真實干擾條件下的雷達信干比測量研究

伍 陽,張領軍

(中國人民解放軍91404部隊,河北秦皇島 066001)

0 引言

雷達信干比,即雷達接收到的目標回波信號功率與各種干擾信號功率的比,是反映雷達的信號檢測能力和抗干擾能力的基本參數(shù),在雷達信號檢測性能評估試驗和雷達抗干擾性能評估試驗中發(fā)揮著極其重要的作用。

在實驗室條件下可以精確測量雷達信干比,其基本方法是采用目標模擬器和干擾模擬器生成目標回波信號和干擾信號,由于兩者的輸出功率是已知的,因此無需測量雷達接收的回波信號功率和干擾信號功率就可以精確得到其信干比。實驗室測量具備兩個條件,一是目標的有效反射功率和干擾的有效輻射功率是已知的,二是回波信號和干擾信號的傳播途徑相同。但在雷達實際工作環(huán)境中上述條件是不可能達到的。

外場實際工作環(huán)境中的雷達信干比更接近裝備的實際性能,因此成為國內(nèi)外雷達裝備研制的重要測試內(nèi)容。本文從雷達裝備研制需要出發(fā),提出在實際工作環(huán)境中采用分時域采集雷達接收回波信號和干擾信號,并通過一個中介參數(shù),即雷達接收功率比,計算獲得雷達信干比的方法。

1 雷達接收功率比的定義

雷達接收功率比是指回波信號所占時域的信號平均功率,與該區(qū)域前后等寬時域信號平均功率的比。其定義如下:

設N T(N為雷達重復周期數(shù),T為雷達重復周期)時間內(nèi)的第i周期回波信號所占時域為回波時域,時間寬度為發(fā)射信號脈寬τ;第i周期回波時域前τ/2至其前沿、后τ/2至其后沿兩個時域為干擾時域,兩個時間寬度的和為τ。則有:Ph/Pg稱作雷達接收功率比。

式中,ti為第i周期發(fā)射信號前沿至回波時域前沿,即回波前沿的延時;s(t)為目標回波信號,g(t)為干擾信號,h(t)=s(t)+g(t)為回波和干擾的混合信號。

對于一定的雷達,其發(fā)射信號寬度τ是已知的;在已知目標距離的條件下可精確得到延遲時間ti;在雷達實際工作環(huán)境中通過采集雷達接收信號可得到h(t)和g(t)信號。根據(jù)雷達接收功率比表達式編制數(shù)據(jù)處理軟件,可得到Ph/Pg。因此Ph/Pg具有外場實際工作環(huán)境下的可測性,簡稱外場可測性。

2 典型干擾樣式下的雷達信干比的關系式

從干擾對雷達的干擾機理考慮,干擾樣式可分為四類,一是干擾與回波保持重疊,如噪聲干擾和雜波干擾;二是干擾與回波不重疊,如用于沖淡戰(zhàn)術的假目標干擾;三是干擾與回波隨機性重疊,如雜亂脈沖干擾;四是干擾與回波部分重疊,如用于質(zhì)心戰(zhàn)術的假目標干擾。四類干擾樣式與信干比的關系如下:

1)對于第一類干擾樣式,由于回波信號與干擾信號為線性疊加,且可以證明回波時域與干擾時域的平均干擾功率相同。由雷達接收功率比的表達式可得:

2)對于第二類干擾樣式,由于回波與干擾不重疊,即回波時域內(nèi)僅僅存在回波信號,沒有干擾信號。由雷達接收功率比的表達式可得:

3)對于第三類干擾樣式,由于干擾脈沖在回波時域和干擾時域出現(xiàn)概率相同,且NT遠大于干擾脈沖出現(xiàn)周期,則兩者的平均干擾功率相同。由雷達接收功率比的表達式可得:

4)對于第四類干擾樣式,干信比與真假目標信號的重疊時間有關,設重疊時間為Δτ,重疊比率為Δτ/τ。由雷達接收功率比的表達式可得:

上述四種信干比關系式中,第一種與第三種相同,這是由于兩個時域的平均干擾功率相同;而第二種是第四種Δτ=0時的一個特例,這是由于Δτ=0時回波與干擾不重疊。需要說明的是,Δτ=τ時表明干擾信號全部處于回波時域內(nèi),干擾時域沒有干擾信號,表明上述關系式?jīng)]有意義。

3 雷達信干比測量方法

雷達信干比的外場測量裝設備布局見圖1。

圖1 外場測量裝設備布局

圖中,雷達及其架設平臺位于岸邊或海上實際工作環(huán)境中,開機搜索或跟蹤目標;艦船或飛機等目標在干擾裝備的掩護下,在海上或空中運行。所需主要設備及其主要功能如下:

1)干擾裝備或干擾模擬器,用于產(chǎn)生艦載自衛(wèi)式、舷外式或支援式干擾,其典型干擾樣式包括雜波干擾、雜亂脈沖或質(zhì)心和沖淡式假目標干擾等。

2)GPS定位及其數(shù)傳設備,分別裝于目標和雷達處,用于測量雷達、目標的位置,并通過數(shù)傳設備交換數(shù)據(jù)解算得到目標距離,提高測量精度。

3)信號采集設備,裝于雷達處,用于裝訂發(fā)射信號寬度和實時錄取目標距離,產(chǎn)生回波時域前沿ti,實時采集回波時域和干擾時域內(nèi)雷達接收機輸出中頻信號。

4)數(shù)據(jù)處理設備,裝于雷達處,用于接收信號采集設備裝訂、錄取的各種參數(shù)和采集的回波時域和干擾時域內(nèi)中頻信號,并解算得到雷達接收功率比和雷達信干比數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理設備依據(jù)雷達接收功率比表達式和雷達信干比關系式編制軟件模塊,在獲取所需參數(shù)或數(shù)據(jù)條件下解算雷達接收功率比和雷達信干比。

雷達信干比的測量程序如下:

a)雷達、目標和干擾裝備按實際作戰(zhàn)程序,雙方實施對抗;

b)在對抗態(tài)勢下實時采集和存儲目標距離和雷達接收機輸出信號;

c)實時解算回波時域前沿ti、寬度和干擾時域?qū)挾?

d)解算雷達接收功率比;

e)解算雷達信干比。

4 實驗室實測數(shù)據(jù)及分析結果

通過測量雷達接收功率比這個中介參數(shù)獲取雷達干信比是適合外場實際環(huán)境的新的測量方法。為檢驗該方法的正確性,以末制導雷達為測試對象,利用目標模擬器和干擾模擬器等標準設備形成目標回波信號和噪聲、雜亂脈沖以及假目標等典型干擾信號,在實驗室內(nèi)進行了對比性測試,其測量結果如表1。

實測數(shù)據(jù)分析結果如下:

a)在已知干擾狀態(tài)的情況下,干信比測量精度與干擾樣式無關;

b)NT長度對測量精度有顯著影響,需要合理選擇NT長度;

表1 測量結果

c)受雷達接收機線性動態(tài)范圍的影響,信干比絕對值越大,測量精度越差。

選擇線性動態(tài)范圍較大的專用雷達接收機,取NT長度為回波相關時間,可大大提高測量精度。上述實測數(shù)據(jù)表格中,N T長度取100m s,測量誤差小于0.2dB,說明了本文提出的信干比測量方法的可行性。

5 結束語

實際工作環(huán)境中的雷達信干比測量是雷達研制需要解決的重要課題,本文提出的測量方法可以在不改變雷達工作狀態(tài)和實際環(huán)境條件的情況下實施,因此具有廣泛的應用前景。這種測量方法的有效性在于中介參數(shù)-雷達接收功率比的外場可測性。雖然人們提出過雷達接收功率比的基本概念,但沒有給出其精確定義。本文提出了雷達接收功率比的表達式,在此基礎上建立了適合各種典型干擾樣式的信干比關系式,并對其進行了對比性驗證。實驗室測試結果表明,所測典型干擾樣式條件下的關系式是正確的,進而初步證明了雷達接收功率比的定義的正確性和準確性。鑒于雷達實際工作環(huán)境的復雜性,仍需在外場實際條件下作進一步驗證。■

[1] Skolnik M I.雷達手冊[M].電子工業(yè)出版社,2003.

[2] 丁鷺飛,耿富錄.雷達原理[M].3版.西安電子科技大學出版社,2002.

[3] 范布朗特.應用電子對抗[M].解放軍出版社,1985.