雷达对抗原理第10章 对雷达的无源干扰技术

第10章对雷达的无源干扰技术10.1箔条干扰10.2反射器10.3假目标与雷达诱饵10.4目标隐身技术　　　　　　10.1箔条干扰10.1.1箔条干扰的根本原理　　箔条通常由金属箔切成的条、镀金属的介质丝/带等制成，其中使用最多的是尺寸为半波长的箔条丝，称为半波振子，它对该波长的频率谐振，产生的散射电场最强。　　目标的雷达截面积可以定义为目标散射总功率P2与入射功率密度S1的比值：σ=P2/S1，如果测得入射波的电场强度E1，又在距离R处测得散射波的电场强度E2，那么有　(10-1)　　对半波长箔条，如图10-1所示，入射波与箔条的夹角为θ，产生的感生电流为(10-2)其中，RΣ=73Ω，为半波振子的辐射电阻。该感应电流在R处产生的电场强度为(10-3)综合上述各式，可以得到单根箔条在特定空间夹角θ时的雷达截面积为　　　　　　　　　σθλ2cos4θ　　　　　　(10-4)考虑到箔条在三维空间中均匀分布，其平均雷达截面积应为σθ在空间立体角中的平均值，(10-5)用箔条回波遮盖目标回波时，要求在每个雷达分辨单元中箔条的雷达截面积σ1N是目标雷达截面积σ的KJ倍以上，N是雷达分辨单元内的箔条平均数,(10-6)－图10-1半波振子的雷达截面积10.1.2箔条的战术应用　　箔条是使用最早的一种无源干扰技术，历次战争都证明其在保护飞机和舰船目标方面具有优越的性能，因此它的广泛应用一直沿袭至今。　　箔条干扰各个反射体之间的距离通常比波长大几十倍，因而它并不改变大气的电磁传播特性。箔条的使用方式主要有两种。　　一种是在一定空域中大量投放，形成数千米宽、数十千米长的箔条干扰“走廊〞，使雷达分辨单元中箔条的雷达截面积远大于目标的雷达截面积，以掩护战斗机群的突防。为了增加箔条的谱宽，还可以利用机上的有源干扰机照射箔条走廊，此时散射到雷达的干扰信号能量是箔条散射雷达照射信号和散射有源干扰信号的叠加。　　另一种是在飞机或舰船自卫干扰时投放，箔条快速散开，形成比目标大得多的回波，而目标作机动运动，诱使雷达检测和跟踪箔条，脱离目标。图10-2为载机自卫干扰时的箔条投放示意图，在飞机机动前的航线上投放假设干个箔条包，每个箔条包散开后形成的雷达截面积均大于载机的雷达截面积，各包之间的间距d小于雷达的空间分辨力，其中在径向方向上，(10-8)其中α为飞机飞行方向与径向方向的夹角。在切向方向上(10-9)箔条包在投放后快速散开，一般载机作适当机动，以躲避雷达的探测和跟踪。这种箔条对干扰飞机身后的雷达更为有利，雷达的跟踪波门容易截获和锁定离雷达较近的箔条回波上。图10-2飞机自卫时箔条干扰示意图　　　　　　　　10.2反射器　　反射器可以在较宽的频率范围内对入射电磁波产生很强的反射，这种反射信号可以形成假目标干扰，也可以改变其所在处物体的电波散射特性。　　一个理想导体的金属板，当其尺寸远大于波长时，可以对板面法线方向入射的电磁波产生强烈的反射，此时其雷达截面积为(10-10)其中A为金属板的面积。如果入射波偏离法线方向，那么反射波也将偏离入射方向，相应的雷达截面积也将显著减小。因此对反射器的主要要求是：　　(1)以小的尺寸和重量，获得尽可能大的雷达截面积;　　(2)具有尽可能大的入射方向响应。　　为此，人们研制了多种性能优越的反射器，主要有角形反射器、双锥反射器、龙伯透镜反射器、万—阿塔反射器等。10.2.1角形反射器　　角形反射器是利用三个互为垂直的金属板制成的，根据每个金属板面的形状，可以分为三角形角反射器、圆形角反射器和方形角反射器等，如图10-3(a)、(b)、(c)所示。图10-3角形反射器　　角形反射器可以在较大的入射方向内，通过两次折射，将入射电磁波反射回去；当入射波平行于某一个平面时，又可以通过其它两个平面完成反射，因而具有很大的雷达截面积，如图10-3(b)所示。角形反射器的最大反射方向为角反射器的中心轴方向，它与三个垂直轴的夹角相等，为54.75°。边长为a的三种角形反射器在该方向时的最大雷达截面积分别为(10-11)　　角形反射器对制造的精度、角度准确度、外平整程度等要求较高，如果三个夹角不是90°，或反射面凹凸不平，将引起雷达截面积的显著降低。在a>>λ时，角度偏差应在±0.5°之内，板面不平度<2mm。在实际使用中，考虑到制造、保存、安装的难易和巩固、稳定程度，通常采用三角形角反射器。　　三角形角反射器水平方向的半功率反射方向图宽度为40°，在仰角方向的最大反射方向为35°，半功率反射方向图宽度为40°；圆形角反射器水平方向的半功率反射方向图宽度为30°，在仰角方向的半功率反射方向图宽度为31°；方形角反射器水平方向的半功率反射方向图宽度为25°，在仰角方向的半功率反射方向图宽度为29°。增加方向图宽度的主要方法是采用多格(象限)角反射器，如常用的四格三角形角反射器，可以到达40°×4的方位覆盖，主要适用于地、海面。常用的八格角反射器可以到达方位为40°×4、仰角为40°×2的覆盖，主要适用于空中。10.2.2龙伯透镜反射器　　龙伯透镜反射器是在龙伯透镜的局部外表加上金属反射面而构成的。龙伯透镜是一种介质圆球，其折射率n随半径r变化，即(10-12)式中a为透镜的外半径。具有这种折射率的龙伯透镜可以把入射到透镜的平面电磁波聚集到一点，再把这一点源变成平面波辐射出去。　　根据所加金属反射面的大小，龙伯透镜有90°、140°和180°的反射器，它们的波束宽度也分别为90°、140°和180°。当a>>λ时，龙伯透镜的有效反射面积为　　龙伯透镜反射器较多用于空中布设。由于介质损耗和制造工艺不完善等原因，实际龙伯透镜反射器的雷达截面积会比理论值约小1.5dB。　　龙伯透镜反射器的优点是：体积小，雷达截面积大，在水平和垂直方向都有较宽的方向性；缺点是需要专门的材料和制造工艺，造价高，重量大。　　　　　10.3假目标与雷达诱饵　　假目标和雷达诱饵是破坏和扰乱雷达目标检测和识别的重要手段，广泛用于目标伪装和重要目标的自卫保护等。10.3.1假目标　　1．固定布设型假目标　　这种假目标主要用于地/海面目标伪装，如采用各类反射器和各种外表金属涂敷、充气成型的薄膜材料构成的假车辆、假飞机、假桥梁、假建筑群等，不仅具有十分逼真的目标微波、可见光散射特性，而且要求其布设和撤收迅速、简便。　　2．空漂/海漂型假目标　　这种假目标主要用于模拟空中飞机和海面舰船目标的散射特性。空漂型假目标一般为灌注轻质气体定高漂浮的金属涂敷气球，利用高空气流带动其运动，所以在使用时需要准确测定高空气流的方向和速度，以便形成需要的假目标航迹。此外，密集的空漂球还会对高速飞行器的平安形成威胁，为此有些空漂型假目标还带有自毁装置。海漂型假目标一般为充气展开的水面角反射器阵列，利用洋流带动其运动，所以在使用时需要准确测定洋流的方向和速度，以便形成需要的假目标航迹。　　3．机动型假目标　　这种假目标主要用于模拟运动中的飞机、舰船、车辆等目标的散射特性，一般由反射器、发动机和运动控制系统共同组成。其中反射器提供假目标的散射特性，发动机提供假目标运动的动力，运动控制系统控制运动的航迹。机动型假目标可以在一定时间内全面、逼真地模拟真目标的散射和运动特性。10.3.2雷达诱饵　　1．固定布设式雷达诱饵　　这类雷达诱饵主要用于保护固定目标。因此这类雷达诱饵一般为迎向威胁方向的偏两点或三点布设，如图10-4所示，其中诱饵与被保护目标的间距Rft应不小于威胁武器杀伤半径rK的3～5倍,即　　　　　　　　　Rft≥(3~5)rK　　　　　　　　　　(10-14)诱饵到达威胁雷达的辐射或散射功率也应是目标雷达截面积的KJ(压制系数)倍以上。图10-4雷达诱饵的典型布设　　2．投掷式雷达诱饵　　这类雷达诱饵可用于保护固定目标或运动目标。一般采用火箭弹将其发射到预定位置，然后迅速成形、开伞悬吊或充气滞空，形成较大的干扰功率或散射面积。当目标位于诱饵附近时，诱使雷达跟踪诱饵。投掷式诱饵可以根据来袭威胁方向、目标运动方向和当时的风速/风向等灵活选择射程、射高等空间位置，部署和使用方便，得到了广泛应用。　　3．拖曳式雷达诱饵　　这类雷达诱饵主要配属于运动目标，并由目标提供动力和运动控制，一般具有与运动目标相同的运动特性。拖曳式诱饵平时保存在目标上，仅在受到雷达威胁时才从目标上施放出来，通过拖缆控制其与目标的间距Rft(典型间距为80m~　　150m);主要采用有源工作方式，由目标平台经过拖缆供电，对威胁雷达实施图8-3中的转发式干扰。由于诱饵主要处于目标运动的前方，对于迎向来袭的威胁，难以形成图10-4所示的诱饵导前关系，因此拖曳式雷达诱饵在任务后期一般采取断缆，使诱饵继续迎向威胁方向运动，而目标那么迅速实施机动躲避。　　4．随行式雷达诱饵　　这类雷达诱饵主要配属于运动目标或运动目标群，可以在一定时间内随行目标运动，并且迎向威胁方向配置，自带动力和一定的供电能力，对威胁雷达实施图8-3中的转发式干扰。随行式雷达诱饵一般采用无人驾驶的运动平台(如无人机)，由目标平台携带，需要使用时从目标平台别离投放，完成任务后可回收或进行自毁式攻击。　　　　　　10.4目标隐身技术　　隐身是一项综合技术，用以尽可能地减小目标的各种可观测特性，使敌方的探测器不能发现目标，或使其探测距离大大缩短。隐身技术主要包括减小目标的雷达截面积、红外辐射特征、可见光散射特征等。对于微波频段的雷达，主要的隐身技术手段有以下4种。　　(1)合理目标的外形，特别是迎向电磁波入射方向的外形。例如对于飞机目标，在满足空气动力学要求的条件下，采用角反射小的翼身混合形体、全埋式座舱、V形垂尾、发动机半埋式安装、背负式进气口以及取消暴露式外挂武器舱架等。一般来说，外表没有明显的突变，外表的曲率半径小，都可以使回波功率得到降低。　　(2)选用非金属材料。机体采用反射率低的非金属材料也可以降低回波信号功率。　　(3)采用反雷达涂层。在产生强烈反射的部位，如发动机的进气口、机翼前后沿及突出部位，用吸收涂层加以覆盖。　　(4)利用等离子气悬体，吸收雷达信号，减小信号的散射。