馬佳智 施龍飛 徐振海 王雪松

(國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院 CEMEE 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙 410073)

1 引言

單脈沖測(cè)角，也可以稱為同時(shí)波束比較測(cè)角方法，主要用于雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)的到達(dá)方向，測(cè)量對(duì)象既可以是主動(dòng)輻射源，如信標(biāo)、干擾機(jī)等；也可以是飛機(jī)、艦艇等無(wú)源散射體，是當(dāng)前跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)廣泛采用的主流角度測(cè)量技術(shù)[1]。隨著雷達(dá)探測(cè)性能的提升與電子干擾技術(shù)的發(fā)展，單脈沖雷達(dá)面臨的探測(cè)環(huán)境日趨復(fù)雜，不僅有自然環(huán)境影響，還有多種樣式的人為干擾，尤其是各種伴隨式、自衛(wèi)式、群目標(biāo)協(xié)同突防等多點(diǎn)源干擾的威脅越來(lái)越大。這些新的情況使單脈沖雷達(dá)天線主瓣內(nèi)同時(shí)接收到含目標(biāo)回波與干擾在內(nèi)的多個(gè)信號(hào)的幾率大為增加，多個(gè)不可分辨的點(diǎn)源信號(hào)互相混疊，導(dǎo)致單脈沖角度測(cè)量性能嚴(yán)重下降。如何在主瓣多點(diǎn)源環(huán)境中確保單脈沖雷達(dá)能夠準(zhǔn)確獲取目標(biāo)的角度信息，一直是雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

自20世紀(jì)60年代起，主瓣多點(diǎn)源條件下的單脈沖測(cè)角理論與技術(shù)逐步開(kāi)始發(fā)展，由于在警戒跟蹤、精確制導(dǎo)等雷達(dá)探測(cè)應(yīng)用中有重要需求，相關(guān)研究一直持續(xù)到今天，始終得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的密切關(guān)注。本文簡(jiǎn)要回顧了基于單脈沖系統(tǒng)的多點(diǎn)源參數(shù)估計(jì)、角度干擾抑制理論與技術(shù)的發(fā)展歷程，圍繞多點(diǎn)源復(fù)單脈沖比特性分析、擴(kuò)展目標(biāo)參數(shù)估計(jì)、群目標(biāo)角度分辨、低空鏡像角閃爍抑制、多點(diǎn)源有源干擾抑制等單脈沖雷達(dá)抗多點(diǎn)源干擾關(guān)鍵技術(shù)的最新進(jìn)展進(jìn)行闡述。

2 引言

在單脈沖雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)，雷達(dá)差波束增益與和波束增益的比值隨角度產(chǎn)生近似線性變化，故目標(biāo)回波差信號(hào)與和信號(hào)的比值，能夠表征目標(biāo)在雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)的精確角度，但當(dāng)雷達(dá)同一信號(hào)單元內(nèi)存在多個(gè)不可分辨信源或系統(tǒng)噪聲時(shí)，該比值為復(fù)數(shù)，因此也稱為復(fù)單脈沖比[1](Complex Monopulse Ratio， CMR)，單脈沖處理的核心就是獲取目標(biāo)CMR(根據(jù)不同的單脈沖測(cè)角體制，提取CMR實(shí)部或虛部，如比幅單脈沖提取CMR實(shí)部、比相單脈沖提取CMR虛部)。在主瓣多點(diǎn)源條件下，學(xué)術(shù)界對(duì)CMR特性的研究分為兩類：確定性分析與統(tǒng)計(jì)性分析。

2.1 確定性CMR特性分析

確定性CMR特性分析通過(guò)對(duì)影響CMR的各因素進(jìn)行確定性建模，明確給出了不考慮系統(tǒng)噪聲時(shí)的單次測(cè)量CMR與各種影響因素的函數(shù)關(guān)系。

在基于電磁理論的CMR確定性分析中，常使用“角閃爍”現(xiàn)象來(lái)表征多點(diǎn)源場(chǎng)對(duì)單脈沖測(cè)角的影響，關(guān)于“角閃爍”的生成機(jī)理，目前存在兩種物理解釋方式，分別是相位梯度法(基于波前畸變概念)與Poynting矢量法(基于能流傾斜概念)。波前畸變概念由Howard[2]于1959年首次提出，通過(guò)分析線性排列的多個(gè)全向散射中心的合成回波相位函數(shù)，Howard指出角閃爍是由合成回波信號(hào)相位波前畸變所產(chǎn)生的。文獻(xiàn)[3]指出多點(diǎn)源合成回波為非球面波，在單脈沖雷達(dá)接收天線口面上，相位波前法線產(chǎn)生傾斜，導(dǎo)致角閃爍偏差，并可以用合成回波相位函數(shù)的梯度來(lái)計(jì)算偏差角的大小。與波前畸變概念不同，文獻(xiàn)[4]基于對(duì)多個(gè)共線均勻分布電偶極子的輻射電磁場(chǎng)分析，發(fā)現(xiàn)多點(diǎn)源合成信號(hào)的Poynting矢量(Poynting矢量即電磁場(chǎng)中的能流密度矢量，假設(shè)空間某處電磁強(qiáng)度為磁場(chǎng)強(qiáng)度為則該處電磁場(chǎng)的Poynting矢量為其中表示叉乘，服從右手螺旋定則，表示共軛)存在正交于輻射傳播方向的分量，它與電磁波傳播方向有一定的傾斜角，由此首次提出了能流傾斜概念，即認(rèn)為角閃爍現(xiàn)象是多點(diǎn)源合成回波信號(hào)在正交于傳播方向所產(chǎn)生的能流傾斜現(xiàn)象所導(dǎo)致。Kajinski[5]首次將極化因素引入到兩點(diǎn)源角閃爍分析中，殷紅成等人[6，7]通過(guò)聯(lián)合使用兩個(gè)任意取向的電偶極子與磁偶極子來(lái)對(duì)兩點(diǎn)源進(jìn)行建模，分析兩點(diǎn)源極化因素對(duì)角閃爍偏差的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)雷達(dá)波長(zhǎng)很短或波數(shù)很大時(shí)，在多點(diǎn)源擴(kuò)展平面上，相位梯度法與Poynting矢量法等效。

與基于電磁理論的CMR確定性分析不同，基于信號(hào)處理的CMR確定性分析直接利用單脈沖系統(tǒng)接收到的和、差信號(hào)進(jìn)行建模。Sherman[8]于1971年首次提出CMR概念，分析兩點(diǎn)源條件下的CMR實(shí)部與虛部的關(guān)系。文獻(xiàn)[9]針對(duì)相干2點(diǎn)源角度干擾(交叉眼干擾)模型，進(jìn)一步完善兩點(diǎn)源幅值相位關(guān)系、兩點(diǎn)源位置關(guān)系、單脈沖雷達(dá)指向等因素對(duì)單脈沖測(cè)角的影響效應(yīng)。對(duì)于點(diǎn)源數(shù)大于2的情況，Harwood等人[10]對(duì)達(dá)成單脈沖測(cè)角最大誘偏效果時(shí)的多點(diǎn)源相對(duì)幅值與相對(duì)相位參數(shù)條件進(jìn)行分析。

由于基于電磁理論的CMR確定性分析通過(guò)角閃爍來(lái)描述多點(diǎn)源對(duì)單脈沖測(cè)角的誘偏效果，因此未能與單脈沖處理的核心要素CMR建立直觀的數(shù)學(xué)關(guān)系。針對(duì)這一問(wèn)題，殷紅成等人[11]從電磁理論出發(fā)，推導(dǎo)了比幅單脈沖與比相單脈沖的多點(diǎn)源角閃爍一般表達(dá)式，分析多點(diǎn)源角閃爍與單脈沖測(cè)角擾動(dòng)(由系統(tǒng)噪聲導(dǎo)致)的內(nèi)在聯(lián)系。2013年，Monakov[12]首次將Poynting矢量方法與CMR求解結(jié)合起來(lái)，從信號(hào)層面建立了CMR與能流傾斜概念的直接聯(lián)系，對(duì)多點(diǎn)源CMR實(shí)部與虛部的物理內(nèi)涵進(jìn)行詮釋，指出CMR實(shí)部(采用比相單脈沖體制時(shí)，則為虛部)表征了多點(diǎn)源的角度能量質(zhì)心，CMR虛部(采用比相單脈沖體制時(shí)，則為實(shí)部)表征了多點(diǎn)源的角度擴(kuò)展程度(點(diǎn)源分散程度)。

2.2 統(tǒng)計(jì)性CMR特性分析

統(tǒng)計(jì)性CMR特性分析針對(duì)多點(diǎn)源存在散射強(qiáng)度起伏的情況，研究多快拍數(shù)據(jù)中的CMR統(tǒng)計(jì)學(xué)描述與統(tǒng)計(jì)性特征。

學(xué)術(shù)界從很早就開(kāi)始對(duì)CMR的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[13]對(duì)熱噪聲背景下的CMR實(shí)部概率密度函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)。Kanter[14-17]采用特征函數(shù)變換的方法，研究了幾種多點(diǎn)源情況下的CMR實(shí)部概率分布，得到多脈沖累積后的測(cè)角結(jié)果均值表達(dá)式，并分析了CMR的中心矩問(wèn)題?；谀繕?biāo)服從Swerling 0(非起伏目標(biāo))或Swerling II(瑞利目標(biāo))起伏模型的假設(shè)，Asseo[18，19]推導(dǎo)了單個(gè)目標(biāo)與雙目標(biāo)情況下CMR實(shí)部與虛部的邊緣概率密度函數(shù)。Tullson[20]以Swerling II類型起伏目標(biāo)為研究對(duì)象，分析了CMR實(shí)部與虛部的概率分布及其均值與方差特性，并考慮接收機(jī)通道噪聲對(duì)Swerling II類型起伏目標(biāo)的影響。在文獻(xiàn)[20]中模型設(shè)定的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[21]進(jìn)一步求解CMR實(shí)部與虛部的聯(lián)合概率密度函數(shù)，并提出一種聯(lián)合使用CMR實(shí)部與虛部的優(yōu)化測(cè)角方法。Seifer[22]對(duì)壓制噪聲干擾中的Swerling II類型起伏目標(biāo)CMR統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行研究，并結(jié)合信號(hào)檢測(cè)理論，提出一種基于CMR起伏程度判據(jù)的多點(diǎn)源檢測(cè)方法。Blair等人[23]利用多維隨機(jī)變量變換的方法，給出了存在兩個(gè)Swerling 0或Swerling II起伏目標(biāo)時(shí)的CMR實(shí)部與虛部聯(lián)合概率密度函數(shù)及其1階矩與2階矩表達(dá)式。文獻(xiàn)[24]使用高斯函數(shù)近似法來(lái)對(duì)Swerling III與Swerling IV起伏目標(biāo)進(jìn)行建模，對(duì)存在2個(gè)Swerling III或Swerling IV起伏目標(biāo)時(shí)的CMR概率分布進(jìn)行推導(dǎo)。文獻(xiàn)[25-29]基于多通道陣列體制，對(duì)多種目標(biāo)起伏條件下的CMR統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析，并以此為理論基礎(chǔ)，對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)(多散射中心目標(biāo))的角度、尺寸等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。文獻(xiàn)[30-33]深入研究起伏目標(biāo)對(duì)相干兩/多點(diǎn)源干擾信號(hào)角度誘偏的影響效應(yīng)，建立了相干多點(diǎn)源干擾(雙/多源交叉眼干擾)的單脈沖誘偏角度統(tǒng)計(jì)性表征模型。文獻(xiàn)[34]將極化因素引入相干多點(diǎn)源干擾建模，分析了相干多點(diǎn)源之間的極化失配效應(yīng)以及雷達(dá)天線與多點(diǎn)源之間的極化失配效應(yīng)。

圖1 文獻(xiàn)[29]中對(duì)兩類混合散射中心目標(biāo)的角度中心與角度擴(kuò)展的估計(jì)結(jié)果Fig.1 The estimation results of the angle and the extension of two extended targets in Ref. [29]

3 擴(kuò)展目標(biāo)參數(shù)估計(jì)與群目標(biāo)分辨

單脈沖雷達(dá)的主瓣多點(diǎn)源場(chǎng)景有3種典型情況：第1種是存在一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展目標(biāo)的純目標(biāo)多點(diǎn)源場(chǎng)景；第2種是低空多徑多點(diǎn)源場(chǎng)景，即低空條件下雷達(dá)主瓣內(nèi)存在一個(gè)目標(biāo)以及該目標(biāo)回波由地面/海面多徑反射形成的虛假鏡像；第3種是真實(shí)目標(biāo)與若干有源/無(wú)源干擾源同時(shí)存在的含人為干擾多點(diǎn)源場(chǎng)景。

針對(duì)純目標(biāo)多點(diǎn)源場(chǎng)景，現(xiàn)有研究多集中在2個(gè)方面：一是對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)的角度與尺寸參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，其中尺寸參數(shù)有助于提升單脈沖雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別與目標(biāo)跟蹤性能；二是對(duì)不可分辨群目標(biāo)的數(shù)量進(jìn)行估計(jì)，并從混疊信號(hào)中提取各目標(biāo)的角度信息。

3.1 擴(kuò)展目標(biāo)參數(shù)估計(jì)

當(dāng)雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)只有一個(gè)包含多散射中心的擴(kuò)展目標(biāo)時(shí)，文獻(xiàn)[27，28]使用單脈沖系統(tǒng)和、差通道多快拍數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)目標(biāo)表面多Swerling II散射中心的能量質(zhì)心與分布范圍，繼而估計(jì)擴(kuò)展目標(biāo)的外形尺寸，Nickel等人[29]繼續(xù)完善這一類估計(jì)算法，對(duì)包含多種起伏類型散射中心(Swerling 0 + Swerling I+ Swerling II)的擴(kuò)展目標(biāo)的角度與散射中心擴(kuò)展范圍進(jìn)行估計(jì)，如圖1所示。Glass等人[35，36]利用擴(kuò)展目標(biāo)多散射中心在雷達(dá)距離單元上的擴(kuò)展信息，有效提高擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)概率，提高擴(kuò)展目標(biāo)角度估計(jì)精度并得到目標(biāo)角度估計(jì)精度的克拉美羅下界(Cramer-Rao Lower Bound， CRLB)。

3.2 群目標(biāo)分辨

當(dāng)雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)，Blair等人[37]基于復(fù)單脈沖比的概率密度函數(shù)，研究了對(duì)兩個(gè)瑞利目標(biāo)的檢測(cè)與分辨問(wèn)題，Sinha等人[24]通過(guò)高斯分布等效，將雙瑞利目標(biāo)角度分辨拓展到其他Swerling起伏模型。Zhang等人[38，39]考慮了距離分辨單元上匹配濾波器輸出信號(hào)能量存在泄漏的情況，提出一種最大似然估計(jì)(Maximum Likelihood Estimator， MLE)與最小描述長(zhǎng)度(Minimum Description Length， MDL)準(zhǔn)則相結(jié)合的多目標(biāo)檢測(cè)與分辨算法，如圖2所示。Willett等人[40]進(jìn)一步分析了這種算法對(duì)應(yīng)不同信號(hào)波形時(shí)分辨性能的CRLB。在此基礎(chǔ)上，Issac等人[41]分析了角度分辨算法與跟蹤算法的組合跟蹤性能，并基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo，MCMC)方法，提出一種粒子濾波器，無(wú)需單獨(dú)進(jìn)行角度分辨直接完成兩個(gè)不可分辨目標(biāo)的跟蹤。文獻(xiàn)[42]提出另一種粒子濾波器算法，借助跟蹤航跡信息輔助，可實(shí)現(xiàn)對(duì)波束內(nèi)多于兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行直接跟蹤。文獻(xiàn)[43]通過(guò)一種巧妙的建模方法，得到了Sherman[8]于1971年提出的兩點(diǎn)源CMR解算方法的解析解，可以通過(guò)兩個(gè)脈沖來(lái)估計(jì)兩個(gè)不可分辨點(diǎn)源的角度，但這種方法必須滿足Sherman條件，即在兩個(gè)脈沖回波中，兩點(diǎn)源回波必須具有相同的幅值比與不同的相位差。Zheng等人[44]于2003年提出一種基于單脈沖系統(tǒng)“差-差”通道信息，結(jié)合正常和、方位差、俯仰差通道信息的4通道雙源分辨方法，由于“差-差”通道信號(hào)表征兩點(diǎn)源方位差信號(hào)與俯仰差信號(hào)的耦合，因此可以通過(guò)求解包含4個(gè)復(fù)等式的方程組來(lái)解算雙源角度，Crouse等人[45]給出了該方法的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方式。文獻(xiàn)[46]提出一種6通道單脈沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，等效形成兩組相互旋轉(zhuǎn)4通道結(jié)構(gòu)，提升了4通道方法的分辨性能。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)4通道雙源分辨方法展開(kāi)研究。文獻(xiàn)[47]設(shè)計(jì)一種基于交錯(cuò)子陣的雙極化4通道單脈沖系統(tǒng)，利用雙源信號(hào)在空域與極化域耦合關(guān)系，改進(jìn)4通道雙源分辨算法，增加其對(duì)兩點(diǎn)源空域分布的適應(yīng)性。文獻(xiàn)[48]對(duì)4通道分辨算法中的雙源檢測(cè)與角度分辨聯(lián)合處理展開(kāi)研究。

圖2 文獻(xiàn)[38]中對(duì)5個(gè)不可分辨目標(biāo)的角度估計(jì)結(jié)果Fig.2 Angle estimation results of five unresolved targets in Ref. [38]

4 低空鏡像角閃爍抑制

單脈沖雷達(dá)探測(cè)低空目標(biāo)時(shí)，受地面/海面反射信號(hào)影響，在接收目標(biāo)回波信號(hào)的同時(shí)會(huì)有從其他路徑進(jìn)入雷達(dá)天線的多徑信號(hào)，其中最為主要的就是經(jīng)鏡面反射而形成的“鏡像”信號(hào)[49]。由于鏡像信號(hào)到達(dá)方向在俯仰上不同于目標(biāo)直達(dá)回波，會(huì)對(duì)單脈沖雷達(dá)仰角測(cè)量造成影響。圍繞低空鏡像角閃爍問(wèn)題，學(xué)術(shù)界在多徑反射特性等方面開(kāi)展研究，并圍繞單脈沖雷達(dá)低空角閃爍抑制提出了解決思路與技術(shù)方法，主要包括：改進(jìn)單脈沖技術(shù)、空域零陷形成技術(shù)、高分辨技術(shù)和分集捷變技術(shù)。

4.1 改進(jìn)單脈沖技術(shù)

改進(jìn)單脈沖技術(shù)的核心思想是：通過(guò)修正單脈沖雷達(dá)天線方向圖，達(dá)到消除多徑信號(hào)的影響的目的。針對(duì)低空鏡像問(wèn)題，White[50]最早提出了對(duì)稱誤差方向圖方法，通過(guò)產(chǎn)生兩個(gè)非對(duì)稱的和、差波束，形成關(guān)于鏡像和目標(biāo)角平分線對(duì)稱的單脈沖比曲線，減弱鏡像回波對(duì)單脈沖測(cè)角的影響。文獻(xiàn)[51-53]提出了抑制低空鏡像的雙零點(diǎn)單脈沖測(cè)角方法，通過(guò)構(gòu)建兩套分別在目標(biāo)角度與鏡像角度形成空域增益零陷的單脈沖系統(tǒng)，使兩次測(cè)角結(jié)果分別抑制了鏡像信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)，利用鏡像對(duì)稱的多徑條件估計(jì)目標(biāo)真實(shí)仰角，雙零點(diǎn)法的缺點(diǎn)是當(dāng)目標(biāo)仰角較小時(shí)，鏡像抑制效果會(huì)顯著下降。文獻(xiàn)[54]基于陣列雷達(dá)波束形成方法，生成最優(yōu)的對(duì)稱和、差波束，進(jìn)而消除多徑反射信號(hào)對(duì)單脈沖比的影響，可使低角跟蹤角誤差小于1/30主瓣波束寬度。

4.2 空域零陷形成技術(shù)

對(duì)于多通道陣列體制的單脈沖雷達(dá)，可以通過(guò)陣列加權(quán)，使雷達(dá)和、差波束在多徑鏡像信號(hào)入射角度處形成空域增益零陷，達(dá)到抑制消除低空信號(hào)并校正單脈沖比曲線的目的[55]。由于低空鏡像信號(hào)與目標(biāo)直達(dá)信號(hào)具有相干特性，且二者相互關(guān)系與低空環(huán)境密切相關(guān)，因此形成方向圖空域增益零陷的過(guò)程中需要考慮相干信號(hào)的影響[56-58]。

4.3 高分辨技術(shù)

由于多徑鏡像信號(hào)的傳播路徑距離大于目標(biāo)直達(dá)信號(hào)的傳播路徑距離，因此采用距離高分辨技術(shù)[59]在距離維將二者分離后，單脈沖系統(tǒng)對(duì)直達(dá)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行角度測(cè)量，避免了多徑效應(yīng)引起的角度測(cè)量誤差。此外，利用直達(dá)信號(hào)與鏡像信號(hào)的多普勒頻率差，進(jìn)行多普勒域的高分辨處理也能將二者分離，但實(shí)際上，直達(dá)信號(hào)與鏡像信號(hào)的多普勒頻率差通常很小，必須采用非常長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行相干累積，導(dǎo)致多普勒高分辨技術(shù)使用較少[49]。

4.4 分集捷變技術(shù)

分集捷變技術(shù)是指利用電磁波在時(shí)域、頻域、空域、極化域等信息域的特性差異，分別進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射、接收、處理和合并的方法，通過(guò)分集技術(shù)能夠有效減弱低空鏡像對(duì)單脈沖測(cè)角的影響。當(dāng)前基于分集技術(shù)的單脈沖雷達(dá)低空鏡像抑制方法主要有：頻率分集與極化分集。二者本質(zhì)上都是希望得到互不相關(guān)的多個(gè)測(cè)角樣本，通過(guò)數(shù)據(jù)平均的方法降低單脈沖測(cè)角誤差的起伏，幾種新型的多頻雙極化單脈沖天線如圖3所示。

圖3 幾種新型的多頻雙極化單脈沖天線Fig.3 Several types of multi-band dual-polarization monopulse antenna

頻率分集技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，大多數(shù)近程火控系統(tǒng)都采用了頻率分集技術(shù)[63]，頻率分集通過(guò)載頻的改變，使目標(biāo)各散射點(diǎn)之間的相對(duì)相位關(guān)系改變，從而使角度測(cè)量值產(chǎn)生變化，達(dá)到抑制低空鏡像角閃爍的目的。頻率分集的效果取決于多個(gè)角度測(cè)量值之間的去相關(guān)性，去相關(guān)性越強(qiáng)，則抑制角閃爍的效果就越好，這要求分集的帶寬足夠?qū)?頻率間隔越大去相關(guān)性越強(qiáng))。Mangulis[64]最早提出利用頻率分集方法來(lái)解決單脈沖系統(tǒng)低角跟蹤問(wèn)題，基于多頻信號(hào)角度測(cè)量結(jié)果加權(quán)平均，減小低空鏡像引起的單脈沖測(cè)角擾動(dòng)。文獻(xiàn)[65]考慮了目標(biāo)起伏因素對(duì)頻率分集雷達(dá)低角跟蹤的影響。文獻(xiàn)[66，67]基于比相單脈沖測(cè)角體制與聚類分析，研究頻率分集的最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。文獻(xiàn)[68]提出一種基于頻率分集與最大似然原理的多徑抑制方法。Blair等人[69]提出一種利用多快拍頻率分集后單脈沖測(cè)角信息的數(shù)據(jù)融合與目標(biāo)跟蹤算法，在數(shù)據(jù)處理層面提升單脈沖雷達(dá)低角跟蹤能力。

極化分集也是近年來(lái)較受關(guān)注的一個(gè)低空鏡像抑制技術(shù)途徑[70]，通過(guò)雷達(dá)接收極化分集或發(fā)射極化分集，可以改善單脈沖雷達(dá)仰角測(cè)量性能，但其改善性能取決于目標(biāo)極化散射矩陣、鏡反射系數(shù)以及雷達(dá)收發(fā)極化設(shè)置等多種因素。文獻(xiàn)[71]研究了矢量傳感器在低角跟蹤中的應(yīng)用，將極化分集方法與頻率分集方法進(jìn)行比較，研究表明：極化分集能夠避免頻率分集在多徑信號(hào)與直達(dá)信號(hào)相位差為0°與180°時(shí)性能惡化的現(xiàn)象。文獻(xiàn)[72]利用兩點(diǎn)源相對(duì)幅度比對(duì)稱時(shí)角閃爍線偏差互為相反數(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)雷達(dá)發(fā)射極化組合使得低空鏡像角閃爍得到抑制，相比隨機(jī)極化分集，文獻(xiàn)[72]中方法具有更良好的角閃爍抑制性能。

5 多點(diǎn)源干擾抑制

當(dāng)單脈沖雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)存在具有不同角度的目標(biāo)與一個(gè)或多個(gè)有源或無(wú)源干擾源時(shí)，則形成了多點(diǎn)源角度干擾。針對(duì)不同樣式的多點(diǎn)源角度干擾，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界進(jìn)行了大量的研究，按技術(shù)手段可以分為：多點(diǎn)源特征識(shí)別技術(shù)、多點(diǎn)源分辨技術(shù)、干擾抑制后測(cè)角校正技術(shù)、發(fā)射調(diào)制抗誘偏技術(shù)和數(shù)據(jù)融合與抗干擾策略設(shè)計(jì)。

5.1 多點(diǎn)源特征識(shí)別技術(shù)

多點(diǎn)源特征識(shí)別技術(shù)主要利用干擾信號(hào)與真實(shí)目標(biāo)回波的多域特征差異進(jìn)行處理，按照各多點(diǎn)源信號(hào)的混疊程度可以分為兩種情況：一是當(dāng)干擾信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)可分辨時(shí)，需要對(duì)目標(biāo)回波與干擾信號(hào)進(jìn)行鑒別，以剔除干擾；二是當(dāng)干擾信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)不可分辨時(shí)，對(duì)不可分辨多點(diǎn)源進(jìn)行存在性檢測(cè)。

在多點(diǎn)源干擾存在性檢測(cè)方面，文獻(xiàn)[73]通過(guò)提取有無(wú)干擾源時(shí)雷達(dá)接收回波信號(hào)的幅度特征差異、以及對(duì)應(yīng)CMR特性變化，推導(dǎo)了兩種假設(shè)條件下比幅單脈沖系統(tǒng)中CMR的條件概率密度函數(shù)，并提出了基于廣義最大似然比的拖曳式誘餌存在性檢測(cè)方法。文獻(xiàn)[74]基于4通道雙源分辨方法，提出一種聯(lián)合使用單脈沖系統(tǒng)“和-方位差-俯仰差-差差”4路通道的拖曳式誘餌存在性檢測(cè)方法。文獻(xiàn)[75]利用存在和不存在拖曳式干擾時(shí)測(cè)得的目標(biāo)極化散射矩陣特征差異，提出了一種轉(zhuǎn)發(fā)式拖曳誘餌存在性檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的干擾抑制算法。此外，在相干多點(diǎn)源干擾(雙/多源交叉眼干擾)的存在性檢測(cè)方面，文獻(xiàn)[76，77]利用相干兩點(diǎn)源干擾與目標(biāo)回波信號(hào)在主極化和交叉極化分量的相對(duì)強(qiáng)度差異，實(shí)現(xiàn)相干兩點(diǎn)源存在性檢測(cè)。文獻(xiàn)[78]將與目標(biāo)不可分辨的拖曳式假目標(biāo)處理分為3個(gè)步驟，通過(guò)假目標(biāo)存在性檢測(cè)、雙源角度分辨、角度分辨后真假鑒別3個(gè)信號(hào)處理環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)拖曳式重疊假目標(biāo)干擾的抑制。文獻(xiàn)[79，80]通過(guò)變極化發(fā)射調(diào)制目標(biāo)回波的極化分布，結(jié)合多點(diǎn)源極化空間譜特征，在多壓制干擾源中檢測(cè)目標(biāo)。

在非混疊的干擾信號(hào)鑒別方面，主要是對(duì)有源或無(wú)源假目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和剔除。文獻(xiàn)[81，82]各自利用DRFM轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)經(jīng)延時(shí)量化后的中心頻譜頻移效應(yīng)與諧波分量細(xì)微特征，實(shí)現(xiàn)假目標(biāo)鑒別。文獻(xiàn)[83]利用雷達(dá)發(fā)射信號(hào)初相與DRFM轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)初相的差異特性，結(jié)合頻域處理實(shí)現(xiàn)對(duì)多假目標(biāo)的鑒別與抑制。文獻(xiàn)[84-87]對(duì)基于極化特征量的假目標(biāo)鑒別方法展開(kāi)研究，鑒別對(duì)象包括：重復(fù)周期(Pulse Repeat Interval， PRI)間恒定極化假目標(biāo)、PRI內(nèi)恒定極化假目標(biāo)、全極化假目標(biāo)、脈內(nèi)隨機(jī)調(diào)制極化假目標(biāo)等多種極化類型的假目標(biāo)干擾。文獻(xiàn)[88]針對(duì)“壓制+假目標(biāo)”的組合樣式干擾，設(shè)計(jì)了一種“極化濾波+極化鑒別”的聯(lián)合抗干擾算法。文獻(xiàn)[89，90]提出用主極化分量與交叉極化分量的比值作為艦船目標(biāo)和箔條干擾的鑒別特征量。李金梁[91]提出了以極化角為特征量的箔條干擾鑒別方法，湯廣富等人[92]分析了角反射器干擾的極化特性，研究了對(duì)角反射器干擾的極化鑒別方法。

5.2 多點(diǎn)源分辨技術(shù)

多點(diǎn)源分辨技術(shù)是群目標(biāo)分辨技術(shù)在抗干擾應(yīng)用中的延伸，往往要求多點(diǎn)源信號(hào)相互獨(dú)立、服從某種特定的起伏分布，并限定干擾能量接近目標(biāo)回波能量。當(dāng)多點(diǎn)源之間具有相干特性、干信比較高或干擾源采用具有連續(xù)遮蓋特點(diǎn)的壓制式干擾時(shí)，這一類算法無(wú)法有效估計(jì)目標(biāo)角度，并導(dǎo)致多點(diǎn)源的數(shù)量估計(jì)失準(zhǔn)、角度估計(jì)值均值產(chǎn)生偏差、方差顯著增大。

圖4 文獻(xiàn)[100]中校正后雷達(dá)單脈沖比Fig.4 The corrected monopulse ratios after adaptive digital beam forming in Ref. [100]

5.3 干擾抑制后測(cè)角校正技術(shù)

當(dāng)雷達(dá)天線主瓣內(nèi)存在壓制式干擾源時(shí)，通過(guò)對(duì)消方法能夠?qū)崿F(xiàn)干擾抑制，如基于波束形成的空域增益零陷技術(shù)[93]、極化濾波技術(shù)[94，95]等，然而這一類抗干擾算法往往會(huì)導(dǎo)致單脈沖雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)的單脈沖比曲線產(chǎn)生畸變，使下一步的目標(biāo)單脈沖測(cè)角結(jié)果產(chǎn)生偏差。干擾抑制后測(cè)角校正技術(shù)主要針對(duì)這一問(wèn)題提出解決方案。

在基于空域處理的干擾抑制后測(cè)角校正方面，Nickel[26]基于陣列雷達(dá)最大似然準(zhǔn)則，提出一種廣義單脈沖測(cè)角原理，能夠適應(yīng)任意加權(quán)形成的和、差波束，在雷達(dá)主瓣內(nèi)形成空域零陷來(lái)抑制主瓣干擾的同時(shí)，生成一對(duì)對(duì)應(yīng)當(dāng)前陣列權(quán)值的等效和、差信號(hào)，并以此完成單脈沖處理。文獻(xiàn)[96-98]研究了基于子陣處理的陣列單脈沖雷達(dá)空域零陷抗干擾與單脈沖比曲線校正技術(shù)。文獻(xiàn)[99]利用2維陣列在方位向或俯仰向產(chǎn)生空域零陷時(shí)不影響另一維角度域單脈沖比曲線的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種與自適應(yīng)主瓣空域零陷形成結(jié)合的方位/俯仰交替式單脈沖測(cè)角方法。文獻(xiàn)[100]基于2維陣列，設(shè)計(jì)了一種多約束和、差波束形成準(zhǔn)則，能夠在干擾方向形成陡峭的空域零陷，且大幅降低非零陷角度的單脈沖比曲線畸變，如圖4。文獻(xiàn)[101]綜合4通道分辨算法與自適應(yīng)旁瓣對(duì)消算法，在抑制主旁瓣干擾的同時(shí)正確估計(jì)目標(biāo)角度，但當(dāng)主瓣干擾源與目標(biāo)方位向或俯仰向接近時(shí)，該方法的干擾抑制性能下降。文獻(xiàn)[102]對(duì)空時(shí)自適應(yīng)處理?xiàng)l件下的單脈沖比曲線校正展開(kāi)研究。文獻(xiàn)[103]針對(duì)傳統(tǒng)反輻射導(dǎo)彈無(wú)法有效對(duì)抗誘偏干擾的問(wèn)題，使用空間譜信息對(duì)單脈沖測(cè)角結(jié)果進(jìn)行修正。

在基于極化域處理的干擾抑制后測(cè)角校正方面，宋立眾等人[104]對(duì)極化濾波器在單脈沖系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，發(fā)現(xiàn)極化濾波在和、差通道抑制主瓣干擾后，目標(biāo)的單脈沖測(cè)角結(jié)果總是存在一定的偏差，該測(cè)角偏差是關(guān)于目標(biāo)與干擾極化參數(shù)等參量的多元函數(shù)。文獻(xiàn)[105]建立新的單脈沖雷達(dá)極化濾波輸出等效模型，進(jìn)一步揭示極化濾波器抑制主瓣干擾給單脈沖系統(tǒng)引入測(cè)角偏差的內(nèi)在原因，提出一種基于雙重極化濾波處理的角誤差消除與目標(biāo)極化估計(jì)方法。文獻(xiàn)[106]通過(guò)極化濾波與極化綜合構(gòu)建一組表征目標(biāo)與干擾源角度差異的新和、差信號(hào)，使用壓制干擾源的角度測(cè)量值對(duì)新和、差信號(hào)單脈沖處理進(jìn)行補(bǔ)償，在壓制干擾中估計(jì)目標(biāo)角度，且能夠適應(yīng)目標(biāo)與干擾源角度差異較小的情況。文獻(xiàn)[107]通過(guò)斜投影極化濾波器抑制箔條質(zhì)心式角度干擾。

此外，近年來(lái)有文獻(xiàn)提出使用盲源分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)主瓣干擾抑制，即通過(guò)利用目標(biāo)回波信號(hào)與干擾信號(hào)之間的波達(dá)方向差異與波形差異，從多點(diǎn)源混合信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)。文獻(xiàn)[108-113]分別提出了多種盲源分離算法，可以抑制雷達(dá)主瓣或通信系統(tǒng)主信道中存在的噪聲干擾或密集轉(zhuǎn)發(fā)干擾。文獻(xiàn)[114]將盲源分離算法應(yīng)用至單脈沖雷達(dá)不同子陣，有效消除多目標(biāo)回波脈壓后距離旁瓣對(duì)多目標(biāo)測(cè)角的影響，顯著提升單脈沖雷達(dá)的多目標(biāo)測(cè)角性能。

5.4 發(fā)射調(diào)制抗誘偏技術(shù)

發(fā)射調(diào)制抗誘偏技術(shù)指，雷達(dá)通過(guò)發(fā)射經(jīng)特殊調(diào)制的信號(hào)來(lái)擾亂干擾機(jī)的信號(hào)截獲、識(shí)別與轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，使干擾信號(hào)無(wú)法有效進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)或使干擾效能大幅下降，是射頻掩護(hù)技術(shù)在抗角度誘偏干擾中的一種應(yīng)用。通過(guò)脈間/脈內(nèi)變頻、脈寬調(diào)制、重頻參差抖動(dòng)等多種實(shí)現(xiàn)樣式，使拖曳式/空射式誘餌等角度不同于目標(biāo)的干擾源所釋放的干擾信號(hào)不能有效進(jìn)入單脈沖雷達(dá)接收機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)源角度干擾抑制。文獻(xiàn)[115]分析了射頻掩護(hù)方法對(duì)干擾機(jī)接收環(huán)節(jié)的影響，文獻(xiàn)[116]針對(duì)應(yīng)答式干擾提出一種新的射頻掩護(hù)設(shè)計(jì)方案。李鳳從[117]通過(guò)雷達(dá)發(fā)射波形設(shè)計(jì)，降低干擾機(jī)的截獲與轉(zhuǎn)發(fā)干擾能力。針對(duì)相干多點(diǎn)源干擾(雙/多源交叉眼干擾)，文獻(xiàn)[118]提出一種新的空域變極化發(fā)射方式，通過(guò)逆向使用單脈沖和、差波束生成原理，使極化單脈沖雷達(dá)3 dB主瓣內(nèi)的發(fā)射極化隨角度產(chǎn)生顯著線性變化，造成相干多點(diǎn)源干擾機(jī)(雙/多源交叉眼干擾機(jī))內(nèi)部倒相回路180°相移處理產(chǎn)生額外的相位差，破壞多點(diǎn)源間相干特性，使相干多點(diǎn)源干擾角度誘偏性能大幅下降。

5.5 數(shù)據(jù)融合與抗干擾策略設(shè)計(jì)

多域數(shù)據(jù)融合與采用特殊的抗干擾策略，也是單脈沖雷達(dá)對(duì)抗多點(diǎn)源角度干擾的一種重要手段。白渭雄等人[119]通過(guò)對(duì)拖曳式誘餌的干擾機(jī)理、設(shè)計(jì)原則、戰(zhàn)術(shù)使用3個(gè)方面的綜合分析，提出了防空雷達(dá)分離拖曳式誘餌的技術(shù)條件。文獻(xiàn)[120]基于脈沖多普勒體制，提出一種中遠(yuǎn)距離情況下通過(guò)適當(dāng)?shù)闹茖?dǎo)策略，在載機(jī)離開(kāi)雷達(dá)波束之前實(shí)現(xiàn)載機(jī)和誘餌的多普勒譜線分離的抗誘偏方法。文獻(xiàn)[121]綜合使用單脈沖導(dǎo)引頭測(cè)角數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)導(dǎo)航信息對(duì)抗箔條質(zhì)心角度干擾。徐娟等人[122]提出一種聯(lián)合使用時(shí)域、頻域、空域的級(jí)聯(lián)導(dǎo)航單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭抗干擾方法，其實(shí)質(zhì)是在多域數(shù)據(jù)融合過(guò)程中，給未受到干擾的信息域數(shù)據(jù)賦予更大的權(quán)值。

6 總結(jié)與展望

主瓣多點(diǎn)源條件下的單脈沖雷達(dá)多源參數(shù)估計(jì)與抗干擾技術(shù)一直是雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)需求強(qiáng)烈、兼具挑戰(zhàn)性的難點(diǎn)研究方向。時(shí)至今日，雖然學(xué)術(shù)界與工業(yè)界取得了大量的研究成果與階段性突破，但仍有許多問(wèn)題需要深入挖掘與進(jìn)一步探究。

在主瓣多點(diǎn)源構(gòu)成方面，多點(diǎn)源數(shù)量與組成復(fù)雜度將進(jìn)一步提升，典型情況包括：多個(gè)壓制干擾源、非等功率源(干擾源輻射功率遠(yuǎn)大于目標(biāo)回波或多個(gè)干擾源分別有不同的發(fā)射功率)、相干干擾源、變極化干擾源、多個(gè)不同干擾樣式干擾源、雜波多徑與有源干擾復(fù)合等復(fù)雜多點(diǎn)源干擾場(chǎng)景。繼續(xù)探究以上復(fù)雜多點(diǎn)源干擾條件下的單脈沖雷達(dá)多點(diǎn)源參數(shù)估計(jì)與抗干擾技術(shù)將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

在多點(diǎn)源干擾信號(hào)表征與解析方面，當(dāng)前大部分研究成果中，不同雷達(dá)測(cè)量體制(如比幅單脈沖、比相單脈沖、全極化測(cè)量、高分辨信號(hào)體制等)與不同干擾樣式條件下的多點(diǎn)源干擾數(shù)學(xué)建模過(guò)程間差異較大，造成多點(diǎn)源干擾中基本概念與指標(biāo)定義出現(xiàn)歧義、混淆，甚至矛盾，尤其是在多點(diǎn)源、多樣式干擾復(fù)合條件下，導(dǎo)致多點(diǎn)源干擾對(duì)單脈沖系統(tǒng)影響機(jī)理難以簡(jiǎn)潔闡明，難以從復(fù)雜的理論分析中找到真正有助于抗干擾實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)途徑。因此，繼續(xù)統(tǒng)一多點(diǎn)源干擾的表征方式與解釋理論，提煉多點(diǎn)源干擾對(duì)單脈沖系統(tǒng)的核心影響機(jī)理，找到能夠有效表征多點(diǎn)源多域信息差異的新敏感特征量(基于經(jīng)典單脈沖結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)新的改進(jìn)單脈沖結(jié)構(gòu))，是這一方向需要繼續(xù)加強(qiáng)的研究?jī)?nèi)容。

在單脈沖雷達(dá)多點(diǎn)源參數(shù)估計(jì)與抗干擾新技術(shù)方面，當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)包括：

一是多域聯(lián)合抗干擾與降維處理技術(shù)。利用時(shí)-頻-空-極化-能量等多個(gè)信息域中的多點(diǎn)源信號(hào)差異，使用多域信號(hào)處理方法能夠取得單一信息域抗干擾方法難以取得的抗干擾效果。然而充分使用多域信息必然導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度上升，為了提高相關(guān)算法的實(shí)時(shí)性并降低系統(tǒng)成本，必然需要采用降維處理(如使用子陣級(jí)和、差波束形成代替陣元級(jí)和差、波束形成)。此外，如何有效利用同時(shí)接收到的多通道、多頻段、全極化回波信息，有效提升系統(tǒng)資源利用率及整體抗干擾性能，還需要進(jìn)一步研究。

二是基于多維特征的信息提取技術(shù)。由于電子干擾技術(shù)的進(jìn)步，干擾源功率不斷提升，現(xiàn)有基于能量抑制的抗干擾方法無(wú)法完全對(duì)消干擾信號(hào)，因此這里不再以抑制干擾能量提高目標(biāo)信噪比為核心要求，而是把干擾、目標(biāo)都作為“待鑒別信號(hào)”，進(jìn)一步利用有源干擾與雷達(dá)目標(biāo)在多信息域的多維特征差異判定其二元屬性，同時(shí)利用這些特征的時(shí)變特性與分布特性，檢測(cè)目標(biāo)并提取目標(biāo)參數(shù)信息。

三是多點(diǎn)源多域差異的主動(dòng)控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)雷達(dá)的發(fā)射與接收進(jìn)行特殊調(diào)制，增強(qiáng)真實(shí)目標(biāo)回波與多點(diǎn)源干擾間的信號(hào)差異，銳化二者間的多維特征差異，進(jìn)而取得更好的多目標(biāo)分辨與多點(diǎn)源干擾抑制效果。

四是新體制雷達(dá)中的單脈沖測(cè)角技術(shù)。通過(guò)拓展單脈沖技術(shù)在新體制雷達(dá)中的應(yīng)用，利用新體制雷達(dá)在多點(diǎn)源探測(cè)中的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，抑制多點(diǎn)源干擾對(duì)雷達(dá)角度測(cè)量的影響，如單脈沖技術(shù)與頻率控制陣列技術(shù)結(jié)合[123]、單脈沖技術(shù)與前斜視成像技術(shù)結(jié)合[124]等。