DACR和MIMO雷達抗自衛壓制干擾得益分析

楊英科，張宏偉，高紅衛

（1.中國洛陽電子裝備試驗中心，洛陽471003；2.電子信息控制重點實驗室，成都610036；3.北京無線電測量研究所，北京100854）

0 引 言

組網是現代雷達防御系統在空間、頻率等區域采用分集思想進行信息感知、共享與挖掘，進而對抗日益激烈的電子偵察干擾、低空隱身突防和反輻射摧毀的重要舉措，也是深入挖掘雷達作戰潛能，提升多站雷達協同作戰效能的重要保障。關于雷達組網技術的文獻很多，其中文獻［1］、［2］系統闡述了雷達組網的拓布結構、數據融合、節點配置、節點間通信、對抗性能評價等關鍵技術；文獻［2］提出了數據級組網和信號級組網的概念；文獻［3］提出了雷達網綜合發現概率的概念，建立了雷達網綜合發現概率數學模型，據此可對雷達網探測隱身目標的能力予以評估，為雷達網反隱身的實際應用和評估提供參考；文獻［4］基于雷達方程，推導了任意虛警概率下的目標距離、雷達散射截面積、檢測概率與脈沖積累數之間的關系，建立了一種高精度的雷達檢測概率計算模型，根據該檢測概率模型提出了評估雷達網綜合檢測性能的方法，既可用于對雷達網的優化部署，也可用于進攻方的突防路徑規劃等等。

關于雷達組網關鍵技術的研究多是聚焦于多雷達站數據級融合處理技術的研究，而計算技術、通信技術和電子技術的迅猛發展也為信號級的融合處理提供了可能，其典型的應用實例便是多輸入多輸出（MIMO）雷達和分布式相參雷達（DACR）。作為雷達組網技術的重要突破和發展方向，這些新體制的雷達組網技術以優越的電子對抗性能、檢測性能引起了國內外專家的高度關注［5－9］。在國內，很多科研院所都在積極開展MIMO雷達的研究和開發工作［10］，近年來，部分科研院所也逐步開展了關于分布式相參雷達的研究和開發工作［11］。

1 基本想定

1.1 典型壓制干擾樣式

圖1 MIMO雷達概念示意圖

對雷達實施壓制干擾的戰術配置主要包括自衛式干擾和支援式干擾（包括隨隊、遠距離和近距離支援等），比較經典的壓制干擾包括調頻、調幅、調相噪聲壓制干擾及其組合干擾等，還可根據干擾信號的帶寬分為寬帶噪聲壓制干擾、瞄準噪聲壓制干擾、掃頻噪聲壓制干擾和梳狀譜噪聲壓制干擾等。受航空突防平臺空間、載重供電等方面的限制，同時隨著硬件技術與計算技術的迅猛發展，近年來，國內的電子戰專家又開發出了很多新的干擾樣式，包括多假目標干擾、靈巧式干擾等，這里主要針對MIMO雷達和DACR對抗自衛式噪聲壓制干擾（不同雷達的噪聲壓制干擾分析方程相似）和多假目標干擾的性能進行分析和研究。

1.2 MIMO雷達和DACR

MIMO雷達與DACR既可納入陣列雷達的范疇，繼承和采用現有的很多先進的陣列雷達理論和技術進行研究，也可劃入組網雷達的范疇，對其對抗各種偵察干擾、低空隱身突防和抗反輻射攻擊的性能進行分析。在工作原理上，MIMO雷達的每個雷達單元采用相互正交的發射波形，且每個雷達單元在接收本雷達回波的同時，還接收其它單元雷達的回波，通過對所有發射波形分別同時進行匹配濾波接收處理，得到每個回波對應的相位與延時，進行接收相參合成；而DACR在接收相參模式的基礎上，使每個雷達單元發射相同波形，并控制和調整多個單元雷達發射信號的時刻與相位，實現發射相參，其概念如圖1、圖2所示［13］。

2 單站雷達抗干擾性能分析與評價

對單站雷達的抗干擾性能進行試驗與評價，目前主要是通過比對雷達在采取某措施前后其檢測端的信號干擾功率比來實現。為了分析DACR和MIMO雷達對抗自衛式壓制干擾的性能，可在相同的對抗態勢下，通過比對與單站雷達檢測端的信號干擾功率比進行分析。

（1）噪聲干擾下單站雷達檢測端的信號干擾功率比

圖2 DACR概念示意圖

在自衛干擾態勢下，單站雷達檢測端的信號干擾功率比可表示為：

式中：Pt為雷達的脈沖功率；Gt為雷達的發射天線增益；Gr為雷達的接收天線增益；σ為突防目標的雷達截面（RCS）；λ為雷達工作波長；R0為雷達與目標之間的距離；PJGJ為干擾有效輻射功率；GrJ為干擾方向的雷達接收天線電平（在自衛式突防干擾中存在Gr＝GrJ）；RJ為干擾機與雷達之間的距離（在自衛式突防干擾中存在RJ＝R0）；Br為雷達的信號帶寬；BJ為干擾信號帶寬；D0為脈壓、快速傅里葉變換（FFT）等處理措施的信干比改善得益。

（2）多假目標干擾下單站雷達檢測端的信號干擾功率比

在自衛干擾態勢下，雷達接收機輸入端和檢測端的信號干擾功率比可表示為（由于多假目標可以獲得雷達系統的各種相參性得益，因此，雷達接收機前端的信號干擾功率比基本上可以代表雷達檢測端的信號干擾功率比）：

式中：NJ為一個脈沖寬度內的重疊脈沖數量（采用恒虛警措施的雷達對抗多假目標性能模型需要另外分析）。

3 DACR抗干擾性能分析

3.1 DACR抗噪聲壓制干擾處理得益分析

設DACR由N部雷達組成，相對于單站雷達而言，由于實現了空間發射功率相參合成，因此，在同等對抗態勢下，DACR單個節點雷達接收機前端的信號噪聲功率比可表示為：

另外，由于在相參合成處理中，對N個雷達節點的回波信號進行了相參合成處理，因此，DACR可獲得N倍的信干比改善，在DACR檢測端的信號噪聲功率比可表示為：

根據式（1）、（4）可得，相對于單站雷達而言，DACR在對抗噪聲壓制干擾中，可獲得N3的處理得益。

3.2 DACR抗多假目標干擾性能分析

DACR的特點是分別在發射和接收階段進行1次N維的相參合成（區別僅僅在于發射中只存在信號功率相參合成的問題，沒有干擾的合成問題）。基于這個特點，在分析DACR對抗多假目標的性能時，可以通過分別分析信號功率和干擾功率進行。

綜合發射和接收過程中的2次信號功率相參合成，雷達檢測端的信號回波功率可表示為：

由于干擾功率只參加了雷達接收的相參合成處理，因此，雷達檢測端的干擾信號功率可表示為：

綜合式（5）、（6）可得DACR檢測端的信號干擾功率比為：

比較式（2）、（7）可得，相對于單站雷達而言，DACR在對抗多假目標干擾中，可以獲得N2倍的信干比改善得益。

4 MIMO雷達抗干擾性能得益分析

4.1 MIMO雷達抗噪聲壓制干擾性能分析

設MIMO雷達由N部雷達組成，相對于單站雷達而言，在同等對抗態勢下，MIMO雷達的單個節點雷達接收機前端的信號噪聲功率比與單站的相同，可表示為：

由于MIMO雷達的特點是在接收中進行2次N維相參合成，因此，MIMO雷達可獲得2次N倍的信干比改善得益，其檢測端的信號噪聲功率比可表示為：

根據式（1）、（9）可得，相對于單站雷達而言，MIMO雷達在對抗噪聲壓制干擾中，可獲得N2的處理得益。

4.2 MIMO雷達抗多假目標干擾性能分析

MIMO雷達的特點是在接收階段進行2次N維的相參合成，基于這個特點，在分析MIMO對抗多假目標的性能時，可以通過分別分析信號功率和干擾功率進行。

雷達檢測端的信號回波功率為：

雷達檢測端的干擾信號功率為：

根據式（10）、（11），MIMO 雷達檢測端的信號干擾功率可表示為：

比較式（2）、（12）可得，相對于單站雷達而言，MIMO雷達在對抗多假目標干擾中可以獲得N倍的信干比改善得益。

5 結束語

MIMO雷達與DACR雷達作為新體制的陣列雷達或組網雷達，在提升雷達檢測性能、機動性能、抗偵察干擾性能、抗低空隱身突防和抗反輻射攻擊方面表現出較為突出的優勢。上文主要對2種體制的雷達系統在自衛式壓制干擾環境下的處理得益進行了分析和研究，可為鑒定與評價相關的雷達系統或電子戰系統性能提供支撐；同時，這2種體制的雷達中，還存在如何科學優化MIMO雷達的發射波形和發射方向圖、如何提升MIMO雷達的測量精度、如何解決DACR雷達的柵瓣、如何解決高速高機動目標的跟蹤與測量等問題展開深入研究。

［1］陳永光，李修和，沈陽.組網雷達作戰能力分析與評估［M］.北京：國防工業出版社，2006.

［2］楊英科，李宏，許寶民，等.雷達測量與應用［M］.國防工業出版社，2011.

［3］李光明，唐業敏，蔣蘇蓉.雷達網反隱身性能評估［J］.現代雷達，2006，28（1）：23－25.

［4］趙志超，饒彬，王濤，等.雷達網檢測概率計算及性能評估［J］.現代雷達，2010，32（7）：7－10.

［5］Fishier E.MIMO radar：An idea whose time has come［A］.Proceeding of the IEEE Radar Conference［C］.Philadelphia，PA，2004：71－78.

［6］Robey F C，Coutts S.MIMO radar theory and experimental results［A］.Proceedings of 38th Asilomar Conference on Signals，Systems and Computers［C］.Asilomar，2004：300－304.

［7］Forsythe K W，Bliss D W，Fawcett G S.Multiple input multiple output（MIMO）radar：performance Issues［A］.Proceedings of 38th Asilomar Conference on Signals，Systems and Computers［C］.Asilomar，2004：310－315.

［8］Mcharg J C，Cuomo K M，Coutts S D，et al.Wideband Aperture Coherence Processing for Next Generation Radar ［R］.Lexington， MA： MIT Lincoln Laboratory，2004.

［9］Coutts S，Cuomo K，Mcharg J，et al.Distributed coherent aperture measurements for next generation BMD radar［A］.IEEE Workshop on Sensor Array and Multichannel Signal Processing［C］.Waltham，MA，2006：390－393.

［10］保錚，張慶文.一種新型的米波雷達——綜合脈沖與孔徑雷達［J］.現代雷達，1995，17（1）：1－13.

［11］高紅衛，曹哲，魯耀兵.分布式陣列相參合成雷達基本研究與原理驗證［A］.第十二屆全國雷達學術年會論文集［C］.武漢，2012：129－134.