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海上雷達干擾中的無源干擾技術(shù)探討
【摘要】介紹了無源干擾的分類。詳細(xì)論述了無源干擾技術(shù)中的箔條干擾、反射器干擾和假目標(biāo)或誘餌干擾。
【關(guān)鍵詞】無源干擾；角反射器；假目標(biāo)
1.引言
利用各種對無線電波具有反射性能或吸收性能的材料做成各種干擾物，以改變雷達的回波特性，破壞和擾亂雷達正常工作狀態(tài)，這種干擾稱作無源干擾。干擾物本身并不主動輻射無線電波，只是對無線電波起到反射、轉(zhuǎn)發(fā)或吸收的作用，故也稱消極干擾。與有源干擾相比，無源干擾的特點是制造簡單、價格低、使用方便、研制周期短；適應(yīng)性強，對任何雷達都有干擾作用；干擾效果可靠，一般情況下可以對付各種可能應(yīng)用的雷達新技術(shù)，即不會因?qū)ν蝗徊捎媚承┬录夹g(shù)而失效；能同時干擾不同方向，不同波段的多部雷達。
2.無源干擾的分類
無源干擾大致可分為三類：第一類是在空中投撒的能反射無線電波的輕飄金屬物或有金屬涂層的物體，如干擾絲、干擾帶、干擾片、干擾繩，以及能在空中產(chǎn)生電離的金屬化合物微粒來產(chǎn)生干擾回波遮蓋目標(biāo)或破壞雷達對目標(biāo)的跟蹤，其作用相當(dāng)于有源干擾中的噪聲干擾，具有壓制干擾的效果。另一類是在被掩護目標(biāo)上覆蓋或涂敷能吸收無線電波的非金屬性材料，如石墨、橡膠之類的吸收體，以減小RCS，隱蔽真實目標(biāo)，或是利用等離子氣體形成吸收雷達電磁波的空域，以掩護目標(biāo)。第三類是投放假目標(biāo)，如角反射器，透射反射器和介質(zhì)反射器等，或施放雷達誘餌。假目標(biāo)主要對付警戒雷達，大量假目標(biāo)甚至使目標(biāo)分配系統(tǒng)飽和；雷達誘餌則主要是對跟蹤雷達而言，利用雷達誘餌使雷達不能跟蹤真目標(biāo)。這類干擾的作用相當(dāng)于有源干擾中所使用的回答式干擾，具有迷惑欺騙的效果。
3.箔條（干擾絲/帶/片）
3.1 箔條的用途
無源干擾中使用最早和最廣的是箔條干擾，箔條通常由金屬箔切割而成，或由鍍金屬的介質(zhì)（最常用的是鍍鋁、鋅、銀的玻璃絲或尼龍絲）或直接由金屬絲等制成。箔條的基本用途有兩種：一種是在一定空域中（寬數(shù)公里、長數(shù)十公里）大量的投撒，形成干擾走廊，以掩護艦載戰(zhàn)斗機群的通過；另一種是飛機或艦船自衛(wèi)時投放的箔條，這種箔條要快速散開，形成比目標(biāo)自身的回波強得多的回波，使雷達的跟蹤轉(zhuǎn)移到箔條上而不能跟蹤在目標(biāo)上，實際應(yīng)用時，不論大規(guī)模投放或自衛(wèi)時投放，通常都是做成箔條包由專門的投放器來投放。投放器主要有機電式、引爆式和氣動式三種。機電式投放器是由彈射裝置和數(shù)個投放干擾包的管道所組成，其控制部分能夠選擇投放速度和記錄已投干擾包數(shù)量。引爆式投放器是用點燃火藥產(chǎn)生的氣體來投放干擾包的。氣動式投放器用壓縮氮將干擾包從投放箱中拋出。
3.2 箔條的技術(shù)指標(biāo)
箔條干擾的技術(shù)指標(biāo)不僅有電性能指標(biāo)，如箔條和箔條包的有效RCS、箔條的各種特性（頻率特性、極化、頻譜、衰減）及遮擋效應(yīng)等；而且也有許多使用指標(biāo)，如散開時間、下降速度、投放速度、結(jié)團和混合效應(yīng)及體積、重量等。
箔條的有效RCS越大，干擾的效果就越好。對于波長為l的無線電波，當(dāng)箔條的長度取接近l/2時，其反射能力最強，有效RCS也最大。對這種l/2的干擾箔條起名叫半波振子或偶極子。短的半波長箔條在空氣中通常水平取向。當(dāng)半波振子用來干擾半波雷達時，其長度可達數(shù)十米，為避免投放時相互絞纏，采用了一種彈性半波振子，其質(zhì)地柔軟，能繞成彈性球，投到空中以后利用本身的彈性能自行恢復(fù)成線狀。在實際應(yīng)用中，只帶預(yù)先切割成一定尺寸的干擾箔條執(zhí)行任務(wù)，是很難應(yīng)付頻率變換的，于是開始使用干擾箔條自動切割機，根據(jù)預(yù)警按收機測得的工作波長，切割機自動切割出與照射雷達波長相應(yīng)的半波振子投放出去。
從理論上講，增大箔條的直徑（或?qū)挾葁），可使帶寬有所增寬，然而這將使箔條的重量和體積增大，導(dǎo)致箔條下降速度增大，單位重量和單位體積箔條有效RCS減小等一系列弊��；增大箔條帶寬的另一條途徑是采用長度不同的半波長箔條混合包裝，能使箔條干擾具有很寬的帶寬。所以實際上都是采用很細(xì)的箔條，并利用多種長度不同的箔條以得到寬的頻帶。同時由于采用了細(xì)箔條，其單位重量（或體積）的箔條數(shù)也可增多，也有利于得到大的有效RCS。此外，還可以采用將成捆的箔條絲斜切割的方法來獲得寬頻段特性，這種寬頻帶箔條的頻率響應(yīng)均勻，但不易達到更寬的頻帶。若采用長而非諧振型的箔條（或干擾繩）可以獲得很寬的頻率響應(yīng)。
箔條的極化應(yīng)盡可能與其有效反射面積無關(guān)。箔條投放在空中后，為使它能對任何極化的雷達都能進行有效的干擾，希望其平均有效RCS與極化無關(guān)。然而，由于箔條的形狀，材質(zhì)、長短不同，使其在大氣中的運動特性也存在差異，例如對小于10cm的均勻短箔條，都將趨于水平取向且旋轉(zhuǎn)地下降，所以對水平極化雷達回波強、干效效果好，而對垂直極化雷達的干擾效果就差得多。為了干擾垂直極化的雷達，可以將箔條的一端配重；使箔條的外形和材質(zhì)不完全對稱也能使其運動趨于垂直取向。雖然上述兩項措施能使箔條干擾垂直極化雷達，但箔條的下降速度快了，應(yīng)折衷考慮。長箔條在空中的運動規(guī)律可認(rèn)為是隨機的，若同時使用長達數(shù)十來以至百米的干擾帶和干擾繩，就能達到干擾各種極化雷達的目的。
此外，還要求箔條的遮擋效應(yīng)要小（艦船進行自衛(wèi)而投放箔條的期間，是一種重要的影響），投放速度和散開時間和下降速度要合適等。
3.3 箔條在海上雷達對抗中的應(yīng)用實例
箔條在海上雷達對抗中最典型的應(yīng)用實例是作為艦船自衛(wèi)。一種是大面積投放，形成箔條云來掩護艦船，不但箔條用量大而且還需使用遠(yuǎn)程箔條火箭等專門的投放設(shè)備，其價格昂貴。不過因艦船的速度慢，相對的掩護時間就長得多。艦船自衛(wèi)中用得最多的是用箔條作為雷達誘餌，以干擾敵攻擊機及導(dǎo)彈的雷達對艦船的瞄準(zhǔn)攻擊。實戰(zhàn)表明，箔條對飛航式反艦導(dǎo)彈的干擾特別有效，而且更經(jīng)濟、更靈活，已成為現(xiàn)代艦艇廣泛采用的雷達對抗設(shè)備。
箔條對飛航式反艦導(dǎo)彈進行干擾的基本原理是：當(dāng)艦船上的雷達偵察機或探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈后，立即從艦上向?qū)梺硪u方向發(fā)射快速離艦散開的箔條彈（彈體飛行1-2s，箔條快速散開的時間約需2-3s），使之和艦船都處于導(dǎo)彈尋的雷達的分辨單元內(nèi)，從而使導(dǎo)彈跟蹤到比艦艇回波強得多的箔條云團的回波上（若要掩護中輕型艦艇，要求箔條彈的有效RCS能達數(shù)千平方米甚至一萬多平方米），并使散開后的�？諘r間要確保對導(dǎo)彈的整個飛行過程都能干擾（一般�？諘r間有60s就能滿足要求了）。箔條發(fā)射之后，艦艇應(yīng)立即根據(jù)導(dǎo)彈的方向、艦艇的航向艦速以及風(fēng)向風(fēng)速等進行快速的機動，以避開導(dǎo)彈對艦艇的跟蹤。而箔條云團是在導(dǎo)彈和艦艇之間，彈上的邏輯系統(tǒng)將首先截獲距離近的箔條信號，從而達到誘騙導(dǎo)彈保護艦艇之目的。 4.反射器
在雷達無源干擾中，還可以使用多種型式不同的反射器來產(chǎn)生強烈的雷達回波以達到干擾之目的。對反射器的主要要求是：以小的尺寸和重量，獲得盡可能大的有效RCS；要具有足夠?qū)挼姆较驁D。
使用較多的反射器是角反射器、龍伯透鏡反射器、介質(zhì)反射器和金屬網(wǎng)等。
4.1 角反射器
最簡單的角反射器是由三個相互嚴(yán)格垂直的平整而光滑的金屬平板制成。常用的形狀有三角形、圓形、矩形和方形。在角反射器的內(nèi)角范圍內(nèi)，從任何方向入射的高頻能量，絕大部分能返回該方向。因此尺寸不大的角反射器有效RCS卻相當(dāng)大。如一個邊長為1m的角反射器所反射的雷達電波和一艘中型的軍艦相似。
用于海上的角反射器通常用于模擬艦艇。反射面用鍍金屬的織物或尼龍網(wǎng)制式，被裝在一個可以透過雷達波的氣球里。一端用連接繩同一個浮體相連，另一端通過單向閥門與一個自動充氣裝置連接，如圖8-4所示。在充氣裝置內(nèi)裝有氫化鋰、氫化鈣之類的活性化學(xué)物質(zhì)。整個系統(tǒng)可裝在一個不大的容器里。使用時，將容器投入水中，經(jīng)一段時間反應(yīng)，氣球便能懸于水面一定高度上隨風(fēng)飄動。其中的反射器使敵方雷達熒光屏上顯示出一艘軍艦?zāi)菢拥墓鈽?biāo)。
為了使角反射器以小的尺寸和重量來獲得盡可能大的有效反射面積，通過研究與有效RCS有關(guān)的各種因素就可找出獲得盡可能大的有效RCS的方法。首先，與角反射器本身的尺寸有關(guān)，即與其垂直邊長的4次方成正比，增加邊長可以得到很大的有效RCS；與形狀有關(guān)，在邊長相等的情況下，三角形反射器的有效反射面積最小，圓形次之，方形最大可達三角形的9倍，然而由于它對板面平正度的要求更高，且不如三角形堅固以及方向覆蓋也比三角形的差，所以仍不如三角形反射器使用得廣；與制造精度有關(guān)，如果三個面的夾角不是90°（相關(guān)1°，其有效RCS縮小到原來的1/5）或反射面凹凸不平（要求不平整度小于2-4mm）都將引起有效RCS的顯著減小；與電波入射方向有關(guān)，從法線方向垂直入射的有效RCS最大；與波長入的平方成反比。
角反射器的缺點之一是電磁波反射方向張角小。根據(jù)龍伯透鏡原理制成的透鏡反射器，可得到較寬的反射方向。
4.2 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構(gòu)成的。龍伯透鏡是一個介質(zhì)球，球體外層的介電常數(shù)接近于空氣的介電常數(shù)，在里邊幾層的介電常數(shù)逐漸增大。由于龍伯透鏡反射器能將截獲的電磁波聚集在一起，并以很強的增益反射出去，因而具有較大的RCS。與各種角反射器相比，在同樣尺寸條件下，龍伯透鏡反射器的有效RCS最大，它比三角形角反射器的約大30倍（實際的要比理論值小1.5dB左右）。例如一個直徑24in（英寸）的龍伯透鏡反射器，對3cm波長的有效RCS將超過1000m2，可以模擬一艘中小型艦艇。
5.假目標(biāo)或誘餌
海上假目標(biāo)通常指對敵艦載防空系統(tǒng)的警戒指揮雷達而言，一般在構(gòu)造上較復(fù)雜，但性能比較逼真，如帶有發(fā)動機的假目標(biāo)（火箭式或無人機）可以在目標(biāo)反射信號的強度、速度、加速度，甚至更多的信號特征上模擬真目標(biāo)，并可實現(xiàn)長時間（達幾十分鐘）的飛行。若敵艦載防空系統(tǒng)不能區(qū)別真假目標(biāo)，就只能在真或假目標(biāo)中任意確定一個或幾個目標(biāo)實施射擊，必然會降低對真目標(biāo)的命中概率。這類假目標(biāo)通常包括三部分即發(fā)動機、飛行控制系統(tǒng)和干擾設(shè)備。
海上雷達誘餌則常指艦載機和軍艦為了破壞敵雷達或?qū)椀母櫹到y(tǒng)而發(fā)射或投放的假目標(biāo)，使上述跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)而跟向雷達誘餌。雷達誘餌可分為可控式、拖曳式和投擲式三類�？煽厥秸T餌外形象載有無源轉(zhuǎn)發(fā)器和有源轉(zhuǎn)發(fā)器的導(dǎo)彈，在其被投放時，被掩護目標(biāo)常常應(yīng)進行速度和方向上的機動。這種誘餌的初速度必須保證把雷達（或?qū)さ膶?dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)）跟蹤支路的選通門引誘到誘餌上。拖曳式誘餌有角反射器和金屬網(wǎng)形兩種，其有效RCS要大于被掩護艦載機或軍艦的有效RCS。投擲式誘餌通常由箔條、角反射器等廉價的無源二次輻射器材制成。其中箔條是當(dāng)前最重要且使用最廣的一種投擲式誘餌。由于它價格低、效果好、攜帶量大、使用簡便、已被廣泛地用于艦載機和艦船的自衛(wèi)。箔條用作投擲式誘餌，除了必須滿足投擲式誘餌都應(yīng)滿足的有效RCS應(yīng)大于被掩護目標(biāo)的有效RCS及作用時間應(yīng)大于或等于角度、速度和距離跟蹤系統(tǒng)的時常數(shù)外，在投放時間、散開時間、�？諘r間等方面還有其特殊的要求。
6.結(jié)束語
介紹了無源干擾的分類。詳細(xì)論述了無源干擾技術(shù)中的箔條干擾、反射器干擾和假目標(biāo)或誘餌干擾。除了上述的一些無源干擾技術(shù)方法和手段外，還有一些無源干擾技術(shù)和方法，其中一種就是反雷達涂層。由于雷達是依靠目標(biāo)的回波來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的，因此，在目標(biāo)上涂上反雷達涂層，以減小目標(biāo)對雷達波的有效RCS，是一種帶根本性的雷達對抗技術(shù)。
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