箔条云建模与仿真分析

箔条云建模与仿真分析

蒋金华1,,花金平1,,戴普2,,杜飞飞1

1.江南机电设计研究所, 贵州 贵阳550009; 2.中国人民解放军93861部队, 陕西 咸阳713800

摘要：针对箔条无源干扰，采用演绎法，构建箔条干扰的电磁学模型，并进行了箔条回波特性仿真，为雷达抗箔条无源干扰的仿真研究提供了有力基础。

主题词：箔条；回波特性；仿真 

Chaff cloud modeling and simulation analysis

JIANG Jinhua1, HUA Jinping1, DAI Pu2, DU Feifei1

（Jiangnan Institute of Mechanical and Electrical Design, Guizhou Guiyang 550009，

Chinese People's Liberation Army Unit 93861, Shanxi Xianyang 713800)

Abstract:Aiming at chaff passive jamming, the electromagnetic model of chaff jamming is constructed by deductive method. And the echo characteristics of chaff are simulated, which provides a strong foundation for the simulation research of radar anti-chaff passive jamming.

Key words:chaff; echo characteristics; simulation 

1 引言

箔条干扰是由投放在空中的、大量随机分布的、金属散射体产生的散射波对雷达造成的干扰[1]。箔条通常有金属箔切成的条、镀金属的介质或直接由金属丝等制成。

箔条凭借制造简单、使用方便、价格低廉、适用范围广等特点，广泛应用于导弹突防、飞机舰船自卫等场景，是最常用的雷达无源干扰方式之一，箔条云回波特性对于研究箔条干扰与雷达抗干扰技术十分重要[2]。箔条云的建模方法主要有演绎法和归纳法[3]。演绎法的计算量较大，早期的研究中并没有得到充分应用，而归纳法无法反映不同入射方向、不同箔条姿态倾斜角分布、不同长度配比条件下回波差异。本文主要采用演绎法对箔条云进行建模和仿真。

2 箔条云建模

飞机后导弹投放箔条弹后，箔条快速向外扩散，很快形成相对稳定的箔条云，形成假目标或者诱饵，对雷达造成干扰，使雷达不能分辨真实目标或者目标通道饱和。本文主要对相对稳定的箔条云进行建模与仿真分析。

2.1 单根箔条RCS建模

单根箔条的雷达散射截面（RCS），利用RCS公式进行推导箔条有效RCS的表达式为：

                          (1)

式中：为箔条至雷达的距离；、为雷达在箔条处的功率密度、电场强度；、为雷达接收处得到箔条散射回波的功率密度、电场强度。

半波长箔条为理想的导线，入射波的电场强度为，与箔条的夹角为，则在箔条上的感应电流最大值在箔条的中心：

                            (2)

其中,为—半波振子辐射电阻。

箔条电流产生距离处电场强度为：

                             (3)

代入公式（1），得：

              (4)

即箔条的姿态倾斜角和方位角影响箔条的RCS大小，当入射波与箔条平行时，，箔条的有效RCS最大，即：。

2.2 单根箔条回波信号

常见的脉冲压缩雷达波形为线性调频（LFM）信号，本文使用的雷达发射信号为LFM信号进行仿真分析，即：

                  (5)

式中，为发射峰值功率，为主瓣增益，为调频斜率，为重复周期，为脉冲宽度，为中心频率。

考虑箔条的信号空间传输衰减和多普勒频移，单根箔条基带回波为：

               (6)

式中，为回波信号幅度：；为雷达接收中心频率：，为箔条相对雷达运动产生的多普勒频率，由箔条云整体漂移速度和箔条间相对运动决定；为回波信号时延：。

由上式可知箔条的距离和姿态影响回波信号的能量大小，而箔条的速度影响回波信号的频谱。

2.3  箔条云统计模型

箔条从投放爆炸点快速散开后，很快形成相对稳定的箔条云，箔条云回波信号是大量箔条回波信号的矢量和。箔条云由大量数目的箔条组成，每根箔条的位置、姿态、速度各不相同，且随时间各自变化。当箔条之间的间距足够大时，可以忽略箔条之间的互耦，认为箔条云的雷达回波为各单根箔条回波的叠加形成。

箔条云中的大量数目箔条具有统计模型，箔条云的姿态角服从均匀分布，箔条云的位置和速度分别服从以箔条云中心和漂移速度为原点的正态分布。

                          (7)

，                 (8)

3 仿真分析

根据箔条云建模分析结果，本文设置的仿真参数如表1所示。

表1仿真参数

按照上述模型以及仿真条件参数设置，以线性调频信号作为辐射波形，仿真得到线性调频信号、单个箔条回波信号和10000个箔条回波信号的时域特征和频谱特征如图1和图2所示。

图1 箔条回波信号时域特性

图2 箔条回波信号频域特性

箔条回波波形表现为时延和幅度调制，由于箔条之间的相对运动，使每根箔条回波的强度和相位不断随机变化，从而引起箔条云的回波信号随机起伏。箔条云回波信号的频谱取决于箔条云整体的漂移速度和每根箔条的随机运动速度。箔条云整体漂移速度使箔条云回波信号功率谱的中心频率相对于雷达载波频率产生多普勒频移；单根箔条随机运动速度的分布决定了功率谱的频谱分布，但由于本文仿真的箔条运动速度较小，多普勒频偏和频谱展宽较小。

4 结束语

本文采用演绎法对箔条云进行了电磁学建模，并针对线性调频信号进行了箔条云回波特性仿真，为后续雷达抗箔条干扰的研究提供技术基础。

参考文献

[1]刘强,刘以安.箔条云回波的一种建模与仿真方法[J].现代雷达,2006.

[2]童继进,刘忠,毛超.基于高速旋转飞行器的箔条抛撒运动特性[J].电子与信息学报,2013.

[3]于新源,许波,熊坤,杜海.箔条云团雷达回波建模与仿真[J].系统工程与电子技术,2017.

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