第9章--对雷达的无源对抗技术

第9章对雷达的无源对抗技术第9章对雷达的无源对抗技术9.1箔条干扰9.2反射器9.3假目标和雷达诱饵9.4隐身技术第9章对雷达的无源对抗技术9.1箔条干扰雷达通过对目标回波的检测和分析,发现目标并确定其性质。雷达对抗就是要通过破坏雷达回波的特性,达到干扰雷达正常工作的目的。前面所讲的噪声压制性干扰和欺骗干扰都是靠发射电磁波信号达到干扰雷达目的的。这种有源干扰方法存在一些问题,就像雷达信号可以作为对方攻击的信标一样,干扰信号也会成为对方的信标。第9章对雷达的无源对抗技术除了采用有源方法以外,还可以采用无源方法,产生杂乱、虚假回波或减弱目标回波,破坏雷达的正常工作。无源干扰也能够破坏和妨碍雷达检测回波,在某些方面具有较有源干扰更明显的优点,如:（1）能够干扰各种体制的雷达,如频率捷变、频率分集、单脉冲、相控阵和微波成像雷达;（2）干扰空域大,频带宽;（3）制造简单,使用方便,干扰可靠,研制周期短。第9章对雷达的无源对抗技术无源干扰技术主要包括以下6种:（1）箔条（干扰丝/带）:产生干扰回波,以遮盖目标或破坏雷达对目标的跟踪。（2）反射器:以强的回波形成假目标或改变地形地物的雷达图像进行目标伪装。（3）等离子气悬体:形成吸收雷达电波的空域,以掩护目标。（4）假目标:主要针对警戒雷达,大量假目标使雷达目标分配系统饱和。第9章对雷达的无源对抗技术（5）雷达诱饵:主要针对跟踪雷达,使雷达不能跟踪真目标。（6）“隐身”技术:综合采用多种技术,尽量减小目标的反射能量,使得雷达难以发现自己。在实战中,有源干扰和无源干扰常常配合使用。第9章对雷达的无源对抗技术9.1.1箔条干扰的一般特性箔条的是使用最早和最广泛的一种无源干扰技术,历次战争证明其在保护飞机和舰船方面具有优越的性能。箔条通常由金属箔切成的条、镀金属的介质构成或直接由金属丝制成。其中使用最多的是半波长的振子,这种振子对电磁波谐振,散射波最强,材料最省。它们在空间的大量随机分布,所产生的散射对雷达造成干扰,其特性类似噪声,遮盖目标回波。第9章对雷达的无源对抗技术箔条干扰各个反射体之间的距离通常比波长大几十倍到上百倍,因而它并不改变大气的电磁性能。箔条的使用方式有两种。一是在一定空域中大量投掷,形成宽数公里长数十公里的干扰走廊,以掩护战斗机群的通过。这时,雷达分辨单元中,箔条产生的回波功率远大于目标的回波功率,雷达便不能发现和跟踪目标。另一种是飞机或舰船自卫时投放箔条,这种箔条快速散开,形成比目标大的多的回波,而目标本身作机动运动,这样雷达不再跟踪目标而跟踪箔条。第9章对雷达的无源对抗技术为了能够干扰不同极化和波长的雷达,箔条也采用长达几十米甚至上百米的干扰丝或干扰带。箔条干扰能够同时对不同方向、不同频率的多部雷达进行干扰,但是对具有速度处理能力的雷达来说,其干扰效果会严重下降。箔条干扰的技术指标包括:箔条的有效反射面积、频率特性、极化特性、频谱特性、衰减特性、遮挡效应以及散开时间、下降速度、投放速度、粘连系数、体积和重量等。这些指标受各种因素影响较大,一般根据实验来确定。第9章对雷达的无源对抗技术9.1.2箔条的有效反射面积箔条干扰是大量随机分布的箔条振子的响应总和。箔条总的有效反射面积等于箔条数乘以单根箔条的平均有效反射面积。我们首先研究单根箔条的有效反射面积。目标的有效反射面积可以定义为目标散射总功率P2和照射功率密度S1的比值,即σ=P2/S1,如果E2为反射波在雷达处的电场强度,E1为照射波在目标处的电场强度,目标斜距为R,则222214ERE(9―1）第9章对雷达的无源对抗技术设箔条为半波长的理想导线,如图9―1所示,入射波的场强为E1,与箔条的夹角为θ,则E1产生的感应电流的最大值为10cosEIP(9―2）其中,RΣ=73Ω为半波振子的辐射电阻;λ为波长。第9章对雷达的无源对抗技术图9―1半波长振子的有效反射面积第9章对雷达的无源对抗技术该感应电流在雷达处产生的电场强度E2为0260cosIER(9―3)将(9―2）,(9―3）式代入(9―1）式,则可以得到单根箔条的有效反射面积2410.86cos(9―4）第9章对雷达的无源对抗技术考虑箔条在三维空间的任意分布,则箔条的平均有效反射面积为单根箔条的面积在空间立体角中的平均值,即11()Wd其中,,则1(),sin4Wddd24210010.86cossin0.174dd(9―5）第9章对雷达的无源对抗技术在投放箔条时,要保证在每个雷达分辨单元里箔条的有效反射面积是目标有效反射面积的σ0Kj倍,因此在雷达分辨单元内箔条的根数由下式确定:01jKN(9―6）第9章对雷达的无源对抗技术9.1.3箔条的频率响应为了得到大的有效反射面积,通常采用半波长振子箔条。但半波长箔条的频带很窄,只有中心频率的15%~20%。为了增加频带宽度,可以采用两种方法。一是增大单根箔条的直径或宽度,但是带宽的增加量有限,且容易带来重量、体积和下降速度等问题;二是采用不同长度的箔条混合包装,为了便于生产,每包中箔条长度的种类不宜太多,以5~8种为宜。第9章对雷达的无源对抗技术9.1.4箔条干扰的极化特性短箔条在空间投放以后,由于本身所受重力和气候的影响,在空间将趋于水平取向且旋转地下降,这时箔条对水平极化雷达的回波强,而对垂直极化雷达信号反射很小。为了使箔条能够干扰垂直极化的雷达,可以在箔条的一端配重,使箔条降落时垂直取向,但下降速度变快,并且在箔条投放一段时间以后,箔条云出现两层,上边一层为水平取向,下边一层为垂直取向,时间越长,两层分开的越远。但在飞机自卫情况下,刚投放时,受飞机湍流的影响,箔条取向可以达到完全随机、能够干扰各种极化的雷达。第9章对雷达的无源对抗技术长箔条（长于10cm）在空中的运动规律可以认为是完全随机的,能够对各种极化雷达实施干扰。箔条云的极化特性还与雷达波束的仰角大小有关。在90°仰角时,水平取向的箔条对水平极化和垂直极化雷达的回波差不多,但在低仰角时,对水平极化雷达的回波比对垂直极化雷达的回波要强的多。第9章对雷达的无源对抗技术9.1.5箔条回波信号的频谱箔条云回波是大量箔条的反射信号之和。每根箔条回波的强度和相位是随机的,其频谱可以认为是高斯谱,其频谱中心对应于箔条云移动的中心频率,其频谱宽度主要取决于风速，风速越大,频谱越宽。箔条云的平均运动速度v0为220FL(9―7）其中,vF,vL分别为风的平均速度和箔条的平均下降速度。第9章对雷达的无源对抗技术应当指出的是,箔条云的频谱宽度通常只有几十赫兹,即使在阵风、旋风作用下,其谱宽也只有几百赫兹,因此对具有多普勒频率处理功能的雷达来说,干扰效果要明显降低。这时,可以采用复合式干扰,利用有源干扰产生宽带多普勒噪声,以弥补箔条干扰带宽的不足。第9章对雷达的无源对抗技术9.1.6箔条的战术应用箔条的优越性能使它在现代战争中有着日益广泛的应用:用于在主要攻击方向上形成干扰走廊,以掩护目标接近重要的军事目标,或制造假的进攻方向;用于洲际导弹再入大气层时形成假目标;用于飞机自卫、舰船自卫时的雷达诱饵。第9章对雷达的无源对抗技术1.箔条用于飞机自卫箔条用于飞机自卫是利用箔条对雷达信号的强反射,将雷达对飞机的跟踪吸引到对箔条的跟踪上。为了达到该目的,箔条必须在宽频带上具有比被保护飞机大的有效反射面积,必须保证在雷达的每个分辨单元内至少有一包箔条,如图9―2所示。第9章对雷达的无源对抗技术图9―2箔条诱饵的投放时间要求第9章对雷达的无源对抗技术在径向方向,箔条的投放时间间隔ti应小于飞机飞过距离分辨单元τ的时间,即2cosjct(9―8）其中,α为飞机飞行方向与径向方向的夹角。在切线方向,箔条的投放时间间隔应小于飞机飞过雷达角度分辨单元的时间,即0.5sinjRt(9―9）第9章对雷达的无源对抗技术飞机在箔条的投放中应保证箔条的快速散开,并且在方向上作适当的机动,可以躲避雷达的跟踪。这种箔条对飞机身后雷达的干扰更为有利,这时,雷达的距离波门将首先锁定在距雷达较近的箔条上。第9章对雷达的无源对抗技术2.箔条用于舰船自卫箔条用于舰船自卫时,一种方法是大面积投放,形成箔条云以掩护舰船。因为舰船体积的庞大,其有效反射面积高达数千甚至数万平方米,这需要专门的远程投放设备,其价格昂贵,箔条用量也大。另一种是把箔条作为诱饵,以干扰敌攻击机或导弹对舰船的瞄准攻击。实战表明,箔条对飞航式反舰导弹的干扰特别有效,而且更经济、灵活,已成为现代舰船广泛采用的电子对抗手段。第9章对雷达的无源对抗技术这种诱饵式箔条的干扰原理是,当舰上侦察设备发现来袭导弹后,立即在舰上迎着导弹来袭方向发射快速离舰散开的箔条弹,使之和舰船都处于雷达的分辨单元之内,从而使导弹跟踪到比舰船回波强得多的箔条云上。同时,舰船应根据导弹来袭方向,舰船航向,航速以及风速作快速机动,以躲避雷达的跟踪。值得一提的是,舰船的运动速度慢,有效反射面积大,应尽早发现来袭导弹,为舰船发射箔条弹和作机动提供足够的时间。第9章对雷达的无源对抗技术9.2反射器在雷达干扰中,还需要使用不同形式的反射器,以产生强烈的雷达反射回波。一个理想的导电金属板,当其尺寸远大于波长时,可以对法线方向的入射波产生强烈的反射,其有效反射面积为2max24A(9―10）式中A为金属板的面积。第9章对雷达的无源对抗技术如果入射波的方向偏离法线方向,则反射波将偏离入射波的方向,相应的有效反射面积将显著减小,因此对反射器的主要要求如下:（1）以小的尺寸和重量,获得尽可能大的有效反射面积;（2）要具有足够宽的方向图。为此,人们研制了多种性能优越的反射器,例如角反射器,双锥反射器,龙伯透镜反射器,万-阿塔反射器等。第9章对雷达的无源对抗技术9.2.1角反射器角反射器是利用三个互相垂直的金属板制成的,如图9―3所示。根据各个面形状的不同,可以分为三角形、圆形和方形角反射器。第9章对雷达的无源对抗技术图9―3角反射器第9章对雷达的无源对抗技术1.角反射器的有效反射面积角反射器可以在较大的角度范围内,将入射波经过三次反射,按原入射方向反射回去。当入射波平行于一个面时,由另两个面完成反射,因而具有很大的有效反射面积。如图9―4所示,角反射器的最大反射方向为角反射器的中心轴,它与三个垂直轴的夹角相等,为54.75°。在中心轴方向的有效反射面积为最大,因此只要求得角反射器对于中心轴的等效平面面积,代入式(9―10）,就可以得到最大有效反射面积。第9章对雷达的无源对抗技术图9―4角反射器的原理第9章对雷达的无源对抗技术4max24max24max24.1915.637.3Oaaa(9―13）第9章对雷达的无源对抗技术比较上述结果可以看出,在垂直轴a相等的情况下,三角形角反射器的有效反射面积最小,圆形的次之,方形的最大。角反射器的有效反射面积与波长成反比,雷达波长不同,有效反射面积不同,信号强度也不同。角反射器对制造的准确性要求很高。如果三个面的夹角不是90°或反射凹凸不平,将引起有效反射面积的显著减小。在边长a比波长大得多时,角度偏差应小于±0.5°,板面的不平程度要求Δl(2～4)mm。但是这些缺点,从反雷达双频识别角反射器来说,并非坏事。在实际使用中,考虑到制造的难易程度,安装的坚固性,以及材料的变形等因素,通常选择三角形角反射器。第9章对雷达的无源对抗技术2.角反射器的方向性角反射器的方向性用方向图来表示。反射器的方向图越宽越好,以便在较宽的角度范围内对雷达信号都有强的回波。三角形角反射器水平方向图的半功率宽度为40°,圆形的为30°,方形的最窄,为25°。增宽角反射器方向图宽度的方法之一是采用增大角反射器顶端面积的变形角反射器。这种角反射器的方向图宽度可以由一般角反射器的40°增大到60°,但是由于制造复杂、体积较大、使用不便,实际上没有被采用。第9章对雷达的无源对抗技术图9―5三角形角反射器的垂直方向图第9章对雷达的无源对抗技术通常采用的角反射器