一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法

本发明涉及雷达干扰技术领域，具体涉及一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法。

背景技术：

单脉冲雷达是能从单个回波脉冲信号中获得目标全部角坐标信息的跟踪雷达。单脉冲雷达因其较高的测角精度和较强的抗干扰能力，被广泛用于火炮控制、目标跟踪、导弹制导等领域，对现代军事系统造成重大的威胁。由于传统的干扰方法难以干扰单脉冲雷达，针对单脉冲雷达的干扰成为了电子战(electronicwarfare，ew)领域的研究热点。国内外学者利用单脉冲雷达设计和制造上的缺陷，提出了拖曳诱饵干扰、交叉极化干扰、编队干扰和交叉眼干扰等针对单脉冲雷达的干扰方法。其中，交叉眼干扰被认为是干扰单脉冲雷达最有效的干扰样式。

随着智能化无人机技术在军事领域的大量应用，无人机蜂群作战将会是未来战争中的重要作战样式。

发明人在实践中，发现上述现有技术存在以下缺陷：

受限于传统两源交叉眼干扰技术苛刻的参数容限，使得无人机、小型飞机等狭小空间载体无法实现较好的干扰效果，限制了交叉眼干扰技术的应用；传统反向交叉眼干扰方案的干扰单元由于是线性排布，其干扰效果会受到干扰平台旋转角的影响，当单脉冲雷达处于两点源反向交叉眼干扰机侧面，即干扰机旋转角较大时，干扰效果较差。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法，所采用的技术方案具体如下：

本发明一个实施例提供了一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法，该方法包括以下步骤：

由四架搭载干扰机的无人机组成一个无人机编队，无人机编队呈正方形排布；

干扰机接收到雷达脉冲之后，根据来波信号方向对无人机编队进行干扰机配对，形成两个干扰环路，每个干扰环路包含两个配对完成的干扰单元，构成面向无人机编队的自适应多环路反相交叉眼干扰的空间构型；将雷达脉冲以最小的延迟时间进行转发，捕获单脉冲雷达的距离波门；

干扰机逐渐增大转发延迟时间，使距离波门逐渐偏离平台反射回波，距离波门内的干信比不断增大，干扰增益不断增大，增大测角误差；干信比为所有平台反射回波的幅度之和与多路干扰信号的幅度之和的比值，干信比与干扰增益呈正相关关系；

当平台反射回波移出距离波门之后，增大测角误差直至单脉冲雷达失锁。

优选的，干扰机配对的方法为：

根据来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角，改变干扰单元的配对，无人机编队的前进方向为正方形的任一对角线方向。

优选的，来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角为0°到90°或者-90°到-180°时，干扰单元的配对为第一干扰模式，以作为前进方向的对角线上的两个无人机分别作为第一干扰单元和第四干扰单元，以对角线为分界线，将与来波信号最接近的干扰单元以及与来波信号位于对角线同一侧的干扰单元进行配对；第一干扰模式的第一干扰环路包括配对的第一干扰单元和第二干扰单元；第一干扰模式的第二干扰环路包括配对的第三干扰单元和第四干扰单元；第一干扰单元和第四干扰单元响应于外部信号。

优选的，来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角为90°到180°或者0°到-90°时，干扰单元的配对为第二干扰模式，以作为前进方向的对角线上的两个无人机分别作为第一干扰单元和第四干扰单元，以对角线为分界线，将与来波信号最接近的干扰单元以及与来波信号位于对角线同一侧的干扰单元进行配对；第二干扰模式的第一干扰环路包括配对的第一干扰单元和第三干扰单元；第二干扰模式的第二干扰环路包括配对的第二干扰单元和第四干扰单元；第一干扰单元和第四干扰单元响应于外部信号。

优选的，第一干扰模式的工作模式为：

第一干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后发射转发给第二干扰单元，再由第二干扰单元发射；第二干扰单元接受的信号直接转发给第一干扰单元，再由第一干扰单元发射；第三干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后转发给第四干扰单元，再由第四干扰单元发射；第四干扰单元接受的信号直接转发给第三干扰单元，再由第三干扰单元发射。

优选的，第二干扰模式的工作模式为：

第一干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后发射转发给第三干扰单元，再由第三干扰单元发射；第三干扰单元接受的信号直接转发给第一干扰单元，再由第一干扰单元发射；第二干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后转发给第四干扰单元，再由第四干扰单元发射；第四干扰单元接受的信号直接转发给第二干扰单元，再由第二干扰单元发射。

优选的，捕获距离波门的方法为：

增大干扰调制方向上的幅度差来提高单脉冲雷达的和通道回波，以捕获距离波门；干扰调制方向为在干扰环路内，接收信号幅度和相位调制后的传输方向。

优选的，当目标回波移出距离波门之后，增大测角误差的方法为：

调制两个干扰环路的幅度增益，使自适应多环路反向交叉眼干扰获得高交叉眼增益，进而增大测角误差。

优选的，干信比的调节方法为：通过使干扰环路的干扰环路幅度比和干扰环路相位差失配，获得更高的干信比。

优选的，干信比大于20db。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明实施例通过无人机编队构成自适应多环路反相交叉眼干扰，在任意干扰机转角下都能够保持稳定的干扰效果。

2.本发明实施例通过自适应多环路反相交叉眼干扰和距离波门干扰的结合，能够提高反向交叉眼干扰的干信比，增大干扰增益，提高干扰的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法的流程图；

图2为本发明一个实施例所提供的两种反向交叉眼干扰在不同干扰机转角下使单脉冲雷达产生的测角误差的曲线示意图；

图3为本发明一个实施例所提供的自适应多环路反向交叉眼干扰的几何关系示意图；

图4为本发明一个实施例所提供的干信比和干扰增益中值仿真实验的关系曲线图；

图5为本发明一个实施例所提供的a2＝-0.5db，φ2＝175°时的归一化干信比增益示例图；

图6为本发明一个实施例所提供的a2＝-0.5db，φ2＝175°时的干信比等高线图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于无人机编队的协同欺骗式干扰方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤s001，由四架搭载干扰机的无人机组成一个无人机编队，无人机编队呈正方形排布。

小型无人机的尺寸较小，翼展一般在1～2m，如果将干扰天线对设置在一部小型无人机上，受限于无人机的尺寸，干扰基线过短，无法产生较大的测角误差，会影响交叉眼干扰的效果。

本发明实施例设计一个由四架无人机组成的呈正方形排布的无人机编队，无人机编队的前进方向为正方形的任一对角线方向，每台无人机装载一个干扰机，干扰机之间采用无线通信，两台无人机的干扰机构成一个干扰机对，以此来保证干扰基线的长度。

步骤s002，干扰机接收到雷达脉冲之后，根据来波信号方向对无人机编队进行干扰机配对，形成两个干扰环路，每个干扰环路包含两个配对完成的干扰单元；将雷达脉冲以最小的延迟时间进行转发，捕获单脉冲雷达的距离波门。

请参阅图3，雷达孔径长度为dr，干扰机之间的距离为dc。无人机编队的几何中心到单脉冲雷达中心点的距离为r。雷达中心点到某一干扰机的方向相对于到第n干扰环路中心点的方向为半张角θen，雷达的视轴方向相对于雷达到第n干扰环路的中心方向的转角为雷达转角θrn，第n干扰环路的视轴方向相对于其到雷达中心方向的转角为θcn。

具体的步骤包括：

1)根据来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角θs，改变干扰单元的配对和相对应的所述传输方向，形成面向无人机编队的自适应多环路反相交叉眼干扰的空间构型。具体的步骤包括：

a)来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角为0°到90°或者-90°到-180°时，干扰单元的配对为第一干扰模式，以作为前进方向的对角线上的两个无人机分别作为第一干扰单元和第四干扰单元，以对角线为分界线，将与来波信号最接近的干扰单元以及与来波信号位于对角线同一侧的干扰单元进行配对；第一干扰模式的第一干扰环路包括配对的第一干扰单元和第二干扰单元；第一干扰模式的第二干扰环路包括配对的第三干扰单元和第四干扰单元；第一干扰单元和第四干扰单元响应于外部信号。

第一干扰模式的工作模式为：

第一干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后发射转发给第二干扰单元，再由第二干扰单元发射；第二干扰单元接受的信号直接转发给第一干扰单元，再由第一干扰单元发射；第三干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后转发给第四干扰单元，再由第四干扰单元发射；第四干扰单元接受的信号直接转发给第三干扰单元，再由第三干扰单元发射。

b)来波信号方向与无人机编队的前进方向之间的夹角为90°到180°或者0°到-90°时，干扰单元的配对为第二干扰模式，以作为前进方向的对角线上的两个无人机分别作为第一干扰单元和第四干扰单元，以对角线为分界线，将与来波信号最接近的干扰单元以及与来波信号位于对角线同一侧的干扰单元进行配对；第二干扰模式的第一干扰环路包括配对的第一干扰单元和第三干扰单元；第二干扰模式的第二干扰环路包括配对的第二干扰单元和第四干扰单元；第一干扰单元和第四干扰单元响应于外部信号。

第二干扰模式的工作模式为：

第一干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后发射转发给第三干扰单元，再由第三干扰单元发射；第三干扰单元接受的信号直接转发给第一干扰单元，再由第一干扰单元发射；第二干扰单元接收的信号经幅度增益和相位偏移调制后转发给第四干扰单元，再由第四干扰单元发射；第四干扰单元接受的信号直接转发给第二干扰单元，再由第二干扰单元发射。

需要说明的是，在任何一种干扰单元配对和干扰方向调制的情况下，干扰旋转角θcn的取值范围都为[-π/4,π/4]，当第一干扰单元与第二干扰单元配对，第三干扰单元与第四干扰单元配对时，调制方向为从第一干扰单元到第二干扰单元，从第三干扰单元到第四干扰单元。当第一干扰单元与第三干扰单元配对，第二干扰单元与第四干扰单元配对时，调制方向为从第一干扰单元到第三干扰单元，从第二干扰单元到第四干扰单元。任意一干扰环路的幅度增益和相位偏移分别为an和φn。在本发明实施例中，两组干扰环路在干扰调制方向上的幅度增益分别为a1和a2，相位偏移分别为φ1和φ2。

需要说明的是，对于无人机编队构成的自适应多环路反向交叉眼干扰，交叉眼增益越大，单脉冲雷达产生的测角误差越大，干扰效果越好。

请参阅图2，其示出了两种反向交叉眼干扰在不同干扰机转角下使单脉冲雷达产生的测角误差的曲线。从图中可以看出，当干扰机转角为±90°，即单脉冲雷达位于两点源反向交叉眼干扰天线阵列端部时，测角误差θd＝0，此时两点源反向交叉眼干扰失效。而自适应多环路反向交叉眼干扰的测角误差θd始终大于0，说明自适应多环路方向交叉眼干扰对于任何来波方向的单脉冲雷达都能保持有效的干扰。

2)将雷达脉冲以最小的延迟时间进行转发，增大干扰调制方向上的幅度差来提高单脉冲雷达的和通道回波，以捕获距离波门。干扰调制方向为在干扰环路内，接收信号幅度和相位调制后的传输方向。

不同干扰环路的信号在单脉冲雷达通道内相互抵消，使得交叉眼增益降低，干扰环路相位差越大，干扰信号抵消的情况越严重，系统参数容限越苛刻。因此干扰环路相位差会对反向交叉眼干扰造成严重的影响，尤其是当调制方向上的幅度比和相位差趋近于理想值，角度因子会不可控的连续快速变化，严重影响交叉眼干扰的稳定性。因而，交叉眼干扰对于相位失配更加敏感，干扰环路幅度差对于交叉眼干扰的系统参数容限影响较小，并且干扰机对于幅度的调整也更容易，因此在捕获期通过增大干扰调制方向上的幅度差来提高单脉冲雷达的和通道回波，以捕获雷达波门。

需要说明的是，由于干扰信号与回波脉冲基本重合，雷达波门内干信比较低，并且幅度失配使交叉眼增益降低，因此单脉冲雷达此时的产生的测角误差较小。

交叉眼增益的计算步骤包括：

当存在干扰环路差时，单脉冲雷达总的和通道与差通道回波分别为

pn＝pr(θrn-θen)pc(θcn-θen)pr(θrn+θen)pc(θcn+θen)

其中，pr(θrn±θen)为雷达天线波束在θrn±θen方向上的增益，pc(θcn±θen)为第n干扰环路的天线波束在θcn±θen方向上的增益，β＝2π/λ，为空间相位常数。

其中，β＝2π/λ，为空间相位常数。

则单脉冲比为

其中，表示经过幅度增益和相位偏移后的调制结果，为取虚部运算。

由于分布式多点源交叉眼干扰机位于单脉冲雷达天线的辐射远场，因此dcn＜＜r，θen＜＜βdr，干扰天线的半张角θen的值很小，θcn≈θc1，θrn≈θr1，krn和kcn可化简为

pn≈pr²(θr1)pc²(θc1)

代入单脉冲比公式

其中，为不同干扰环路之间的干扰环路差，a′n为第n干扰环路与第一干扰环路的幅度比，为第n干扰环路与第一干扰环路的相位差；为取实部运算。

则交叉眼增益为

因此干扰环路差会对交叉眼增益产生影响，从而影响干扰性能和系统参数容限，严重时会改变交叉眼增益的符号，使得交叉眼干扰无法在同一侧稳定产生假目标，或者使交叉眼干扰机变为信标机，严重影响交叉眼干扰的效果。

步骤s003，干扰机逐渐增大转发延迟时间，使距离波门逐渐偏离平台反射回波，距离波门内的干信比不断增大，干扰增益不断增大，增大测角误差；干信比为所有平台反射回波的幅度之和与多路干扰信号的幅度之和的比值，干信比与干扰增益呈正相关关系。

单脉冲雷达虽然在角度上具有较高的测角精度和较强的抗干扰能力，但是仍然需要在距离上首先完成检测和跟踪，而单脉冲雷达的距离检测跟踪电路和自动增益控制(automaticgaincontrol，agc)电路等与普通雷达没有明显的区别，抗干扰能力相对比较薄弱，因此对普通雷达的距离欺骗干扰同样能干扰单脉冲雷达。

距离波门拖引干扰是一种针对距离自动跟踪系统的欺骗干扰方式，主要用作自卫式干扰，可以分为捕获期、拖引期和停拖期三个阶段。距离波门拖引干扰的假目标距离函数rf(t)的表达式为

其中，r为目标初始距离，v为匀速拖引速度，a为匀加速拖引速度,tj为单次干扰周期的最长干扰时间。

0≤t<t1为捕获期，干扰机在截获雷达脉冲后放大并以最小的延迟直接进行转发，放大信号是为了捕获雷达接收机的agc电路，由于agc电路存在响应时间，波门捕获阶段一般持续1s左右。t1≤t<t2为拖引期，当干扰机捕获到雷达距离波门后，逐渐增大脉冲转发延时，使距离波门逐渐偏离目标回波。t2≤t<tj为停拖期，当距离波门被完全拖离目标回波后，关闭干扰机，使得跟踪雷达丢失目标，重新进入搜索状态。在雷达重新锁定目标之后，干扰机重复上述过程。距离波门拖引干扰的转发时延表达式为

在本发明实施例中，将自适应多环路反向交叉眼干扰与距离波门拖引干扰相结合，进行距离-角度二维组合干扰，将平台反射回波隔离，消除平台反射回波对交叉眼干扰效果的影响，获得更高的干扰增益，达到更好的干扰效果。

具体的，干扰机逐渐增大转发延时，使距离波门逐渐偏离平台反射回波，当平台反射回波逐渐移出距离波门，雷达波门内的干信比不断增大，干扰增益会逐渐增加，靠近隔离了平台反射回波时的交叉眼增益，增大测角误差。

干扰增益具体的计算步骤包括：

单脉冲雷达在干扰机m的方向上的和通道的归一化增益sm与差通道的归一化增益dm分别为：

其中，n表示第n干扰环路，正负号“±”分别表示靠近和远离单脉冲雷达的干扰单元。

则无人机编队在单脉冲雷达和通道的总平台回波ss与差通道的总平台回波ds分别为：

其中，表示第m架干扰机的平台反射回波。

将干扰信号与平台反射回波相加得出总和差通道回波为：

由于无人机编队在雷达远场条件下，并且θen的值非常小，因此使用了如下近似：

pr(θrn+θen)pr(θrn-θen)≈[pr(θr1)]²

pc(θcn+θen)pc(θcn-θen)≈[pc(θc1)]²

pn≈pr²(θr1)pc²(θc1)

则存在平台回波时的总脉冲比为：

则干扰增益为：

从干扰增益的公式可以得出平台反射回波与干扰信号会在单脉冲雷达和通道内相加，而差通道结果不变，因此干扰增益大幅降低。

定义交叉眼干扰的干信比为各平台反射回波的幅度之和与多路干扰信号的幅度之和的比值，定义aj和φj为

其中，aj表示所有平台反射回波信号幅度之和与所有干扰信号幅度之和的比值，φj表示所有平台反射回波信号相位之和与所有干扰信号相位之和的比值。

由于受到雷达目标的雷达散射截面(radarcrosssection，rcs)姿态敏感性和飞行中的抖动等因素的影响，平台回波相位会在[0，2π]内随机变化，因此假设φj在[0，2π]均匀分布，则干信比根据定义的表达式为

则包含平台回波的干扰增益为

当kn为任意常数，而θ在取值范围内均匀分布时，形如

的表达式中f的中位数fm为

因此干扰增益中值gctm为

从干扰增益中值计算式可以得出，当jsr＝1，干扰增益中值gctm的数值为隔离回波的交叉眼增益的一半。

干信比决定了总交叉眼增益中值gctm占隔离回波的交叉眼增益的比例，而总交叉眼增益中值gctm反映了总交叉眼增益的分布情况，当干信比越大，总交叉眼增益中值gctm越接近隔离回波的交叉眼增益，总交叉眼增益受到平台回波的影响越小。

在本发明实施例中，对干信比和干扰增益中值的关系进行仿真实验分析，请参阅图4，干扰增益中值gctm随干信比jsr单调递增。根据干扰增益中值计算式可知，当jsr＝0db时，干扰增益中值gctm为隔离回波交叉眼增益gc的一半，因此当干信比jsr>20db时，干扰增益中值gctm非常接近隔离回波交叉眼增益gc，干扰信号在单脉冲和通道回波中起主要作用，平台反射回波对于交叉眼干扰的影响很小，实际的交叉眼干扰效果能接近于无平台回波情况下的交叉眼干扰效果。而当干信比jsr大于20db后，干扰增益中值gctm的增长速度明显放缓，再增大干信比jsr来提高的交叉眼干扰效果并不明显。因此为了达到理想的干扰效果，在实际进行交叉眼干扰时的干信比jsr应满足大于20db。

进一步的，根据

得出

可知，干信比jsr与干扰环路的参数取值有关，干扰参数为干扰环路幅度比和干扰环路相位差。

在本发明实施例中，采用接近交叉眼干扰理想参数下的干信比jsr对不同干扰环路参数下的干信比jsr进行归一化处理，来分析干扰环路参数对干信比jsr的影响，请参阅图5和图6，图5示出了a2＝-0.5db，φ2＝175°归一化jsr增益示例图，图6示出了a2＝-0.5db，φ2＝175°jsr等高线图，等高线是对固定jsr增益值求出a1和φ1失配值的闭合解的集合，a2和φ2取固定值，用于归一化干信比jsr的理想干扰参数值满足a1+a2＝0db，φ1+φ2＝360°。

根据图5可知，自适应多环路反向交叉眼干扰的干扰参数越远离理想值，即干扰环路幅度比和相位差失配越严重，则归一化干信比jsr增益越大，这是由于幅度比和相位差失配使得单脉冲雷达和通道内的干扰回波幅度提高。

根据图6可知，当a1和φ1的失配值处于等高线上时，即可取得对应相比理想干扰参数值高的归一化jsr增益。

因此，通过使所述干扰环路幅度比和所述干扰环路相位差失配，能够获得更高的干信比。

步骤s004，当平台反射回波移出距离波门之后，增大测角误差直至所述单脉冲雷达失锁。

具体的：

当平台反射回波信号移出距离波门之后，此时距离波门内的干信比较高，再次调制两路干扰信号的幅度，使自适应多环路反向交叉眼干扰获得高交叉眼增益，增大测角误差直至单脉冲雷达失锁。

根据步骤s003可知，为了获得更高的干信比，可以合理配置干扰参数，使干扰环路幅度比和相位差失配，以降低隔离回波的交叉眼增益为代价，提高干信比和干扰增益。因此，对于距离-角度二维组合干扰，在干扰初期要使干扰环路幅度比和相位差失配，降低交叉眼增益，提高干信比来保证距离拖引干扰的成功率，在成功拖引雷达波门后，再调整干扰参数来提高交叉眼干扰效果。

距离波门拖引干扰能够提高反向交叉眼干扰的干信比，增大交叉眼增益，提高角度干扰的效果，而反向交叉眼干扰能够使距离假目标具有角度信息，使距离波门拖引干扰更加难以辨别。

综上所述，本发明实施例通过搭载干扰机的无人机编队组成自适应多环路反向交叉眼干扰，并结合距离波门干扰，组成距离-角度二维组合干扰，根据来波信号的方向对干扰单元进行配对组成干扰环路，将雷达脉冲以最小的延迟时间进行转发，捕获距离波门；干扰机逐渐增大转发延迟时间，使距离波门逐渐偏离平台反射回波，增大测角误差；当平台反射回波移出距离波门之后，继续增大测角误差直至单脉冲雷达失锁。本发明实施例在任意干扰机转角下都能够保持更加稳定的干扰效果，在干信比大于20db时能够基本消除平台回波的影响，在较低的干信比下实施交叉眼干扰。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。