淺析脈沖重復頻率對某型火控雷達STAP性能的影響

李文君，趙 娟，裴 毅，楊來濤

（中國洛陽電子裝備試驗中心，河南濟源 459000）

淺析脈沖重復頻率對某型火控雷達STAP性能的影響

李文君，趙 娟，裴 毅，楊來濤

（中國洛陽電子裝備試驗中心，河南濟源 459000）

重點研究了脈沖重復頻率對火控雷達STAP性能的影響，不同脈沖重復頻率會造成雜波譜的分布發生改變，中（低）脈沖重復頻率下，地雜波譜存在不同程度的模糊。仿真結果表明高脈沖重復頻率下STAP性能優于中（低）脈沖重復頻率，實飛數據也驗證了本文的結論。

脈沖重復頻率；火控雷達；地雜波；STAP

1 引 言

某型機載火控雷達在對地面目標進行探測時，會受到大量地雜波的影響，而低速目標回波很容易淹沒于地雜波中［1］。STAP方法因其雜波抑制能力強、穩健性好及良好的抗干擾能力而被廣泛應用，然而實際工程應用中STAP方法會受到天線幅相誤差、航偏角、脈沖重復頻率等一些因素的影響，造成STAP處理性能不同程度的降低［2］。本文主要探討脈沖重復頻率對STAP性能的影響，并結合實際飛行數據進行了分析，探討其影響規律，以便實際運用中更好地發揮雷達性能。

機載多普勒雷達的脈沖重復頻率有高、中、低之分。如果雜波不存在多普勒模糊，即脈沖重復頻率大于或等于雜波多普勒頻率最大值的兩倍，即fr≥2fdM，稱為高重復頻率；如果雜波不存在距離模糊，即雷達的不模糊距離大于等于最大觀測距離，即fr≤2Rmax／c，稱為低重復頻率；如果上述兩個條件都不滿足，即2Rmax／c＜fr＜2fdM，則稱為中重復頻率。重復頻率的選擇不僅要考慮速度模糊、距離模糊帶來的解模糊和清晰度的問題，也應當考慮主瓣雜波和旁瓣雜波抑制的問題。

2 脈沖重復頻率對雜波譜的影響

高重復頻率不存在雜波譜的速度模糊（多普勒頻率模糊），在二維雜波分布圖上，一個多普勒頻率最多只對應一個地雜波錐角。但是它往往存在雜波和目標的距離模糊，即一個距離單元對應多個距離值，多個不同俯仰角的雜波重疊出現在一個距離單元里。由于距離模糊，遠程的目標信號和近程雜波相競爭，因此它要求天線具有超低副瓣電平，使得與目標多普勒頻率相同或相近的旁瓣雜波功率盡可能小［3］［4］。低重復頻率不存在這個問題，目標信號只和相同距離處的多普勒頻率相同或相近的雜波相競爭。由于低重復頻率往往存在雜波的速度模糊（多普勒頻率模糊），同一個多普勒頻率往往對應雜波的多個錐角，所以目標信號會和多個方位的雜波競爭。低重復頻率條件下，可以相對放松對天線副瓣電平的要求，但是由于主瓣雜波譜展寬，會使速度盲區變大。中重復頻率則是高、低重復頻率的一種折衷，它對副瓣電平的要求要低于高重復頻率，主瓣展寬的影響也不如低重復頻率嚴重。

如圖1所示，設載機水平飛行，速度為V，天線軸和速度方向夾角α，地雜波散射體相對于天線軸向的方位角、俯仰角和錐角分別為θ，φ和ψ，則該散射體回波的多普勒頻率為

式中fdM＝2v／λ，對于空時二維處理，控制時域濾波權相當于改變其多普勒頻率fd的響應特性，控制空域等效線陣的權相當于改變其錐角余弦cosψ的波束響應。因此從空時二維濾波的角度研究二維雜波譜，取2fd／fr和cosψ作坐標，fr為脈沖重復頻率，式（1）可寫成：

圖1 散射體與天線的幾何關系Fig.1 The geometric relationships between scatterer and antenna

假設fr＝4 500，V＝200 m／s，λ＝0.25 m，φ＝0°（實際情況中由于載機的斜距較大，俯仰角較小，一般可近似認為其等于0°），改變天線軸向與載機飛行方向V間的夾角α大小，可得到不同的地雜波譜。

圖2是不同α的二維雜波譜，α＝0°時，雷達天線陣面平行于飛行方向，此時為正側面陣，式（2）變為－cosα＝0，二維雜波譜是一條斜率為fr／2fdM的直線。對于一般的情況，α≠0°時，天線陣面不平行于飛行方向，上式在2fd／frcosψ坐標里為一斜橢圓。α＝90°時，天線陣面垂直于飛行方向，式（2）為正橢圓方程。

圖2 不同安裝角的雜波譜Fig.2 The spectrum of different installation Angle

此外，圖2的雜波譜對應一個cosψ有兩個多普勒頻率，這是由于雷達能接收到來自同一錐角但分處天線前后向地塊的雜波，實際天線背瓣電平很低，相應從背瓣進入的雜波很弱，這樣實際的雜波譜就只存在于橢圓的一半。存在于橢圓的哪一半跟安裝方式有關，以α＝90°為例，假如是機頭陣，天線向前掃描，雜波多普勒頻率始終為正，所對應的雜波譜就是圖2右邊的虛線橢圓，假如是機尾陣，天線向后方掃描，則所對應的雜波譜就是圖2左邊帶圈的曲線。另外，上述雜波譜假設地雜波理想靜止，載機勻速飛行，這樣雜波譜寬度為零，在二維平面里呈現為直線或曲線［5］。實際上，地雜波隨著時間起伏，雜波譜有一定的寬度，呈現帶狀。

3 不同脈沖重復頻率下火控雷達雜波譜分布

某機載火控雷達脈沖重復頻率也有高、中、低之分，圖3是采用高、中、低三種重復頻率時機尾陣的雜波譜。可以看出高重復頻率對應一個錐角值，只有一個多普勒頻率，但低重復頻率或者中重復頻率偏低時，由于存在速度模糊，一個多普勒頻率對應多個錐角值，雜波譜以fr為模進行折疊。另外，頻率越低，主雜波在2fd／fr軸上所占比重越大，主瓣展寬現象比較嚴重。將雜波多普勒頻率按最大不模糊頻率f2／2歸一化并將混疊計算在內，可得歸一化多普勒頻率2fd／fr隨cosψ的變化曲線，稱為雜波分布曲線。在高脈沖重復頻率情況下，二維平面內只有一條雜波分布曲線。在低脈沖重復頻率和中脈沖重復頻率的情況下，二維平面內有多條雜波分布曲線，其物理意義為同一多普勒頻率對應多個雜波錐角。

4 仿真試驗

設置雷達仿真參數如下：雷達工作波長λ＝0.25 m，載機高度H＝6 K·m，陣元數為40，脈沖數K＝16，輸入雜噪比CNR＝50 dB，載機速度vp＝200m／s。圖4為脈沖重復頻率不同時，STAP的改善因子比較。

圖3 火控雷達前視陣二維雜波譜Fig.3 The two-dimensional spectrum of front array fire control radar

圖4 不同脈沖重復頻率下的改善因子Fig.4 The im provement factor under different pulse repeat frequency

某次試驗任務中，改變雷達脈沖重復時，對其發現目標的情況進行了統計，見表1。試驗結果較好地吻合了前面得出的結論。

表1 不同脈沖重復頻率下發現目標數Tab.1 Target number under different pulse repeat frequency

5 結束語

本文針對脈沖重復頻率對某機載火控雷達STAP性能的影響進行研究。首先分析了不同脈沖重復頻率對雜波譜分布的影響，接著重點研究了不同脈沖重復頻率下火控雷達雜波譜的分布，最后通過仿真試驗探討了脈沖重復頻率對STAP性能的影響，高脈沖重復頻率下性能好，中（低）脈沖重復頻率下性能變差，實際試飛數據證實了仿真結果。

［1］ 賁德.機載有源相控陣火控雷達的新進展及發展趨勢［J］.現代雷達，2008，30（1）：1－4.

BEN De.Latest status＆development trends of airborne AESA fire-control radar［J］.Modern Radar，2008，30（1）：1－4.

［2］ 王彤.機載雷達簡易STAP方法及其應用［D］.西安：西安電子科技大學，2001.WANG Tong.Study on a simplified STAP and its application［D］.Xi＇an Xidian university.2001.

［3］ Sun Ke，Zhang Hong，Li Gang，et al.A novel STAP algorithm using sparse recovery technique［C］.IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium（IGARSS），Cape Town，2009：12－17.

［4］ 李明.機載陣列雷達抑制非均勻雜波的STAP方法研究［D］.［博士論文］.西安電子科技大學，2011.

LI Ming.Study on STAP of nonhomogeneous clutter suppression for airborne array radar［D］.Xi’an：Xidian University.2011.

［5］ 馬匯淼，馬林華.STAP技術在有源干擾環境下的運用方法［J］.空軍工程大學學報，2012，13（3）：65－69.MA Huimiao，MA Lin hua.Study on the application of STAP in active jamming environment［J］.Journal of air Force Englineering University，2012，13（3）：65－69.

李文君 男（1981－），河南項城人，工程師，主要研究方向為雷達與雷達對抗。

趙 娟 女（1980－），河北保定人，工程師，主要研究方向為雷達信號處理。

Analysis of The Influence of Pulse Repeat Frequency on STAP of A Certain Type of Fire Control Radar

LIWenjun，ZHAO Juan，PEIYi，YANG Laitao
（Luo Yang Electronic Equipment Test Center of China，Jiyuan 459000，China）

The influence of pulse repeat frequency on the STAPof a certain type of fire control radarwas studied.Different pulse repeat frequency w ill lead to the change of clutter spectrum distribution.Clutter spectrum in joint space-time domain w ill be obscured because ofmedium or low pulse repeat frequency.Simulation results probed that the STAP under high pulse repeat frequency has a high performance compared w ith that under medium or low pulse repeat frequency.The measured data also testified this conclusion.

pulse repeat frequency；fire control radar；ground clutters；STAP

TN 959.73

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