艦載雷達(dá)干擾分析及反對抗措施

楊 俊

（船舶重工集團(tuán)公司723 所，揚州225001）

0 引 言

電子干擾已成為現(xiàn)代雷達(dá)面臨的“四大威脅”之一，雷達(dá)要想在復(fù)雜的電子環(huán)境中獲得生存必須具有較強的抗干擾能力。艦載雷達(dá)是當(dāng)今艦載系統(tǒng)的重要組成之一，是海上電子戰(zhàn)的重要信息來源。沒有抗干擾能力或只有單一抗干擾手段的艦載雷達(dá)在實際戰(zhàn)爭中幾乎沒有生存能力。雷達(dá)在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，其技術(shù)性能和作戰(zhàn)指標(biāo)得到了顯著提高。當(dāng)今時代以精確制導(dǎo)武器占優(yōu)，電子對抗貫穿整個海戰(zhàn)的立體化戰(zhàn)場中，艦載雷達(dá)同樣面臨著綜合電子干擾、低空／超低空突防、高速反輻射導(dǎo)彈和隱身飛機轟炸等威脅。戰(zhàn)爭的勝利將屬于電子戰(zhàn)中占優(yōu)勢的一方，可以肯定，在未來海戰(zhàn)中，艦載雷達(dá)所面臨的電磁環(huán)境將是十分嚴(yán)峻的。

艦載雷達(dá)所面臨的干擾主要是有源噪聲干擾、無源噪聲干擾。本文將對一些干擾進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的抗干擾措施。

1 干擾信號的分析

1.1 有源噪聲干擾

噪聲干擾也叫雜波壓制干擾，它是對雷達(dá)進(jìn)行有源干擾的一種手段。雖然目前雷達(dá)采取了許多抗噪聲措施，但是一旦噪聲的載波頻率與雷達(dá)工作頻率一致時，雜波信號被雷達(dá)接收，噪聲就會像妖魔似地把信號切割和淹沒，雷達(dá)很難擺脫這種性質(zhì)的有源干擾。為了有效地在雜波背景下進(jìn)行雷達(dá)信號檢測，先決條件是對雜波性質(zhì)的掌握，了解各種干擾對雷達(dá)接收機的概率分布，以便尋找到抑制干擾的有效方法。本文僅討論幾種典型的噪聲模型。

（1）射頻噪聲的概率分布

射頻噪聲的概率分布服從正態(tài)分布，其概率密度為：

式中：u0為均值；σ為射頻噪聲方差。

射頻噪聲通過窄帶線性放大器的輸出也為正態(tài)分布，其數(shù)學(xué)模型為：

但包絡(luò)x為瑞利分布：

相位φ（t）在（－π，π）內(nèi)均勻分布。超過門限k的虛警概率Pf為：

通過以上分析，射頻噪聲的干擾作用是以強的噪聲覆蓋信號，并且在接收機中產(chǎn)生強干擾壓制弱信號的現(xiàn)象，在電路中表現(xiàn)為，強干擾信號使得檢波器產(chǎn)生一個附加偏壓，使信號檢波的工作點不能工作在最佳狀態(tài)。因此當(dāng)出現(xiàn)強干擾信號時，雷達(dá)接收機過載，顯示屏上表現(xiàn)為扇形暗區(qū)，從而無法觀察和發(fā)現(xiàn)干擾區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)；此外在雷達(dá)目標(biāo)檢測中出現(xiàn)點跡混亂和航跡錯誤，以致無法實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。

（2）噪聲調(diào)幅干擾的概率分布

設(shè)干擾載頻為fj，干擾帶寬為Δfj，雷達(dá)中頻為fc，中頻帶寬為 Δfc，則當(dāng)fj＝fc，輸出為正態(tài)分布時，接收機中放輸出干擾包絡(luò)的概率密度為：

當(dāng)fj－fc＝Δf／2 時輸出亦為正態(tài)分布：

當(dāng)fj－fc＞Δf／2 時輸出為瑞利分布：

由以上分析可知，噪聲調(diào)幅干擾包括載波及旁頻成分，旁頻成分即起伏噪聲，干擾信號中對遮蓋目標(biāo)信號起主要干擾作用；載波則有正弦波干擾的效果，它使回波光標(biāo)跳動、波形失真，對信號有一定的壓制作用，強的干擾也會造成接收機過載。

1.2 無源噪聲干擾

無源干擾是一種干擾體本身不輻射電磁能量的干擾。它包括雨、海浪及地物等雜波干擾。大多數(shù)無源雜波常常呈現(xiàn)瑞利分布特性，但是箔條干擾、海浪雜波的概率分布如果用瑞利分布或萊斯分布來描述，雜波幅度的概率密度分布誤差度比較大，普遍采用韋布爾分布更為確當(dāng)，其概率密度為：

式中：η為形狀標(biāo)度參數(shù)；▽為強度參數(shù)。

2 雜波信號處理

根據(jù)上面的分析，干擾信號主要呈現(xiàn)正態(tài)分布、瑞利分布、韋布爾分布特征。對于正態(tài)分布一般采取歸一化處理，其數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為：

通過門限k的虛警概率為：

由式（9）、（10）可知，干擾的分布服從正態(tài)分布，但實際情況下，其σ是有一定譜寬的。為了理論分析，本文所討論的均假設(shè)σ基本不變，因此輸出的虛警概率僅與門限k有關(guān)，與雜波信號的強度無關(guān)。

瑞利噪聲通過對數(shù)放大器后，數(shù)學(xué)模型表示為：

式中：A為對數(shù)起點；B為放大器增益。

則變換后概率密度函數(shù)為：

歸一化處理后其概率密度為：

超過門限k的虛警概率為：

由上式得知虛警概率只與檢測門限的高低有關(guān)，而與輸入干擾信號強度無關(guān)。

對海浪雜波的處理，由式（8 ）可知，P隨η變化而變化，因此仍用對瑞利分布噪聲干擾處理的辦法進(jìn)行處理，通過門限k時，檢測的虛警概率為：

同樣，k一定時，輸出的虛警概率恒定，與η▽無關(guān)。根據(jù)以上分析可知，雜波強度的起伏和門限有關(guān)，因此只要適當(dāng)設(shè)計參數(shù)，使雜波起伏部分的功率小到一定量級，就可提高對有用信號的檢測能力。

3 反對抗措施

抗干擾措施不僅包含了抗干擾技術(shù)的改進(jìn)，也包含了艦載雷達(dá)在戰(zhàn)術(shù)上合理配置和運用等措施。

3.1 抗有源干擾措施

對于這類干擾，采用頻率捷變技術(shù)和脈沖壓縮技術(shù)是對抗積極干擾的有效方法，力圖使干擾頻率處于雷達(dá)接收機的通帶之外，使干擾不能通過接收機，從而得以濾除。

在存在有源干擾情況下，雷達(dá)性能（雷達(dá)作用距離等）將會降低，甚至喪失正常工作能力?？己死走_(dá)抗有源干擾能力的2 個可以定量分析的重要指標(biāo)是：雷達(dá)抗主瓣干擾自衛(wèi)距離和抗副瓣干擾自衛(wèi)距離。前者是指當(dāng)敵方干擾信號從雷達(dá)天線波束主瓣區(qū)域進(jìn)入雷達(dá)天線時，雷達(dá)仍能檢測目標(biāo)的最大距離；后者是指當(dāng)干擾信號從雷達(dá)接收天線副瓣區(qū)域進(jìn)入時，雷達(dá)仍能檢測目標(biāo)的距離。若干擾信號的功率為Pj，干擾信號帶寬為Bj，干擾機天線的增益為Gj，則按照雷達(dá)方程的推導(dǎo)過程，不難得出雷達(dá)抗主瓣干擾自衛(wèi)距離Rmj為：

式中：Pav為雷達(dá)發(fā)射機平均功率；Gt為雷達(dá)發(fā)射天線增益；t0為雷達(dá)對目標(biāo)的總觀察時間，t0＝nTr；Lt為雷達(dá)發(fā)射天饋線的插入損耗；E／N0為信號能量與噪聲能量之比，E為信號能量，N0為噪聲功率密度，即單位帶寬內(nèi)的噪聲功率，亦即噪聲能量。

由式（16）可以看出，要提高雷達(dá)抗主瓣干擾自衛(wèi)距離，從雷達(dá)本身看應(yīng)提高雷達(dá)發(fā)射機的平均功率，降低發(fā)射饋線損耗，提高雷達(dá)發(fā)射天線增益和延長目標(biāo)的觀測時間。

采用脈沖壓縮技術(shù)是通過發(fā)射寬的脈沖以增加發(fā)射信號的能量，從而增加雷達(dá)的作用距離。大時寬帶寬積信號由于頻帶寬，工作比高，因而從頻域或時域上偵察干擾它都較困難，具有較好的抗干擾性能。采用頻率捷變、頻率分集技術(shù)，由于頻率捷變能在脈組間和脈間發(fā)射頻率，脈間捷變雷達(dá)的中心頻率是在變頻帶寬內(nèi)隨機變化或按計算機程序變化，敵方無法根據(jù)發(fā)射的脈沖頻率預(yù)知下一個脈沖頻率，迫使敵方干擾機采用寬帶干擾，即增加式中的Bj以降低其干擾功率譜密度，有利于提高抗主瓣干擾自衛(wèi)距離。根據(jù)式（16）同樣可以推導(dǎo)出抗副瓣干擾自衛(wèi)距離Rsj為：

式中：Rj為位于雷達(dá)接收天線副瓣區(qū)域的干擾機與雷達(dá)間的距離；gs為雷達(dá)接收副瓣在干擾機方向的副瓣電平，gs＜1 ；ts為雷達(dá)用于搜索完預(yù)定空域Ω所用的時間。

由式（17）可以看出，干擾機所在方向的雷達(dá)天線的副瓣電平越低，Rsj越大；雷達(dá)搜索空域越小，搜索時間越長，Rsj越大。由于接收天線副瓣區(qū)域很大，因此降低接收天線的近區(qū)副瓣、遠(yuǎn)區(qū)副瓣以及天線背瓣電平對提高Rsj有重要意義。

3.2 抗箔條、云、雨、海浪雜波干擾措施

為了抗箔條、云、雨雜波干擾，選擇對數(shù)放大器作為接收機中放，數(shù)據(jù)處理部分采用靈敏度時間控制（STC）增益控制電路、手動增益控制電路和雜波處理電路。為避免雷達(dá)接收機因噪聲對抗、雜波和箔條對抗出現(xiàn)的飽和，通常采用動態(tài)范圍很寬的對數(shù)放大器，這是因為對數(shù)接收機在整個動態(tài)范圍內(nèi)，其輸出視頻與輸入的射頻信號幅度的包絡(luò)近似成對數(shù)關(guān)系。對于云、雨、海浪雜波干擾，用STC 電路、手動增益控制電路和雜波處理電路來解決。其基本原理是利用目標(biāo)和雜波產(chǎn)生的不同多普勒頻移，數(shù)據(jù)處理采用了多種濾波器組，濾去固定雜波而取出運動目標(biāo)的回波，從而大大改善了在雜波背景下檢測運動目標(biāo)的能力，并提高了雷達(dá)的抗干擾能力。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電子對抗與反對抗貫穿于整個作戰(zhàn)過程，新一代艦載雷達(dá)的反對抗能力亦成為衡量雷達(dá)性能的一個重要指標(biāo)。對于抗有源干擾，應(yīng)主動出擊，迫使對方施放的干擾雜波分布符合自己的處理模型，從而取得較好的抗干擾效果。

［1］趙國慶.雷達(dá)對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

［2］丁鷺飛.雷達(dá)原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000.

［3］魏麥成.雷達(dá)抗有源干擾性能的綜合指標(biāo)及仿真評估［J］.航天電子對抗，2000（3）：16－19.