雷达对抗原理第1章-雷达对抗概述

第1章雷达对抗概述第1章雷达对抗概述1.1雷达对抗的基本概念与含义1.2雷达对抗的信号环境1.3雷达侦察概述1.4雷达干扰概述第1章雷达对抗概述1.11.1.1雷达通过发射和接收电磁波获取目标信息。在现代战争中，以雷达为代表的有源探测装备是获取目标战场信息的重要手段，也是有效指挥和控制各种火力打击武器的基本保证。如图1-1所示的一架作战飞机，可能会受到敌方多种雷达和杀伤武器的威胁。如果它及其所在方能够及时、准确地检测识别敌方雷达和威胁态势，并且利用各种雷达对抗资源，采取相应、有效的反制措施，就可先敌发起攻击，摧毁敌方雷达和武器系统，完成预定的作战任务，同时保障己方人员和第1章雷达对抗概述图1-1作战飞机面临的威胁雷达环境示意图第1章雷达对抗概述1.雷达对抗是取得信息优势和军事优势的重要手段和保证现代雷达是在全天候、大视场、复杂战场环境下，快速、准确、可靠地进行目标探测、跟踪、制导和火控的重要装备。破坏或毁伤了雷达的正常工作，也就破坏了作战系统中最重要的信息来源。特别是在信息化战场上，一旦丧失了信息获取途径，各级指挥控制中心、作战武器平台和作战人员就会成为“聋子”、“第二次世界大战中的诺曼底登陆战役，英美联军通过雷达侦察，事前完全掌握了德军在战区内40多部雷达的部署、工作频率等信息，一方面进行大规模的火力轰炸，另一方面炮制假的进攻方向。战役开始后，又进行了连续不断的轰炸和干扰，使德军雷达完全陷于瘫痪，根本不能提供任何有用信息，联军参战的2127艘舰船只损失了6艘，损失率不到0.3%第1章雷达对抗概述2.雷达侦察可以全天候、安全、隐蔽地工作，在比雷达探测更大的视场范围和复杂的电磁环境中，有效获取包括雷达在内的各种辐射源信息，例如：辐射源的位置信息，工作状态信息和信号调制信息等。这些信息既可以为指挥决策提供重要的情报，也可以用来引导干扰和杀伤武器，破坏或扰乱敌方雷达及其武器系统的正常工作，甚至直接毁伤敌方装备，杀伤作战人员。在各种精确打击武器日益发展的今天，雷达及其武器系统一旦被侦察定位，将会处于十分危险的境地。目前反辐射武器的攻击误差仅几米，攻击距离可达数百公里，安装于弹道导弹、巡航导弹和长航时无人机上的反辐射武器，作战距离甚至可达数千公里。如果没有受到干扰，雷达制导的防空导弹一次齐射的目标杀伤概率在90%以上，防空火炮一次点射的目标杀伤概率在80%以上。而在越南战争中，美军综合采用了多种雷达对抗措施,曾一度使地空导弹的杀伤概率降到2%,防空火炮的杀伤概率降到0.5%以下。在海湾战争中，美军的F-117A隐形战斗机出动数千架次，执行防空火力最强地区的作战任务，在强大的电子干扰掩护下，竟然无一损失。第1章雷达对抗概述1.1.21.雷达对抗首先依赖于雷达的电磁辐射。为了获取目标信息，雷达需要将高功率的电磁波能量照射到目标上，由于目标的电磁散射特性，将对入射电磁波产生相应的散射和调制，雷达接收到来自目标的散射信号，再根据收发信号的相对调制关系，解调目雷达对抗的基本原理如图1-2所示。在一般情况下，雷达侦察设备直接接收雷达发射的电磁波信号，检测该雷达的存在，测量其所在方向、信号频率和其它调制参数等，也可以根据已经掌握的雷达信号先验信息，判断该雷达的功能、工作状态和威胁程度等，并将各种处理结果提交各级指挥控制中心、干扰机、反辐射武器导引设备等。第1章雷达对抗概述（1）（2）（3）雷达信号的调制方式和参数位于侦察机处理能力（4）第1章雷达对抗概述1)(1)(2)产生干扰信号进入雷达接收机，破坏其检测目标和测量(3)2)(1)(2)锁定和跟踪该辐射源信号，实时向攻击武器飞行控制机构(3)引导反辐射武器不断逼近该辐射源，直到战斗部将其摧毁。第1章雷达对抗概述2.1)随着人类对电磁谱的不断开发和利用，特别是近20年来对电磁谱的极度开发和利用，各种辐射源、散射源形成的电磁波极度拥塞了时间、空间和频谱范围，每个辐射源电磁波信号的调制变化，大量辐射信号在时间、频谱、空间的密集、随机混叠，构成了极度复杂的电磁信号环境。而雷达对抗设备要在如此复杂、博大的电磁信号环境中对敌方雷达实施全面、正确、有效的侦察、干扰和攻击，就必须适应宽频带、大视场、复杂电磁信号环境的要求。这也是雷达对抗装备必须具有的显著技第1章雷达对抗概述2)由于雷达信号大多为射频脉冲信号，持续时间很短，甚至仅为数十纳秒。在一般情况下，雷达侦察设备预先并不知道这些射频脉冲的入射方向、射频频谱、到达时间和各种调制特性，也无法像雷达那样设计匹配接收机和信号处理机。因此，雷达侦察接收机和信号处理机首先需要具有对射频脉冲信号的瞬时检测和对信号主要特征参数的瞬时测量能力；其次需要具有对瞬时检测脉冲信号的快速分选和对辐射源检测、识别处理的能力；然后需要具有对某些重要信号的精确第1章雷达对抗概述1.1.3电子战(EW)是敌我双方利用电磁能和定向能以破坏敌方武器装备对电磁谱、电磁信息的利用，或对敌方装备和人员进行攻击和杀伤，同时电子战包括两个相互斗争的方面：电子对抗(ECM，包括电子侦察、电子干扰、电子隐身和电子摧毁等)和电子反对抗(ECCM，包括电子反侦察、电子反干扰、电子反隐身和电子反摧毁等)。电子干扰、电子摧毁也称为电子进攻，电子反侦察、电子反干扰和电子反摧毁也称为电子防护。电子战的技术分类很多，以无线电设备或器材的功能类别进行分类是常用的方式之一，如：雷达对抗与反对抗，通信对抗与反对抗，光电对抗与反对抗，无线电引信对抗与反对抗，导航对抗与反对抗，敌我电子对抗从频域上可分为射频对抗、光电对抗和声学对抗三段，各频段的划分如图1-3第1章雷达对抗概述图1-3电子对抗的频段划分第1章雷达对抗概述1.射频对抗的频率范围为3MHz~300GHz，是雷达、通信、导航、敌我识别、无线电引信等微波电子设备工作的主要频2.光电对抗的频率范围在300GHz以上，可进一步分为红外、可见光、激光、紫外等子频段，是精确制导和定向能武3.声学对抗的频率范围主要在3MHz以下，是水下声呐、第1章雷达对抗概述1.2雷达对抗的信号环境S是指其所在位置处各种电磁辐射、散射信号的全体：NiitsS1(1-1)式中,N为电磁辐射、散射源数量，si(t)为其中第i个源的信号。第1章雷达对抗概述1.2.1雷达对抗系统中信号环境的描述1.脉冲信号环境对于式(1-1)中的脉冲雷达辐射信号，可展开其射频脉冲序列：(1-2)其它jijitjijijijjiittAttAtststsji,,j,,,,0,00e,第1章雷达对抗概述1)包络函数Ai,j(t)(1-3)jiiiirririiriijitaGGRPtA,,,,,,,,式中,Pi(Ri，r)，Gi(αi，r，βi，r)，Gr(αi，βi)，ai(t，τi，j)分别为在距离Ri，r处收到该雷达发射脉冲的功率，雷达发射天线在接收方向αi，r、βi，r的增益，侦察接收天线在雷达方向αi、βi的增益和归一化的脉冲形状函数。ai(t，τi，j)可以表现出射频脉冲的振幅调制信息，有时为了简化描述，常用矩形脉冲函数近似：其它jijijiittta,,,0,01,rect,(1-4)第1章雷达对抗概述2)到达时间ti,j(1-5)jijijitt,1,,PRIPRIi,j为脉冲重复周期，也是雷达信号调制中相对变化范围最大、最容易、最快捷、最常使用的一项参数,一般表述为(1-6)LjjnLLjnnjTTnppnppniiji,mod,10PRIPRIPRI1111,1,,第1章雷达对抗概述3)脉冲宽度τi,jτi,j与雷达的作用距离、距离分辨力、工作比等具有密切的关系，许多雷达可以在改变PRIi，j的同时更换τi,j，以保持工作比不变，并获得尽可能大的威力范围。脉冲压缩雷达经常通过选用不同的τi,j来改变脉冲压缩处理增益(带宽与时宽的乘积)，以适应远程和近程不同探测任务的需要。τi,j的一般表述为(1-7)LjjnLLjnnjnppnppniiji,mod,,101111,1,,第1章雷达对抗概述4)相位调制由于频率是相位的时间导数，因此式(1-2)中的相位调制也包括频率调制。Ⅰ脉内相位调制单个雷达信号脉冲的相位调制是脉内相位调制，主要有单载频、频率分集、频率编码、线性调频、相位编码等，其函数表述分别为：(1)单载频：(1-8)jijijittt,,,0(2)频率分集：(1-9)jtttjinppiji,0,1,,第1章雷达对抗概述(3)频率编码：(1-10)jntnttttjijiniiji,,10,,,1,,(4)线性调频:jijijitttt,2,,0π(1-11)(5)相位编码：ptpcqttpjiji1,2,,nnpqcjip,,,,1,1,,0(1-12)第1章雷达对抗概述Ⅱ脉间相位调制除了在脉内的相位调制以外，现代雷达信号在脉冲之间的相位调制主要有固定频率、捷变频、分组变频等。脉间的相位调制还可以与脉内的相位调制组合，形成更加复杂的雷达发射脉冲调制。例如：将脉内的单载频、线性调频、相位编码脉冲等与下面的脉间调制组合，形成的表述分别为捷变频和分组变频。(1)捷变频：(1-13)jknppikiji,,1,,,式中，n和{ωi，p}np=1分别为可捷变的频率数和频率集合。第1章雷达对抗概述(2)分组变频：(1-14)LjjnLLjnnjnppnppniiji,mod,101111,1,,根据作战功能和战术技术指标要求，雷达对抗系统对各种信号的侦收处理能力是在整个信号空间S中一个有限的检测空间DR，其典型表现形式为(1-15)PPWAOARFRD第1章雷达对抗概述式中，ΩRF、ΩAOA、ΩPW和ΩP分别为雷达对抗系统对信号载频、到达方向、脉冲宽度和信号功率的检测范围，DR是它们需要同时满足的条件。雷达对抗系统可能检测到的全体信号S′只是S中满足DR条件的子集合：(1-16)NijijjiDtstsS1R,,雷达对抗系统的基本设计依据就是：根据任务需求分析S和S′,合理地设计和实现自身能力DR，使系统能够满足各项战术、技术指标的要求。在一般情况下，S′是诸多雷达辐射脉冲信号序列的叠加，由于各辐射源之间一般是独立发射的，当N数量较大时，S′近似满足统计平稳性和无后效性，在数学上可以采用泊松(Poisson)过程描述。该过程给出了在τ时间内到达n个脉冲的概率Pn(τ)为第1章雷达对抗概述(1-17),1,0,0e!nnPnn式中,λ称为S′的脉冲流密度，也是指单位时间(τ=1s)内雷达对抗系统接收到的平均脉冲数，它与S′中各辐射源信号参数的关系可以表示为(1-18)NiiiPf1rr其中,fri是第i部雷达的脉冲重复频率，Pri为其发射脉冲特性属于DR的概率。利用S′中各雷达工作的独立性，可求得第k部雷达的发射脉冲与其它雷达射频脉冲时间重叠的概率PS′(k)为(1-19)iikiikNkiiiikSikPPRI,PRI1PRI111第1章雷达对抗概述2.连续波信号环境除了脉冲雷达以外，S′中还可能存在某些连续波雷达，它们在近距离精确测速、测高、目标照射和半主动寻的制导等方面具有重要的应用。连续波雷达信号的主要幅相调制形式有两种。1)正弦调幅连续波信号(1-20)