彈載干擾初探

背景

為了在大國博弈中掌握主動權(quán)，發(fā)展并掌握彈道導彈技術(shù)有著重要的戰(zhàn)略意義。以美國導彈防御系統(tǒng)（如GBR、愛國者、薩德等）為代表的導彈防御系統(tǒng)的出現(xiàn)，給彈道導彈完成其使命任務帶來巨大挑戰(zhàn)脅。彈道導彈發(fā)揮其威力的前提是突破敵方導彈防御系統(tǒng)的攔截。彈道導彈突防的方法很多，有源電子干擾作為經(jīng)濟實用的方法越來越受到重視。導彈防御系統(tǒng)的核心是雷達，有源電子干擾正是通過干擾敵方導彈防御系統(tǒng)中的雷達，縮短其發(fā)現(xiàn)導彈的距離或者破壞其識別系統(tǒng)，使導彈防御系統(tǒng)來不及反應，從而使己方攻擊彈頭突防敵方導彈防御系統(tǒng)而攻擊預定的目標。

彈道導彈突防方法

為了應對來自蘇聯(lián)反導攔截武器的挑戰(zhàn)，1962年，在美國空軍贊助下，林肯實驗室開始研究彈道導彈突防對策的設(shè)計、開發(fā)、測試和評估工作， 并開展了高級彈道再入系統(tǒng)（Advanced Ballistic Missile Reentry Systems，ABRES）

項目的研究，該項目旨在檢驗美國各種突防措施的有效性。并通過MK11、MK12和MK500等多型彈頭開展了相關(guān)的彈載干擾突防的試驗。

典型彈載干擾機介紹

1、美國系統(tǒng)和處理公司的ADEP 800

ADEP-800是一種最先進的低成本飛行單元，具有模塊化，平臺或pod安裝和高度可編程性。SPEC的ADEP可以精確數(shù)字生成RF信號、波形和圖像，而不會產(chǎn)生傳統(tǒng)DRFM中存在的典型偽像和不準確性。與基于傳統(tǒng)DRFM架構(gòu)的競爭系統(tǒng)不同，ADEP可以很容易地產(chǎn)生如精確表示的多重目標，擴展范圍和SAR圖像以及用于寬帶啁啾和其他復雜波形的頻率補償多普勒等具有挑戰(zhàn)性的數(shù)字效果。超寬瞬時帶寬，低雜散信號和優(yōu)異的增益平坦度都能實現(xiàn)多個復雜目標的高保真度生成，具有用于對抗多個同時威脅雷達的單獨可編程延遲，多普勒，相位和幅度調(diào)制。

2、歐洲的低功率干擾機

這些干擾器產(chǎn)生與彈頭的反射信號等功率的干擾噪聲信號，使得雷達無法確定彈頭是否存在。實現(xiàn)這個目標所需的電量非常小。干擾器可以很容易地產(chǎn)生數(shù)萬個虛擬目標來掩蓋彈頭的存在或位置。每個干擾器可以是一英寸，重一磅，并由市售的電路和電源組成。

參數(shù)資料不詳。

相關(guān)知識

1997年，賓夕法尼亞大學物理與天文學系對的教授Frankel撰寫了題為《Defeating Theater Missile Defense Radars with Active Decoys》的文章，分析了有源誘餌對抗彈道導彈防御雷達的可能性。

淺析射頻干擾對消

提到射頻干擾對消，大家肯定會想到EA-18G的射頻干擾對消Interference cancellation system(INCANS)模塊。EA-18G咆哮者使用強大的電子干擾來壓制敵方的雷達，從而保護盟軍飛機進入敵方領(lǐng)土。但是，高功率的壓制干擾同時也會干擾己方的機載通信。通過INCANS接收干擾信號的樣本，并通過該樣本形成對消信號，然后將其與接收支路的接收信號合成，從而對消接收支路的干擾信號，僅留下需要的的接收信號。下圖中紅色的圓圈內(nèi)的模塊。

INCANS模塊2004年由EDO公司開始研制，并于2005年完成首套的研制。INCANS模塊的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)是EDO的Cosite干擾減輕子系統(tǒng)（CIMS）。CIMS是一種主動對消器，可在在機載干擾設(shè)備輻射干擾的情況下同時進行遠程語音通信。該模塊在ALQ-99實施全頻段壓制干擾的同時，采用主動干擾對消技術(shù)保證己方甚高頻(UHF)通信的暢通。這項技術(shù)當時也是首次應用。

2007年，EDO公司被ITT公司收購，并成立了Exelis公司，該模塊的使用方式如下圖，Exelis聲稱在實驗室環(huán)境INCANS模塊可以獲得超過60dB的對消比，盡管真實環(huán)境下在一定程度降低對消比，但仍能實現(xiàn)40-50dB的對消比。對于瞬時帶寬為2GHz的系統(tǒng)，在頻帶中心可獲得60dB、頻帶邊沿獲得10dB的對消比。

在Exelis公司的產(chǎn)品手冊上可以看到該模塊的相關(guān)參數(shù)如下：

尺寸：長330.2mm 寬 157.48mm 高193.04mm

重量：11.577kg

模塊化設(shè)計: 10 SRAS（車間可更換組件）

2015年，哈里斯公司(Harris)收購了Exelis公司，哈里斯公司聲稱目前他們最新的干擾對消解決方案可以提供100db甚至更高的真實干擾對消，如下圖所示。最新一代的哈里斯干擾對消器使用高級干擾對消系統(tǒng)（AIMS），并采用了標準化、開放和可擴展的架構(gòu)，可快速部署在固定站點、地面車輛、飛機上和船只上。此外，一個AIMS可以為多個受擾接收者提供從一個到多個干擾源的電磁干擾防護。AIMS可以應用于寬帶或?qū)拵盘柕膶掝l譜范圍，從HF到X頻帶以上。

射頻干擾對消技術(shù)的起源可以追溯到20 世紀30 年代出現(xiàn)的靜音機，1934年，Paul Leug提出利用聲波反相干涉相消來消除噪聲的方法，即通過人為引入噪聲源,并調(diào)節(jié)使其與原噪聲源幅值相等、相位相反,兩者疊加抵消從而消減噪聲。該技術(shù)后來廣泛應用于飛機駕駛艙內(nèi)的噪聲。

二十世紀60年代末，干擾對消技術(shù)逐漸應用到通信抗干擾中來。美國羅馬航空發(fā)展中心(Rome Air Development Center,RADC)最先承接了這一課題，并提出采用“有源干擾抵消技術(shù)“，研制了自動相位微調(diào)的開環(huán)干擾抵消系統(tǒng)。該系統(tǒng)在300 MHz 的載頻上,實現(xiàn)了對鄰道干擾的抑制。60年代末先后研制了幾個實驗性系統(tǒng)，證明此技術(shù)是可行的。70年代以后，在軍事通信各領(lǐng)域，如空中指揮、空中交通管制、岸基通信、機載通信等方面開始應用。

射頻干擾對消技術(shù)最初的發(fā)展思想也是構(gòu)建一個與干擾信號幅度相同、相位相反的射頻信號，并與干擾信號合成，從而對干擾信號形成抵消效果。對消技術(shù)由于其原理簡單,便于用多種技術(shù)形式實現(xiàn),干擾信號的正交合成技術(shù)即是最開始的技術(shù)實現(xiàn)形式。下圖為基于光子技術(shù)正交合成射頻干擾對消系統(tǒng)。

近年來隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了基于自適應濾波的多時延信號合成技術(shù)，即利用自適應濾波算法控制各個合成信號的權(quán)值大小,最后實現(xiàn)對原始信號的濾波,從而達到干擾對消的目的。

盡管實現(xiàn)途徑不一樣，但總的來說兩種方式都是通過構(gòu)建與原信號具有相關(guān)性的對消信號，最終獲得期望信號。

國外應用情況

1、哈里斯公司

通過谷歌專利可以看到干擾對消的大部分專利是American Nucleonics Corporation公司申請的，該公司也即現(xiàn)在的哈里斯公司。

其他見上一期。

2、ZEGER ABRAMS 公司

Zeger-Abrams公司成立于1977年，一直以來致力于復合干擾和同頻干擾的抑制等先進信號處理技術(shù)的研究。相關(guān)產(chǎn)品主要有：

a、跳頻自適應干擾消除器（HAIC）

頻率范圍： 30至400 MHz

發(fā)送功率： 高達+35 dBm

相干干擾輸入：高達+22 dBm

干擾對消輸出功率：<-40 dBm

插入損耗（期望信號）：< 4.5 dB

輸出增加寬帶噪聲： 無

輸入三階截取點：+62 dBm

跳頻穩(wěn)定暫態(tài)峰值：<-20 dBm

尺寸：3.7“x 2.1”x 6.2“每個模塊

重量：<24盎司 每個模塊

b、抗多路徑系統(tǒng)

頻率范圍：0.5 - 18 GHz

多徑干擾的自適應對消，可以實現(xiàn)具有超低旁瓣電平天線的精確測向。

3、英國ERA 公司

英國ERA 公司研制了多種對消產(chǎn)品,包括小型化對消產(chǎn)品和多通道的對消產(chǎn)品。

2006 年該公司為美國的海岸警衛(wèi)隊設(shè)計并制造的150 ~ 175 MHz頻段的8 通道干擾對消器。該對消器可在8 通道同時工作時實現(xiàn)40 dB抵消比,當干擾信號與有用信號相隔250 Hz時,有用信號只衰減3 dB。

4、PSI公司

PSI（Photonic Systems，Inc）公司成立于1999年，主要從事微波光子技術(shù)的研究。憑借數(shù)十年的集成光電經(jīng)驗，PSI為國防、通信、研究和政府的客戶帶來了一流的組件和鏈路解決方案。

2012年，PSI公司在SBIR項目的支持下開展了“High-power Interference Canceller with Optional Self-generated Reference”項目的研究，提出主動抑制了大功率干擾的方案，并研制了高功率干擾對消器（LASCAN）。下圖為PSI采用的方案：

PSI的研制的LASCAN可以顯著減少系統(tǒng)在電磁頻譜使用中不必要的RF干擾。這樣的系統(tǒng)通常需要在面臨大功率干擾的情況下使用，其可以提高性噪比約100dB。當連接在天線和系統(tǒng)發(fā)射和接收路徑之間時，LASSCAN已經(jīng)展示了60-70 dB的大干擾功率的對消。

到目前為止，LASSCAN已驗證了HF（3 MHz）到X頻段（12 GHz）的對消能力，原理上可以實現(xiàn)高達W波段（100 GHz）信號的對消。LASSCAN還能夠?qū)ο行问降耐l干擾。

PSI研制的RF干擾對消器，可以在50W的功率下工作，同時開發(fā)了更低功耗，更小尺寸的混合IC版本，稱為INchip。

PSI-7611-001G INchip PSI-7600 50W干擾對消器

5、POC公司

POC（Physical Optics Corporation）成于立1985年，為服務于軍事，國防，安全和商業(yè)市場的先進技術(shù)的系統(tǒng)集成商。

該公司針對射頻干擾消除，研制了高功率可調(diào)諧敏捷射頻濾波器，它在模擬域中工作，可以提供超過100 dB的帶內(nèi)衰減，并且反射功率（VSWR）非常小。

6、科巴姆天線系統(tǒng)公司

RF干擾對消是科巴姆天線系統(tǒng)公司（Cobham Antenna Systems）開發(fā)的集成通信環(huán)境（ICE）技術(shù)之一，用于優(yōu)化在同一平臺上同時運行的多個無線電（干擾機和對講系統(tǒng)）的性能?？瓢湍烽_發(fā)了一種新型射頻干擾對消技術(shù)，極大地提高了設(shè)備靈敏度。

a、Multi-Radio Interference Cancellation System-ICE 7201

頻率范圍：30 – 512 MHz

對消比：60dB (典型值)

功率: <18 W

VSWR：1.5:1

b、Communications-Through-ECM System-ICE 77201

頻率范圍：30 – 512 MHz

對消比：60dB (典型值)

功率: <18 W

VSWR：1.5:1

7、ADRF公司

ADRF公司（Advanced RF Technologies，ADRF）是全球最大的服務提供商。ADRF的產(chǎn)品套件包括分布式天線系統(tǒng)，中繼器，小型電池，天線和無源組件。

2014年1月，ADRF推出AXM2100-9543-ICS產(chǎn)品，該產(chǎn)品是該公司的專利干擾消除系統(tǒng)（ICS），用以克服各種戶外環(huán)境中的干擾。

產(chǎn)品亮點：

?專利干擾消除系統(tǒng)（ICS）提供穩(wěn)定的覆蓋范圍，在≤6微秒的對消窗口內(nèi)獲得高達-15dB 系統(tǒng)隔離度，

?最大增益為95 dB最大輸出功率為43 dBm

其他參數(shù)如下：

參考：王慧. 電子信息系統(tǒng)中干擾對消技術(shù)的發(fā)展與應用[J]. 電訊技術(shù),2016,56(12):1409-1416.

附：美國射頻對消相關(guān)的項目一覽

DARPA項目及參與單位（98）

SBIR

美國陸軍2015年項目

交叉眼干擾淺析

根據(jù)前一期單脈沖雷達的知識可知，單脈沖雷達不再采用順序波束而是同時多波束，因此從理論上講振幅隨時間的波動不會影響跟蹤精度。另外，單脈沖雷達在受到噪聲千擾時會切換至被動跟蹤干擾源的模式（也稱干擾源尋的，homing on jamming ,HOJ，這將在后面幾期進行科普），在這種模式下雷達不再發(fā)射信號，而是轉(zhuǎn)向被動偵察，在這種模式下同時多波束也能夠?qū)崿F(xiàn)對干擾源的精確跟蹤。所以，單脈沖雷達對傳統(tǒng)的干擾具有很強的抗干擾能力，因而對現(xiàn)代軍事系統(tǒng)造成重大的威脅。交叉眼干擾能夠重構(gòu)出閃爍干擾產(chǎn)生最有效的角度偏差的情況，是針對單脈沖雷達有效的對抗技術(shù)之一。

1953年，Delano在一次會議上發(fā)表了第一篇關(guān)于閃爍干擾的文章“Theory of target glint or angular scintillation in radar tracking”. 盡管這篇文章廣受爭議，但對后來相關(guān)干擾技術(shù)的發(fā)展起到了非常大的推動作用。1958年Sperry Rand公司的Peter K. Shizume申請了第一個交叉眼的專利“ANGULAR DECEPTION COUNTERMEASURE SYSTEM”。當然，這個專利直到1978年才得以公開。

基本概念

交叉眼干擾是一種能夠欺騙跟蹤雷達的角度測量，使得其指向錯誤目標位置的干擾技術(shù)，主要應用于對末制導雷達進行自衛(wèi)式干擾，對單脈沖體制的末制導雷達干擾效果更明顯。交叉眼干擾還有其他叫法：雙源干擾，相位波前畸變，彎曲的相位波前，人工閃爍，合成閃爍，相位波前變形，二點交叉眼，三點交叉眼等。交叉眼干擾可以理解為人為地重構(gòu)對雷達產(chǎn)生最大角度誤差的閃爍干擾，使用兩個天線發(fā)射信號，理想情況下，在被干擾雷達的陣面處形成兩個相位差為180度的信號。

交叉眼干擾機的結(jié)構(gòu)如下圖所示，位于右機翼的天線所接收到的信號被放大20-40dB并從左機翼的天線轉(zhuǎn)發(fā)，同理，位于左機翼的天線所接收到的信號被放大并從右機翼的天線轉(zhuǎn)發(fā)，但在該電路中存在180度的相移。為了使干擾更有效，這兩個電纜通道必須保持180度的相位差（誤差在1到2度）

跟蹤的雷達(不管是單脈沖還是圓錐掃描雷達)，在進行目標跟蹤時，總是要把它自己對準從目標反射回來的電磁波相位波前的法線方向。因為交叉眼干擾使用兩個反相的干擾源，所以干涉現(xiàn)象所產(chǎn)生的相位波前畸變將使得單脈沖雷達的和響應小于差響應，即差-和方程的符號將改變。從而導致雷達將其跟蹤角校正到遠離目標而不是靠近目標。

基本模型

上圖所示的交叉眼干擾可以抽象為電磁場里面的啞鈴模型，因此可以得到兩個幅度幅度相等而相位相反的干擾源形成的干涉圖形如下圖所示。由圖可以看出，信號幅度在相位波前扭曲最大的地方取值最小。這是因為相位波前扭曲最大的方向即為兩個散射源相位相差最大（180度）的方向，此時兩個散射源的信號相位相反，在此方向上兩個散射源發(fā)射的信號疊加時信號基本完全抵消，信號幅度趨于零。

更清晰的波前扭曲見下圖。

由于相移信號和無相移信號同時到達單脈沖雷達，因此產(chǎn)生一個零點，從而迫使尋的器遠離目標。

國外研究情況

意大利Elettronica公司從1988到2000年一直在持續(xù)開展“交叉眼干擾”的研究,并在艦載、機載等平臺開展了試驗研究，具體見下圖。Elettronica公司認為機載平臺的研究已經(jīng)成熟，艦載的仍需做相關(guān)改進。

從Elettronica公司官網(wǎng)及相關(guān)網(wǎng)站可以得知交叉眼相關(guān)設(shè)備已經(jīng)裝備在臺風和陣風等戰(zhàn)斗機上。

下圖為2000年，Elettronica公司資深專家Neri.F 等人在2000年老烏鴉協(xié)會會議上所做的關(guān)于交叉眼試驗的報告題目。

Elettronica公司在交叉眼干擾技術(shù)研究的經(jīng)驗總結(jié)如下：

Elettronica公司的Nettuno-4100艦載干擾機具備交叉眼干擾的能力。

瑞典國防研究局也開展了大量的交叉眼的研究，據(jù)報道瑞典的戰(zhàn)斗機也裝備了相關(guān)設(shè)備。

此外，南非的Warrendu Plessi也一直在進行相關(guān)的研究工作，并開展了大量實驗, 不過他的研究主要還是偏學術(shù)研究。

Warrendu Plessi在內(nèi)場進行了大量測試，測試圖片如下：

此外，Warrendu Plessi也進行了外場測試，干擾效果如下：

美國的研究情況報道的較少，但從相關(guān)專利和報告可以看出，諾格、ITT等公司一直在開展相關(guān)的研究。

另外，據(jù)報道，俄羅斯的部分戰(zhàn)斗機也已經(jīng)裝備了相關(guān)設(shè)備。

交叉眼干擾在工程實踐中存在的主要問題是難以獲得相位和幅度的匹配以及進行快速開關(guān)切換，而數(shù)字射頻存儲技術(shù)和納秒開關(guān)等技術(shù)的出現(xiàn)使得交叉眼干擾的工程應用成為可能。下圖為一種基于納秒開關(guān)的解決電纜長度匹配問題的方案：

當然交叉眼干擾同樣存在一些缺點和不足，例如：交叉眼干擾信號在雷達陣面處趨向于完全抵消，則需要干擾信號發(fā)射端具有高增益和高功率；布置成穩(wěn)定的交叉眼干擾特別是需要調(diào)制變化的情況，系統(tǒng)內(nèi)的相位和幅度匹配是其中難點和挑戰(zhàn)；交叉眼干擾系統(tǒng)需要對信號進行收發(fā)，其中收發(fā)隔離問題也是其中的難點。

因此，在此借用網(wǎng)友“流星”對交叉眼干擾的評論：理論很性感，實現(xiàn)很骨感。

交叉眼干擾的使用考慮(付孝龍《交叉眼干擾分析及實施方法 》)：

如果交叉眼干擾在實施剛開始時就使欺騙角度保持在要求的狀態(tài)，那么此時干擾信號功率會比較小，不能夠很好的掩蓋目標回波，捕獲雷達的波門，因此在交叉眼干擾實施剛開始時應該讓功率因素占優(yōu)，這樣可以容易掩蓋目標捕獲雷達的波門，然后才是穩(wěn)定因素占優(yōu)，有規(guī)律的將交叉眼干擾的狀態(tài)調(diào)整到要求的狀態(tài)。由于交叉眼干擾處理的威脅信號可能是多個信號，而且它們之間往往是不同頻率的，所以進行移相操作時比較困難，需要一定的計算和調(diào)整時間，如果在使用時經(jīng)常調(diào)整相位差，那么干擾的穩(wěn)定性和有效性將無法保證，因此不易經(jīng)常進行調(diào)整。從交叉眼干擾的分析中得出，相位差保持在180度時可以通過調(diào)整振幅比達到交叉眼干擾的任何狀態(tài)，相位差保持在180度時其波動范圍最大，而且調(diào)整信號的功率更加容易也更加迅速。

所以，交叉眼干擾在運用時的合理方法應該是一種功率“拖引”方法，首先是只使用一路天線轉(zhuǎn)發(fā)高功率180度移相的干擾信號，此時高功率信號捕獲雷達波門，然后按照一定的方式增大另一路信號的功率，并不對這一路信號做移相操作，直至將功率增加到交叉眼干擾所需要的狀態(tài)，也就是欺騙角度的容限中心。如果同時配合距離和速度波門拖引，那么雷達將會被逼真的從真目標位置上誘騙到一個假目標的位置上，也可以通過這樣的方式來釋放多假目標干擾。

審核編輯：湯梓紅