基于示樣脈沖循環轉發的空時自適應處理干擾研究

鮑秋香

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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基于示樣脈沖循環轉發的空時自適應處理干擾研究

鮑秋香

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

研究了示樣脈沖循環轉發干擾對空時自適應處理(STAP)的干擾效果，分析了STAP技術的原理，建立了示樣脈沖循環轉發干擾的模型，論述了示樣脈沖循環轉發的干擾效果。仿真結果表明：STAP可以提取被強地雜波背景淹沒的目標，而采用示樣脈沖循環轉發干擾時，STAP無法對目標信息進行正確的提取，干擾效果非常明顯。

自適應處理；示樣脈沖循環轉發干擾；機載預警雷達

0 引 言

目前空時二維自適應處理(STAP)技術[1-3]已逐步從理論研究開始走向工程應用，美國新型預警機E-2D裝備的APY-9雷達就已采用了STAP技術。針對STAP的干擾研究主要有欺騙干擾[4]、移頻假目標干擾[5]、密集假目標干擾[6]和散射波欺騙干擾[7]等。這些文章都只是從仿真角度研究了各種干擾樣式的干擾效果，而對經過STAP處理后的目標提取情況未做進一步分析。另一方面，由于預警雷達一般采用長脈沖發射，全脈沖干擾要求數字射頻存儲(DRFM)時間比較長，至少要能夠覆蓋最大的雷達信號脈寬，很難在短時間內做到干擾信號的收發隔離，不能對雷達形成快速有效的干擾，因此在實際電子戰中的運用很受限制。而示樣脈沖存儲只存儲輸入信號中的一段，通常為首段，靈活性好。本文針對示樣脈沖循環轉發的干擾，研究其對STAP的干擾效果，并對經過STAP處理后的目標提取情況進行了對比分析，充分驗證了干擾的有效性。

1 STAP技術的建模

一般來說，雷達是按距離門處理回波信號，因此在一個脈沖重復間隔(PRI)內進行L次采樣，對應L個距離門單元，則經過N個空域采樣和K個時域采樣后，一個CPI內采樣數據共L×N×K個，如圖1所示。

圖1 雷達回波采樣示意圖

為方便分析，引進雷達數據立方的概念，用三維數據塊描述一個相干時間間隔內收集的回波數據，如圖2所示。

圖2 雷達數據立方

STAP算法就是對每個距離單元的慢時間/相位中心數據進行匹配濾波。設定感興趣距離門為l，上面陰影部分對應的切片數據表示對N個天線單元和K個時刻的空時二維采樣數據[8-9]：

(1)

式中：x(n,k)為第n個天線單元第k個時刻的空時二維采樣數據。

Xl可改寫為NK×1維矢量形式，即:

Xl=[x(1,1)x(2,1) …x(N,1) …

x(1,K)x(2,K) …x(N,K)]

(2)

從信號組成上分析，接收信號一般由目標信號S、雜波信號C、噪聲信號n組成，但受到干擾時還會有干擾信號J,即:

(3)

該處理器可以描述為如下的數學求最優問題:

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：R=E[XXH],為由接收機數據所形成的協方差矩陣；V為期望的空時二維導向矢量。

(8)

式中：L為訓練樣本數；Xl為與待檢測單元獨立同分布的訓練樣本。

由于目標的角度和速度也是先驗未知，所以通常情況下，空時自適應處理器需要計算很多權矢量以形成一個能夠覆蓋全部潛在目標的角度和多普勒頻率的集合。圖3為目標與雜波功率譜的空時三維分布和最優STAP的頻響圖。由圖3可以看出，STAP處理后在信號方向有最強輸出，而在雜波分布方向形成很深的凹口，雜波濾除效果非常明顯。

圖3 目標與雜波功率譜的空時三維分布和最優STAP的頻響圖

圖4(a)為不采用STAP處理的目標提取結果，顯然，目標位置無法辨識，這是由于地雜波太強；而采用STAP處理后的結果如圖4(b)所示，可以看出，目標位置清晰可見。

圖4 強雜波背景下對目標的提取結果

2 示樣脈沖循環轉發干擾

示樣脈沖循環轉發干擾信號的產生過程為：首先利用DRFM器件對雷達發射信號的前沿進行存儲，得到脈沖前沿信號，然后將得到的脈沖前沿信號以一定的時間間隔為單位反復進行復制，得到一個周期性的脈沖前沿復制信號，最后以脈沖前沿復制信號為基礎，分別給它們附加上不同的延時量，再將這些信號對應疊加起來，得到最后的示樣脈沖循環轉發干擾信號，如圖5所示。

圖6為示樣脈沖循環轉發干擾信號通過匹配濾

波器的結果，由圖6(a)可以看出不加移頻量情況下干擾形成4個假目標，干擾信號均滯后雷達回波，當加入一定量的移頻后，干擾信號可以超前雷達回波。

圖5 示樣脈沖循環轉發干擾信號的產生

圖6 示樣脈沖循環轉發干擾信號通過匹配濾波器的結果

為了研究示樣脈沖循環轉發干擾對STAP的干擾效果，先對噪聲干擾的效果進行仿真研究。圖7為雜波、目標、噪聲干擾的功率譜分布，圖8為STAP處理后的功率譜分布。由圖可以看出，噪聲干擾在多普勒是白化的，經過STAP處理后，在噪聲干擾對應的方位向形成很深的凹口，即將噪聲干擾完成濾除。

圖9為STAP處理后的目標提取結果。由圖可以看出，當存在多個干擾時，STAP處理仍能從強雜波和強干擾下提取目標。

圖10為示樣脈沖循環轉發干擾下STAP處理后對目標的提取結果，由圖可以看出，示樣脈沖循環轉發干擾可以形成多個假目標，通過控制循環轉發的次數和移頻量可以達到欺騙雷達的目的。

圖7 雜波、目標、噪聲干擾的功率譜分布

圖8 STAP處理后的功率譜分布

圖9 STAP處理后對目標的提取結果

3 結束語

圖10 示樣脈沖循環轉發干擾下STAP處理后
對目標的提取結果

騙干擾的效果。

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Study of Space-time Adaptive Processing Jamming Based on Sample Pulse Repeated Transmitting

BAO Qiu-xiang

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper studies the jamming effect of sample pulse repeated transmitting jamming on space-time adaptive processing (STAP),analyzes the principle of STAP technique,establishes the model of sample pulse repeated transmitting jamming (SPRTJ),discusses the effect of sample pulse repeated transmitting jamming.The simulation results show that the target covered by strong ground clutters can be extracted through STAP,but the STAP target information can't be extracted correctly through the STAP when SPRTJ is used,so the jamming effect is very obvious.

adaptive processing；sample pulse repeated transmitting jamming;airborne early warning radar

2016-06-02

TN972.1

A

CN32-1413(2016)04-0007-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.002