萬祥蘭 祁 嶺

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 武漢 430068）（2.海軍駐洛陽地區(qū)軍事代表室 洛陽 471000）

1 引言

雷達導(dǎo)引系統(tǒng)在低空和下視攻擊狀態(tài)時總是處于雜波環(huán)境之中，導(dǎo)引頭發(fā)射的功率信號都會通過地面的或海面的反射、散射經(jīng)過天線的主瓣和旁瓣進入接收系統(tǒng)，形成背景雜波。大面積的雜波區(qū)使得導(dǎo)引頭內(nèi)部雜波電平大幅度增加，甚至造成導(dǎo)引頭接收系統(tǒng)飽和阻塞，直接降低了導(dǎo)引頭對信號目標(biāo)的正常跟蹤與截獲能力，或由于信雜比的降低在跟蹤階段增加了角度跟蹤的隨機誤差，直接影響到導(dǎo)引系統(tǒng)的精度[1～2]。因此，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，利用雜波的性質(zhì)對其進行有效的模擬尤為必要。

2 雜波仿真模型

2.1 雜波仿真的特點及要求

雜波信號是緩變的非平穩(wěn)隨機信號，也即當(dāng)導(dǎo)引系統(tǒng)實時雜波仿真時，需要在100ms內(nèi)實現(xiàn)一個攻擊狀態(tài)下的雜波功率譜更新周期[3]。

現(xiàn)代雷達接收機能夠探測到低于主瓣雜波很多的目標(biāo)信號，統(tǒng)計結(jié)果表明，在極限情況下當(dāng)噪聲信號高于雜波主瓣信號-60dB時，導(dǎo)引頭可能誤將噪聲當(dāng)作目標(biāo)截獲，所以由雜波功率譜變換到時域的信號重構(gòu)算法帶來的附加噪聲以及由信號調(diào)制帶來的附加噪聲必須在主瓣雜波-60dB以下，至少小于-50dB[4～5]。

總之，雜波信號的特殊性要求兩項特殊的但也是必須滿足的技術(shù)指標(biāo)：

盡量保持精度情況下滿足實時性，即功率譜更新周期小于100ms。

由雜波功率譜重構(gòu)到時域并調(diào)制到中頻帶來的附加噪聲須小于主瓣雜波-60dB。

2.2 地面后向散射系數(shù)

地面后向散射系數(shù)σ°取決于微波頻率f、入射角θ、極化形式、地面的物理特征等，影響地面后向散射系數(shù)的幾方面因素包括：入射角、反射面粗糙度、反射面濕度、植被覆蓋、雪層覆蓋等[6]。其中城市的回波特性隨機性很大，不宜給出相對統(tǒng)一的模型或數(shù)據(jù)。

2.3 雜波的統(tǒng)計特性

2.4 雜波功率譜計算

鑒于雷達導(dǎo)引系統(tǒng)采用脈沖多普勒體制，采故用傳統(tǒng)的等多普勒線-距離線網(wǎng)格劃分方法，雜波計算網(wǎng)格劃分與雜波計算坐標(biāo)系定義如圖1所示，XOY平面為導(dǎo)彈速度矢量與導(dǎo)彈高度線所在的平面，ξ為速度方向與X軸的夾角，θ（定義為入射余角）為任一網(wǎng)格單元A與ZOX平面的夾角，φ為網(wǎng)格單元矢量在XOZ平面的投影與X軸的夾角[7]。對某一距離門確定多普勒頻帶的雜波功率等于該距離門等距離線與多普勒線所圍成的網(wǎng)格回波功率：

圖1 距離-速度坐標(biāo)系定義

式中：Pr為平均發(fā)射功率；λ為雷達波長；G(θ，φ)為天線增益（和信號或差信號）；L為系統(tǒng)損耗。

C：光速

σ0：地面后向散射系數(shù)

2.5 相當(dāng)面積單元的預(yù)先計算

參照工程經(jīng)驗，只考慮0＜ξ＜50°情況，將ξ劃分為50等份，角度間隔為1°。

等多普勒線從最大多普勒頻率至零多普勒頻率劃分為2048等份，可以滿足要求。

等距離線參照等多普勒頻率的劃分，θ從0°～90°共劃分為76等份，角度間隔為0.02rad。

同時計算網(wǎng)格單元中心相對于導(dǎo)彈中心的向量坐標(biāo)，存入數(shù)據(jù)庫，配合實時計算天線增益。

2.6 雜波功率譜的實時計算

雜波功率譜實時計算包括網(wǎng)格單元對應(yīng)天線增益的確定、計算歸一化的功率譜、計算當(dāng)前速度下的相當(dāng)雜波功率譜、時域數(shù)據(jù)的求取和總功率的控制四個步驟。

在雜波計算坐標(biāo)系下，天線和通道增益和天線差通道增益可由網(wǎng)格單元向量在x、y、z軸向量上的投影求出；按照2048等份根據(jù)雷達方程計算得到歸一化的雜波功率譜[8]；用4096個數(shù)（即多普勒分辨100Hz）可以滿足雜波譜精度的要求；對雜波功率譜補零為4096個數(shù)，將之轉(zhuǎn)換為矢量頻譜，相位隨機化，IFFT，然后求時域數(shù)據(jù)實部、虛部最大值，將時域數(shù)據(jù)歸一化，再放大32000倍，以短整數(shù)形式，打成USB包，給USB接口輸出；雜波總功率的控制依靠射頻衰減器實現(xiàn)，求出2048個多普勒頻率環(huán)的總功率，根據(jù)功率鏈折算到射頻信號源輸出口處功率，控制衰減器實現(xiàn)[9～10]。

3 模型驗證

3.1 雜波仿真的校核與驗證

雜波仿真的正確性需要校核（VERIFICATION）和驗證（VALIDATION），即V&V，具體地講包括以下幾個方面：

雜波功率譜實時計算要求在100ms以內(nèi)完成，計算結(jié)果需要校核，應(yīng)與非實時精確計算結(jié)果一致。

雜波信號的重構(gòu)要求將實時計算出的雜波功率譜重構(gòu)到時域，重構(gòu)的時域信號需要校核，其功率譜應(yīng)與實時計算出的功率譜一致。

調(diào)制后的信號需要校核，其譜特性應(yīng)與基帶信號的譜特性一致。

最終雷達導(dǎo)引頭接收到的雜波信號應(yīng)驗證與實際飛行情況下接收的雜波信號一致。

圖2 雜波模擬系統(tǒng)的校核與驗證

3.2 雜波驗?zāi)l件及雜波典型值

導(dǎo)彈速度V，飛行高度H，下視角θ，第一旁瓣角Φ以及發(fā)射頻率F，為初始設(shè)置參數(shù)，根據(jù)公式，F(xiàn)d=2×V/λ×cos(θ)可以計算出主瓣雜波位置，雜波普寬度，F(xiàn)d=2×V/λ×cos(θ±φ)旁瓣雜波位置。根據(jù)天線主旁瓣增益比X，以及旁瓣雜波區(qū)域比主瓣雜波區(qū)域略大的特點，估算主瓣雜波與旁瓣雜波的功率比為（2*X-3dB）。

條件A：導(dǎo)彈速度1000m/s，飛行高度3000m，下視角30°，主雜波理論位置201.1kHz，雜波譜理論寬度233.3kHz，主瓣與第一旁瓣理論功率差約為32dB；

條件B：導(dǎo)彈速度500m/s，飛行高度3000m，下視角30°，主雜波理論位置101.0kHz，雜波譜理論寬度116.7kHz，主瓣與第一旁瓣理論功率差約為32dB。

3.3 雜波算法仿真結(jié)果

不同條件雜波模型仿真結(jié)果如表1，圖3～6所示。

表1 不同條件雜波模型仿真結(jié)果表

圖3 主雜波位置201kHz

圖4 主雜波位置201kHz

圖5 主雜波位置103kHz

圖6 主雜波位置103kHz

4 結(jié)語

本方法產(chǎn)生的雜波信號在保持精度的情況下可以滿足實時性，即功率譜更新周期小于100ms。且雜波頻域帶內(nèi)連續(xù)、平坦，說明產(chǎn)生的信號沒有周期成分，具有良好的隨機性。主旁瓣雜波信號特性與理論分析和實測統(tǒng)計特性基本一致。滿足雷達彈內(nèi)場雜波模擬和抗雜波特性驗證的要求。