頻率分集陣列雷達自適應頻掃探測應用

胡柏林

摘要：針對先進數字陣列相控雷達應用需求，該文結合數字陣列波形可自定義能力，提出了頻率分集工程應用方法，通過發射通道間設置頻率偏置，形成頻率分集陣列雷達波形，實現目標空間距離頻掃探測、雜波區“躍過”、空間分布干擾抑制。通過驗證了FDAR可以有效利用距離頻掃特性，實現空間波束距離一角度掃描，波束主瓣避開強雜波區;利用零陷自適應波束形成抗干擾技術，完成空間散布干擾抑制，同時滿足工程化應用需求。

關鍵詞：頻率分集陣列雷達;頻掃;自適應;抗干擾

中圖分類號：TN973.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0087-04

0引言

現代雷達為應對四大威脅：綜合電子干擾、隱身目標、低空/超低空突防和反輻射導彈等，雷達技術體制不斷革新換代，逐步發展具備高靈敏、低截獲、多功能及自適應的綜合特點。如今數字相控陣雷達具有靈活的掃描波束方式、可觀的雷達信號增益、先進的抗干擾能力、波束空間高分辨能力，以及波束自由度高兼具自適應性等優點。波束形成作為陣列信號處理技術中最重要的研究內容之—。由于雷達目標信號、干擾及噪聲等在空間、時間的分布不同，波束形成技術在空域進行濾波，使得特定信號方向的信號功率得到增強，對干擾方向的信號功率及噪聲進行抑制，從而提高了系統輸出的信干噪比，并提升了目標的檢測性能。波束形成一般可分為普通波束形成和自適應波束形成兩種。自適應波束形成是將維納濾波理論應用于空域濾波器中，其權向量依賴于信號環境，一直作為陣列信號處理技術的研究熱點，自適應波束形成包含兩個方面：其一是自適應地應對各種干擾、雜波等環境的變化;其二是自適應地調節陣列雷達自身變化，能夠自動對陣列天線及通道問的幅相誤差進行調節。

目前新體制雷達研制過程中，為了獲得更多的可控系統自由度，同時盡量降低研制成本，頻率分集陣列雷達（FDAR）方案逐漸成為了數字陣列雷達研制熱點方向之一。相較普通陣列，天線方向圖是關于空間角度、空域距離及時問的函數;具有更多優越性，波束掃描更加靈活，實現干擾和雜波抑制。FDAR可利用波束主瓣走動特性及距離依賴性，分離或抑制干擾，完成空間能量距離時分，實現抑制距離模糊雜波。

本論文主要以數字陣列相控陣雷達為背景，結合工程應用的需求，建立陣列雷達模型;探討FDAR相關信號處理技術，重點研究了FDAR自適應波束形成處理技術;深入研究了FDAR距離頻掃特陛，并對相位距離走動進行分析，提出了其在干擾和雜波環境下的雷達探測應用方法。通過仿真實驗，驗證了FDAR可以有效利用距離頻掃特性，實現空間波束距離角度掃描，完成在主目標位置形成峰值增益;同時可利用這一特性，利用零陷自適應波束形成抗干擾技術，完成干擾抑制，實現常規雷達探測意義下副瓣干擾和主瓣干擾抑制;同時通過距離空間頻掃，完成波束主瓣避開強雜波區，實現目標高可靠檢測。

1FDAR頻掃探測模型

1.1陣列模型

本文數學分析模型采用FDAR等距線陣，陣元數為N，陣元間距為d，遠場來波方向為θ，參考陣元為第O個單元。FDAR：模型如圖1所示。

2FDAR目標探測應用

2.1目標頻掃跟蹤

利用FDAR天線主瓣固有的距離頻率偏置耦合性，通過控制發射通道之間頻率偏置參數，實現天線主瓣頻率距離掃描，從而實現目標連續穩定跟蹤;在目標跟蹤過程，由于雷達發射信號頻率集較為復雜，使得干擾機難以實現雷達信號捕獲和信號形式分析，進而難以對FDAR目標跟蹤實施主瓣干擾和副瓣干擾，因此，FDAR具有固有抗干擾特性。

2.2雜波抑制

FDAR雜波抑制可以采用常規雜波抑制處理方式，如MTI、MTD等常規雜波抑制處理方式，另外，同樣可以利用FDAR天線主瓣固有的距離頻率偏置耦合性，通過控制發射通道之間頻率偏置參數，實現天線主瓣“躍過”強雜波區，從而減少回波信號中雜波分量，降低雜波強度，改善信雜比，提高目標檢測概率。

2.3干擾抑制

FDAR天線主瓣與目標角度、距離、發射通道頻率偏置有關，相較傳統相控陣雷達，其不僅具有空域、時域自由度，而且具有由于頻率偏置帶來更多的系統可控自由度，且其波束掃描方式更加靈活多變。

利用FDAR天線主瓣固有的距離頻率偏置耦合性和自適應波束形成技術，在干擾信號源位置（角度、距離）形成波瓣零陷，而在目標位置形成主瓣，從而有效實現對空間分布的干擾信號進行干擾抑制。

3仿真實驗

下面FDAR接收方向圖的仿真參數，如表1所示。

3.1目標頻掃探測

下面給出了FDAR頻掃探測接收方向圖。

圖2展示的是FDAR的接收方向圖，通過設置發射通道問頻率偏置參數，實現不同距離目標探測跟蹤，波束主瓣角度控制與普通陣列雷達波束形成方式類似，仿真結果表示分別在目標距離[160km，200km]處形成波束主瓣。另外，通過改變發射通道問頻率偏置參數，使得天線主瓣有效避開近程強雜波區，從而降低回波信號中雜波分量，改善信雜比，提高系統目標檢測概率。

3.2自適應波束形成干擾抑制

下面對FDAR自適應波束形成抑制空間分布干擾進行了仿真，仿真結果如圖3所示。

圖3展示的是FDAR自適應波束形成抗干擾效果仿真，在仿真中，設置五個空間散布點干擾源，其中干擾源和目標角度差為：15，0，0，-2，oldeg，距離距離差為[0，-10，20，30，61km。如圖3（a）所示，在FDAR自適應波束形成抗干擾仿真中，在主目標和干擾源位置處波瓣增益分別為[0，-86.3799，-77.3317，-77.2558，-93.2842，77.7625ldB。如圖3（b）所示，在FDAR自適應波束形成抗干擾仿真中，在主目標和干擾源位置處波瓣增益分別為[0，-83.4308，-83.3667，-80.2454，-81.2549，-87.1862]dB。

由上述仿真結果可知，FDAR通過自適應波束形成，可以抑制空間散布干擾，從而實現在距離角度兩維空間干擾抑制，相較普通陣列雷達具備了主瓣（對普通陣列來說的主瓣角度空域）干擾抑制能力。

4結語

針對先進數字陣列相控雷達應用需求，本論文結合數字陣列波形可自定義能力，提出了頻率分集工程應用方法，通過發射通道問設置頻率偏置，形成頻率分集陣列雷達波形，實現目標空間距離頻掃探測、雜波區“躍過”、空間分布干擾抑制。本文通過理論分析和計算機仿真分析，探討了FDAR波束形成目標探測和干擾抑制工程應用方案，驗證了FDARN以有效利用距離頻掃特性，實現空間波束距離角度掃描，在主目標位置形成主瓣峰值增益;同時通過距離空間頻掃，完成波束主瓣避開強雜波區，實現目標高可靠檢測;同時利用這一特性，利用零陷自適應波束形成抗干擾技術，完成干擾抑制，實現常規雷達探測意義下副瓣干擾和主瓣干擾抑制。同時兼顧工程化復雜度和高效性，保證雷達信號處理實時l生和魯棒性，滿足工程化應用需求。