章力強(qiáng)， 李相平， 陳 信

（1．91576部隊(duì)，浙江 寧波315020；2．海軍航空工程學(xué)院電子信息工程系，山東 煙臺(tái)264001；3．92919部隊(duì)，浙江 寧波315020）

0 引言

箔條干擾是應(yīng)用最早、最廣的無源假目標(biāo)干擾［1］，其干擾機(jī)理是通過在空中投放大量隨機(jī)分布的箔條，形成箔條云假目標(biāo)以迷惑、削弱敵方雷達(dá)等電子設(shè)備。在反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)的搜索階段，敵方通過施放箔條假目標(biāo)干擾，在目標(biāo)艦船周圍幾公里范圍內(nèi)形成多個(gè)反射截面積比艦船目標(biāo)大幾倍甚至幾十倍的假目標(biāo)，誘導(dǎo)反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)錯(cuò)誤的將箔條假目標(biāo)判斷為真實(shí)艦船目標(biāo)，發(fā)出錯(cuò)誤指令，控制跟蹤系統(tǒng)跟蹤箔條假目標(biāo)，最終誘導(dǎo)反艦導(dǎo)彈脫靶?，F(xiàn)有的抗箔條假目標(biāo)干擾方法主要有高分辨雷達(dá)、脈沖壓縮技術(shù)、動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）、多普勒頻移、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）等［2］。對(duì)于反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)來說，這些措施有的不適用，有的實(shí)際效果不理想，因?yàn)橹茖?dǎo)雷達(dá)的體積受到彈頭的限制，同時(shí)海面目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度與箔條云隨風(fēng)漂移的速度幾乎相當(dāng)，大型艦艇的航速一般不超過20 m／s，而海面七級(jí)風(fēng)的風(fēng)速為（13．9～17．1）m／s，八級(jí)風(fēng)的風(fēng)速為（17．2～20．7）m／s，與艦船目標(biāo)速度屬于同一數(shù)量級(jí)［3］，二者相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度取值范圍具有很大重疊，因此速度判決法對(duì)于反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條假目標(biāo)干擾不適用。為提高反艦導(dǎo)彈在干擾環(huán)境中的命中精度，必須探索其它途徑來提高制導(dǎo)雷達(dá)的抗箔條假目標(biāo)干擾能力［4］。

極化特性是電磁波除幅度、頻率、相位信息以外的第四特征，現(xiàn)有對(duì)極化信息在制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾中的應(yīng)用研究還較少，箔條假目標(biāo)和艦船目標(biāo)有明顯不同的去極化特性［5］。根據(jù)這一特點(diǎn)，本文研究了一種新的反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條假目標(biāo)干擾方案，定義極化比為干擾鑒別量，利用箔條假目標(biāo)與艦船目標(biāo)極化比特性差異來識(shí)別與抑制箔條假目標(biāo)干擾，分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)了箔條假目標(biāo)干擾極化識(shí)別與抑制方案，為研究高性能的反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)提供了新思路。

1 箔條云的極化特性

箔條從拋散到形成穩(wěn)定干擾前有多種運(yùn)動(dòng)方式，現(xiàn)就典型情況討論箔條云的極化特性，建立坐標(biāo)系如圖1所示。設(shè)θt為入射電磁波與Z軸之間的夾角，θ為箔條與Z軸之間的夾角，φ為箔條在XOY平面內(nèi)投影與X軸之間的夾角。

圖1 箔條極化坐標(biāo)系

箔條均勻分布，大部分水平下降，同時(shí)伴有微小的震動(dòng)，此時(shí)θ0≤θ≤π－θ0，0≤φ≤2π，則可以得到箔條云的垂直和水平散射截面積分量分別為［6－7］

圖2 極化比變化圖

2 艦船目標(biāo)的極化特性

對(duì)于非相參雙極化制導(dǎo)雷達(dá)來說，設(shè)艦船目標(biāo)的RCS為σ，σ 符合Swerling IV 模型［8］，則其概率密度函數(shù)（PDF）為

式中：σ為目標(biāo)起伏的RCS平均值，非相參雙極化接收通道相互獨(dú)立，所以兩正交接收通道對(duì)應(yīng)回波幅度的PDF分別為［9］

則ρs的數(shù)學(xué)均值和方差分別為

極化比ρs的期望和方差隨αs的變化曲線如圖3所示。

圖3 艦船目標(biāo)極化比均值方差曲線

從仿真結(jié)果可知，艦船目標(biāo)的極化比普遍大于8 dB，即艦船等大曲率復(fù)雜目標(biāo)和箔條云假目標(biāo)干擾在極化比上具有明顯區(qū)別。現(xiàn)有的一些測(cè)量也證實(shí)了這一估計(jì)：

a）在9．37 GHz時(shí)船的極化比ρ＝σVV／σVH＝19 d B；

b）在15 GHz時(shí)船的ρ＝σVV／σVH＝20 dB；

c）在30 GHz時(shí)船的ρ＝σVV／σVH＝25 d B。

利用最小二乘法對(duì)以上測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 艦船目標(biāo)極化比測(cè)試值

從擬合曲線可以看出，艦船目標(biāo)的極化比與雷達(dá)工作頻率成正比關(guān)系。在雷達(dá)發(fā)射垂直極化波時(shí)，艦船目標(biāo)的極化比在12 d B以上［10］。而箔條假目標(biāo)的極化比普遍8 dB以下，因此箔條云與海面艦船目標(biāo)的極化比有明顯差異，從而提供了一種識(shí)別與抑制箔條假目標(biāo)干擾新方法，無疑該方法特別適合于在各種反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)上使用。

3 假目標(biāo)干擾極化識(shí)別與抑制技術(shù)

通過前面小節(jié)的分析可知，艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)干擾的極化比存在明顯差異，根據(jù)這一差異，設(shè)計(jì)反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)箔條假目標(biāo)干擾極化識(shí)別與抑制方案，其原理框圖如圖5所示。

方案中假設(shè)主極化天線發(fā)射垂直極化波，發(fā)射機(jī)的部分射頻能量耦合到兩接收通道的平衡混頻器，其中一個(gè)接收通道與常規(guī)制導(dǎo)雷達(dá)接收系統(tǒng)相同，具有一個(gè)垂直極化接收天線；另一個(gè)接收通道是輔助接收通道，它具有一個(gè)水平極化接收天線。

方案中控制模塊可以采用FPGA來實(shí)現(xiàn)，它具有集成度、可靠性、精度高，靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，能較好的滿足本方案的需求。兩個(gè)接收通道的檢波器輸出加到極化比識(shí)別與抑制模塊進(jìn)行比較判別，其流程如圖6所示。

圖5 制導(dǎo)雷達(dá)箔條云假目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)原理框圖

圖6 極化比識(shí)別與抑制流程

Th為極化比判別門限，其大小可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，考慮到艦船目標(biāo)的極化比一般大于12 dB，而箔條假目標(biāo)干擾的極化比一般小于8 dB，所以Th一般設(shè)置為（8～12）dB。為提高識(shí)別與抑制性能，采用雙門限檢測(cè)方法進(jìn)行比較識(shí)別，根據(jù)式（9）進(jìn)行單次識(shí)別檢測(cè)［11］：

當(dāng)沒有箔條干擾時(shí)，從目標(biāo)反射回來的是主極化分量，主極化通道接收后經(jīng)混頻放大送到包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波，而正交極化通道接收的回波分量很少，所以其極化比ρ遠(yuǎn)大判決門限Th。

在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)當(dāng)回波脈沖積累數(shù)N2大于積累標(biāo)準(zhǔn)M2時(shí)，判斷目標(biāo)為艦船，送出控制信號(hào)，控制制導(dǎo)雷達(dá)由搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。而當(dāng)接收到的是箔條假目標(biāo)反射回來的信號(hào)時(shí)，箔條干擾的回波中同時(shí)含有水平、垂直兩種極化分量，并分別進(jìn)入兩路接收通道，經(jīng)混頻、放大、檢波后加到極化比識(shí)別與抑制模塊進(jìn)行比較識(shí)別。由于箔條回波的主極化分量和正交極化分量基本相當(dāng)，因此其極化比ρ小于判決門限Th。

在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)當(dāng)回波脈沖積累數(shù)N1大于積累標(biāo)準(zhǔn)M1時(shí)，判斷目標(biāo)是箔條假目標(biāo)，禁止制導(dǎo)雷達(dá)轉(zhuǎn)入跟蹤，雷達(dá)繼續(xù)搜索，直到搜索到目標(biāo)為止。

由于反艦導(dǎo)彈空間有限，因此對(duì)制導(dǎo)雷達(dá)的體積有嚴(yán)格的限制，圖7是改進(jìn)的制導(dǎo)雷達(dá)箔條假目標(biāo)極化識(shí)別與抑制方案原理框圖。

圖7 箔條假目標(biāo)極化識(shí)別系統(tǒng)的改進(jìn)形式

采用微帶雙極化天線作為收發(fā)天線，這樣就不需要兩個(gè)獨(dú)立天線，可以減小制導(dǎo)雷達(dá)的天線體積，同時(shí)將輔助接收通道合并到主極化接收通道，通過開關(guān)控制接收通道依次接收處理正交雙極化天線接收信號(hào)，開關(guān)的通斷由控制模塊產(chǎn)生控制信號(hào)進(jìn)行同步控制。

假設(shè)主極化為垂直極化，天線發(fā)射垂直極化波，在T1脈沖周期內(nèi)，控制模塊控制開關(guān)將接收通道與主極化接收天線連接，接收信號(hào)經(jīng)過混頻、放大、檢波后得到σVV，下一個(gè)脈沖周期T2，控制模塊控制開關(guān)將接收通道與正交接收天線連接，接收信號(hào)經(jīng)過混頻、放大、檢波后得到σVH，此時(shí)控制模塊控制極化比識(shí)別與判決模塊計(jì)算極化比ρ。采用雙門限檢測(cè)，當(dāng)ρ≥Th時(shí)，判斷此時(shí)目標(biāo)為艦船，艦船目標(biāo)累積數(shù)N2＋1；當(dāng)ρ＜Th時(shí)，判斷此時(shí)目標(biāo)為箔條干擾，箔條干擾累積數(shù)N1＋1，假設(shè)一個(gè)檢測(cè)周期發(fā)射12個(gè)脈沖，取M1＝M2＝5，當(dāng)N2≥M2時(shí)判斷目標(biāo)為艦船，送出控制信號(hào)控制制導(dǎo)雷達(dá)由搜索轉(zhuǎn)入跟蹤，當(dāng)N1≥M1時(shí)判斷目標(biāo)為箔條干擾，送出控制信號(hào)控制制導(dǎo)雷達(dá)繼續(xù)搜索，禁止轉(zhuǎn)入跟蹤。

4 總結(jié)

艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)干擾的速度在同一數(shù)量級(jí)，因此常規(guī)的抗箔條假目標(biāo)干擾方法在反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)中不適用，必須尋找其他的方法來克服制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條假目標(biāo)能力不足這一缺陷。艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)干擾在極化特性上的差異一直沒有得到應(yīng)有的重視，涉及到它的研究很少，艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)具有不同的去極化特性。鑒于此，本文研究了一種新的抗箔條假目標(biāo)干擾方法，因其簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，特別適合于在反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)上使用。

通過仿真證實(shí)了箔條假目標(biāo)和艦船目標(biāo)具有明顯不同的去極化特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)了適用于反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)使用的箔條假目標(biāo)干擾極化識(shí)別與抑制方案，為研究高性能的制導(dǎo)雷達(dá)提供了新思路。

［1］ 李敬．箔條彈干擾原理與形成機(jī)理［J］．艦船電子對(duì)抗，2003，26：15－19．

［2］ 黃紹令．雷達(dá)抗箔條干擾［J］．飛航導(dǎo)彈，1992，（7）：24－28．

［3］ 孫見彬．天線變極化技術(shù)抗無源質(zhì)心干擾技術(shù)研究［J］．電子對(duì)抗，1992，22（6）：34－37．

［4］ 張遠(yuǎn)新，江言林．反艦導(dǎo)彈抗干擾技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用［J］．飛航導(dǎo)彈，2008，（8）：34－36．

［5］ 莊釗文，肖順平，王雪松．雷達(dá)極化信息處理及應(yīng)用［M］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999．

［6］ 沈允春，謝俊，好劉慶．箔條的雷達(dá)截面積［J］．系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2005，32（7）：136－139．

［7］ 康立學(xué)．反艦導(dǎo)彈抗箔條無源干擾研究［D］．西安：西安電子科技大學(xué)，2003．

［8］ 黃培康，殷紅成，許小劍．雷達(dá)目標(biāo)特性［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2005．

［9］ Sinha A，Kirubarajan T，Bar－Shalom Y．Maximum Likelihood Angle Extractor for Two Closely Apaced targets［J］．IEEE Trans－on AES．2003，38（1）：183－203．

［10］L．D．Olin，F(xiàn)．D．Queen．Dynamic Measurement of Radar Cross Section［J］．Proc，IEEE．1965，53：132－145．

［11］張明友，呂明．信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2007．