針對線性調頻雷達系統的信源數估計算法

王浩丞

(電子信息控制重點實驗室,四川 成都 610036)

0 引 言

隨著電子技術的發展，雷達系統發射的信號逐漸被加入各類調制，最常見的雷達信號體制就是線性調頻信號體制[1-3]。

同時，隨著電子對抗技術的發展，特別是各類反輻射武器的發展，雷達系統為提高自身防護能力通常會加裝誘餌。雷達加裝誘餌后，通過誘餌信號掩護雷達信號，致使反輻射武器作戰效能下降，甚至失效[4-6]。

為對抗雷達誘餌，反輻射導引頭可采用空間譜估計算法提升抗誘餌能力，而譜估計算法需要使用雷達、誘餌數量進行超分辨[7]。但直接采用譜估計算法進行雷達、誘餌數量估計存在以下不足：

(1) 根據譜估計算法原理，如果雷達加誘餌數量為N，則理論上至少需要導引頭有N+1個陣元和通道進行接收處理才可實現雷達、誘餌數量估計，對導引頭通道要求較多，系統較為復雜。

(2) 通過譜估計算法識別雷達誘餌數量，其識別的準確度與雷達誘餌工作頻段、雷達與誘餌的角度差、導引頭天線陣尺寸相關。雷達誘餌工作頻段越低，雷達與誘餌的角度差越小，譜估計所需天線陣尺寸越大，導引頭識別雷達誘餌數量越難，甚至無法識別雷達誘餌數量，對導引頭尺寸要求較大。

(3) 譜估計算法涉及大量矩陣運算，運算復雜度高，對導引頭硬件資源、功耗要求較高，且快速性、實時性較差。

針對譜估計算法在反輻射導引頭應用中對硬件、尺寸、資源要求較高，且速度較慢的問題，本方法利用線性調頻信號雷達發射信號的前、后沿特征，構造匹配函數，進行匹配濾波，提供一種不受孔徑、距離限制，可以快速、準確識別雷達、誘餌數量的新方法。

1 攻擊目標場景

雷達陣地中雷達與誘餌的典型分布如圖1所示。1部雷達一般配有2～3個誘餌。雷達距離誘餌一般在300～1 000 m范圍內。

為避免雷達信號暴露出來，誘餌信號前后沿需遮蓋雷達信號的前后沿，誘餌超前時間一般超前μs量級。超前誘餌出現的規律通常有3類：誘餌前沿固定超前、誘餌慢速閃爍、誘餌快速閃爍。圖2所示為雷達和誘餌信號時序關系。

圖2 雷達和誘餌信號時序關系

同時為使反輻射導彈攻擊點盡量遠離雷達，要求誘餌信號能量大于雷達信號能量，使合成能量中心盡量靠近誘餌。要求誘餌信號能量大于雷達天線主瓣的信號能量是不可能的，但由于反輻射導彈最后攻擊雷達時，都是在雷達頂空或從雷達波束高仰角副瓣進入攻擊，而且先進雷達都是采用低副瓣天線，副瓣電平很低，因此可以較容易地做到誘餌的信號能量高出雷達高仰角副瓣信號能量2～3 dB。

2 快速雷達誘餌數量估計方法

2.1 信號特征分析

針對線性調頻信號體制雷達，雷達配裝誘餌后，為保護雷達信號，誘餌發射與雷達信號樣式相同的信號。同時，誘餌信號覆蓋雷達信號的前后沿，保證雷達信號不被直接偵收到。由于誘餌布置在不同的位置上。反輻射導引頭偵收到的雷達、誘餌信號的時序關系與導引頭位置相關，通常導引頭收到信號的前沿、后沿為單獨誘餌信號，信號中部為雷達與誘餌的混合信號。

基于以上特征，根據前、后沿信號特征，進行線性調頻信號調頻斜率預測，構造匹配函數，進行匹配濾波可以實現雷達、誘餌信號的快速、準確估計。

2.2 基于調頻斜率預測的誘餌數量估計方法

假設一個雷達與誘餌的發射信號為s(t),由于發射時序和位置差異，到達設備的混合信號為：

(1)

式中：n為誘餌數量；τ為誘餌與雷達信號的延時差。

由于存在延時差，則混合信號的前沿、后沿通常有部分信號為單一誘餌信號。

基于調頻斜率預測的誘餌數量估計方法流程如圖3所示，過程如下：

圖3 基于調頻斜率預測的誘餌數量估計方法流程圖

(1) 測量接收到的雷達、誘餌混合信號s(t)，獲得其頻率F0、脈寬τPW；

(2) 對接收到的雷達、誘餌混合信號進行滑窗幅相處理，獲取前沿、后沿信號及其寬度；

(5) 對信號前沿斜率和信號后沿斜率進行加權處理，得到準確的調頻斜率，加權處理方法為：

K=w(τPWB,AB)×KB+w(τPWE,AE)×KE

(2)

式中：K為準確的調頻斜率;w(τPWB,AB)為信號前沿寬度、幅度相關的加權因子，w(τPWE,AE)為信號后沿寬度、幅度相關的加權因子，KB、KE分別為信號前沿、信號后沿的預測斜率；

(6) 根據混合信號的脈寬τPW，前、信號后沿寬度τPWB、τPWE估計得到雷達信號脈沖寬度τPW0=τPW-τPWB-τPWE；根據調頻斜率K、雷達信號脈沖寬度τPW0構建斜率-K的匹配函數。

(7) 利用匹配函數進行匹配濾波，輸出信號為s0(t)；

(8) 對s0(t)進行搜峰，如果有N個峰存在，則可判定雷達加誘餌數量為N。

3 仿真結果

3.1 仿真場景和條件假設

仿真計算設置場景如圖1所示，雷達與誘餌的位置分別為：雷達(0,0,0)，誘餌1(500,0,0)，誘餌2(300,200,0)，誘餌3(300,-200,0)；導彈(導引頭)從點(100 000，0，10 000)向雷達運動，運動到點(10 000，0，10 00)；雷達與誘餌發射線性調頻信號，信號帶寬為50 MHz，脈寬為20 μs。

雷達與誘餌信號發射時序如圖4所示，4個誘餌前后沿覆蓋雷達前后沿，其中誘餌1信號超前雷達信號4 μs，誘餌2信號超前雷達信號2 μs，誘餌3信號滯后雷達信號2 μs。

圖4 雷達與誘餌混合信號時序圖

3.2 從誘餌數量估計仿真結果

仿真得到導彈(導引頭)不同彈目距下收得的雷達、誘餌混合信號s(t)，以其中一個彈目距為例，如圖5所示。

圖5 接收到的雷達與誘餌信號波形圖

具體識別過程如下：

(1) 測量混合信號s(t)，獲得其頻率f0、脈寬τPW。

(2) 對混合信號s(t)滑窗幅相處理，分別獲取信號前沿、后沿及其寬度τPWB、τPWE。

(3) 分別對信號前沿、后沿進行調頻斜率測量，得到KB、KE。

(4) 對信號前沿、信號后沿的斜率進行加權計算。

K=w(τPWB,AB)×KB+w(τPWE,AE)×KE

(3)

式中：w(τPW,A)是與信號前沿、信號后沿的寬度、幅度相關的加權因子。

(5) 根據混合信號脈沖寬度τPW，信號前沿、信號后沿的寬度估計雷達信號脈沖寬度τPW0=τPW-τPWB-τPWE。

(6) 根據K、τPW0構建斜率-K的匹配函數H0(t)，如圖6所示。

(7) 利用匹配函數H0(t)進行匹配濾波，輸出信號為s0(t)，如圖7所示。

圖7 匹配濾波后輸出信號圖

(8) 對s0(t)進行搜峰，搜峰得到有N個峰存在，可判定雷達加誘餌數量為N。按照上述步驟根據導彈位置從100 km到10 km進行201次仿真，仿真結果如圖8所示，均可正確識別雷達、誘餌數量。

圖8 雷達誘餌數量估計結果

由上述驗證可見，本方法不受孔徑、距離限制，只需一個接收通道，算法運算量小，速度快，可以快速、準確地識別雷達、誘餌的數量，對誘餌數量估計的準確性、快速性優于譜估計方法。

4 結束語

與現有譜估計方法相比，本方法對雷達誘餌數量的識別不受導引頭頻段、口徑限制，即使在小口徑下，也能識別低頻段雷達誘餌的數量；且該方法不受彈目距影響，即使在遠距離也可以準確識別雷達誘餌數量；也不受接收處理通道數限制，即使只有1個接收處理通道，也可以實現對雷達誘餌數量的判斷、識別；相比8通道譜估計，系統復雜度可降低90%。