抗海面箔條干擾技術(shù)

姚 遠(yuǎn)，劉 磊，趙麗娟

(1.西安建筑科技大學(xué)信息與控制學(xué)院，陜西西安 710055;2.61623部隊(duì)財(cái)務(wù)科，北京 100093，3.內(nèi)蒙古科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014101)

抗海面箔條干擾技術(shù)

姚 遠(yuǎn)1，劉 磊2，趙麗娟3

(1.西安建筑科技大學(xué)信息與控制學(xué)院，陜西西安 710055;2.61623部隊(duì)財(cái)務(wù)科，北京 100093，3.內(nèi)蒙古科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014101)

由于箔條具有使用簡單、價格低廉等特點(diǎn)，箔條彈在海戰(zhàn)中使用頻繁。針對箔條彈可對雷達(dá)進(jìn)行有效干擾的問題，文中以箔條云回波的頻譜展寬效應(yīng)特征為出發(fā)點(diǎn)，通過統(tǒng)計(jì)頻譜寬度的方法區(qū)分艦船目標(biāo)和箔條云。實(shí)驗(yàn)證明，在海戰(zhàn)情況下，該方法可以有效地達(dá)到抗箔條干擾的目的。

箔條;箔條干擾;頻譜展寬效應(yīng)

由于箔條具有使用簡單、價格低廉、干擾效果明顯等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用［1］，例如在第4次中東戰(zhàn)爭中，由于艦船目標(biāo)投放了箔條彈，爆炸后形成的箔條云團(tuán)形成假目標(biāo)，嚴(yán)重影響了制導(dǎo)導(dǎo)彈雷達(dá)的正常搜索和跟蹤，從而影響了制導(dǎo)導(dǎo)彈對艦船目標(biāo)的精確打擊。

在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，根據(jù)反艦導(dǎo)彈的工作方式，箔條干擾的主要方式可分為沖淡式干擾和質(zhì)心式干擾兩種。對于低分辨雷達(dá)僅在時域完成對箔條假目標(biāo)的識別較困難，這是因?yàn)樵诓瓧l散開后，形成箔條云團(tuán)的RCS比正常的艦船目標(biāo)RCS大，易使雷達(dá)將其當(dāng)作目標(biāo)檢測識別出來。如果箔條云團(tuán)滯留在空中時間較長，艦船在箔條掩護(hù)下進(jìn)行快速機(jī)動規(guī)避后，利用相關(guān)性提取回波時域的特征參量已不明顯，而采用航跡記憶法抗箔條容易在方位和距離上產(chǎn)生較大偏差，難以真正達(dá)到抗箔條的效果［2］。

為能夠有效地達(dá)到抗箔條干擾，實(shí)現(xiàn)精確打擊的目的，文中利用箔條回波的頻譜展寬效應(yīng)，通過統(tǒng)計(jì)目標(biāo)回波的頻譜寬度，識別區(qū)分出箔條目標(biāo)和艦船目標(biāo)。文中該方法簡稱為“頻譜展寬識別法”。實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以有效地達(dá)到抗箔條干擾的目的。

1 箔條云和艦船的頻譜特征

1.1 箔條云的頻域特征

在箔條云的形成過程中，由于箔條受到多種外力的作用，如重力、風(fēng)、大氣阻力以及箔條自身總量的不均衡等特點(diǎn)，箔條在下降過程中總是以一定的傾角旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與重力方向形成一定的夾角。由于箔條是由鍍金屬纖維絲構(gòu)成，重量輕且密度小，所以箔條在下降過程中的轉(zhuǎn)速為＜10 rad/s，因此可以說箔條的運(yùn)動是箔條自身轉(zhuǎn)動和擴(kuò)散過程中平動的組合。箔條的平動引起的多普勒頻移為

其中，雷達(dá)和箔條連線上箔條速度的投影用v表示。

由于箔條在下降過程中，受到多種外力的作用，箔條的速度會不斷起伏，這個起伏的變化引起v不斷變化，這個變化又使得各箔條回波的頻率產(chǎn)生差異，最終導(dǎo)致箔條云回波信號在頻域上有一定的展寬。

1.2 艦船目標(biāo)的頻域特征

相對于運(yùn)動復(fù)雜的箔條云，艦船是剛體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動比較單一，沒有箔條云那樣的擴(kuò)散運(yùn)動。在理想情況下，艦船可以當(dāng)作一個散射點(diǎn)目標(biāo)看待，因此它的頻譜不存在展寬效應(yīng)。

2 頻譜展寬識別法

頻譜展寬識別法以艦船目標(biāo)的運(yùn)動速度較為單一、箔條云的水平運(yùn)動較復(fù)雜的特性為基礎(chǔ)。由于頻譜可以直接反映出物體的運(yùn)動特性，因而物體的運(yùn)動特性也會直接反映在物體的回波頻譜上。箔條云由于箔條的運(yùn)動特性，在水平速度分量上會產(chǎn)生頻譜展寬相效應(yīng)，所以箔條云的頻譜一般來說譜峰展寬較寬;而相對于艦船目標(biāo)，由于運(yùn)動速度比較單一，在頻譜上一般只有單一的較窄的譜峰，因此，通過統(tǒng)計(jì)信號的回波頻譜寬度，可以用來有效地區(qū)分艦船目標(biāo)和箔條云。

圖1 頻譜展寬識別法流程

雷達(dá)回波信號經(jīng)過下變頻、相參積累、恒虛警(CFAR)后，可以有效得到目標(biāo)回波信號頻譜。在有效統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)，通過統(tǒng)計(jì)記錄被聚心后，目標(biāo)所占據(jù)的多普勒單元數(shù)，其采用的依據(jù)如下

式中，SPW為統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)譜寬值;Mn為統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)參考量的幅度;Tr為幅度統(tǒng)計(jì)門限，一般利用恒虛警門限。

通過記錄下超過虛警門限的譜線個數(shù)，可以得到目標(biāo)或箔條云回波信號的譜寬。如圖1所示En、Fn分表示某時刻最強(qiáng)回波信號的功率譜線所在的距離維單元和多普勒維單元內(nèi)。對處于不同重頻周期距離單元En內(nèi)的回波信號，在多普勒維Fn范圍內(nèi)進(jìn)行過門限統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)后得到的數(shù)Wn為當(dāng)前檢測信號譜寬，如果譜寬Wn大于門限Tn，該回波信號為箔條云;如果譜寬Wn小于門限Tn，則該回波信號為艦船目標(biāo)。

3 仿真

(1)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是中頻數(shù)據(jù)，雷達(dá)發(fā)射信號為

式中，Re表示取實(shí)部;f0是信號的中心頻率。

(2)數(shù)字下變頻的作用是去掉信號的中心頻率，使信號成為零頻信號。信號下變頻后對信號進(jìn)行低通濾波處理，濾掉高頻部分。圖4所示為回波信號下變頻濾波實(shí)現(xiàn)過程。

其中，SI(t)為回波信號的同向分量，SI=u(t)cos ?(t);而SQ(t)為回波信號的正交分量，SQ=u(t)sin ?(t);復(fù)包絡(luò)U(t)包含了信號的全部信息，U(t)=SI+jSQ。本文采用的箔條回波信號和艦船回波信號如圖1和圖2所示，回波信號經(jīng)過下變頻濾波后，再對信號有用的本分進(jìn)行抽取，抽取后波形如圖5和圖6所示。

圖5 箔條云原始數(shù)據(jù)下變頻后時域波形圖

圖6 艦船原始數(shù)據(jù)現(xiàn)變頻時域波形圖

(3)信號的脈壓處理是為了同時增加雷達(dá)的作用距離和分辨力，對于大時寬積信號有D=τ·B?1。其中，τ表示脈沖的脈寬;B表示雷達(dá)信號的帶寬。信號的脈壓處理主要是對信號進(jìn)行匹配濾波，其中匹配濾波器頻率響應(yīng)為

(4)信號經(jīng)過相參積累后就能清晰的看到信號的時間信息和多普勒信息。圖7和圖8為箔條云和艦航回波信號相參積累后波形圖。

(5)恒定的虛警概率可以獲得可預(yù)知且穩(wěn)定的目標(biāo)檢測性能，為達(dá)到這個目的。實(shí)際信號的信雜比只能通過對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)得到，相應(yīng)的調(diào)整檢測門限可以獲得所期望的虛警概率 PFA。恒虛警率(CFAR)處理器是指可以獲得恒定虛警概率PFA的檢波處理器。從圖9和圖10中可以看出，信號值小于恒虛警檢測門限C的信號，值變?yōu)榱恪τ诤闾摼幚恚鋮⒖奸T限參值可從以下兩種方式得到，通過m個相鄰單元數(shù)據(jù)求平均值得到值C1，或通過經(jīng)驗(yàn)值獲得一刀切門限C2，最終的恒虛警門限可以通過對兩者的比較得到。

(6)通過對目標(biāo)信號進(jìn)行一系列處理過程后，再對目標(biāo)特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，目標(biāo)特征值統(tǒng)計(jì)是對目標(biāo)信號進(jìn)行多普勒寬度的統(tǒng)計(jì)。最后，依據(jù)箔條云在多普勒維占據(jù)的單元數(shù)較多作為判斷依據(jù)，判斷該信號是艦船目標(biāo)還是箔條云。

如圖9所示，箔條云回波信號經(jīng)過恒虛警后留下的回波信號，在多普勒維占據(jù)的單元數(shù)超過所規(guī)定的箔條多普勒門限，因此，認(rèn)為該回波信號為箔條云的回波信號。如圖10所示，艦船回波信號經(jīng)過恒虛警后留下的回波信號，在多普勒維上占據(jù)的單元數(shù)沒有超過箔條多普勒門限，因此，可以認(rèn)為該回波信號為艦船目標(biāo)回波信號。由此可以看出，提出的方法可以有效地區(qū)分箔條云和艦船目標(biāo)。

4 結(jié)束語

針對箔條干擾常用的兩種干擾方式，即沖淡式干擾和質(zhì)心式干擾方式進(jìn)行抗箔條干擾的仿真。仿真次數(shù)為50次，其中成功分辨出箔條云41次，失敗9次。仿真數(shù)據(jù)表明，采用該方法抗箔條干擾的成功率達(dá)82%，即提出的抗箔條云干擾的方法可以穩(wěn)定、有效地起到分辨箔條云的作用，達(dá)到抗箔條干擾的目的。

［1］夏桂芬，朱淮城，蘇宏艷.調(diào)頻步進(jìn)頻末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾研究［J］.雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2009(1):14－17.

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Anti-Jamming Technology for Chaff on the Sea

YAO Yuan1，LIU Lei2，ZHAO Lijuan3
(1.School of Information and Control，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an，710055，China;2.Department of Finance，Unit 61623，Beijing 10093，China;3.Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 041010，China)

Due to the simplicity and low price of chaff，the chaff shell is frequently used in naval battles.Because the chaff shell can interfere with radar effectively，this paper studies the method of distinguishing the target of a fighting ship from Chaff Cloud based on the Spectral expansion effect of the chaff cloud.This method can effectively carry out the purpose of anti-chaff-jamming in naval battles.

chaff;chaff jamming;spectral expansion effect

TN972

A

1007－7820(2012)08－035－04

2012-03-01

姚遠(yuǎn)(1986—)，女，碩士研究生。研究方向:信號與信息處理。