空域分段旁瓣對消對抗靈巧干擾的仿真

楊越　陳鐘　李青

摘要：文章通過闡述靈巧類干擾的特點，指出了傳統(tǒng)旁瓣對消方法在應(yīng)對此類干擾時的不足，并基于此提出分段的改進方法使其能有效應(yīng)對靈巧類的干擾。為了適應(yīng)實際雷達系統(tǒng)的需要，分段策略予以分析和說明，通過詳細的仿真實驗證明了該改進方法應(yīng)對靈巧類干擾的有效性。

關(guān)鍵詞：靈巧干擾；靈巧噪聲干擾；時域分段；旁瓣對消

0.引言

抗有源干擾依然是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中雷達需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)。隨著PD雷達信號處理手段的完善，傳統(tǒng)的白噪聲壓制式干擾的優(yōu)勢正在被削弱，而能利用雷達發(fā)射信號衍生得到的靈巧類別的干擾正在走向?qū)崙?zhàn)。因此，研究這種新體制干擾的抗干擾手段顯得非常必要。

雷達抗有源干擾的思想無非是要么不被干擾機截獲，要么就在時、頻、空、極化、編碼域中的一者或多者聯(lián)合的情況下能將干擾與有用信號區(qū)分開，從而達到抗干擾的目的。

在圖1中，Y為雷達主通道的陣列信號，A為DBF的導向矢量，d為DBF后的主通道待對消信號，x為輔助通道的陣列信號，W_xo為自適應(yīng)旁邊對消系數(shù)，X_n為輔助通道加權(quán)后的濾波器輸出，ε為最終的旁瓣對消輸出。

在工程實現(xiàn)中，為了防止目標被對消掉和保證對消效果，因此干擾樣本的選取往往是雷達量程遠端的潔凈區(qū)。但這卻不適用于猝發(fā)式的靈巧類干擾。原因在于所選取的訓練樣本不能保證其中所含的干擾樣本的有效性。其次，若使用非封閉式的收斂算法，由于濾波器收斂的暫態(tài)時間較長，而這將嚴重影響到旁瓣對消的性能。

2.分段旁瓣對消算法

針對傳統(tǒng)旁瓣對消面對靈巧類干擾的問題，本文提出了一種分段式的旁瓣對消干擾方法。分段式旁瓣對消的思想是在整個距離段上分段取樣進行旁瓣對消。由于采用低增益的天線陣元，使得主瓣方向的目標在輔助通道所構(gòu)成的子空間內(nèi)投影分量較少，從而確保在對消后的目標損失遠小于干擾的損失。

分段式旁瓣對消依然采用傳統(tǒng)旁瓣對消的準則，但實現(xiàn)方法上須采用封閉式的算法，以保證結(jié)果直接收斂到穩(wěn)態(tài)。工程上可以采用直接矩陣求逆算法（SMI）或信號子空間算法等改進型算法實現(xiàn)。

分段旁瓣對消計算權(quán)系數(shù)時的數(shù)據(jù)塊劃分方法如圖2所示，其橫軸表示距離單元，數(shù)據(jù)塊劃分用數(shù)字標示。使用標示為偶數(shù)的數(shù)據(jù)塊計算各自對應(yīng)的對消權(quán)系數(shù)W_xo。為了以示區(qū)別，用不同方向的斜線表示相鄰的偶數(shù)數(shù)據(jù)塊得到的權(quán)系數(shù)是不同的。相鄰的奇數(shù)數(shù)據(jù)塊不用計算權(quán)系數(shù)，而是直接使用其左右相鄰的偶數(shù)數(shù)據(jù)塊得到的權(quán)系數(shù)。例如奇數(shù)塊3數(shù)據(jù)等分為左右各1份，用數(shù)據(jù)塊2生成的權(quán)系數(shù)對消數(shù)據(jù)塊3左邊的一份數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)塊4生成的權(quán)系數(shù)對消數(shù)據(jù)塊3右邊的一份數(shù)據(jù)，于是得到了奇數(shù)數(shù)據(jù)塊最終的對消數(shù)據(jù)結(jié)果。而偶數(shù)數(shù)據(jù)塊則直接使用其自身生成的權(quán)系數(shù)進行一次數(shù)據(jù)對消。

由于靈巧干擾為了在全距離單元進行壓制，使得本文提出的分段旁瓣對消樣本塊劃分方法可有效獲取干擾樣本信息。在靈巧噪聲干擾的情況下，雖然干擾猝發(fā)的起始距離單元是隨機的，但為了盡可能獲得脈壓的增益，干擾信號是x（n）與J（n）的卷積，其長度不小于x（n）的長度。通過合理的分配數(shù)據(jù)塊的長度N（例如塊長度小于等于x（n）長度的一半），依然可以保證對消效果。因此，本文提出的分段旁瓣對消反復既減少了求取自相關(guān)矩陣的計算量，又保證了對消效果。

3.仿真分析

仿真雷達水平機械掃描時受靈巧干擾時的情景，參數(shù)設(shè)置：雷達轉(zhuǎn)速6r/min，PRI 2.56ms，信號帶寬2MHz，LFM信號長度256點，回波長度4096點，干擾方向-40°和20°，干噪比35dB，目標方向-8°，徑向速度12m/s，信噪比-30dB，主天線3dB波束寬度2.8°，輔助天線為3元陣，MTD使用32點FFY，4點劃窗。通道間的幅相誤差為1dB和5°的標準正態(tài)分布。

圖3（a）是在雷達轉(zhuǎn)動到-8°時，僅有白噪聲和目標進入雷達主瓣時的脈壓時域結(jié)果。可以看到目標回波位于1258距離單元，未歸一化的相對強度為95.43dB，噪底電平峰值約為88dB。

圖3（b）是圖3（a）的基礎(chǔ)上加入密集靈巧干擾后的脈壓時域結(jié)果。可以看到目標回波完全被干擾壓制。干擾峰值約為120dB。

圖3（c）是圖3（b）在1258距離單元進行MTD的頻域結(jié)果。可以看到目標的多普勒信息完全被靈巧干擾掩蓋，無法檢測到目標。圖中的橫線表示該距離單元當前多普勒的均值。

圖3（d）是對密集靈巧干擾對消后的脈壓時域結(jié)果。對比圖3（a）可以看到，時域回波的噪底電平峰值約為88dB，無明顯干擾剩余，目標回波強度有0.3dB的減弱。

圖3（e）是對圖3（d）進行MTD的頻域結(jié)果。可以看到由于干擾被對消，該距離單元的目標多普勒信息被明顯的顯現(xiàn)，而且整個多普勒的均值較圖3（c）約有6dB的提升。

仿真雷達水平機械掃描時受靈巧噪聲干擾時的情景，參數(shù)設(shè)置：雷達轉(zhuǎn)速6r/min，PRI 2.56ms，信號帶寬2MHz，LFM信號長度256點，回波長度4096點，干擾方向-40°和20°，信干比0dB，干擾為每個PRI內(nèi)發(fā)射和一個隨機距離單元的靈巧噪聲干擾，目標方向-8°，徑向速度12m/s，信噪比-30dB，主天線3dB波束寬度2.8°，輔助天線為3元陣，MTD使用32點FFT，4點劃窗。通道間的幅相誤差為1dB和5。的標準正態(tài)分布。

圖4（a）是在雷達轉(zhuǎn)動到-8°時，僅有白噪聲和目標進入雷達主瓣時的脈壓時域結(jié)果。可以看到目標回波位于1258距離單元，未歸一化的相對強度為95.43dB，噪底電平峰值約為88dB。

圖4（b）是圖4（a）的基礎(chǔ)上加入靈巧噪聲干擾后的脈壓時域結(jié)果。可以看到由于干擾使用了信號的波形作為載體，使得脈壓對干擾的抑制是透明的。需要說明的是靈巧噪聲干擾在每個PRI內(nèi)所處的距離單元是隨機的。當前一個干擾波形正好將目標回波脈壓后的時域波形掩蓋。干擾強度約為103dB，強于目標回波脈壓峰值。

圖4（c）是圖4（b）在1258距離單元進行MTD的頻域結(jié)果。可以看到目標的多普勒信息并未完全被靈巧干擾掩蓋。這是由于干擾出現(xiàn)的距離單位是隨機的，在目標所在方位進行MTD過程中的相鄰若干PRI內(nèi)，目標并未在每個PRI都被干擾掩蓋。雖然如此，干擾的隨機初相及幅度擾動依然會破壞目標的相干積累，加大了目標的漏警概率。

圖4（d）是對靈巧噪聲干擾對消后的脈壓時域結(jié)果。對比圖4（a）可以看到，時域回波的噪底電平峰值約為88dB，無明顯干擾剩余，目標回波強度有0.6dB的減弱。

圖4（e）是對圖4（d）進行MTD的頻域結(jié)果。可以看到由于干擾被對消，該距離單元的目標多普勒值較圖4（c）約有10dB的提升。

4.結(jié)束語

本文提出一種分段式的旁瓣對消干擾方法，意在解決猝發(fā)式的靈巧類干擾。仿真結(jié)果表明該方法以較小的目標信噪比損失為代價獲取較大的干擾對消效果，驗證了本方法的有效性。