伍 陽(yáng),張領(lǐng)軍

(中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì),河北秦皇島 066001)

0 引言

雷達(dá)信干比,即雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)功率與各種干擾信號(hào)功率的比,是反映雷達(dá)的信號(hào)檢測(cè)能力和抗干擾能力的基本參數(shù),在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)性能評(píng)估試驗(yàn)和雷達(dá)抗干擾性能評(píng)估試驗(yàn)中發(fā)揮著極其重要的作用。

在實(shí)驗(yàn)室條件下可以精確測(cè)量雷達(dá)信干比,其基本方法是采用目標(biāo)模擬器和干擾模擬器生成目標(biāo)回波信號(hào)和干擾信號(hào),由于兩者的輸出功率是已知的,因此無(wú)需測(cè)量雷達(dá)接收的回波信號(hào)功率和干擾信號(hào)功率就可以精確得到其信干比。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量具備兩個(gè)條件,一是目標(biāo)的有效反射功率和干擾的有效輻射功率是已知的,二是回波信號(hào)和干擾信號(hào)的傳播途徑相同。但在雷達(dá)實(shí)際工作環(huán)境中上述條件是不可能達(dá)到的。

外場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境中的雷達(dá)信干比更接近裝備的實(shí)際性能,因此成為國(guó)內(nèi)外雷達(dá)裝備研制的重要測(cè)試內(nèi)容。本文從雷達(dá)裝備研制需要出發(fā),提出在實(shí)際工作環(huán)境中采用分時(shí)域采集雷達(dá)接收回波信號(hào)和干擾信號(hào),并通過(guò)一個(gè)中介參數(shù),即雷達(dá)接收功率比,計(jì)算獲得雷達(dá)信干比的方法。

1 雷達(dá)接收功率比的定義

雷達(dá)接收功率比是指回波信號(hào)所占時(shí)域的信號(hào)平均功率,與該區(qū)域前后等寬時(shí)域信號(hào)平均功率的比。其定義如下:

設(shè)N T(N為雷達(dá)重復(fù)周期數(shù),T為雷達(dá)重復(fù)周期)時(shí)間內(nèi)的第i周期回波信號(hào)所占時(shí)域?yàn)榛夭〞r(shí)域,時(shí)間寬度為發(fā)射信號(hào)脈寬τ;第i周期回波時(shí)域前τ/2至其前沿、后τ/2至其后沿兩個(gè)時(shí)域?yàn)楦蓴_時(shí)域,兩個(gè)時(shí)間寬度的和為τ。則有:Ph/Pg稱作雷達(dá)接收功率比。

式中,ti為第i周期發(fā)射信號(hào)前沿至回波時(shí)域前沿,即回波前沿的延時(shí);s(t)為目標(biāo)回波信號(hào),g(t)為干擾信號(hào),h(t)=s(t)+g(t)為回波和干擾的混合信號(hào)。

對(duì)于一定的雷達(dá),其發(fā)射信號(hào)寬度τ是已知的;在已知目標(biāo)距離的條件下可精確得到延遲時(shí)間ti;在雷達(dá)實(shí)際工作環(huán)境中通過(guò)采集雷達(dá)接收信號(hào)可得到h(t)和g(t)信號(hào)。根據(jù)雷達(dá)接收功率比表達(dá)式編制數(shù)據(jù)處理軟件,可得到Ph/Pg。因此Ph/Pg具有外場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境下的可測(cè)性,簡(jiǎn)稱外場(chǎng)可測(cè)性。

2 典型干擾樣式下的雷達(dá)信干比的關(guān)系式

從干擾對(duì)雷達(dá)的干擾機(jī)理考慮,干擾樣式可分為四類,一是干擾與回波保持重疊,如噪聲干擾和雜波干擾;二是干擾與回波不重疊,如用于沖淡戰(zhàn)術(shù)的假目標(biāo)干擾;三是干擾與回波隨機(jī)性重疊,如雜亂脈沖干擾;四是干擾與回波部分重疊,如用于質(zhì)心戰(zhàn)術(shù)的假目標(biāo)干擾。四類干擾樣式與信干比的關(guān)系如下:

1)對(duì)于第一類干擾樣式,由于回波信號(hào)與干擾信號(hào)為線性疊加,且可以證明回波時(shí)域與干擾時(shí)域的平均干擾功率相同。由雷達(dá)接收功率比的表達(dá)式可得:

2)對(duì)于第二類干擾樣式,由于回波與干擾不重疊,即回波時(shí)域內(nèi)僅僅存在回波信號(hào),沒(méi)有干擾信號(hào)。由雷達(dá)接收功率比的表達(dá)式可得:

3)對(duì)于第三類干擾樣式,由于干擾脈沖在回波時(shí)域和干擾時(shí)域出現(xiàn)概率相同,且NT遠(yuǎn)大于干擾脈沖出現(xiàn)周期,則兩者的平均干擾功率相同。由雷達(dá)接收功率比的表達(dá)式可得:

4)對(duì)于第四類干擾樣式,干信比與真假目標(biāo)信號(hào)的重疊時(shí)間有關(guān),設(shè)重疊時(shí)間為Δτ,重疊比率為Δτ/τ。由雷達(dá)接收功率比的表達(dá)式可得:

上述四種信干比關(guān)系式中,第一種與第三種相同,這是由于兩個(gè)時(shí)域的平均干擾功率相同;而第二種是第四種Δτ=0時(shí)的一個(gè)特例,這是由于Δτ=0時(shí)回波與干擾不重疊。需要說(shuō)明的是,Δτ=τ時(shí)表明干擾信號(hào)全部處于回波時(shí)域內(nèi),干擾時(shí)域沒(méi)有干擾信號(hào),表明上述關(guān)系式?jīng)]有意義。

3 雷達(dá)信干比測(cè)量方法

雷達(dá)信干比的外場(chǎng)測(cè)量裝設(shè)備布局見(jiàn)圖1。

圖1 外場(chǎng)測(cè)量裝設(shè)備布局

圖中,雷達(dá)及其架設(shè)平臺(tái)位于岸邊或海上實(shí)際工作環(huán)境中,開(kāi)機(jī)搜索或跟蹤目標(biāo);艦船或飛機(jī)等目標(biāo)在干擾裝備的掩護(hù)下,在海上或空中運(yùn)行。所需主要設(shè)備及其主要功能如下:

1)干擾裝備或干擾模擬器,用于產(chǎn)生艦載自衛(wèi)式、舷外式或支援式干擾,其典型干擾樣式包括雜波干擾、雜亂脈沖或質(zhì)心和沖淡式假目標(biāo)干擾等。

2)GPS定位及其數(shù)傳設(shè)備,分別裝于目標(biāo)和雷達(dá)處,用于測(cè)量雷達(dá)、目標(biāo)的位置,并通過(guò)數(shù)傳設(shè)備交換數(shù)據(jù)解算得到目標(biāo)距離,提高測(cè)量精度。

3)信號(hào)采集設(shè)備,裝于雷達(dá)處,用于裝訂發(fā)射信號(hào)寬度和實(shí)時(shí)錄取目標(biāo)距離,產(chǎn)生回波時(shí)域前沿ti,實(shí)時(shí)采集回波時(shí)域和干擾時(shí)域內(nèi)雷達(dá)接收機(jī)輸出中頻信號(hào)。

4)數(shù)據(jù)處理設(shè)備,裝于雷達(dá)處,用于接收信號(hào)采集設(shè)備裝訂、錄取的各種參數(shù)和采集的回波時(shí)域和干擾時(shí)域內(nèi)中頻信號(hào),并解算得到雷達(dá)接收功率比和雷達(dá)信干比數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備依據(jù)雷達(dá)接收功率比表達(dá)式和雷達(dá)信干比關(guān)系式編制軟件模塊,在獲取所需參數(shù)或數(shù)據(jù)條件下解算雷達(dá)接收功率比和雷達(dá)信干比。

雷達(dá)信干比的測(cè)量程序如下:

a)雷達(dá)、目標(biāo)和干擾裝備按實(shí)際作戰(zhàn)程序,雙方實(shí)施對(duì)抗;

b)在對(duì)抗態(tài)勢(shì)下實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)目標(biāo)距離和雷達(dá)接收機(jī)輸出信號(hào);

c)實(shí)時(shí)解算回波時(shí)域前沿ti、寬度和干擾時(shí)域?qū)挾?

d)解算雷達(dá)接收功率比;

e)解算雷達(dá)信干比。

4 實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果

通過(guò)測(cè)量雷達(dá)接收功率比這個(gè)中介參數(shù)獲取雷達(dá)干信比是適合外場(chǎng)實(shí)際環(huán)境的新的測(cè)量方法。為檢驗(yàn)該方法的正確性,以末制導(dǎo)雷達(dá)為測(cè)試對(duì)象,利用目標(biāo)模擬器和干擾模擬器等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備形成目標(biāo)回波信號(hào)和噪聲、雜亂脈沖以及假目標(biāo)等典型干擾信號(hào),在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了對(duì)比性測(cè)試,其測(cè)量結(jié)果如表1。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下:

a)在已知干擾狀態(tài)的情況下,干信比測(cè)量精度與干擾樣式無(wú)關(guān);

b)NT長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量精度有顯著影響,需要合理選擇NT長(zhǎng)度;

表1 測(cè)量結(jié)果

c)受雷達(dá)接收機(jī)線性動(dòng)態(tài)范圍的影響,信干比絕對(duì)值越大,測(cè)量精度越差。

選擇線性動(dòng)態(tài)范圍較大的專用雷達(dá)接收機(jī),取NT長(zhǎng)度為回波相關(guān)時(shí)間,可大大提高測(cè)量精度。上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表格中,N T長(zhǎng)度取100m s,測(cè)量誤差小于0.2dB,說(shuō)明了本文提出的信干比測(cè)量方法的可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際工作環(huán)境中的雷達(dá)信干比測(cè)量是雷達(dá)研制需要解決的重要課題,本文提出的測(cè)量方法可以在不改變雷達(dá)工作狀態(tài)和實(shí)際環(huán)境條件的情況下實(shí)施,因此具有廣泛的應(yīng)用前景。這種測(cè)量方法的有效性在于中介參數(shù)-雷達(dá)接收功率比的外場(chǎng)可測(cè)性。雖然人們提出過(guò)雷達(dá)接收功率比的基本概念,但沒(méi)有給出其精確定義。本文提出了雷達(dá)接收功率比的表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上建立了適合各種典型干擾樣式的信干比關(guān)系式,并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比性驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明,所測(cè)典型干擾樣式條件下的關(guān)系式是正確的,進(jìn)而初步證明了雷達(dá)接收功率比的定義的正確性和準(zhǔn)確性。鑒于雷達(dá)實(shí)際工作環(huán)境的復(fù)雜性,仍需在外場(chǎng)實(shí)際條件下作進(jìn)一步驗(yàn)證?！?/p>

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