是用来对抗使威胁雷达的焦点远离真实目标的距离、角度或多普勒频率。   

  

  因此,欺骗式干扰是否是自卫式干扰还需要进一步讨论,因为欺骗式干扰需要目标方向雷达信号的精确信息(微秒级)。   

  

  扫频干扰相关的一种欺骗技术是利用遥控干扰机(防区外或防区内)产生假目标。这些假目标不会毁灭   

  

  诱饵可以采用脉冲压缩调制或脉冲多普勒信号。在某些情况下,假目标也可以与雷达或雷达扫描同步。   

  

  下面介绍的前几项技术是无法干扰单脉冲雷达的,因为单脉冲雷达是从每个脉冲中获取角度信息的。这些技术可以干扰多脉冲雷达。一些技术将有助于提高单脉冲雷达的角度跟踪性能。   

  

  

距离波门拖引

  

  

  如图14所示,这是回波信号脉冲的时间特性。距离门拖曳(RGPO)是指通过增加功率和拖曳非常小的脉冲间隔来发射敌方雷达脉冲。这将增加脉冲延迟。延迟以抛物线或指数形式增加。   

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图14 距离波门拖引干扰通过增大功率和发射数量较多的延迟脉冲串,模拟目标远离雷达的运动

  

这将延迟回波信号脉冲到达敌雷达显示器的时间,使目标看起来好像偏离了雷达。如图15所示,延迟脉冲进入雷达接收机后波门,使雷达距离跟踪电路得出的目标距离比实际大得多。

  

  

图15 距离波门拖引干扰发射的延迟放大的回波信号脉冲,增大雷达后波门功率,使雷达向外推算目标距离,远离实际的目标

  

干扰脉冲的延迟增加到最大值后迅速恢复到零,然后不断重复这样的过程。这使雷达无法对目标进行距离跟踪。如图16所示,这是这种过程的另一种形式(称为距离波门欺骗)。

  

  

图16 干扰非相干雷达时,可以使用转发器自动进行距离波门欺骗。每接收到一个雷达脉冲,转发器向雷达发射一个延迟的射频脉冲

  

需要注意的是,如果雷达切换到回波信号脉冲前沿跟踪模式,距离跟踪器将忽略延迟的干扰脉冲,继续跟踪真实的回波信号脉冲,这时候需要采取其他干扰技术。

  

距离波门牵引

这是另一种方法,主要针对前沿跟踪,使用脉冲重复频率(PRF)跟踪系统预测后续每一个脉冲的到达时间,在回波信号脉冲到达之前发射一个功率更大的脉冲,如图17所示。

  

  

图17 距离波门牵引干扰发射大功率脉冲,首先要与回波脉冲一致,接着生成数量越来越多的脉冲串,模拟目标向雷达方向运动

  

这项技术称为距离波门牵引(RGPI)或者到达距离波门拖引。干扰信号引导时间从零开始呈抛物线或指数增长,使目标看起来正向雷达运动。雷达距离跟踪器得出的距离要比实际距离短。这种雷达跟踪器前波门电路图如图18所示。

  

  

图18 距离波门牵引干扰发射强干扰脉冲,会增大雷达前波门的功率,使雷达在真实回波信号脉冲进入之前开始距离估算

  

距离波门牵引需要计算未来脉冲的到达时间。雷达脉冲重复间隔固定或参差时可以计算,但雷达脉冲重复间隔随机抖动时无法计算。

  

覆盖脉冲

这节所说的覆盖脉冲并不是真正意义上的欺骗式干扰,因为覆盖脉冲需要知道雷达脉冲到达目标的确切时间。如图19所示,覆盖脉冲在雷达接收回波信号脉冲之前开始,在接收完回波信号脉冲之后结束。

  

  

图19 覆盖脉冲可以使雷达探测不到回波信号脉冲的到达时间,无法探测距离信息

  

如图20所示,距离框被多个覆盖脉冲遮蔽,可以干扰脉冲重复间隔抖动的脉冲。这样可以使雷达无法确定目标距离,比连续干扰的干扰效能高。

  

  

图20 通过遮盖距离框,干扰信号同步进入大量的距离框,遮盖了被掩护飞机回波信号的脉冲间距

  

这项技术需要脉冲重复频率跟踪。对脉冲重复间隔抖动的雷达而言,覆盖脉冲必须延长脉冲重复间隔的覆盖范围。这样会降低干扰效能。

  

逆增益干扰

非单脉冲雷达通过回波信号脉冲幅度图形特征(相对于时间),确定目标的方位和高度。例如,圆锥扫描天线可以探测回波信号能量随时间的变化,如图21所示。

  

  

图21 雷达天线没有直接指向目标时,回波信号脉冲幅度较小,这时逆增益干扰会发射幅度较大的脉冲

  

回波信号功率呈正弦变化,天线波束距目标最近时回波信号功率最大,当天线波束距目标最远时回波信号功率最小。可以操纵天线将目标置于圆锥扫描中心,并向最大脉冲幅度方向旋转。

  

如果在正弦波低点发射功率增大的突发同步脉冲,雷达接收机将收到组合脉冲幅度图形,如图中虚线所示。雷达必须有一个带宽相对较窄的跟踪滤波器,才能得到正确的制导信号,否则雷达跟踪电路无法检出突发的幅度变化。

  

因此,雷达会认为正弦波的相位出现了颠倒。蓝色虚线叠加在图形底线,就是跟踪系统掌握的接收功率图形。将扫描中心远离目标而不是朝向目标,可以破坏雷达的角度跟踪。

  

这项技术可以用来干扰多种天线扫描类型的雷达,但无法干扰单脉冲跟踪雷达。

  

自动增益控制干扰

自动增益控制(AGC)干扰即发射大功率、窄带、低占空比的干扰脉冲。雷达必须靠自动增益控制来处理所需的高动态范围。未来,自动增益控制必须具备快速攻击慢衰减的特性。

  

因此,干扰脉冲激发雷达的自动增益控制,使前端增益下降,导致雷达无法检测天线扫描引起的回波信号脉冲幅度变化。如图22所示,这是圆锥扫描雷达的工作原理。

  

  

图22 自动增益控制干扰机发射大功率的窄脉冲,激发雷达接收机的自动增益控制,使前端增益下降,压缩了天线扫描的回波信号脉冲幅度图形

  

需要注意的是,这个图形的第二条线画的有点夸张,因为接收信号的减少量通常足以完全遮蔽正弦图形。图22中用这种方式说明扫描幅度降低。

  

速度波门拖引

如图23所示,这是连续波多普勒雷达的接收功率相对频率的变化关系。考虑到地形特征引起的相对速度,所以有多个频率响应。

  

  

图23 多普勒雷达有与地形和目标飞机相对视向速度一致的多普勒频率分量。速度波门被置于跟踪目标周围

  

速度波门被置于跟踪目标周围,一旦大功率信号进入速度波门,将激发频率跟踪功能,如果它远离真正的回波信号频率,雷达得到的目标速度与真实速度不同,可以破坏雷达的速度跟踪。这项技术也可用来干扰脉冲多普勒雷达。

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