一種抗同頻異步干擾方法的研究與實現

常 艷，付 濤，邵 亮

（中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所，江蘇 無錫 214063）

0 引言

根據實際工作需要，某些飛機編隊作戰過程中，在近距離上，由于多部飛機雷達間輻射干擾的基本特征為同頻、單向、高功率，主瓣干擾和副瓣干擾同時存在［1］，以及全方位干擾。該飛機雷達相鄰頻點間頻差較小，相鄰頻點的發射信號經PRF 調制后會產生同頻異步干擾［2］。其影響主要在3 個方面：

1）影響雷達兵對目標的及時發現，特別是影響對導彈等小目標的觀測。當存在同頻干擾時，雷達顯示畫面基本被干擾所占據，無法有效地分辨目標。真實目標回波淹沒在干擾信號之中，導致雷達信雜比下降，降低了雷達的作用距離。

2）破壞雷達對目標的連續跟蹤。如果同頻干擾出現在跟蹤波門內，將導致跟蹤目標丟失，即使已經建立自動跟蹤的目標。當該目標為打擊目標時，將嚴重影響雷達對指控系統和武器系統的目標指示。

3）使雷達的抗干擾能力急劇下降。同頻干擾本身就是有源干擾，加上實戰中敵方的壓制性干擾，一些針對敵方壓制性干擾的抗干擾措施將受到嚴重影響（如角跟蹤干擾源），雷達將很難正常發揮其性能。所以雷達的整體抗干擾能力將嚴重削弱。

如何避免該飛機編隊作戰時的同頻干擾問題，也成為亟待解決的問題，在很多文獻中，大部分針對算法進行仿真，而本文重在結合實際情況的算法改進和工程實現，經過驗證，時域反異步處理法對同頻異步干擾的抑制效果顯著。

1 時域反異步算法原理

時域反異步處理技術是現有雷達相對比較成熟且有效的抗同頻異步干擾方法，理論上，其可以通過時域處理的方式實現抗同頻異步干擾［3］。

現有反異步處理技術主要有相鄰周期反異步處理和時域多脈沖相關等［4］。

1.1 相鄰周期反異步算法

通常的反異步算法認為是一種相鄰周期反異步算法。對于正常目標信號，在同一幀中，每個周期的延時不變。而對于同頻異步干擾，由于各雷達的發射脈沖重復頻率不同，相鄰周期的干擾信號延時不同［6］。通過在時域上檢測雜亂脈沖并對其進行相應處理，可降低干擾脈沖功率，改善雷達在同頻異步干擾條件下的探測和跟蹤性能［5］。

根據同頻異步干擾雜波的非相關性，利用相鄰脈沖間接收信號相減來發現異步干擾，其差大于某個門限時［7］，可判為異步干擾，并在距離門上置出異步干擾標志，此方法可以最大限度濾除異步干擾。事實上，如果在目標距離單元上異步大信號和目標小信號重疊，反異步算法會將該距離單元上信號屏蔽輸出，由于正常目標信號是相關的，當前值用上一周期同距離單元上信號的加權值取代異步大信號作為下一周期的“上一周期的比較值”是合理的。

相鄰周期反異步改進算法首先判別當前信號是否為異步信號［9］，如果不是異步信號，當前值被原值存儲下來作為下一周期的“上一周期的比較值”［8］；若是異步信號，當前值不存儲，而是將上一周期的信號值加權后存儲下來作為下一周期的“上一周期的比較值”。

1.2 時域多脈沖相關法

時域多脈沖相關法是一種多周期數據聯合運算反異步干擾技術［10］。以M 個脈沖距離單元為例進行存儲，使用相關判決算法進行判決輸出：根據設定的門限，判為回波的數據，作保留處理；否則，認為是同頻異步干擾，對該距離門回波做置零處理。下面以3 個雷達重復周期為例。

設相鄰3 個雷達重復周期某一距離單元上接收的信號依次為D1、D2、D3，它們與其各自的門限進行比較得到狀態位S1、S2、S3，各狀態位超過設定閾值門限的為“1”，低于設定閾值門限的為“0”，根據目標回波和異步干擾的特點，目標回波在相鄰脈沖之間是穩定的［12］，而異步干擾不同，它在這一距離單元上只會出現一個，通過上述特點進行目標回波和異步干擾的識別［11］。如果連續2 個（3 個）脈沖的判別狀態結果為“1”，則認為是目標回波；當比較結果為S1S2S3=010 時，則D2被判為異步干擾信號；當比較結果為S1S2S3=001、100 或101 時，判斷為隨機噪聲［13］，具體對應關系如表1 所示。

2 時域反異步算法實現

針對上節中兩種算法的比較，時域多脈沖法，需要對相鄰多個脈沖的干擾脈沖檢測結果進行相關［14］，作進一步干擾確認，方法更嚴謹，效果更明顯，因此，采用時域多脈沖法進行抗同頻異步干擾處理［15］。時域多脈沖相關算法，以相鄰周期差值干擾門限判斷進行比較，不同的是，需要對相鄰多個脈沖的干擾脈沖檢測結果進行相關，作進一步干擾確認，確定為干擾后，在相應位置置零或噪聲以去除干擾，進入下一階段的信號處理。具體處理流程如下頁圖1 所示。

2.1 選取時域信號

時域信號為二維矩陣形式X∑，矩陣大小L×M，其中，L 代表距離門個數，M 代表雷達相參積累脈沖個數。高重頻工作狀態下，L 值為8 個距離門，M 值即積累個數為1 024，中重頻工作狀態下，L 值視采樣情況而定，M 值即積累個數為256。

圖1 時域多脈沖相關算法處理流程圖

X∑參與的樣本點數為：K=L×N 點。

2.2 相鄰周期相減處理

根據同頻異步干擾的特征，在近距離上，多部機載雷達間的輻射干擾的基本特征為同頻、單向、高功率，主瓣干擾和副瓣干擾同時存在，以及全方位干擾，利用其高功率的特點，對相鄰周期的信號相減，再與干擾門限值進行比較。

2.3 干擾門限的選擇與判斷

是否選擇合適的干擾門限影響著抗同頻異步干擾處理效果，由反異步干擾處理原理可知，在進行反異步干擾處理時，需要設置一個判斷門限，此門限的選取應以盡量不衰減正常目標信號，同時對干擾濾除有較好效果為原則，以SNR（目標信噪比）10dB，JNR（干擾信號干噪比）30 dB 為例，DNR 必須滿足0

2.4 干擾特征的相關

2.5 干擾去零或噪聲處理

通過上述的幾個過程處理后，將相應位置的干擾置零或噪聲，最后輸出去掉同頻異步干擾的信號。

3 實際工程數據分析

通過上述算法的設計處理，對PRI 相近、PRI 周期相差較多、PRI 周期相差較少3 種情況作同頻異步干擾的數據分析，其中Trs代表雷達信號，Trj代表干擾信號。

1）雷達PRI 與干擾PRI 相近（小于一個脈寬，或成整數倍小于一個脈寬）。

Trs的脈沖周期為PRI1，Trj的脈沖周期為PRI2，按照PRI1≈PRI2 比例進行設置，圖2、圖3 分別為原始數據及反異步干擾處理后時域、頻域圖。雷達工作于前半球狀態，圖中綠色部分為背景噪聲，紅藍色部分為目標和干擾信號。

圖2 原始時域信號與處理后時域信號對比圖

圖3 原始頻譜與處理后頻譜對比圖

當雷達PRI 與干擾PRI 相近時，對信干比和平均噪聲功率有明顯改善，但是目標仍然淹沒在干擾中，對干擾無抑制效果。

2）雷達PRI 與干擾PRI 周期相差較多（差值相當于N 倍脈寬）。

Trs的脈沖周期為PRI1，Trj的脈沖周期為PRI2，按照PRI1≈5PRI2 比例進行設置。圖4、圖5分別為原始數據及反異步干擾處理后時域、頻域對比圖。雷達工作于后半球狀態，圖中綠色部分為背景噪聲，藍色條帶部分為干擾信號，藍色打標部分為目標。雷達PRI 與干擾PRI 周期相差較多時，進行反異步處理后，干擾大部分被濾除，信干比和平均噪聲功率有明顯改善，但由于被干擾覆蓋的目標隨干擾同時被濾除，導致目標功率衰減，可以檢測到清晰的目標。

圖4 原始時域信號與處理后時域信號對比圖

3）雷達PRI 與干擾PRI 周期相差較少。

Trs的脈沖周期為PRIT1，Trj的周期為PRIT2，按照PRI1≈1.5PRIT2 比例進行設置。圖6、下頁圖7分別為原始數據及反異步干擾處理后時域、頻域圖。雷達工作于后半球狀態，圖中綠色部分為背景噪聲，藍色條帶部分為干擾信號，綠色打標部分為目標。雷達PRI 與干擾PRI 周期相差較少時，進行反異步處理后，干擾濾除明顯，雖然仍然有部分Sinc譜邊帶，信干比和平均噪聲功率有顯著改善，目標清晰可見。

4 結論

通過時域反異步處理抗同頻異步干擾，使用某雷達平臺仿真與驗證，該種方法對抗制同頻異步干擾有效。 在飛機編隊中，可以考慮讓工作在同一頻點的飛機工作在不同半球（或均工作在后半球），也可對飛機雷達脈沖重復周期進行合理選擇，以達到錯開脈沖重復周期的目的，使抗干擾效果更顯著。

圖5 原始頻譜與處理后頻譜對比圖

圖6 原始時域信號與處理后時域信號對比圖

圖7 原始頻譜與處理后頻譜對比圖