相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)偵察及快速識(shí)別

羅 應(yīng)

（船舶重工集團(tuán)公司723 所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

相控陣，顧名思義，即從陣列天線單元發(fā)射信號(hào)，控制其相位，改變天線單元發(fā)射信號(hào)的相位，天線波束方位即信號(hào)發(fā)射方位相應(yīng)改變，相位變化越快，發(fā)射方位改變也越快。

發(fā)射方位捷變使相控陣?yán)走_(dá)能同時(shí)完成搜索、多目標(biāo)跟蹤等多種任務(wù)，使相控陣?yán)走_(dá)滿足對(duì)付多目標(biāo)的要求，因此，相控陣技術(shù)已成為未來(lái)雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

與其他體制雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)波束形成方法和控制方式不同，發(fā)射信號(hào)波形除了變化多樣外并沒(méi)有其他特殊變化，因此，相控陣技術(shù)可以視為雷達(dá)采用的一種空間抗干擾措施。

相控陣?yán)走_(dá)越來(lái)越成為雷達(dá)對(duì)抗的主要目標(biāo)，因此，對(duì)相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)偵收和識(shí)別將面臨新的課題，必須花時(shí)間對(duì)其工作原理進(jìn)行分析，找出與其他雷達(dá)信號(hào)的不同之處，研究高準(zhǔn)確度的識(shí)別方法。

1 偵收、識(shí)別要求

為了正確偵收和識(shí)別相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)，雷達(dá)偵察設(shè)備需要具有以下能力：

（1）在脈沖稀疏條件下，能正確偵收、處理和跟蹤相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)；

（2）能偵收低截獲概率信號(hào)；

（3 ）能通過(guò)相控陣?yán)走_(dá)掃描特征進(jìn)行正確識(shí)別；

（4）能通過(guò)快速通道對(duì)相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行快速識(shí)別。

2 對(duì)稀疏脈沖的偵收和處理

由于相控陣?yán)走_(dá)掃描波束靈活，使得相參積累具有多目標(biāo)處理能力，從時(shí)間分割角度分析，當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)對(duì)某批目標(biāo)處于搜索或穩(wěn)定跟蹤階段時(shí)，所分配的照射時(shí)間是很短的。因此，雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收到的雷達(dá)脈沖數(shù)就必然減少，通常只有幾個(gè)到十幾個(gè)脈沖。

傳統(tǒng)的雷達(dá)脈沖序列去交錯(cuò)、分選主要是用頻率、方位直方圖方式進(jìn)行的。頻率、方位直方圖是一種積累的過(guò)程，即當(dāng)某一單元的脈沖數(shù)超過(guò)處理門限時(shí)，就對(duì)該單元內(nèi)的脈沖進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出信號(hào)的方位和技術(shù)參數(shù)（載頻、脈寬和脈幅等）。

由于相控陣?yán)走_(dá)照射目標(biāo)的時(shí)間較少，并且采用針狀波束天線，位于某個(gè)方向上的雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收到的脈沖數(shù)目通常很少，從而增加了偵察反應(yīng)時(shí)間，因此，必須對(duì)傳統(tǒng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出對(duì)短脈沖序列進(jìn)行快速偵收、分選、識(shí)別的方法。

2.1 視頻采集法

這種方法主要是解決因偵收的相控陣?yán)走_(dá)脈沖數(shù)少，難以獲取脈沖之間相互關(guān)聯(lián)性，而作為干擾脈沖丟棄。它是利用雷達(dá)信號(hào)視頻特征，對(duì)每個(gè)脈沖包絡(luò)進(jìn)行采樣，重點(diǎn)檢查脈沖上升沿和下降沿之間是否存在一致性。當(dāng)然，用這種方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要適當(dāng)降低處理門限，或進(jìn)行自適應(yīng)改變門限，使雷達(dá)偵察設(shè)備對(duì)相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的偵收時(shí)間大大縮短。

2.2 脈內(nèi)參數(shù)比較法

這種方法適合于相控陣?yán)走_(dá)采用脈沖壓縮信號(hào)時(shí)情況。由前端接收機(jī)測(cè)量出脈沖內(nèi)部的細(xì)微特征，送至信號(hào)分選部分，由信號(hào)處理模塊將脈內(nèi)參數(shù)帶進(jìn)分選中，即對(duì)某一單元內(nèi)的僅有的幾個(gè)脈沖參數(shù)進(jìn)行觀察，除了載頻、方位、脈寬、重頻和脈幅等參數(shù)滿足規(guī)定的容差以外，再進(jìn)一步比較它們的脈內(nèi)特征是否一致。

2.3 反饋處理法

這種方法主要用于解決當(dāng)雷達(dá)偵察設(shè)備在處理脈沖密度很大時(shí)，會(huì)抑制處理短脈沖串所帶來(lái)的問(wèn)題。

該方法是將已經(jīng)分選并識(shí)別出的脈沖信號(hào)和新出現(xiàn)的短脈沖串在進(jìn)入預(yù)處理器之前進(jìn)行區(qū)分，從而減少進(jìn)入預(yù)處理器和主處理器的脈沖流量，增加對(duì)短脈沖序列的處理幾率。

如圖1 所示，識(shí)別結(jié)果分成2 路，一路送顯示控制部分，另一路反饋給分路器，按照分路原則對(duì)雷達(dá)脈沖信號(hào)進(jìn)行分路，對(duì)還沒(méi)有進(jìn)行識(shí)別的雷達(dá)脈沖信號(hào)送入預(yù)處理器進(jìn)行信號(hào)處理，對(duì)已經(jīng)識(shí)別出的雷達(dá)信號(hào)脈沖送入方位跟蹤電路，也可以將已識(shí)別出的高威脅雷達(dá)信號(hào)的PDW參數(shù)送入方位跟蹤電路，方位跟蹤電路的主要任務(wù)是對(duì)高威脅信號(hào)的存在性進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行跟蹤。

圖1 信號(hào)反饋處理方框圖

這種信號(hào)處理方法的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）能在高密度信號(hào)條件下進(jìn)行信號(hào)處理；

（2）能克服高重頻信號(hào)抑制短脈沖信號(hào)的處理，使得信號(hào)處理器能有時(shí)間對(duì)短脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，增加對(duì)短脈沖序列的處理時(shí)間。

3 相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)識(shí)別

3.1 相鄰兩次掃描間隔時(shí)間變化規(guī)律識(shí)別

相控陣?yán)走_(dá)探測(cè)目標(biāo)時(shí)，必須對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射，因此，雷達(dá)偵察設(shè)備會(huì)偵收到一串雷達(dá)脈沖。如果偵收到的脈沖串幅度受到雷達(dá)照射函數(shù)和雷達(dá)天線波束方向圖的共同調(diào)制，就可以判斷該雷達(dá)為常規(guī)機(jī)械掃描雷達(dá)；如果偵收到的脈沖串幅度基本保持不變，而且沒(méi)有脈沖間斷，就可以判斷該雷達(dá)為常規(guī)跟蹤雷達(dá)。

由于相控陣?yán)走_(dá)具有同時(shí)處理多目標(biāo)的能力，因此不可能始終處于搜索狀態(tài)，也不可能讓發(fā)射天線始終停留在某一方位上，而是采用邊搜索邊跟蹤的工作方式，天線發(fā)射方位按一定躍度變化，盡管相控陣?yán)走_(dá)始終在向外發(fā)射信號(hào)，但位于某一方向上的雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)信號(hào)卻是間斷的，在一次照射過(guò)程中，脈沖串幅度基本保持不變。圖2示出了偵收相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)和常規(guī)機(jī)械掃描雷達(dá)信號(hào)在幅度和脈沖頻度之間的區(qū)別。

圖2 相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)識(shí)別方法1

由于常規(guī)搜索雷達(dá)的天線轉(zhuǎn)速是恒定的，因此雷達(dá)偵察設(shè)備每次照射所偵收到的一幀雷達(dá)脈沖數(shù)是相等的，而且?guī)c幀之間的時(shí)間間隔保持不變。

常規(guī)跟蹤雷達(dá)（如炮瞄雷達(dá)）只跟蹤一批目標(biāo)，在工作時(shí)，始終保持對(duì)該批目標(biāo)的照射，因此雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)脈沖是連續(xù)的，而且脈沖串幅度基本保持不變。

而相控陣?yán)走_(dá)在工作過(guò)程中，其工作方式、掃描樣式、對(duì)目標(biāo)處理所處的狀態(tài)、搜索時(shí)間和跟蹤時(shí)間會(huì)隨時(shí)改變，因此雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)脈沖串之間的間隔時(shí)間不是一直不變的，這也是相控陣?yán)走_(dá)與常規(guī)雷達(dá)的不同之處。

從上面的分析可知：這種方法的判據(jù)有2 項(xiàng)：

（1）脈沖串幅度規(guī)律；

（2）脈沖串之間的時(shí)間間隔規(guī)律。

3.2 數(shù)據(jù)率變化識(shí)別

相控陣?yán)走_(dá)對(duì)目標(biāo)的過(guò)程控制是分階段的，不同階段甚至同一階段內(nèi)的不同目標(biāo)選用的數(shù)據(jù)率不同。

在搜索階段，重點(diǎn)搜索空域分配的數(shù)據(jù)率要高于一般搜索區(qū)，近區(qū)搜索空域分配的數(shù)據(jù)率要高于遠(yuǎn)區(qū)搜索區(qū)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)、過(guò)渡或需要對(duì)某一批目標(biāo)建立穩(wěn)定跟蹤時(shí)，選用的數(shù)據(jù)率也是比較高的，對(duì)已經(jīng)穩(wěn)定跟蹤的目標(biāo)所選用的數(shù)據(jù)率可以適當(dāng)降低。

對(duì)雷達(dá)偵察設(shè)備而言，可以將一段時(shí)間內(nèi)所偵收到的脈沖串之間的間隔以及脈沖數(shù)等信息進(jìn)行記憶，定時(shí)分析信息隨時(shí)間的變化規(guī)律，從中識(shí)別相控陣?yán)走_(dá)并確認(rèn)相控陣?yán)走_(dá)對(duì)雷達(dá)偵察設(shè)備所載平臺(tái)所處的探測(cè)狀態(tài)。圖3 示出了相控陣?yán)走_(dá)在各個(gè)不同的工作模式下所選用的數(shù)據(jù)率的情況。

圖3 相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)識(shí)別方法2

3.3 偵收脈沖數(shù)變化識(shí)別

相控陣?yán)走_(dá)也可以采用增加照射時(shí)間的辦法來(lái)提高數(shù)據(jù)率，因此，采用記憶方式，通過(guò)前后偵收脈沖數(shù)變化也是識(shí)別相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的方法之一。

圖4 示為相控陣?yán)走_(dá)采用這種方法增加照射時(shí)間時(shí)的情況。該方法的判據(jù)是：一次照射時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)。

圖4 相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)識(shí)別方法3

以上介紹了根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)的掃描規(guī)律研究出的3 種相控陣?yán)走_(dá)識(shí)別方法。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用模式識(shí)別的方法，即將識(shí)別方法按照判據(jù)內(nèi)容編寫(xiě)、調(diào)試出各類識(shí)別模塊，與信號(hào)處理程序一并運(yùn)行，當(dāng)經(jīng)分選好以后的脈沖串滿足識(shí)別模塊所反應(yīng)的特征時(shí)，立即處理該脈沖串，快速輸出識(shí)別結(jié)果。

3.4 相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的快速識(shí)別

近幾年來(lái)，雷達(dá)偵察設(shè)備對(duì)雷達(dá)目標(biāo)的識(shí)別主要是采用數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別法，即根據(jù)作戰(zhàn)需求，預(yù)先裝訂雷達(dá)識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)雷達(dá)偵察設(shè)備偵收到某批雷達(dá)信號(hào)脈沖后，立即進(jìn)行處理，將雷達(dá)技術(shù)參數(shù)送至識(shí)別模塊，由識(shí)別模塊將所偵收到的雷達(dá)技術(shù)參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中內(nèi)容進(jìn)行比較，找出參數(shù)最逼近的一項(xiàng)，輸出可信度、目標(biāo)屬性等信息，完成識(shí)別功能。由此可以看出，這樣的識(shí)別方法比較慢，因?yàn)椋?/p>

（1）相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)需要經(jīng)過(guò)天線、前端微波放大、接收、處理，最后才能進(jìn)入識(shí)別模塊，整個(gè)處理時(shí)間比較長(zhǎng)；

（2）在處理相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)時(shí)，由于每次照射雷達(dá)偵察設(shè)備只能偵收到幾個(gè)脈沖，而雷達(dá)偵察設(shè)備的信號(hào)處理部分是采用統(tǒng)計(jì)方法處理信號(hào)的，脈沖數(shù)目必須達(dá)到一定值，統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果才能達(dá)到精度要求。因此，脈沖數(shù)需要一定的時(shí)間積累。

前面所提及到的3 種識(shí)別方法是針對(duì)相控陣?yán)走_(dá)的掃描特性提出的，它也采用軟件模塊的方法實(shí)現(xiàn)，識(shí)別過(guò)程與信號(hào)處理一并進(jìn)行，能節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行、處理時(shí)間和脈沖數(shù)積累時(shí)間，因此，這些方法要比數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別速度快一些。

從雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析，尤其是在軍事上相控陣?yán)走_(dá)具有廣闊的應(yīng)用前景，所以，雷達(dá)偵察設(shè)備周圍的電磁環(huán)境中，相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)密度將會(huì)增加，相控陣?yán)走_(dá)愈趨威脅，如何快速準(zhǔn)確地識(shí)別相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)是電子對(duì)抗系統(tǒng)必須研究的課題。

圖5 示出了數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別、掃描特征識(shí)別和硬件識(shí)別這3 種方法在整個(gè)雷達(dá)偵察處理過(guò)程中的的處理端口位置。

采用硬件識(shí)別的辦法能大大提高相控陣?yán)走_(dá)的識(shí)別速度。

圖5 各種識(shí)別方法的處理端口位置

在預(yù)處理前端設(shè)置關(guān)聯(lián)比較器，根據(jù)送給處理模塊的脈沖數(shù)據(jù)流的信息，預(yù)先裝訂需要識(shí)別的相關(guān)相控陣?yán)走_(dá)的技術(shù)參數(shù)。在雷達(dá)偵察設(shè)備工作時(shí)，每個(gè)偵收脈沖參數(shù)均經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)比較器進(jìn)行參數(shù)比較。若參數(shù)相關(guān)，則將該偵收參數(shù)直接送至相控陣專用通道處理模塊進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果直接輸出至顯示控制模塊；若參數(shù)不相關(guān)，則將該偵收參數(shù)送至預(yù)處理模塊和主處理模塊進(jìn)行處理，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別模塊對(duì)偵收雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。

從以上分析可以看出：相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)硬件識(shí)別是基于脈沖級(jí)上的一種識(shí)別方法。圖6 示出了快速識(shí)別4 部相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的原理框圖。

圖6 快速識(shí)別4 部相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)原理框圖

從圖6 中可以看出，實(shí)現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)快速識(shí)別的硬件由兩部分組成：第一部分為關(guān)聯(lián)比較器；第二部分為相控陣專用通道處理模塊。

（1）關(guān)聯(lián)比較器。關(guān)聯(lián)比較器是一個(gè)二輸入二輸出的可編程器件。第1 項(xiàng)輸入內(nèi)容為要快速識(shí)別的相控陣?yán)走_(dá)的具體技術(shù)參數(shù)和方位參數(shù)，尤其是能反應(yīng)相控陣?yán)走_(dá)的具體特征參數(shù)，具體的技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目有載頻中心頻率、載頻變化范圍、脈沖寬度、脈沖上升沿參數(shù)、脈沖下降沿參數(shù)、脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)、信號(hào)極化類型、各參數(shù)的容差范圍、目標(biāo)方位等。

第2 項(xiàng)輸入內(nèi)容為雷達(dá)偵察機(jī)測(cè)量出的脈沖數(shù)據(jù)流，關(guān)聯(lián)比較器中的每個(gè)比較項(xiàng)都要求雷達(dá)偵察設(shè)備能夠準(zhǔn)確測(cè)量，為關(guān)聯(lián)比較器提供準(zhǔn)確的比較數(shù)據(jù)；否則，關(guān)聯(lián)比較器輸出結(jié)果的可信度將大大降低。

（2）相控陣專用通道處理模塊。相控陣專用通道處理模塊是專門為相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)進(jìn)行處理而設(shè)置的專用通道。它由相同的4 路處理電路組成，每路均按圖7 所示的信息處理流程工作。在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)，必須考慮到相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)的具體特點(diǎn)。

圖7 相控陣專用通道處理模塊的信息處理流程

相控陣專用通道處理模塊與常規(guī)的信號(hào)處理方法的主要區(qū)別是：

（1）處理門限不同

處理門限即進(jìn)行處理所需要達(dá)到的脈沖數(shù)。常規(guī)處理通道要求處理門限比較高，由于雷達(dá)信號(hào)一些參數(shù)是采用統(tǒng)計(jì)處理的方法獲得的，因此，需要一定的脈沖數(shù)量才能保證輸出參數(shù)的可信性。相控陣?yán)走_(dá)每次照射時(shí)，雷達(dá)偵察設(shè)備收到的脈沖數(shù)量較少，所以，處理門限不可能設(shè)置得很高，當(dāng)1 次或2次照射后，關(guān)聯(lián)比較器輸出。結(jié)果為匹配時(shí)，即可立即啟動(dòng)處理模塊對(duì)該批脈沖進(jìn)行處理。由于雷達(dá)脈沖數(shù)較少，加上通道內(nèi)有可能會(huì)出現(xiàn)干擾脈沖，信號(hào)處理質(zhì)量有所下降，通過(guò)提高數(shù)據(jù)測(cè)量精度、增加參數(shù)比較項(xiàng)目能彌補(bǔ)這方面的不足。

（2）處理流程有所不同

常規(guī)處理通道是通過(guò)預(yù)處理和主處理模塊進(jìn)行的，這是針對(duì)脈沖數(shù)較多時(shí)的一種處理過(guò)程。預(yù)處理的功能是將脈沖進(jìn)行歸類；主處理的功能是將歸類后的脈沖串進(jìn)行處理，形成描述某批雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)報(bào)文，輸出至數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別模塊，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。而相控陣專用通道處理模塊是在關(guān)聯(lián)比較器之后處理信號(hào)的，它的輸入脈沖已經(jīng)由關(guān)聯(lián)比較器進(jìn)行了濾波。如果沒(méi)有干擾信號(hào)，那么，關(guān)聯(lián)比較器中的脈沖即可被認(rèn)為是同一部相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)，因此，相控陣專用通道處理模塊無(wú)需對(duì)脈沖進(jìn)行預(yù)處理，直接采用簡(jiǎn)單的信號(hào)處理即可。

（3）抗干擾要求不同

常規(guī)處理通道由于脈沖較多，在脈沖流數(shù)據(jù)中存在干擾時(shí)，能通過(guò)脈沖之間的相互關(guān)系進(jìn)行消除，對(duì)部分脈沖丟失也可以補(bǔ)救。而相控陣專用通道處理模塊由于處理的脈沖數(shù)較少，抗干擾要求將大大提高。一個(gè)脈沖干擾就可能使測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量嚴(yán)重下降，一個(gè)脈沖數(shù)據(jù)丟失，就可能使部分參數(shù)無(wú)法測(cè)量。因此，必須加強(qiáng)抗干擾措施，使關(guān)聯(lián)比較器和相控陣專用通道處理模塊正常工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于各國(guó)相控陣?yán)走_(dá)相繼投入使用，對(duì)其進(jìn)行偵察和識(shí)別也越來(lái)越迫切。本文提出了對(duì)相控陣?yán)走_(dá)的3 種信號(hào)偵收方法，并介紹了快速識(shí)別相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)流程。隨著電子偵察技術(shù)水平的不斷提高，將會(huì)推出新的相控陣?yán)走_(dá)信號(hào)偵察和識(shí)別方法。

［1］Merrill I.Skolnik.雷達(dá)手冊(cè)［M］.王軍，林強(qiáng)譯.北京：電子工業(yè)出版社，1991.

［2］趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.