一種雷達強雜波區副瓣對消技術

和 芯 周書堂 王宇顥 張建明 伍進進 李 飛

(1. 武漢濱湖電子有限責任公司 武漢 430205；2.陸軍裝備部駐武漢地區第二軍事代表室 武漢 430205；3.陸軍研究院炮兵防空兵研究所 北京 100012)

0 引言

雷達天線副瓣對消技術是雷達系統抗干擾的主要技術措施之一[1]。副瓣對消使用的是一種自適應空域濾波技術，它使得在時頻域不能分開而在空間上可以分離的干擾和目標的組合信號，在自適應濾波技術處理后得到最小的干擾剩余，而目標信號基本不受到損失。副瓣對消是現代雷達所必需的一種抗干擾手段，它極大地擴展了時頻資源有限的戰場電磁環境的可用度，保證了雷達系統在有干擾環境下的有效威力范圍不會顯著縮減。

在進行低空探測時，雷達面臨強地雜波的影響，在雜波區，傳統的副瓣對消性能會受地雜波影響而大幅下降，導致雷達在雜波區難以對抗有源干擾[2]。地雜波的空間特性復雜，平均功率高，導致副瓣對消的權值求解條件被破壞，權值計算產生偏差，副瓣對消效果變差[3]。

文獻[4]、文獻[5]分析了地雜波的幅度分布特性、空間分布特性，對地雜波的模型和產生方法進行了研究。文獻[6]對副瓣對消進行了原理分析和仿真試驗，文獻[7]通過仿真分析研究了地雜波對副瓣對消性能的影響。

本文提出一種強雜波區副瓣對消方法來解決地雜波對副瓣對消性能的影響，并通過實際測試驗證其有效性。

1 地雜波環境下副瓣對消

1.1 副瓣對消基本模型

雷達副瓣對消的基本原理是利用輔助天線接收干擾信號，根據干擾信號的方位及強度，通過自適應加權，使得干擾輸出功率最小，達到消除副瓣干擾的效果。副瓣對消流程如圖1所示。

圖1 傳統副瓣對消流程

設X為輔助通道接收到的干擾信號，W為加權系數，Y為主通道接收的信號，則對消輸出V0可表示為

V0=Y-WHX

(1)

副瓣對消的最優權值計算準則是令干擾剩余功率E{|V0|2}最小，令

σ=E{|V0|2}

(2)

式(2)中RXY=E(XY*)，RXX=E(XXH)。

當σ的導數為零時，可求得其最小值，此時對應的權值系數WOPT為最優權值，即

(3)

可求得

(4)

此時干擾剩余為

(5)

1.2 地雜波對副瓣對消的影響

在進行低空目標探測時，雷達輔助天線在接收干擾信號的同時也會接收到地雜波，由于地雜波空間分布范圍廣，特性復雜，必然會影響到副瓣對消效果。

設主通道接收到的干擾信號為Jm，雜波信號為Cm，輔助通道接收到的干擾信號為Ja，雜波信號為Ca，則最優權值為

(6)

考慮到輔助通道接收信號中干擾信號平均功率遠大于雜波信號平均功率以及干擾信號和雜波信號不相關，式(6)可簡化為

(7)

式(7)中W0為無干擾信號時的最優權值。

設無雜波時的干擾對消比為CG0，則在雜波區的干擾對消比CG可表示為

(8)

圖2 不同干雜比時CG與CG0的關系

2 強雜波區副瓣對消方法

考慮到地雜波對副瓣對消效果的影響，我們提出一種強雜波區副瓣對消方法，這種方法是對主通道和輔助通道的回波先分別進行MTD處理，再對每個多普勒通道分別進行副瓣對消處理。由于MTD在副瓣對消前進行，因此地雜波被抑制，降低地雜波對后續的副瓣對消處理的影響，解決雜波區副瓣對消效果下降的問題。

雷達低空副瓣對消流程如圖3所示，首先對DBF波束和輔助波束分別進行MTD處理，再對不同多普勒通道分別進行副瓣對消，最后綜合輸出檢測結果。由于目標回波與雜波通常處于不同的多普勒通道，通過對不同多普勒頻道的主、輔通道信號分別對消，可最大程度避免地雜波對副瓣對消效果的影響。

圖3 強雜波區副瓣對消流程

2.1 強雜波區副瓣對消仿真

在干擾與地雜波組合環境下進行強雜波區副瓣對消算法的仿真，設置兩個干擾源，方位分別為-80°和80°，干擾功率76dB，在30°到60°方向存在地雜波，平均功率62dB，天線方向圖如圖4(a)所示，時域圖如圖4(b)所示。由于雜波的存在，傳統副瓣對消方法無法將干擾對消。通過強雜波區副瓣對消算法對消后的天線方向圖如圖4(c)所示，時域圖如圖4(d)所示，由于先進行了MTD，降低了地雜波對副瓣對消的影響，兩個干擾可被有效消除。

圖4 傳統副瓣對消與強雜波區副瓣對消效果對比

2.2 強雜波區副瓣對消試驗

為驗證強雜波區副瓣對消算法的有效性，通過某型雷達的外場抗干擾試驗，對強雜波區副瓣對消算法進行了驗證。在干擾環境下，目標于20km處進行向站飛行。目標進入角度為325°方向，高度300m。干擾機放置于雷達正北0°方向，功率譜密度1000W/MHz，相當于EA-18G距離雷達300km做干擾。在20°到30°方向距雷達10km到15km范圍，270°到330°方向距雷達15km到20km范圍有強地雜波分布。副瓣對消前，雷達P顯如圖5(a)所示，無法發現目標；進行強雜波區副瓣對消處理后，雷達P顯如圖5(b)所示，雷達可正常發現低空雜波區目標并進行連續跟蹤，說明強雜波區副瓣對消算法在雜波區對干擾完成了有效抑制。

圖5 強雜波區副瓣對消試驗P顯圖

3 結束語

在低空探測時，雷達面臨地雜波與干擾同時存在的情況，傳統的副瓣對消方法的性能會因地雜波影響而大幅下降，導致雷達在雜波區難以對抗有源干擾。本文提出一種強雜波區副瓣對消方法，對回波先進行MTD處理再分通道進行副瓣對消，降低地雜波對后續的副瓣對消處理的影響。通過實際測試，該方法可有效降低地雜波對副瓣對消性能的影響，解決雷達在低空探測時無法有效對抗有源干擾的難題。