基于密集干擾的機載雷達STAP技術的干擾研究

2013-08-10 05:23:38盛驥松

艦船電子對抗 2013年6期

張昀，盛驥松，劉禹

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引言

在現代戰爭中，制空權的掌握是贏取戰爭勝利的重要保障，而集多種高新技術于一身的新一代機載預警機在其中起著舉足輕重的作用，因而備受世界各國的關注［1－2］。以美國 E－2D為代表的新一代預警機幾乎都裝備了采用先進的相控陣技術與現代數字信號處理技術的雷達，具有空間功率合成、波束捷變、同時多波束等特點［3］。而且其采用的空時自適應處理技術（STAP），即使在存在強地雜波和干擾的地區也能獲得很好的探測效能。

STAP的出現使得用傳統干擾手段對預警雷達的干擾很難奏效［4］，因而探究對新型預警雷達的新干擾方法已勢在必行。有矛必有盾，任何一項先進的新技術盡管具有很多優勢，能解決時下很多問題，但總有不足與局限性。STAP處理是一個相當復雜的過程，其需要具備足夠的自由度，而有源干擾的引入將使系統進一步復雜，因此，當有多個有源干擾時，系統性能將因缺乏足夠多的自由度而降低。本文針對STAP技術這一局限性，采用密集干擾，即使干擾均勻、密集、連續分布于一定的角域內。仿真結果表明，密集干擾能很好地對抗STAP技術。

1 STAP技術的原理

STAP是一種聯合角－多普勒域濾波技術，雷達為陣列天線的每個單元提供一個獨立接收信道，接收機的相關視頻被數字化。對于每個距離單元，由在相干處理時間間隔內獲取的樣值形成一個相關矩陣，并根據接收的噪聲和雷達回波不斷自適應更新，以構成能讓潛在的目標信號通過且能抑制噪聲干擾的濾波器，然后對樣值加權并求和。STAP技術同時利用多個自適應相控陣天線單元中的接收信號（空域）和來自多個脈沖重復周期的信號（時域），以實現空域和時域的自適應處理。其實質是將一維空域濾波技術推廣到時間與空間二維域中。圖1為STAP處理的原理示意圖［5］，圖中｛wnk｝，n＝［1，…，N］，k＝［1，…，K］為空時二維權系數，其中N表示天線子陣數或空間通道數，其大小由雷達方位分辨率確定。K為時間脈沖數目，其大小由對雜波抑制性能的要求確定。用NK×1維W表示處理器的權矢量，則：

圖1 STAP處理原理示意圖

全空時最優處理器可以用數學優化問題描述：

式中：R為接收數據形成的協方差矩陣，為NK×NK維，物理意義為在保證目標增益一定的情況下，使得處理器輸出雜波剩余功率最小；S為空時二維導向矢量：

式中：X為NK×l維的雷達空時采樣數據；?代表Kronecker積；Ss為空域導向矢量；St為時域導向矢量：

式中：ωs，ωt分別為空間與時間歸一化頻率。

因此可得空時二維最優處理器的權矢量為：

式中：μ＝1／（SHR－1S），為歸一化的常數。

從式（5）可以看出，表達式由雜波協方差逆矩陣和目標矢量兩部分組成，第一部分相當于對雜波進行白化，后一部分則相當于對目標信號進行匹配濾波，因此這實際上是廣義的維納最優匹配濾波器。

圖2為目標與雜波功率譜的空時三維分布和最優STAP的頻響圖。其中，陣元數N＝12，脈沖數K＝10，目標位于方位向30°，歸一化頻率－0.2。該圖表明：最優STAP在信號方向有最強輸出，而在雜波分布方向（雜波沿空時二維對角分布）形成凹口以濾除雜波。

當空間存在壓制干擾時，假設為主瓣干擾，即干擾的方位角也為30°，壓制干擾考慮為多普勒白化，而目標方位角為30°，多普勒頻率－0.2，圖3為壓制干擾下功率譜以及最優STAP處理頻響圖。

圖2 目標與雜波功率譜頻響圖

由圖3（a）可以看出，目標幾乎被干擾掩蓋，通過常規的處理手段很難將目標檢測出來；圖3（b）為經STAP處理后的結果，可以看出，經STAP處理后，在雜波方向上形成零陷，并且干擾也得到很好的濾除。因此，以傳統的壓制干擾對抗采用STAP技術的機載預警雷達，根本不能起到任何干擾效果。

圖3 壓制干擾下頻譜圖

2 對STAP技術的密集干擾

密集干擾［6］不同于點干擾，它通常是來自不同方向的少數幾組（甚至只有1組）干擾，每組均密集分布（甚至為連續分布）于一個小的角域內。由于每組干擾可視為由很多點干擾源組成，并且它們的空間相關性很強，這使得系統的自由度急劇減小。而最優STAP處理技術的先決條件是要確保系統有足夠多的自由度，因而會使得經最優STAP處理后的目標信息也丟失。圖4為采用密集干擾下的功率譜以及最優STAP處理頻響圖。

由圖4可以看出，當采用密集干擾時，經過STAP處理后，目標被干擾淹沒，無法辨認目標的位置，獲得了很好的干擾效果。