對預警雷達STAP的間歇采樣轉發干擾研究

沈佳琪，蔣東旭

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225001)

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對預警雷達STAP的間歇采樣轉發干擾研究

沈佳琪，蔣東旭

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225001)

介紹了時空自適應處理(STAP)的應用背景和干擾方法，闡述了STAP技術的原理，建立了間歇采樣轉發干擾模型，對比分析了間歇采樣轉發干擾的效果。結果表明盡管STAP可以提取被強地物雜波淹沒的目標，但采用間歇采樣轉發干擾可以影響STAP提取目標信息，干擾效果明顯。

時空自適應處理技術；間歇采樣轉發干擾；預警雷達

0 引 言

STAP工作于空時二維空間，具有很強的抗干擾能力。傳統的的寬帶噪聲干擾只在多普勒維對雷達起到干擾作用，所以通過簡單的空間干擾抑制手段就能有效抑制寬帶噪聲干擾。目前針對STAP的干擾研究主要集中在欺騙干擾：唐孝國等人研究了STAP欺騙干擾的方法，但對干擾效果沒有做具體的分析研究[4];此后，薛冰心等人研究了頻移假目標干擾[5],張昀等人研究了密集假目標干擾[6],諶詩娃等人研究了散射波欺騙干擾[7]，均從仿真的角度研究了干擾樣式的效果，但均未分析最終經過STAP處理后對目標的提取情況。

本文研究了間歇采樣轉發干擾對STAP的干擾效果，并對經過STAP技術后目標的提取情況進行對比，充分分析驗證了干擾的有效性。

1 STAP的原理

空時自適應處理(STAP)通過在空域和時域進行聯合濾波從而能夠有效地抑制雜波和干擾，提高雷達在復雜電磁環境下的對掩蓋在強雜波背景下動目標的檢測能力。通過采用陣列天線，以確保其空域處理能力，同時通過發射相參脈沖串以保證其時域處理能力。對于某一個距離單元內的接收數據，可以排列為所有的天線陣元在相參脈沖串下的列矢量，如圖1所示。

STAP是空域一維濾波在空時二維的推廣，通過空時二維匹配濾波消除雜波并保留真實目標。Brennan等推導出了空時二維聯合自適應處理結構，也就是所謂的“最優處理器”[8-9]。

最優處理器的權矢量W可以表示為:

W=[w11,w12,…,w1K,w21,…,w2K,…,wnk,…,wNK]T

(1)

全空時最優處理器可以用如下數學優化問題描述：

(2)

(3)

(4)

式中：R為協方差矩陣，其可以在目標增益不變時，使得處理器輸出的雜波剩余功率最小；S為空時二維導向矢量;X為NK×l維的空時采樣數據;Ss為空域導向矢量;St為時域導向矢量;ωs，ωt分別為空域歸一化頻率和時域歸一化頻率。

因此可得，STAP的最優處理器權矢量Wopt為：

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Wopt=μR-1S=μ(R-1/2)(R-1/2S)

(5)

式中：μ=1/(SHR-1S)，為歸一化常數。

上式由雜波協方差逆矩陣和目標矢量兩部分構成，第一部分對雜波進行白化，后一部分對目標進行匹配濾波。對于天線陣元數目為12、相參脈沖數為10、目標位于方位向-30°、歸一化頻率0.25的情況進行仿真，如圖2所示。

由圖2可以看出，目標被掩蓋在強雜波背景下，通過最優STAP在信號方向有最強輸出，而在雜波分布方向形成凹口以濾除雜波。

2 間歇采樣轉發干擾

相比于傳統的噪聲干擾樣式，間歇采樣轉發干擾可以更好地利用STAP處理匹配濾波的特性，并獲得一定的脈壓得益，從而實現對STAP處理的有效干擾。其只對雷達脈沖進行部分截取，可降低對干擾機的要求，另一方面還可以較好地解決單平臺收發隔離的問題[10]。

間歇采樣后得到的干擾信號表達式可以寫為：

(6)

式中:p(t)為采樣信號，0≤t≤T;τ為采樣的脈寬;Ts為采樣重復周期。

間歇采樣后的干擾信號經匹配濾波的輸出為：

(7)

干擾采樣信號p(t)的采樣重復周期Ts和采樣脈寬τ影響干擾信號的幅度，根據式(7)可得：

(1) 當采樣脈寬τ不變，增大采樣重復周期Ts，會出現假目標的個數增多，間隔變小；反之，則會出現假目標的個數減小，間隔也越大。

(2) 若采樣重復周期Ts不變，增大采樣脈寬τ，則會出現干擾信號的功率增大，也即假目標幅度增大；反之，則會出現干擾信號的功率變小，也即假目標幅度變小。

下面結合仿真對間歇采樣轉發干擾的干擾效果進行分析。

假設雷達線性調頻信號的脈寬為T=20 μs，帶寬為B=10 MHz。

經過匹配濾波后的結果如圖3所示。

3 對STAP的間歇采樣轉發干擾數值仿真

為了研究間歇采樣轉發干擾對STAP的干擾效果，文中選取的參數如下：雷達天線單元16個，相參處理脈沖數目16個，雷達頻率為430 MHz，PRI為1.5 ms，脈寬100 μs，線性調頻帶寬0.5 MHz，平臺運動速度100 m/s，目標功率0 dBm，方位角為30°，多普勒頻率為150 Hz，選取的處理距離單元為200個，目標位于處理的距離單元的第160個距離單元。地雜波功率為50 dBm，干擾機為自衛式干擾機，干擾功率為30 dBm。

圖4為強地雜波背景下的功率譜分布，由圖可以看出，由于地雜波功率較強，目標淹沒在地雜波中，通過傳統的處理無法提取目標，而通過STAP可以非常好地將目標提取出來，見圖5。

圖6為寬帶噪聲下的功率譜分布和STAP對目標的提取，由圖可以看出，寬帶噪聲在多普勒維是白化的，而通過STAP處理可以很好地濾除，目標最終能凸現出來。

圖7為間歇采樣干擾下的功率譜分布和STAP對目標的提取，由圖7可以看出，間歇采樣干擾在多普勒維不是白化的，而通過STAP處理很難濾除，最終目標無法正常提取。

4 結束語

本文首先介紹了STAP技術的應用背景及對STAP的干擾研究，然后分析了STAP技術的原理，而后建立起間歇采樣轉發干擾模型，最后通過仿真對比分析寬帶噪聲干擾與間歇采樣轉發干擾對STAP的干擾效果。結果表明：STAP可以提取被強地物雜波所淹沒的真實目標，干擾為寬帶噪聲干擾時，盡管噪聲可以在多普勒維形成覆蓋，但STAP的濾除效果明顯，目標最終可以顯現出來；當干擾為間歇采樣轉發干擾時，STAP無法對目標信息進行提取，可以獲得非常好的干擾效果。

[1] 酈能敬.預警機系統導論[M].北京:國防工業出版社,1998.

[2] 羅守貴,金林.機載預警雷達的發展趨勢[J].現代雷達，2008，12(30):1-2.

[3] 王永良,李天泉.機載雷達空時自適應信號處理技術回顧與展望[J].中國電子科學報，2008，3(3):271-275.

[4] 唐孝國,張劍云,王珽.對空時自適應處理技術的欺騙干擾研究[J].航天電子對抗，2012，28(5):61-64.

[5] 薛冰心,張友益.基于頻移假目標對機載雷達SATP技術干擾效果的研究[J].艦船電子對抗，2012，35(3):11- 59.

[6] 張昀，盛驥松，劉禹．基于密集干擾的機載雷達STAP 技術的干擾研究[J].艦船電子對抗，2013，36(6):6- 8.

[7] 諶詩娃,張劍云,賀平,周青松.對空時自適應處理技術的散射波欺騙干擾研究[J].現代雷達，2016，38(1):76- 80.

[8] KLEMM R K.Principles of space-time adaptive processing[M].London:The Institution of Electrical Engineers，2002.

[9] 王永良,彭應寧.空時自適應信號處理[M].北京:清華大學出版社，2000.

[10]馮德軍,徐樂濤,王雪松.間歇采樣轉發假目標的相位特性及其在角度欺騙干擾中的應用[J].國防科技大學學報，2014，36(3):135-140.

ResearchintoIntermittentSamplingRepeaterJammingtoEarly-warningRadarSTAP

SHEN Jia-qi,JIANG Dong-xu
(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper introduces the application background and jamming method of space time adaptive processing (STAP),expatiates the theory of STAP technology,builds up the model of intermittent sampling repeater jamming,contrasts and analyzes the effect of intermittent sampling repeater jamming.Results show that although the target submerged by strong ground clutters can be abstracted by STAP technology,using the intermittent sampling repeater jamming can affect the target information abstraction by means of STAP,and the jamming effect is obviously.

space time adaptive processing technology;intermittent sampling repeater jamming;early-warning radar

2016-08-09

TN972.2

：A

：CN32-1413(2017)03-0021-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.005