付 伟
(东北电子技术研究所 锦州 121000)
【摘要】 详细分析箔条干扰物的基本性质和特性, 介绍雷达无源干扰物效果检 测技术, 综述雷达无源干扰物的发展趋势。
关键词: 雷达对抗 无源干扰 箔条 检测技术
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F u W e i
(N orth ea s t R esea rch I n s t i tu t e of E lec t ron ic T ech n o logy , J in z h o u 121000)
A bstra c t : T h is p a p e r an a l yze s th e b a s i c fea t u r e s an d ch a r ac t e r i s t i c s o f ch a ff, de s c r i b e s th e rada r te s t i n g tech n o l o g i e s o f su c h p a s s i ve j amm e r s ,
an d d i scu s se s th e deve l opm en t t r en d o f th e s e j amm e r s .
Keyword s : rada r co u n t e rm ea s u r e s p a s s i ve j amm i n g ch a ff te s t i n g tech n o l o g y
1 引言
箔条干扰的实质是, 在交变电磁场的作用下, 箔条上感应交变电流, 而根据电磁辐射理论, 这个交变电流要辐射电磁波, 即产生二次辐射, 从而对雷达起无源干扰作用。
在上个世纪 70 年代末到 80 年代初, 西方国家的箔条干扰物普遍采用镀银尼龙材料。 后 来, 美国研制出效费比更高的镀铝玻璃丝, 它现在仍是制造箔条的主要材料。 镀铝玻璃丝直径 为 18～ 20Λm , 上 镀 一 层 2～ 3Λm 厚、纯 度 为 99% 的 铝, 最 后 得 到 的 偶 极 子 的 直 径 为 25～ 28Λm 。 镀铝玻璃丝最后还要进行“表面圆满”处理, 使它在被切割成一定长度的箔条时变得更 加圆滑, 这样能防止镀铝玻璃丝表面的氧化, 保证箔条投放时的快速扩散和不粘连。 尽管以后 的研究又发现了其它适于作箔条的材料, 如炭丝, 镍ƒ锌镀层和可裂变的材料, 镀铝玻璃丝仍然 是目前应用最广泛和效费比最高的箔条材料。唯一的改进是将镀铝玻璃丝的直径减小到 20～
23Λm , 使得在给定的箔条干扰弹中能容纳更多的箔条。
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2 箔条干扰物的基本特性
箔条是具有一定长度 (一般为雷达半波长) 的金属, 或介质表面涂金属的直条、丝、片等。而 Ξ
箔片是特征尺寸远大于波长(或面积大于波长平方) 的金属(或介质表面涂金属) 平薄片。箔条偶极子的基本性质与特性为: ·单个箔条偶极子的有效散射面积;
·箔条偶极子组的有效散射面积;
·箔条偶极子云的有效散射面积;
·频率特性(反射和吸收谱) ;
·箔条偶极子的汇合能力和混合效应;
·箔条偶极子云的展开时间;
·箔条偶极子云的极化性能;
·箔条偶极子云中电波的衰减;
·重量外形尺寸特性;
·箔条偶极子的散射方法;
·箔条偶极子的制造类型、结构和工艺;
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·周围介质的特性(温度、风向、折射等) 对箔条偶极子云的电参数影响;
·除衰减以外的屏蔽效应;竹炭颈椎枕
·体密度;
·箔条偶极子云的下降速度。
在抛撒箔条偶极子组时, 其相邻间的距离, 应不大于雷达的距离分辨率和角度分辨率。对于箔条对雷达的干扰效率的分析只能是近似的, 比较精确的研究要在风洞和微波暗室内进行。
在空中抛撒高密度的箔条偶极子组时, 仍然存在着问题: 箔条偶极子抛下后, 在极短的时间内下降速度几乎降到零(等于风速) , 所以在箔条偶极子云的反射背景上, 雷达依然能够分辨出动目标, 虽然雷达的
作战效能已经大大降低, 但有时还需要用雷达有源干扰措施来补偿。
箔条偶极子云反射信号的频谱, 不同于单个箔条偶极子的信号频谱。它是由云中箔条偶极子的运行来确定的, 也就是具有多普勒扩展的特性。其频谱扩展的起因:
·箔条偶极子云在大气湍流作用下的运动;
·箔条偶极子云随风的运动;
·箔条偶极子云在重力作用下的运动;
·投放飞机湍流的影响的散射。
也就是说, 反射信号频谱首先取决于大气的气象条件。
2. 2 箔条偶极子云的有效散射面积与电磁波衰减
箔条偶极子云的有效散射面积和电磁波衰减的计算, 可由下面公式进行。设机载投放器以平均浓度为n 个偶极子ƒm 3 形成偶极子云, 单个偶极子的有效散射面积
Ρ为:
Ρ= 0. 86Κ2 co s4 Η(1)式中, Κ为雷达波长, Η为入射雷达波的电场矢量与箔条偶极子轴线的夹角。对于半波长箔条偶极子来说:
(2)
Ρ= 0. 86Κ2 co s2 Η
当Η= 0°(即偶极子极化平面与入射波相符) 时:
Ρm ax = (3)
0. 6Κ2
6
(4)
Β= exp (- 0. 17n Κ) 1ƒm
Β为单位长度上雷达波的衰减系数, 而Κ的单位为m 。
上述公式不仅可用来估算雷达无源干扰的屏蔽效果, 而且还能根据雷达对抗的要求, 计算出箔条偶极子云的密度。
根据偶极子理论, 当偶极子密度妨碍每个偶极子接收雷达的全部能量时, 就出现屏幕效应, 这种效应使箔条云的干扰性能降低。当偶极子密度达到只使表面的偶极子反射入射能量时, 屏蔽效应达到了顶点, 而我们知道, 箔条云总的雷达截面等于各单根箔条雷达截面之和, 而与箔条的尺寸无关。所以我们应根据箔条云雷达截面的关系来确定: 箔条云中偶极子间隔多宽才能使相互作用最小。
为了便于设计, 可把箔条的雷达截面转换成体积或重量。对于半波长(0. 48Κ) 长度的圆形偶极子来说, 箔条的雷达截面与重量的关系如下式:
Ρ= kW ƒf(5)式中,W为以磅为单位的箔条重量;
f 为以GH z 为单位的雷达频率。
表1 为箔条偶极子的特性, 表2 为各种目标的雷达散射截面。
表1为箔条偶极子的特性
类型尺寸(Λm )
密度(k gƒm 3 )k (m 2GH zƒ1b )镀铝玻璃丝25 2550 17000
2×1 铝箔50×25 2700 6310
4×1 铝箔100×25 2700 3155
V 型弯曲铝箔200×12 2700 3235
镀银尼龙丝90 1300 2570
表2各种目标的雷达散射截面
目标目标
有效散射截面(m 2 )有效散射截面(m 2 )汽车, 坦克7～30 75m m 炮弹0. 01
直升机0. 5～1. 0 F - 4 鬼怪式飞机5～7
F -15 飞机 3 F -16 飞机1. 7
B - 52 轰炸机100 B - 1 轰炸机10
B - 1 B 轰炸机1. 0 汽艇50～100
大型军舰(10～14) ×1030. 3～0. 8
反舰导弹0. 15 反辐射导弹0. 02 箔条偶极子云10
2. 3 金属箔片干扰物
箔条干扰物的种类是很多的, 从电磁散射角度可分为线散射体和面散射体。镀铝玻璃丝等镀金属纤维或线状金属导体是线散射体, 而面散射体是尺寸比波长大的金属或镀金属物体, 如金属箔片。两种散射体散射机理是不同的。面散射体的发展是与M M W、M T I、PD 雷达的发展相关的, 随着频率的提高, 面散射体雷达截面大、雷诺数高, 就能保证快速散开。
金属箔片为典型面散射体, 其散射机理是波动光学: 箔片受电磁波照射时, 箔片上的各点 是新的波源, 发射电磁波。 箔片频带宽, 频率越高雷达截面越大, 频率高端不受限制。 由于空
气阻力, 箔片不会大面积扩散, 不会分成多块云, 只能呈一团干扰云, 形成较好的假 目标, 从而能有效干扰雷达。
箔片的形状取决于应用场合: 圆形箔片和方形箔片适用于轰炸地面目标时空投, 以干扰地面雷达。海湾
战争中美军就使用了圆形箔片。而一头沉菱形箔片对纵轴对称, 对横轴呈一头沉，这样的箔片投放后, 箔片绕纵轴旋转, 形成假目标, 可有效对M T I 、PD 雷达进行欺骗干扰。
雷达无源干扰效果的测试技术包括干扰物性能的静态测试和动态测试两部分内容。 静态
测试通常是在实验室内用测量仪器完成的, 这里重点研究干扰物性能动态测试技术。 雷达无
源干扰动态测试有两种方法: 一是用雷达定性检测, 一是用测量设备定量检测。 雷
达定性检测是通过观察雷达荧光屏上干扰信号的强弱和对目标的影响程度来确定干扰强度。例如: 轻度干扰表示雷达虽受干扰, 但仍能发现和跟踪目标, 中度干扰表示干扰较强, 已淹没回 波, 雷达难以发现和跟踪目标; 严重干扰表示干扰很强, 雷达无法发现和跟踪目标。因此可以看
出, 这种测试除了与无源干扰效果有关外, 还与测试雷达的性能、操纵员的熟练程度有关。同一 种无源干扰对某部雷达为强干扰, 而对另一部雷达可能是中等干扰。 所以, 定性测试只是对雷 达无源干扰效果的一种粗略估计。
由于雷达定性检测存在的问题, 随之出现了用测量设备进行定量检测技术。定量检测主要
有三种方法: 一是干扰物雷达截面积的比较法, 二是曲线比较法, 三是定点比较法。我们以干扰 物雷达截面积的测试为例, 分别介绍这三种定量检测的原理。 3. 1 干扰物雷达截面积的比较法
首先用一个标准球为标准目标, 它的雷达截面积为一定值, 即 Ρ= Πa (a 为金属球半径) , 将 被测目标的回波电压与标准球的回波电压相比较, 从而得到被测目标的雷达截面积公式为:
Ρj = (V j ƒV s ) (R j ƒR s ) Ρs 式中: Ρj —— 干扰物的雷达截面积 (m 2 )
V j —— 干扰物的回波电压 (V )
R j —— 干扰物距离 (m ) V s —— 标准球回波电压 (V ) R s —— 标准球的距离 (m )
Ρs —— 标准球的雷达截面积 (m 2 ) 3. 2 曲线比较法
(6) a . 定标: 在规定的视线角和距离范围内, 由近及远移动标准球, 测出 (V S - R S ) 定标曲线。 b. 测试: 测试干扰物的回波电压和距离, 做出 (V j - t ) 曲线和 (R j - t ) 曲线。
c . 计算: 如计算 t n 时刻的雷达截面积 Ρj 值, 先在 (V j - t ) 曲线和 (R j - t ) 曲线上到回波电 压幅
度 V j n 和距离 R j n , 再在 (V s - R s ) 定标曲线上到与 V j n 相等的 V sn 点所对应的 R sn , 将R j n 、R s m 代入下式:
Ρj n = (R j n ƒR sn ) Ρs
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3. 3 定点比较法
a. 定标: 将标准球置于一固定距离R s 上, 测试其回波电压辐度V s 和衰减量D s。
b. 测试: 用干扰物回波电压辐度V j 与标准回波V s 的差值调整衰减器的衰减量, 使V j =
V s 测出衰减器的衰减量D j 和干扰物的距离R j。
c. 计算: 将不同时刻的D j 和R j 代入下式:
Ρj n = (R j nƒR s) Ρs r 100. 1(D j n-D S ) ( ) 7 由上式计算出不同时刻的Ρj n 值, 从而做出(Ρj n - t) 线。至此, 干扰云雷达截面积定量测试完成。
但是, 从上述的测试原理与测试步骤中不难看出, 这种动态定量测试实际上是准动态测试, 考虑实战中,
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在复杂的气象条件下和载体以各种不同的姿态投放干扰物, 以及气动特性对干扰物的影响等因素, 动态测试工作还要复杂得多, 涉及面广。
除此之外, 准动态定量测试的内容还包括: 雷达无源干扰压制系数, 箔条的散开时间, 箔条干扰云的有效持续时间和留空时间, 箔条干扰云的掩盖范围, 箔条干扰云的频率特性, 箔条干扰云的极化特性, 箔条干扰云衰减系数等等。
4 箔条干扰物技术的发展趋势
箔条干扰物的种类是很多的, 从电磁散射角度可分为线散射体和面散射体。线散射体是线状金属导体或镀金属纤维, 而面散射体是尺寸比波长大的金属或镀金属物体。两种散射体散射机理是不同的。面散射体的发展是与M M W、M T I、PD 雷达的发展相关的, 随着频率的提高，面散射体雷达截面大, 雷诺数高, 就能保证快速散开。
常规线状箔条尽管存在一些问题, 但是要在远离军舰的地方, 使用其它干扰材料形成大面积雷达回波信号是困难的, 在目前, 任何其它干扰材料都远不如箔条投放技术效果好、费用低。国外专家预测, 先进的雷达系统最终可能识别出箔条和真目标, 但是雷达系统的作战效率仍会由于箔条的干扰作用而降低。因此箔条将会继续得到广泛应用, 应该提高箔条的应用性能。随着M T I、PD 雷达的出现和广泛应用, 研究和研制面散射体, 并开发综合利用, 将能更好地满足作战需求。
箔条干扰物的发展趋势是: 在现有的基础上对箔条干扰弹进行改进(主要是技术指标的提高和功能的改进) , 将常规箔条和反雷达箔条混合投放, 研制超宽频带、连续覆盖、小散开体积、大雷达截面、频谱宽、扩散快(散开时间可提高到毫秒级)、具有动目标特性的干扰弹, 向实现宽开干扰、多功能和大体积方向发展。
箔条干扰物的投放ƒ发射技术重点发展以下三个方面:
a. 最新的投放系统已经将箔条投放的时间间隔从100～125m s 减少到大约30～50m s, 这使得在很短的时间内可将大量的箔条部署在雷达的分辨单元内。当对付最新的高频火控雷达时, 这一改进显得非常重要, 因为最新的雷达的波束很窄, 雷达分辨率单元也很小。箔条对付毫米波雷达的有效性问题不是箔条是否在这些频率内起作用, 而是箔条能否进入雷达分辨单元。
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