對雷達無源對抗技術

1、第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術第第9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1 箔條干擾箔條干擾9.2 反反 射射 器器9.3 假目標和雷達誘餌假目標和雷達誘餌9.4 隱身技術隱身技術第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術9.1 箔條干擾箔條干擾 雷達通過對目標回波的檢測和分析,發(fā)現目標并確定其性質。雷達對抗就是要通過破壞雷達回波的特性,達到干擾雷達正常工作的目的。前面所講的噪聲壓制性干擾和欺騙干擾都是靠發(fā)射電磁波信號達到干擾雷達目的的。這種有源干擾方法存在一些問題,就像雷達信號可以作為對方攻擊的信標一樣,干擾信號也會成為對方的信標。 第

2、第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 除了采用有源方法以外,還可以采用無源方法,產生雜亂、虛假回波或減弱目標回波,破壞雷達的正常工作。無源干擾也能夠破壞和妨礙雷達檢測回波,在某些方面具有較有源干擾更明顯的優(yōu)點,如: （1）能夠干擾各種體制的雷達,如頻率捷變、頻率分集、單脈沖、相控陣和微波成像雷達; （2）干擾空域大,頻帶寬; （3）制造簡單,使用方便,干擾可靠,研制周期短。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 無源干擾技術主要包括以下6種: （1）箔條（干擾絲/帶）:產生干擾回波,以遮蓋目標或破壞雷達對目標的跟蹤。 （2）反射器:以強的回波形成假目標或改變

3、地形地物的雷達圖像進行目標偽裝。 （3）等離子氣懸體:形成吸收雷達電波的空域,以掩護目標。 （4）假目標:主要針對警戒雷達,大量假目標使雷達目標分配系統飽和。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 （5）雷達誘餌:主要針對跟蹤雷達,使雷達不能跟蹤真目標。 （6）“隱身”技術:綜合采用多種技術,盡量減小目標的反射能量,使得雷達難以發(fā)現自己。 在實戰(zhàn)中,有源干擾和無源干擾常常配合使用。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.1 箔條干擾的一般特性 箔條的是使用最早和最廣泛的一種無源干擾技術,歷次戰(zhàn)爭證明其在保護飛機和艦船方面具有優(yōu)越的性能。 箔條通常由金

4、屬箔切成的條、鍍金屬的介質構成或直接由金屬絲制成。其中使用最多的是半波長的振子,這種振子對電磁波諧振,散射波最強,材料最省。它們在空間的大量隨機分布,所產生的散射對雷達造成干擾,其特性類似噪聲,遮蓋目標回波。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 箔條干擾各個反射體之間的距離通常比波長大幾十倍到上百倍,因而它并不改變大氣的電磁性能。 箔條的使用方式有兩種。一是在一定空域中大量投擲,形成寬數公里長數十公里的干擾走廊,以掩護戰(zhàn)斗機群的通過。這時,雷達分辨單元中,箔條產生的回波功率遠大于目標的回波功率,雷達便不能發(fā)現和跟蹤目標。另一種是飛機或艦船自衛(wèi)時投放箔條,這種箔條快速散開,形

5、成比目標大的多的回波,而目標本身作機動運動,這樣雷達不再跟蹤目標而跟蹤箔條。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 為了能夠干擾不同極化和波長的雷達,箔條也采用長達幾十米甚至上百米的干擾絲或干擾帶。箔條干擾能夠同時對不同方向、不同頻率的多部雷達進行干擾,但是對具有速度處理能力的雷達來說,其干擾效果會嚴重下降。 箔條干擾的技術指標包括:箔條的有效反射面積、頻率特性、極化特性、頻譜特性、衰減特性、遮擋效應以及散開時間、下降速度、投放速度、粘連系數、體積和重量等。這些指標受各種因素影響較大,一般根據實驗來確定。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.2 箔

6、條的有效反射面積 箔條干擾是大量隨機分布的箔條振子的響應總和。箔條總的有效反射面積等于箔條數乘以單根箔條的平均有效反射面積。 我們首先研究單根箔條的有效反射面積。目標的有效反射面積可以定義為目標散射總功率P2和照射功率密度S1的比值,即=P2/S1,如果E2為反射波在雷達處的電場強度,E1為照射波在目標處的電場強度,目標斜距為R,則222214ERE(91） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 設箔條為半波長的理想導線,如圖91所示,入射波的場強為E1,與箔條的夾角為,則E1產生的感應電流的最大值為10cosEIP(92） 其中,R=73為半波振子的輻射電阻;為波長。 第

7、第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術圖91 半波長振子的有效反射面積 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 該感應電流在雷達處產生的電場強度E2為0260cosIER(93) 將(92）,(93）式代入(91）式,則可以得到單根箔條的有效反射面積2410.86cos(94） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 考慮箔條在三維空間的任意分布,則箔條的平均有效反射面積為單根箔條的面積在空間立體角中的平均值,即11()Wd其中, ,則1(),sin4Wdd d 24210010.86cossin0.174dd (95） 第第9 9章章 對雷

8、達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 在投放箔條時,要保證在每個雷達分辨單元里箔條的有效反射面積是目標有效反射面積的0Kj倍,因此在雷達分辨單元內箔條的根數由下式確定:01jKN(96） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.3 箔條的頻率響應 為了得到大的有效反射面積,通常采用半波長振子箔條。但半波長箔條的頻帶很窄,只有中心頻率的15%20%。為了增加頻帶寬度,可以采用兩種方法。一是增大單根箔條的直徑或寬度,但是帶寬的增加量有限,且容易帶來重量、體積和下降速度等問題;二是采用不同長度的箔條混合包裝,為了便于生產,每包中箔條長度的種類不宜太多,以58種為宜。第第9

9、9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.4 箔條干擾的極化特性 短箔條在空間投放以后,由于本身所受重力和氣候的影響,在空間將趨于水平取向且旋轉地下降,這時箔條對水平極化雷達的回波強,而對垂直極化雷達信號反射很小。為了使箔條能夠干擾垂直極化的雷達,可以在箔條的一端配重,使箔條降落時垂直取向,但下降速度變快,并且在箔條投放一段時間以后,箔條云出現兩層,上邊一層為水平取向,下邊一層為垂直取向,時間越長,兩層分開的越遠。但在飛機自衛(wèi)情況下,剛投放時,受飛機湍流的影響,箔條取向可以達到完全隨機、能夠干擾各種極化的雷達。 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 長箔條（

10、長于10cm）在空中的運動規(guī)律可以認為是完全隨機的,能夠對各種極化雷達實施干擾。箔條云的極化特性還與雷達波束的仰角大小有關。在90仰角時,水平取向的箔條對水平極化和垂直極化雷達的回波差不多,但在低仰角時,對水平極化雷達的回波比對垂直極化雷達的回波要強的多。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.5 箔條回波信號的頻譜 箔條云回波是大量箔條的反射信號之和。每根箔條回波的強度和相位是隨機的,其頻譜可以認為是高斯譜,其頻譜中心對應于箔條云移動的中心頻率,其頻譜寬度主要取決于風速，風速越大,頻譜越寬。 箔條云的平均運動速度v0為220FL(97） 其中,vF,vL分別為風的平

11、均速度和箔條的平均下降速度。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 應當指出的是,箔條云的頻譜寬度通常只有幾十赫茲,即使在陣風、旋風作用下,其譜寬也只有幾百赫茲,因此對具有多普勒頻率處理功能的雷達來說,干擾效果要明顯降低。 這時,可以采用復合式干擾,利用有源干擾產生寬帶多普勒噪聲,以彌補箔條干擾帶寬的不足。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.1.6 箔條的戰(zhàn)術應用 箔條的優(yōu)越性能使它在現代戰(zhàn)爭中有著日益廣泛的應用:用于在主要攻擊方向上形成干擾走廊,以掩護目標接近重要的軍事目標,或制造假的進攻方向;用于洲際導彈再入大氣層時形成假目標;用于飛機自衛(wèi)、艦船

12、自衛(wèi)時的雷達誘餌。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 1.箔條用于飛機自衛(wèi) 箔條用于飛機自衛(wèi)是利用箔條對雷達信號的強反射,將雷達對飛機的跟蹤吸引到對箔條的跟蹤上。為了達到該目的,箔條必須在寬頻帶上具有比被保護飛機大的有效反射面積,必須保證在雷達的每個分辨單元內至少有一包箔條,如圖92所示。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術圖92 箔條誘餌的投放時間要求 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 在徑向方向,箔條的投放時間間隔ti應小于飛機飛過距離分辨單元的時間,即2 cosjct(98） 其中,為飛機飛行方向與徑向方向的夾角。 在切線

13、方向,箔條的投放時間間隔應小于飛機飛過雷達角度分辨單元的時間,即 0.5sinjRt(99） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 飛機在箔條的投放中應保證箔條的快速散開,并且在方向上作適當的機動,可以躲避雷達的跟蹤。這種箔條對飛機身后雷達的干擾更為有利,這時,雷達的距離波門將首先鎖定在距雷達較近的箔條上。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 2.箔條用于艦船自衛(wèi) 箔條用于艦船自衛(wèi)時,一種方法是大面積投放,形成箔條云以掩護艦船。因為艦船體積的龐大,其有效反射面積高達數千甚至數萬平方米,這需要專門的遠程投放設備,其價格昂貴,箔條用量也大。另一種是把箔條作為

14、誘餌,以干擾敵攻擊機或導彈對艦船的瞄準攻擊。實戰(zhàn)表明,箔條對飛航式反艦導彈的干擾特別有效,而且更經濟、靈活,已成為現代艦船廣泛采用的電子對抗手段。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 這種誘餌式箔條的干擾原理是,當艦上偵察設備發(fā)現來襲導彈后,立即在艦上迎著導彈來襲方向發(fā)射快速離艦散開的箔條彈,使之和艦船都處于雷達的分辨單元之內,從而使導彈跟蹤到比艦船回波強得多的箔條云上。同時,艦船應根據導彈來襲方向,艦船航向,航速以及風速作快速機動,以躲避雷達的跟蹤。 值得一提的是,艦船的運動速度慢,有效反射面積大,應盡早發(fā)現來襲導彈,為艦船發(fā)射箔條彈和作機動提供足夠的時間。第第9 9章章

15、 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術9.2 反反 射射 器器 在雷達干擾中,還需要使用不同形式的反射器,以產生強烈的雷達反射回波。一個理想的導電金屬板,當其尺寸遠大于波長時,可以對法線方向的入射波產生強烈的反射,其有效反射面積為2max24A(910） 式中A為金屬板的面積。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 如果入射波的方向偏離法線方向,則反射波將偏離入射波的方向,相應的有效反射面積將顯著減小,因此對反射器的主要要求如下: （1）以小的尺寸和重量,獲得盡可能大的有效反射面積; （2）要具有足夠寬的方向圖。 為此,人們研制了多種性能優(yōu)越的反射器,例如角反射器,雙錐反

16、射器,龍伯透鏡反射器,萬-阿塔反射器等。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.2.1 角反射器 角反射器是利用三個互相垂直的金屬板制成的,如圖93所示。根據各個面形狀的不同,可以分為三角形、圓形和方形角反射器。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 圖93 角反射器 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 1.角反射器的有效反射面積 角反射器可以在較大的角度范圍內,將入射波經過三次反射,按原入射方向反射回去。 當入射波平行于一個面時,由另兩個面完成反射,因而具有很大的有效反射面積。如圖94所示,角反射器的最大反射方向為角反射器的中心軸

17、,它與三個垂直軸的夾角相等,為54.75。在中心軸方向的有效反射面積為最大,因此只要求得角反射器對于中心軸的等效平面面積,代入式(910）,就可以得到最大有效反射面積。 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術圖94 角反射器的原理第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術4max24max24max24.1915.637.3Oaaa(913） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 比較上述結果可以看出,在垂直軸a相等的情況下,三角形角反射器的有效反射面積最小,圓形的次之,方形的最大。角反射器的有效反射面積與波長成反比,雷達波長不同,有效反射面

18、積不同,信號強度也不同。 角反射器對制造的準確性要求很高。如果三個面的夾角不是90或反射凹凸不平,將引起有效反射面積的顯著減小。在邊長a比波長大得多時,角度偏差應小于0.5,板面的不平程度要求l(24)mm。但是這些缺點,從反雷達雙頻識別角反射器來說,并非壞事。 在實際使用中,考慮到制造的難易程度,安裝的堅固性,以及材料的變形等因素,通常選擇三角形角反射器。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 2.角反射器的方向性 角反射器的方向性用方向圖來表示。反射器的方向圖越寬越好,以便在較寬的角度范圍內對雷達信號都有強的回波。三角形角反射器水平方向圖的半功率寬度為40,圓形的為30,

19、方形的最窄,為25。增寬角反射器方向圖寬度的方法之一是采用增大角反射器頂端面積的變形角反射器。這種角反射器的方向圖寬度可以由一般角反射器的40增大到60,但是由于制造復雜、體積較大、使用不便,實際上沒有被采用。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術圖95 三角形角反射器的垂直方向圖第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 通常采用的角反射器是四象限的角反射器。這種四格的三角形角反射器可以覆蓋404的角度范圍。如果采用兩個相同的四格角反射器,使它們相差45配置,則可以覆蓋408的角度范圍,基本上具有全方位覆蓋性能。四格角反射器適用于地面、水面?？罩惺褂玫某３Ｊ前?/p>

20、格的角反射器。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 三角形角反射器的垂直方向圖如圖95所示,最大方向的仰角為35,方向圖寬度為,而圓形和方形角反射器的寬度分別為31和29,這種方向圖對于地面目標偽裝來說是極為不利的,來襲飛機由遠及近,角反射器在遠距離（低仰角）上反射信號太弱,就達不到偽裝的目的。常用來改善角反射器低仰角性能的方法有兩種。一種是增大角反射器的底邊面積,但也只能得到幾度的改善。 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 另一種是將反射器架高,并將它傾斜一個角度,則經角反射器反射的回波有直接照射到角反射器上的直接波和經地面反射到角反射器上的間接波,

21、由于這兩種波之間存在波程差,而使合成的垂直方向圖呈現多瓣狀;當=35時,合成的垂直方向圖的最大方向的仰角最低（小于10）,但方向圖太窄;當=15時,垂直方向圖的最大方向仰角為15左右,但方向圖較寬。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 3.角反射器的頻率特性 如公式(910）所示,角反射器的最大有效反射面積與波長的平方成反比,這是不同于普通目標的,一般目標的有效反射面積與雷達的工作波長沒有關系。因此,雷達可以通過雙波段工作,分別測量其回波功率,來區(qū)別角反射器和一般目標。 為了對付雷達的雙波段識別,一是采用金屬網和金屬板做成的復合式角反射器,使金屬網部分對高頻雷達波不產生反射

22、,而對低頻雷達波又能全部反射,使得角反射器對低、高頻雷達的有效反射面積相同;二是利用角反射器各邊不成90時,有效反射面積減小與頻率的關系,選擇合適的偏差角,展寬角反射器的頻帶。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.2.2 龍伯透鏡反射器 龍伯透鏡反射器是在龍伯透鏡的局部表面上加上金屬反射面而構成的。龍伯透鏡是一個介質圓球,其折射率n隨著半徑r變化,即22( )rna (914) 式中a為透鏡的外半徑。 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 具有這樣折射率的龍伯透鏡可以把外徑上的一個點輻射源變成平面波輻射出去,或把透鏡所截獲的入射平面波集中為一點。 龍

23、伯透鏡反射器根據所加金屬反射面大小不同,有90,140,180的反射器,它們的波束寬度分別為90,140,180。當a時,龍伯透鏡的有效反射面積為443224124aa(915） 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 實際的龍伯透鏡反射器,由于介質損耗和制造的不完善等因素,其有效反射面積比理論值要小1.5dB左右。 龍伯透鏡反射器的優(yōu)點是體積小,有效反射面積大,在水平方向和垂直方向都有寬的方向性;缺點是需要專門的材料和制造工藝,造價高,重量大。現在,其產品已經系列化。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術9.3 假目標和雷達誘餌假目標和雷達誘餌 假目標和雷

24、達誘餌是破壞敵防空系統對目標的選擇、跟蹤和摧毀的有效對抗手段之一。它廣泛用于重要目標的保護,飛機、戰(zhàn)略武器的突防和飛機艦船的自衛(wèi)。 假目標通常在結構上比較復雜,性能逼真,能夠自主獨立飛行。大量的假目標將使雷達操作員發(fā)生混亂,增加識別時間或使自動數據處理系統飽和,迫使敵方對假目標進行攻擊,減少真目標受攻擊的機會。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 雷達誘餌通常是指飛機和艦船為了破壞敵雷達或導彈的跟蹤系統而發(fā)射或投放的假目標,使雷達或導彈的跟蹤系統跟蹤誘餌,達到保護飛機或艦船的目的。 一般目標的假目標和誘餌的制造通常要求有大的雷達有效反射面積,而隱身飛行器的假目標和誘餌卻要求

25、有較一般目標小得多的反射面積。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.3.1 帶有發(fā)動機的假目標 火箭式假目標或無人駕駛飛機,可以在目標信號的強度,速度,加速度,甚至更多的信號特征上模擬真目標,可以實現長時間的飛行。 因此,這類假目標通常包括三個部分:發(fā)動機,飛行控制系統和干擾設備。除了其本身對雷達信號的反射外,還裝有無源反射器或有源的干擾發(fā)射機或轉發(fā)器,甚至還有紅外、激光等干擾設備。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.3.2 火箭式雷達誘餌 雷達誘餌一般在目標受到雷達或導彈跟蹤時才發(fā)射或投放,其作用距離較近,飛行控制簡單,體積、重量都遠比假目標

26、小,價格也較低。 為了破壞雷達對目標的跟蹤,雷達誘餌對雷達的反射功率應當比目標對雷達信號的反射功率大若干倍,以便將雷達的跟蹤吸引到對誘餌的跟蹤上來?；鸺秸T餌的初速度決定于雷達跟蹤支路的動態(tài)特性,應根據誘餌和被保護目標在角度、距離和速度都在導彈或雷達的分辨單元之內這一要求來選擇初始速度,保證把雷達跟蹤支路的選通門引誘到誘餌上。被保護目標在發(fā)射誘餌的同時,則應在速度和方向上適當機動,以保護目標。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 如果誘餌上裝有有源干擾機,則要求雷達接收的干擾信號功率和目標回波信號之比不小于壓制系數。如果為無源誘餌則要求誘餌的有效反射面積和目標的有效反射面積

27、之比不小于壓制系數。 第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 9.3.3 投擲式誘餌 投擲式雷達誘餌也稱為一次性使用的雷達誘餌,它通常不帶發(fā)動機,由箔條、角反射器等廉價的無源散射器材制成,也有使用有源干擾機作為投擲式誘餌的,但這種干擾機更多地用于分布式干擾。 投擲式雷達誘餌為了完成保護目標的功能,除了滿足干擾功率要求外,還要求誘餌所產生的假目標信號的作用時間應大于等于距離、角度和速度跟蹤系統的時常數。第第9 9章章 對雷達的無源對抗技術對雷達的無源對抗技術 由于不帶發(fā)動機,投擲式誘餌一般作具有一定初速度的自由落體運動,因此,有源與無源誘餌的功率和時間等限制條件對投擲式雷達誘餌在結構上、性能上提出了很嚴格的要求。對脈沖式雷達來說,誘餌的作用時間決定于誘餌在脈沖體積內的停留時間,對連續(xù)波雷達來說,