和 芯 周書(shū)堂 王宇顥 張建明 伍進(jìn)進(jìn) 李 飛

(1. 武漢濱湖電子有限責(zé)任公司 武漢 430205；2.陸軍裝備部駐武漢地區(qū)第二軍事代表室 武漢 430205；3.陸軍研究院炮兵防空兵研究所 北京 100012)

0 引言

雷達(dá)天線副瓣對(duì)消技術(shù)是雷達(dá)系統(tǒng)抗干擾的主要技術(shù)措施之一[1]。副瓣對(duì)消使用的是一種自適應(yīng)空域?yàn)V波技術(shù)，它使得在時(shí)頻域不能分開(kāi)而在空間上可以分離的干擾和目標(biāo)的組合信號(hào)，在自適應(yīng)濾波技術(shù)處理后得到最小的干擾剩余，而目標(biāo)信號(hào)基本不受到損失。副瓣對(duì)消是現(xiàn)代雷達(dá)所必需的一種抗干擾手段，它極大地?cái)U(kuò)展了時(shí)頻資源有限的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的可用度，保證了雷達(dá)系統(tǒng)在有干擾環(huán)境下的有效威力范圍不會(huì)顯著縮減。

在進(jìn)行低空探測(cè)時(shí)，雷達(dá)面臨強(qiáng)地雜波的影響，在雜波區(qū)，傳統(tǒng)的副瓣對(duì)消性能會(huì)受地雜波影響而大幅下降，導(dǎo)致雷達(dá)在雜波區(qū)難以對(duì)抗有源干擾[2]。地雜波的空間特性復(fù)雜，平均功率高，導(dǎo)致副瓣對(duì)消的權(quán)值求解條件被破壞，權(quán)值計(jì)算產(chǎn)生偏差，副瓣對(duì)消效果變差[3]。

文獻(xiàn)[4]、文獻(xiàn)[5]分析了地雜波的幅度分布特性、空間分布特性，對(duì)地雜波的模型和產(chǎn)生方法進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[6]對(duì)副瓣對(duì)消進(jìn)行了原理分析和仿真試驗(yàn)，文獻(xiàn)[7]通過(guò)仿真分析研究了地雜波對(duì)副瓣對(duì)消性能的影響。

本文提出一種強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消方法來(lái)解決地雜波對(duì)副瓣對(duì)消性能的影響，并通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證其有效性。

1 地雜波環(huán)境下副瓣對(duì)消

1.1 副瓣對(duì)消基本模型

雷達(dá)副瓣對(duì)消的基本原理是利用輔助天線接收干擾信號(hào)，根據(jù)干擾信號(hào)的方位及強(qiáng)度，通過(guò)自適應(yīng)加權(quán)，使得干擾輸出功率最小，達(dá)到消除副瓣干擾的效果。副瓣對(duì)消流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)副瓣對(duì)消流程

設(shè)X為輔助通道接收到的干擾信號(hào)，W為加權(quán)系數(shù)，Y為主通道接收的信號(hào)，則對(duì)消輸出V0可表示為

V0=Y-WHX

(1)

副瓣對(duì)消的最優(yōu)權(quán)值計(jì)算準(zhǔn)則是令干擾剩余功率E{|V0|2}最小，令

σ=E{|V0|2}

(2)

式(2)中RXY=E(XY*)，RXX=E(XXH)。

當(dāng)σ的導(dǎo)數(shù)為零時(shí)，可求得其最小值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的權(quán)值系數(shù)WOPT為最優(yōu)權(quán)值，即

(3)

可求得

(4)

此時(shí)干擾剩余為

(5)

1.2 地雜波對(duì)副瓣對(duì)消的影響

在進(jìn)行低空目標(biāo)探測(cè)時(shí)，雷達(dá)輔助天線在接收干擾信號(hào)的同時(shí)也會(huì)接收到地雜波，由于地雜波空間分布范圍廣，特性復(fù)雜，必然會(huì)影響到副瓣對(duì)消效果。

設(shè)主通道接收到的干擾信號(hào)為Jm，雜波信號(hào)為Cm，輔助通道接收到的干擾信號(hào)為Ja，雜波信號(hào)為Ca，則最優(yōu)權(quán)值為

(6)

考慮到輔助通道接收信號(hào)中干擾信號(hào)平均功率遠(yuǎn)大于雜波信號(hào)平均功率以及干擾信號(hào)和雜波信號(hào)不相關(guān)，式(6)可簡(jiǎn)化為

(7)

式(7)中W0為無(wú)干擾信號(hào)時(shí)的最優(yōu)權(quán)值。

設(shè)無(wú)雜波時(shí)的干擾對(duì)消比為CG0，則在雜波區(qū)的干擾對(duì)消比CG可表示為

(8)

圖2 不同干雜比時(shí)CG與CG0的關(guān)系

2 強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消方法

考慮到地雜波對(duì)副瓣對(duì)消效果的影響，我們提出一種強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消方法，這種方法是對(duì)主通道和輔助通道的回波先分別進(jìn)行MTD處理，再對(duì)每個(gè)多普勒通道分別進(jìn)行副瓣對(duì)消處理。由于MTD在副瓣對(duì)消前進(jìn)行，因此地雜波被抑制，降低地雜波對(duì)后續(xù)的副瓣對(duì)消處理的影響，解決雜波區(qū)副瓣對(duì)消效果下降的問(wèn)題。

雷達(dá)低空副瓣對(duì)消流程如圖3所示，首先對(duì)DBF波束和輔助波束分別進(jìn)行MTD處理，再對(duì)不同多普勒通道分別進(jìn)行副瓣對(duì)消，最后綜合輸出檢測(cè)結(jié)果。由于目標(biāo)回波與雜波通常處于不同的多普勒通道，通過(guò)對(duì)不同多普勒頻道的主、輔通道信號(hào)分別對(duì)消，可最大程度避免地雜波對(duì)副瓣對(duì)消效果的影響。

圖3 強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消流程

2.1 強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消仿真

在干擾與地雜波組合環(huán)境下進(jìn)行強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消算法的仿真，設(shè)置兩個(gè)干擾源，方位分別為-80°和80°，干擾功率76dB，在30°到60°方向存在地雜波，平均功率62dB，天線方向圖如圖4(a)所示，時(shí)域圖如圖4(b)所示。由于雜波的存在，傳統(tǒng)副瓣對(duì)消方法無(wú)法將干擾對(duì)消。通過(guò)強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消算法對(duì)消后的天線方向圖如圖4(c)所示，時(shí)域圖如圖4(d)所示，由于先進(jìn)行了MTD，降低了地雜波對(duì)副瓣對(duì)消的影響，兩個(gè)干擾可被有效消除。

圖4 傳統(tǒng)副瓣對(duì)消與強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消效果對(duì)比

2.2 強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消試驗(yàn)

為驗(yàn)證強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消算法的有效性，通過(guò)某型雷達(dá)的外場(chǎng)抗干擾試驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消算法進(jìn)行了驗(yàn)證。在干擾環(huán)境下，目標(biāo)于20km處進(jìn)行向站飛行。目標(biāo)進(jìn)入角度為325°方向，高度300m。干擾機(jī)放置于雷達(dá)正北0°方向，功率譜密度1000W/MHz，相當(dāng)于EA-18G距離雷達(dá)300km做干擾。在20°到30°方向距雷達(dá)10km到15km范圍，270°到330°方向距雷達(dá)15km到20km范圍有強(qiáng)地雜波分布。副瓣對(duì)消前，雷達(dá)P顯如圖5(a)所示，無(wú)法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；進(jìn)行強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消處理后，雷達(dá)P顯如圖5(b)所示，雷達(dá)可正常發(fā)現(xiàn)低空雜波區(qū)目標(biāo)并進(jìn)行連續(xù)跟蹤，說(shuō)明強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消算法在雜波區(qū)對(duì)干擾完成了有效抑制。

圖5 強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消試驗(yàn)P顯圖

3 結(jié)束語(yǔ)

在低空探測(cè)時(shí)，雷達(dá)面臨地雜波與干擾同時(shí)存在的情況，傳統(tǒng)的副瓣對(duì)消方法的性能會(huì)因地雜波影響而大幅下降，導(dǎo)致雷達(dá)在雜波區(qū)難以對(duì)抗有源干擾。本文提出一種強(qiáng)雜波區(qū)副瓣對(duì)消方法，對(duì)回波先進(jìn)行MTD處理再分通道進(jìn)行副瓣對(duì)消，降低地雜波對(duì)后續(xù)的副瓣對(duì)消處理的影響。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，該方法可有效降低地雜波對(duì)副瓣對(duì)消性能的影響，解決雷達(dá)在低空探測(cè)時(shí)無(wú)法有效對(duì)抗有源干擾的難題。