基于極化編碼的抗同頻干擾技術

趙艷秋

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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基于極化編碼的抗同頻干擾技術

趙艷秋

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

介紹了極化編碼調制技術的基本概念和原理，對16組同型雷達進行了編碼設計，討論了其互相關和自相關特性，最后給出了極化捷變頻雷達系統的處理模型。

極化編碼；互相關；自相關；抗同頻干擾

0 引 言

電磁波攜帶的目標信息中包含著環境信息，除了頻率、幅值和相位以外，還有極化信息可以利用。極化在雷達目標的檢測、抗干擾和分類識別等方面都有著很大的潛力。1982年，Cohen和Sjoberg報道了一種實驗型的脈內極化捷變雷達系統，該系統在子脈沖基礎上對發射脈沖進行右旋和左旋圓極化編碼，接收時基于極化信息進行脈沖壓縮[1]。

電子對抗中可以利用電磁波和天線的極化特性，進行干擾與反干擾。因而極化對抗技術是電子對抗的一種重要技術，能提高對敵方信息裝備的干擾效果和己方信息裝備的反干擾效果。極化對抗技術分為極化干擾技術和極化抗干擾技術。

一般來說，只要將雷達的接收天線改變成與干擾電波極化方式正交，即可在很大程度上抑制干擾，雷達可正常工作。當用2個極化正交的信號以適當的復數加權合成等效極化狀態以抑制干擾時，采用的電路稱為極化濾波器。

1 碼形概述

極化編碼調制技術是指在發射端用多相碼對射頻載波的極化方式進行調制，以獲得極化編碼的信號。為實現在雷達接收端的相關檢測，需要對回波信號進行極化解碼和壓縮濾波處理。這種新型的極化編碼調制信號的波形在功率和分辨力的提高上與傳統的壓縮技術相類似[2]。

對于二相極化編碼，調制信號可以寫成：

(1)

(2)

式中：EH(t)為電場的水平分量；EV(t)為電場的垂直分量；Eia(t)為電場的幅度；εn為極化信號的極化角，對于垂直極化，εn=π/2，對于水平極化，εn=0。

用虛部表示垂直分量，實部表示水平分量，則該電場矢量可用復數表示為：

(3)

顯然上式和一般相位編碼(PCM)信號的復數表達式相似。若Eia(t)選取脈沖函數，則eiεn相當于極化調制函數。

在選取垂直、水平線極化的條件下，使發射的各個脈沖的極化方式在垂直和水平線極化之間捷變，即εn在π和0之間變化，由此便產生了極化編碼信號。極化還有左橢圓極化和右橢圓極化，如果用4種極化狀態交替，相當于四相編碼，其4項分別是{0°，90°，180°，270°}或用exp(jθk)表示成{1，j，-1，j}。由于四相碼的主副比與其原型二相碼近似，這里只討論二相碼。

選取一種常用的二相碼——偽隨機碼序列，設其長度為N，則在發射端發射N個脈沖，對這些脈沖進行極化編碼，極化方式依次按偽隨機序列設置。若偽隨機序列為13位Bark二相碼，則二相碼相位與極化調制的對應關系如表1所示。

表1 13位Bark二相碼相位與極化調制的對應關系

2 參數取值與碼形容量

為了簡化分析編隊中的多部雷達之間的抗同頻干擾問題，暫不考慮脈間的編碼及處理問題，只考慮脈內的編碼。脈內采用基于二相偽隨機序列的極化編碼方式。

基本的參數取值為：信號帶寬B=5MHz；脈沖寬度T0=12.6μs。

為了獲得較多的碼型容量，擬采用Gold碼序列。在偽隨機碼序列的長度N不太大時(例如3)，m序列只有2個;N=5時，m序列只有6個。對于同一個n(反饋的級數)來說，Gold序列族中序列的個數比m序列的個數多很多,如表2所述。

表2 同級的m序列和Gold序列的個數

采用n=6(碼長2n-1=63)的Gold序列,則總的碼型容量為65個，從中選取16個作為研究分析的碼型，表3是所選16組碼型的其中4組碼型的具體數值。

表3 脈內極化捷變的編碼表(16組碼型中的4個碼型)

3 自相關特性與互相關特性

經仿真得出16組碼型的自相關和互相關的圖，如圖1～圖8所示。由于有120個圖，所以只挑了其中幾組。

圖1 雷達1自相關

圖2 雷達2自相關

圖3 雷達3型自相關

圖4 雷達4自相關

圖5 雷達1-雷達2的互相關

圖6 雷達1-雷達3的互相關

圖7 雷達1-雷達4的互相關

圖8 雷達1-雷達5的互相關

由于有16組碼型，互相關結果中只列出碼型1和其余4種碼型的互相關，其余組的互相關與其類似。

在自相關結果中，自相關的最大值是36dB，副瓣一般在22dB以下，因此自相關的主副比只有14dB；在互相關結果中，互相關峰值一般在24dB以下。只比自相關峰值36dB小12dB。

可見，雖然Gold碼序列可以獲得較多的碼型容量，但其自相關和互相關的主副比均較高。

4 極化捷變雷達系統處理模型

根據電磁波極化編碼調制與處理的基本原理，圖9示出了極化捷變雷達系統的處理模型。該處理模型由雙極化天線、雙極化發射和接收處理支路等部分組成。

在發射支路，根據系統PN極化編碼發生器，分別產生水平與垂直極化的激勵信號，送往相應的功率放大器，再經環形器或收發開關送往相應的水平或垂直極化天線發射出去。

接收支路中，雙極化天線將接收到空間中的水平、垂直極化電磁波經環形器送往接收支路，分別經下變頻及模數轉換后，根據當前PN極化編碼對數字回波序列進行極化相關處理，最后根據相關結果作信號檢測。

圖9 極化捷變雷達系統處理模型

上述的極化捷變雷達系統處理模型已較常規的雷達體制復雜，若僅考慮簡單的變極化方式，則如圖10所示。

圖10 簡單變極化雷達系統模型

在簡單變極化雷達系統中，依靠微波極化開關來控制電磁波的輻射極化特性，極化轉換系秒級的慢變化。極化方式只考慮水平或垂直2種方式，其正交隔離度可達30dB以上[3]。

5 編隊同型搜索雷達綜合抗同頻干擾措施研究

在占用雷達系統時間資源相同的情況下，Gold碼序列可以獲得較多的碼型容量，但自相關主副比較低，難以保證雷達自身的探測性能，如何抑制主副比是一個需要進一步研究的問題[4-5]。

若將簡單變極化方式與線性調頻、非線性調頻方式綜合起來使用，可以保證較好的主副比和互相關抑制比，獲得4～8部同型、同頻、同時開機的碼型容量。典型的碼型如表4所示。

表4 極化及非線性調頻綜合抗干擾碼型

[1] 宋立眾，蔣明，孟憲德，喬曉林.極化捷變LFM脈沖壓縮信號的相關檢測[J].哈爾濱商業大學學報(自然科學版)，2004，20(6)：671-674.

[2] 喬曉林，宋立眾，謝新華.極化編碼脈壓雷達信號的相關檢測[J].系統工程與電子技術，2003，25(5)：550- 553.

[3] 曾清平，李銳，郭亨遠.變極化技術反干擾的效能分析[J].現代雷達，2001，23(5)：72-76.

[4] 張志輝，宋花榮.m序列與Gold序列比較[J].信息技術，2000(6):69-71.

[5] 黃成才，王慕坤.Gold系列碼性能分析[J].哈爾濱理工大學學報，2007，12(4):29-32.

Anti-common Frequency Interference Technology Based on Polarization Coding

ZHAO Yan-qiu

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

This paper introduces the basic conception and principle of polarization coding modulation technology,performs the coding design to 16 groups same-type radars,discusses their cross-correlation and auto-correlation characteristics,finally puts forward the processing model of polarizing frequency-agile radar system.

polarization coding;auto-correlation;cross-correlation;anti-common frequency interference

2015-04-10

TN958.3

A

CN32-1413(2016)04-0011-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.003