对雷达的无源对抗技术.ppt

对雷达的无源对抗技术 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 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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=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 (91 ） 对雷达的无源对抗技术 设箔条为半波长的理想导线,如图91所示,入射波 的场强为E1,与箔条的夹角为,则E1产生的感应电流的 最大值为 (92） 其中,R=73为半波振子的辐射电阻;为波长。 对雷达的无源对抗技术 图91 半波长振子的有效反射面积 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 (93) 将(92）,(93）式代入(91）式,则可以得到单 根箔条的有效反射面积 (94） 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 其中, ,则 (95） 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0Kj倍,因此在 雷达分辨单元内箔条的根数由下式确定: (96） 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58种为宜。 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。 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。 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 (97） 其中,vF,vL分别为风的平均速度和箔条的平均下降速度 。 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。 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。 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92所示。 对雷达的无源对抗技术 图92 箔条诱饵的投放时间要求 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 距离分辨单元的时间,即 (98） 其中,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 (99 ） 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。 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。 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。 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 (910 ） 式中A为金属板的面积。 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。 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93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。 对雷达的无源对抗技术 图93 角反射器 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94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(910）,就可以得到最大有效反射面积。 对雷达的无源对抗技术 图94 角反射器的原理 对雷达的无源对抗技术 (913 ） 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l(24)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。 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。 对雷达的无源对抗技术 图95 三角形角反射器的垂直方向图 对雷达的无源对抗技术 通常采用的角反射器是四象限的角反射器。这种 四格的三角形角反射器可以覆盖404的角度范围。如 果采用两个相同的四格角反射器,使它们相差45配置, 则可以覆盖408的角度范围,基本上具有全方位覆盖性 能。四格角反射器适用于地面、水面。空中使用的常 常是八格的角反射器。 对雷达的无源对抗技术 三角形角反射器的垂直方向图如图95所示,最大 方向的仰角为35,方向图宽度为,而圆形和方形角 反射器的宽度分别为31和29,这种方向图对于地面目 标伪装来说是极为不利的,来袭飞机由远及近,角反射器 在远距离（低仰角）上反射信号太弱,就达不到伪装的 目的。常用来改善角反射器低仰角性能的方法有两种 。一种是增大角反射器的底边面积,但也只能得到几度 的改善。 对雷达的无源对抗技术 另一种是将反射器架高,并将它倾斜一个角度,则经角 反射器反射的回波有直接照射到角反射器上的直接波 和经地面反射到角反射器上的间接波,由于这两种波之 间存在波程差,而使合成的垂直方向图呈现多瓣状;当 =35时,合成的垂直方向图的最大方向的仰角最低（ 小于10）,但方向图太窄;当=15时,垂直方向图的最大 方向仰角为15左右,但方向图较宽。 对雷达的无源对抗技术 3.角反射器的频率特性 如公式(910）所示,角反射器的最大有效反射面 积与波长的平方成反比,这是不同于普通目标的,一般目 标的有效反射面积与雷达的工作波长没有关系。因此, 雷达可以通过双波段工作,分别测量其回波功率,来区别 角反射器和一般目标。 为了对付雷达的双波段识别,一是采用金属网和金 属板做成的复合式角反射器,使金属网部分对高频雷达 波不产生反射,而对低频雷达波又能全部反射,使得角反 射器对低、高频雷达的有效反射面积相同;二是利用角 反射器各边不成90时,有效反射面积减小与频率的关系 ,选择合适的偏差角,展宽角反射器的频带。 对雷达的无源对抗技术 9.2.2 龙伯透镜反射器 龙伯透镜反射器是在龙伯透镜的局部表面上加上金 属反射面而构成的。龙伯透镜是一个介质圆球,其折射 率n随着半径r变化,即 (914) 式中a为透镜的外半径。 对雷达的无源对抗技术 具有这样折射率的龙伯透镜可以把外径上的一个 点辐射源变成平面波辐射出去,或把透镜所截获的入射 平面波集中为一点。 龙伯透镜反射器根据所加金属反射面大小不同,有 90,140,180的反射器,它们的波束宽度分别为 90,140,180。当a时,龙伯透镜的有效反射面积为 (915） 对雷达的无源对抗技术 实际的龙伯透镜反射器,由于介质损耗和制造的不完善 等因素,其有效反射面积比理论值要小1.5dB左右。 龙伯透镜反射器的优点是体积小,有效反射面积大, 在水平方向和垂直方向都有宽的方向性;缺点是需要专 门的材料和制造工艺,造价高,重量大。现在,其产品已经 系列化。 对雷达的无源对抗技术 9.3 假目标和雷达诱饵 假目标和雷达诱饵是破坏敌防空系统对目标的选择 、跟踪和摧毁的有效对抗手段之一。它广泛用于重要目 标的保护,飞机、战略武器的突防和飞机舰船的自卫。 假目标通常在结构上比较复杂,性能逼真,能够自主 独立飞行。大量的假目标将使雷达操作员发生混乱,增加 识别时间或使自动数据处理系统饱和,迫使敌方对假目标 进行攻击,减少真目标受攻击的机会。 对雷达的无源对抗技术 雷达诱饵通常是指飞机和舰船为了破坏敌雷达或 导弹的跟踪系统而发射或投放的假目标,使雷达或导弹 的跟踪系统跟踪诱饵,达到保护飞机或舰船的目的。 一般目标的假目标和诱饵的制造通常要求有大的 雷达有效反射面积,而隐身飞行器的假目标和诱饵却要 求有较一般目标小得多的反射面积。 对雷达的无源对抗技术 9.3.1 带有发动机的假目标 火箭式假目标或无人驾驶飞机,可以在目标信号的 强度,速度,加速度,甚至更多的信号特征上模拟真目标, 可以实现长时间的飞行。 因此,这类假目标通常包括三个部分:发动机,飞行 控制系统和干扰设备。除了其本身对雷达信号的反射 外,还装有无源反射器或有源的干扰发射机或转发器,甚 至还有红外、激光等干扰设备。 对雷达的无源对抗技术 9.3.2 火箭式雷达诱饵 雷达诱饵一般在目标受到雷达或导弹跟踪时才发 射或投放,其作用距离较近,飞行控制简单,体积、重量都 远比假目标小,价格也较低。 为了破坏雷达对目标的跟踪,雷达诱饵对雷达的反 射功率应当比目标对雷达信号的反射功率大若干倍,以 便将雷达的跟踪吸引到对诱饵的跟踪上来。火箭式诱 饵的初速度决定于雷达跟踪支路的动态特性,应根据诱 饵和被保护目标在角度、距离和速度都在导弹或雷达 的分辨单元之内这一要求来选择初始速度,保证把雷达 跟踪支路的选通门引诱到诱饵上。被保护目标在发射 诱饵的同时,则应在速度和方向上适当机动,以保护目标 。 对雷达的无源对抗技术 如果诱饵上装有有源干扰机,则要求雷达接收的干 扰信号功率和目标回波信号之比不小于压制系数。如 果为无源诱饵则要求诱饵的有效反射面积和目标的有 效反射面积之比不小于压制系数。 对雷达的无源对抗技术 9.3.3 投掷式诱饵 投掷式雷达诱饵也称为一次性使用的雷达诱饵,它 通常不带发动机,由箔条、角反射器等廉价的无源散射 器材制成,也有使用有源干扰机作为投掷式诱饵的,但这 种干扰机更多地用于分布式干扰。 投掷式雷达诱饵为了完成保护目标的功能,除了满 足干扰功率要求外,还要求诱饵所产生的假目标信号的 作用时间应大于等于距离、角度和速度跟踪系统的时 常数。 对雷达的无源对抗技术 由于不带发动机,投掷式诱饵一般作具有一定初速 度的自由落体运动,因此,有源与无源诱饵的功率和时间 等限制条件对投掷式雷达诱饵在结构上、性能上提出 了很严格的要求。对脉冲式雷达来说,诱饵的作用时间 决定于诱饵在脉冲体积内的停留时间,对连续波雷达来 说,则取决于诱饵相对雷达的径向速度在速度跟踪系统 通频带内的