顏波濤

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 合肥 230031; 2.孔徑陣列與空間探測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 合肥 230031)

0 引言

當(dāng)代雷達(dá)面臨地物、氣象、各種外界雜波、有源無源等多種外界雜波和干擾的復(fù)雜環(huán)境，在實(shí)戰(zhàn)中雷達(dá)遭遇最嚴(yán)重釋放的有源干擾，突防的飛機(jī)一般在左右兩架搭載干擾機(jī)的飛機(jī)掩護(hù)下進(jìn)行突防，使得威脅目標(biāo)的雷達(dá)回波可能被掩蓋，此時(shí)雷達(dá)需要自動(dòng)的啟用副瓣對(duì)消、副瓣匿影、盲源分離、等間距剔除、頻率捷變等主瓣、副瓣抗干擾措施來應(yīng)對(duì)，從而在干擾中有效的發(fā)現(xiàn)威脅目標(biāo)，干擾源定位與分類是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抗干擾的前提條件。為了實(shí)現(xiàn)干擾的精確定位雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)具有很好的干擾副瓣抑制能力。干擾副瓣抑制包括旁瓣消隱、旁瓣對(duì)消、天線低旁瓣等技術(shù),該技術(shù)應(yīng)用的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有獨(dú)立的匿影天線，多個(gè)對(duì)消天線，且有較低的天線副瓣電平。本文將結(jié)合某雷達(dá)的特點(diǎn)介紹其干擾源定向與分類的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1 干擾源定向

若雷達(dá)某方位上存在一固定干擾，天線掃過，波束形成在此處必然會(huì)有類似主瓣響應(yīng)的包絡(luò)產(chǎn)生，通過點(diǎn)跡處理，對(duì)距離和方位上的凝聚，即可得到干擾的方位、仰角信息。流程如圖1示。

其中樣本采集，既可以自動(dòng)采集，也可人工設(shè)置扇區(qū)控制。

圖1 干擾源定位流程圖

理論上，測(cè)角精度與干噪比、天線波束寬度服從式(1)的關(guān)系。

(1)

利用主波束的方向性對(duì)干擾源進(jìn)行方位測(cè)量和仰角測(cè)量，具體機(jī)理與一般目標(biāo)方位和仰角測(cè)量方式相同，當(dāng)干擾強(qiáng)度致使雷達(dá)當(dāng)前工作頻點(diǎn)飽和時(shí)，在干擾偵察系統(tǒng)偵收的整個(gè)工作頻帶內(nèi)向兩邊進(jìn)行滑窗搜索，獲取主瓣不飽和頻點(diǎn)，提取方位脈沖幅度包絡(luò)和仰角多波束幅度包絡(luò)，進(jìn)行方位求質(zhì)心和仰角比幅測(cè)角處理，從而獲取干擾源方位和仰角信息。

2 干擾源分類

有源干擾可分為壓制性干擾和欺騙性干擾。

壓制性干擾的主要作用是使雷達(dá)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率下降，增大雷達(dá)接收機(jī)外部噪聲，使信噪比趨近或低于檢測(cè)門限，造成雷達(dá)無法檢測(cè)目標(biāo)信息，或增加足夠多的脈沖信號(hào)使其信號(hào)處理系統(tǒng)工作飽和。

欺騙性干擾是指發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)以幅度、頻率、相位進(jìn)行調(diào)制的間斷或連續(xù)信號(hào)，使敵方雷達(dá)產(chǎn)生多方向、多批次的假目標(biāo)，以擾亂敵方雷達(dá)的跟蹤和檢測(cè)。噪聲干擾能干擾任何形式的信號(hào),但是對(duì)于新體制雷達(dá)很容易被敵方雷達(dá)進(jìn)行相干處理，靈巧噪聲干擾通過時(shí)域或者頻域噪聲調(diào)制，形成相參的雜亂回波脈沖，起到遮蔽或者欺騙的作用。

密集假目標(biāo)干擾是一種欺騙式干擾，對(duì)接收并存儲(chǔ)的雷達(dá)脈沖信號(hào)按照重疊方式相加，再經(jīng)頻域或時(shí)域上的干擾調(diào)制發(fā)出，這種干擾信號(hào)包含了更多的相參回波信號(hào)，可以形成多個(gè)虛假目標(biāo)，迷惑和擾亂雷達(dá)對(duì)真正目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤。

根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的要求，不僅需要對(duì)有源連續(xù)波干擾進(jìn)行定向，同時(shí)還需要分析當(dāng)前空間有源干擾的頻譜及干擾類型。干擾頻譜及干擾類型的分析由專門的干擾分析系統(tǒng)進(jìn)行，信號(hào)處理分系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)干擾信號(hào)的采集與傳輸。

根據(jù)數(shù)字陣列雷達(dá)系統(tǒng)可以形成任意指向波束的特點(diǎn)，在每個(gè)搜索波位中，利用系統(tǒng)具有的多波束能力按照固有的順序接收觀測(cè)空域內(nèi)的干擾信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸至干擾分析系統(tǒng)進(jìn)行當(dāng)前工作頻點(diǎn)的干擾頻譜分析與干擾類型分析。

提取信號(hào)的有效特征參數(shù)是干擾信號(hào)類型識(shí)別算法的關(guān)鍵因素之一，選取的特征參數(shù)需要具有可區(qū)分性、噪聲弱敏感性。直接從雷達(dá)回波中提取反映干擾信號(hào)特征的時(shí)頻等脈內(nèi)特征、功率譜等信息，往往受到樣本選取和各種噪聲的影響。

另一方面，對(duì)新體制雷達(dá)的有效干擾都要求采用相干干擾技術(shù)，數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)脈內(nèi)調(diào)制信號(hào)相干存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)制輸出的有效手段，它保證了干擾信號(hào)與雷達(dá)波形精確匹配，有較好的干擾效果。基于此，采用雷達(dá)回波檢測(cè)輔助判決的方法，也可以較精準(zhǔn)的檢測(cè)出干擾信號(hào)，進(jìn)而有效地分析干擾信號(hào)特征。

針對(duì)上述干擾類型的生成機(jī)制，選取兩類特征作為分類判據(jù)：

1)干擾目標(biāo)分布。對(duì)包含干擾信號(hào)的雷達(dá)回波進(jìn)行匹配濾波、恒虛警檢測(cè)等處理后，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)距離單元區(qū)域中假目標(biāo)分布特征，如重復(fù)假目標(biāo)個(gè)數(shù)、重復(fù)假目標(biāo)間隔、重復(fù)假目標(biāo)幅度等，作為判據(jù)。

2)干擾信號(hào)功率。在假目標(biāo)分布的距離單元區(qū)域中，統(tǒng)計(jì)信號(hào)功率作為判據(jù)。

匹配濾波后，密集假目標(biāo)干擾形成密集、近似等間距、等幅度的目標(biāo)分布；調(diào)頻噪聲信號(hào)往往會(huì)提高噪底；靈巧噪聲壓制干擾則會(huì)形成連續(xù)隨機(jī)的目標(biāo)群。

圖2至圖4為三種典型干擾的干擾效果圖，其中橫坐標(biāo)表示距離維的采樣單元(2.5 MHz采樣每個(gè)采樣單元表示60 m)，縱坐標(biāo)表示回波信號(hào)幅度(單位dB)。

圖2為仿真密集假目標(biāo)干擾時(shí)，仿真雷達(dá)回波脈壓處理后的干噪比20 dB時(shí)的結(jié)果，匹配濾波后，形成密集、近似等間距、等幅度的目標(biāo)分布，當(dāng)干噪比大時(shí)有利于干擾目標(biāo)的檢測(cè)。

圖2 密集假目標(biāo)干擾類型干擾效果圖

圖3仿真調(diào)頻噪聲壓制干擾時(shí)，仿真雷達(dá)回波脈壓處理后的干噪比20 dB時(shí)的結(jié)果，匹配濾波后，調(diào)頻噪聲信號(hào)會(huì)提高噪底。

圖3 調(diào)頻噪聲壓制干擾類型干擾效果圖

圖4是仿真靈巧噪聲壓制干擾時(shí)，仿真雷達(dá)回波脈壓處理后的干噪比為20 dB時(shí)的結(jié)果，匹配濾波后，壓制干擾則會(huì)形成連續(xù)隨機(jī)的目標(biāo)群。

圖4 靈巧噪聲壓制干擾類型干擾效果圖

使用判決樹對(duì)噪聲壓制干擾、密集假目標(biāo)干擾進(jìn)行有效識(shí)別，并且輸出干擾信號(hào)的特征參數(shù)和調(diào)制參數(shù)。算法流程如圖5所示。

圖5 干擾類型分析流程框圖

該方法分為兩個(gè)過程：第一，特征參數(shù)計(jì)算。對(duì)包含干擾信號(hào)的雷達(dá)回波進(jìn)行匹配濾波、目標(biāo)檢測(cè)等處理后，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)距離單元區(qū)域中假目標(biāo)分布特征，如重復(fù)假目標(biāo)個(gè)數(shù)、重復(fù)假目標(biāo)間隔、重復(fù)假目標(biāo)幅度等；在假目標(biāo)分布的距離單元區(qū)域中，統(tǒng)計(jì)信號(hào)功率作為判據(jù)。第二，類型判決和屬性統(tǒng)計(jì)。使用判決樹對(duì)噪聲壓制干擾、密集假目標(biāo)干擾進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而依據(jù)計(jì)算參數(shù)得到置信度、干噪比等干擾信號(hào)特征。

系統(tǒng)仿真時(shí)設(shè)定恒定的通道噪聲功率和回波信號(hào)功率，當(dāng)噪聲功率為40 dB時(shí)不同干擾信號(hào)功率條件下，仿真并分析了不同干擾類型的識(shí)別準(zhǔn)確率見表1所示。

表1 不同干擾類型的識(shí)別準(zhǔn)確率

根據(jù)相應(yīng)的干擾類型分析結(jié)果來決定在干擾區(qū)域是否啟用相應(yīng)的抗干擾措施。

3 結(jié)束語

本文研究的定位與分類的方法應(yīng)用在某雷達(dá)系統(tǒng)中，在某實(shí)戰(zhàn)演習(xí)中算法模塊參數(shù)按表2配置時(shí)實(shí)施效果如圖6所示，壓制加密集假目標(biāo)組合干擾時(shí)測(cè)向與分類雷達(dá)終端顯示結(jié)果。

表2 參數(shù)設(shè)置表

圖6 干擾源識(shí)別輸出結(jié)果

由顯示結(jié)果可見，在組合干擾情況下采用該研究成果可以準(zhǔn)確的區(qū)分出干擾類型、干擾強(qiáng)度、干擾方位、干擾源高度等信息。

現(xiàn)在電子對(duì)抗技術(shù)在不斷進(jìn)步，從而對(duì)抗干擾技術(shù)提出了更高的要求，干擾源定向與分類的準(zhǔn)確性對(duì)抗干擾實(shí)現(xiàn)起到相當(dāng)重要的作用，隨著雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和作戰(zhàn)目標(biāo)的感知技術(shù)的要求，以及雷達(dá)抗干擾技術(shù)將向智能化、自主抗干擾方向發(fā)展，定位與分類技術(shù)需要持續(xù)深入研究，以應(yīng)對(duì)目前雷達(dá)面臨的越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境。