張學斌， 周明宇， 王 榮， 程妹華

（1.海軍駐上海地區(qū)航天系統(tǒng)軍事代表室，上海200233；2.上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

從近十年的戰(zhàn)爭發(fā)展趨勢來看，高超聲速武器、強防護武器利用低空或者超低空飛行實施低空突防，破壞敵方防御系統(tǒng)，然后展開全方位、多層次攻擊，已經(jīng)成為一種屢試不爽的常見戰(zhàn)術(shù)手段［1］。這就要求防空導彈引信具備低空作戰(zhàn)條件下精細化探測目標的能力，基于精細化探測的信息實現(xiàn)對目標的高效毀傷。頻率步進引信通過對載頻離散調(diào)制合成很寬的系統(tǒng)帶寬，獲得距離維高分辨的效果，其系統(tǒng)瞬時帶寬低、數(shù)據(jù)運算量小，且可以通過增加信號脈寬來提高平均功率，解決了極窄脈沖存在的峰值功率限制問題［2］。隨機步進頻引信是頻率步進引信的一種，由于發(fā)射信號載頻的隨機性，它還具有優(yōu)秀的抗干擾能力，即具備復雜戰(zhàn)場環(huán)境下精細化探測目標的能力。

防空導彈大多要求引信小盲區(qū)或無盲區(qū)探測，近距泄漏會影響到引信的小盲區(qū)或無盲區(qū)探測能力，因此本文對隨機步進頻引信近距泄漏抑制方法進行研究。

1 隨機步進頻引信探測能力分析

隨機步進頻引信發(fā)射的信號為一串載頻隨機跳變的窄帶矩形脈沖（設(shè)有N 個脈沖），脈寬為T，窄帶脈沖載頻為fi=f0+xiΔf，其中xi為范圍（0～N—1）內(nèi)整數(shù)的隨機排列。對這串脈沖的回波信號與其載頻相應的本振頻率進行混頻，再對這N個脈沖混頻后的結(jié)果進行IDFT處理，這樣綜合得到的脈沖寬度可達T/N，距離分辨率提高 （N—1）倍［3］。

圖1為頻率隨機步進雷達發(fā)射信號的步進示意圖，發(fā)射信號表達式為

模糊函數(shù)是分析系統(tǒng)分辨能力、模糊度、測量精度以及雜波抑制能力的有效數(shù)字工具［4］。對于頻率隨機步進信號，不同脈沖間頻率近似正交，模糊圖主要集中在中心模糊帶，即內(nèi)。模糊函數(shù)如式（2）所示。

從式（2）可以看出，脈沖間頻率隨機跳變，不會在模糊圖上產(chǎn)生“斜刃”現(xiàn)象，中心模糊帶除了原點，能量分布更趨于均勻，即模糊圖更趨于圖釘型。圖2為頻率隨機步進脈沖串信號模糊圖（中心帶條），圖3為τ—χ切面圖（ξ=0），圖4為等高線圖。計算時參數(shù)為：Δf=5 MHz；N=64；T=100 ns；Tr=1μs。從圖2至圖4中可以看出，隨機步進頻脈沖串信號模糊圖近似圖釘型，沒有距離速度耦合現(xiàn)象，且時延分辨率為1/（NΔf）；其速度模糊以1/Tr出現(xiàn)。

2 近距泄漏對探測能力影響分析

引信收發(fā)天線之間不會完全隔離，發(fā)射信號由引信發(fā)射天線直接泄漏進接收天線，由于泄漏信號與本振信號完全相關(guān)，經(jīng)過信號處理之后會在近距成虛假目標像，從而造成引信虛警。

為了定量地分析近距泄漏對系統(tǒng)探測能力的影響，假設(shè)一個隨機步進頻引信系統(tǒng)各項參數(shù)：步進頻率Δf=2.5 MHz；步進階數(shù)N=64；脈沖重復周期Tr=1μs；最大作用距離10 m；目標RCS為1 m2（本文所述目標RCS均按此值計算）；最大距離RCS為1 m2目標回波峰值功率為—90 d BW，即啟動靈敏度為S=—90 d BW；發(fā)射功率Pt=5 d BW；收發(fā)天線隔離度為I=65 d B。發(fā)射功率減去收發(fā)隔離度即為近距泄漏信號功率，為—60 d BW，比引信啟動靈敏度高30 d B。10 m處目標回波信號、近距泄漏信號以及目標回波疊加近距泄漏信號如圖5所示，圖中信號相對于目標回波疊加近距泄漏信號最大值歸一化。從圖5中可以看出，10 m處目標回波信號已經(jīng)被近距泄漏信號完全淹沒。

對相對距離為10 m、相對速度為1 000 m/s的目標回波進行處理，得到的綜合波形如圖6所示，近距泄漏（相對距離為0.5 m、相對速度為0 m/s）的綜合波形如圖7所示，目標（相對距離為10 m、相對速度為1 000 m/s）回波疊加近距泄漏綜合得到的波形如圖8所示，綜合波形均相對于目標疊加近距泄漏綜合波形的最大值歸一化。

對比圖6和圖7，可以看出近距泄漏信號聚焦峰值遠遠大于目標峰值，受到隨機步進頻信號較大底噪的影響，近距泄漏信號經(jīng)過處理后的綜合波形底噪比目標峰值高14 d B，即引信作用距離降低14 dB以上。從圖8中可以看出，目標已經(jīng)完全被近距泄漏信號的底噪淹沒。

經(jīng)過上述分析，近距泄漏會引起隨機步進頻引信底噪淹沒目標回波信號，造成引信近距啟動性能極大降低。

3 隨機步進頻引信近距泄漏抑制方法

對于一個相對距離為R，相對速度為v的目標回波進行匹配接收，按照脈沖重復周期采樣后得到的信號為［5］

式中：A為信號幅度，與回波功率相關(guān)；fc為發(fā)射信號載頻；c為光速；xi為偽隨機序列碼；i為采樣周期序號；Tr為脈沖重復周期。

由于近距泄漏信號相對距離很小，相對速度可近似為0 m/s，式（3）中采樣信號相位的第三項和第四項可以忽略，第二項系數(shù)也很小，近距泄漏信號按照脈沖重復周期采樣，經(jīng)過序列重排將偽隨機序列排為順序序列后，信號頻率很低。圖9為近距泄漏采樣信號頻譜，從圖中可以看出，近距泄漏的能量集中在低頻部分。

在彈目遭遇時，彈目相對速度遠大于0 m/s，即式（3）中采樣信號相位的第三項和第四項不可以忽略，即目標回波采樣信號的能量不集中在低頻部分。因此，可以對序列重排之后的信號先經(jīng)過高通濾波再進行速度匹配對消，將近距泄漏信號濾除。圖10為近距泄漏信號濾波后頻譜（相對未濾波前信號頻譜幅度最大值歸一化），圖11為近距泄漏信號濾波后綜合波形（相對未濾波前目標疊加近距泄漏綜合波形的最大值歸一化），與前文近距泄漏未濾波的頻譜與綜合波形對比可以看出，近距泄漏被抑制33.8 d B。

相對距離為10 m、相對速度為1 000 m/s的目標回波疊加近距泄漏的信號經(jīng)過高通濾波處理之后，綜合波形如圖12所示（相對最大值歸一化），從圖中可以看出，近距泄漏被抑制后，目標不被近距泄漏的底噪淹沒，可以從綜合波形中提取目標距離、速度信息。

4 結(jié)束語

隨機步進頻引信具備較好的距離分辨率和速度分辨率，且沒有距離速度耦合現(xiàn)象，具備良好的目標成像能力。但是，受到近距泄漏信號的影響，隨機步進頻引信的底噪會淹沒目標回波信號，導致引信近距啟動性能極大損失。基于近距泄漏信號與目標回波信號在頻譜上的不同特征，本文采用先經(jīng)過高通濾波再進行速度匹配對消的方法濾除近距泄漏信號，根據(jù)仿真結(jié)果，抑制度達33.8 dB。經(jīng)過抑制后，目標回波信號不再被近距泄漏的底噪淹沒，可以從綜合波形中提取目標距離、速度信息。