副瓣對消技術在抑制雷達間電磁干擾中的應用*

(空軍工程大學 導彈學院，陜西 三原 713800)

1 引 言

隨著電磁環(huán)境的日益復雜，電子設備總會受到各種各樣的干擾。當在一個相對有限的區(qū)域內大量使用雷達這種大功率電子設備時，相互之間必然存在干擾[1-2]，輕則會降低雷達系統(tǒng)的某些戰(zhàn)術性能，重則造成雷達系統(tǒng)的癱瘓，因此，需要對雷達間的電磁干擾進行有效抑制，確保雷達能夠正常工作。目前，國內外學者在雷達間電磁干擾的分析和預測中提出了許多新的思路和分析方法[1-5]，但是如何對雷達間存在的干擾進行有效抑制則鮮見報道。因此，本文針對雷達間電磁干擾的特點，采用副瓣對消技術抑制雷達間電磁干擾，并通過實驗驗證了其有效性。

2 雷達間電磁干擾特點分析

為分析問題方便起見，將雷達間電磁干擾與隨隊干擾相比來說明其特點。圖1所示為隨隊干擾示意圖?？梢钥闯?，干擾機位于目標附近，略領先于目標，通過輻射強干擾信號掩護目標。隨隊干擾信號既可以從雷達天線主瓣進入雷達接收機(此時不能分辨干擾機與目標)，也可以從雷達副瓣進入接收機(此時能夠分辨開干擾機與目標)。圖2所示為雷達間電磁干擾示意圖。通過對比可以看出，雷達間干擾與隨隊干擾有相同之處，即兩種干擾的目標一樣，均為空中目標，目標與干擾源都不在一個載體之上，存在一定的夾角。然而，對于地面防空雷達來說，它的主要任務是對空中目標進行搜索、定位以及跟蹤。經(jīng)過計算，兩部地面搜索雷達主波束對準(方位面和俯仰面均對準)的概率為1.7×10-7，即天線主瓣接收到干擾的概率是非常低的[5]?？芍?，地面防空雷達間干擾信號主要通過天線副瓣耦合進入接收機。因此，采用副瓣對消技術理論上會較好地對消雷達間的干擾。

圖1 隨隊干擾示意圖

圖2 雷達間干擾示意圖

3 副瓣對消技術抑制雷達間電磁干擾

3.1 對消原理[6-8]

副瓣對消系統(tǒng)由一個主天線和多個輔助天線組成，輔助天線的個數(shù)取決于系統(tǒng)期望對消的干擾個數(shù)，通常N個輔助天線可以對消N個從空間不同方向入射的干擾。主天線接收的信號包括主波束內的目標信號和從天線副瓣進入系統(tǒng)的干擾信號。輔助天線同樣接收目標回波和干擾信號，但其增益在主天線主波束方向上小于主天線的增益，在副瓣區(qū)其增益大于主天線的副瓣增益。理想情況下，輔助天線在主波束方向上形成零點，在干擾方向上形成主波束可以獲得最佳的對消性能，同時不會對目標信號產(chǎn)生相消。在一定性能準則下，即自適應代價函數(shù)，通過對輔助天線輸出進行加權，然后和主天線輸出進行相減可以達到抑制副瓣干擾的目的。

圖3 自適應對消原理圖

如圖3所示，主天線接收到的信號，包括回波Us0(t)和干擾UI0(t)經(jīng)過接收機處理后送到相加器，副天線接收到的信號分成互相正交的兩路：UIC(t)和UICV(t)，分別經(jīng)W1和W2加權后，也送到相加器，3個信號相加的矢量和作為輸出信號。適當調節(jié)W1和W2的值，使

UI∑(t)=UI0(t)+W1UIC(t)+W2UICV(t)=0

(1)

就可將主天線和輔助天線接收的干擾對消掉，它們之間的矢量關系如圖4所示。

圖4 自適應對消矢量關系

3.2 權系數(shù)調整實現(xiàn)方案

為了更好地計算和調整權系數(shù)，本文采用相關器和增益電控放大器來自動調整W1和W2，其自適應權系數(shù)調整的原理如圖5所示。

圖5 權系數(shù)自動調整原理圖

兩個增益電控放大器的放大量W1、W2分別正比于相關器Ⅰ和Ⅱ的輸出電壓，其值分別為

(2)

式中，E[·]表示相關運算，K1、K2為比例常數(shù)。

由于

(3)

式中，σ2為干擾分量UIC(t)和UICV(t)的方差。

將式(1)和式(3)代入式(2)，可得：

(4)

在實際應用中，權系數(shù)的調整是在沒有目標回波信號的掃描回程期間進行的，在掃描正程期間權系數(shù)保持不變，副瓣對消系統(tǒng)可進行干擾對消并正常接收目標回波信號。

3.3 抑制雷達間干擾的理論推導及其實驗驗證

3.3.1數(shù)學推導

這里考慮干擾為雷達間鄰近頻率干擾，經(jīng)過接收機后UI0(t)、UIC(t)和UICV(t)均為窄帶隨機過程[8-9]。根據(jù)互相關系數(shù)的定義可得：

(5)

當副、主天線所接收的干擾幅度比為a，即UICm(t)=aUI0m(t)時，σ=aσI0。

為分析問題方便起見，不失一般性，考慮一種簡單情況，當調整使φI0(t)=φIC(t)時，ρI1=1，ρI2=0，則有：

(6)

將式(6)代入式(4)，再代入式(1)可得：

UI0m(t)cos [ωit+φI0(t)]+

(7)

3.3.2實驗驗證

以某型地面雷達為實驗平臺，在該雷達遠場架設一臺干擾機對其釋放瞄準式干擾，雷達天線主瓣對空掃描，天線副瓣對準干擾機方向，通過對數(shù)接收機輸出到雷達A觀測其實驗效果，調整干擾機輸出功率為500 mW。

經(jīng)過實驗后可以得出結論：在雷達副瓣掃描區(qū)存在單一有源干擾的情況下，采用副瓣對消技術后目標回波信噪比改善了20.1 dB，干擾對消比為-22.3 dB，信號損失率僅為-0.8 dB。圖6所示為采用副瓣對消技術前后目標回波在示波器上顯示的圖像，可以看出，干擾明顯被抑制，而目標回波只有微小損失。

圖6 副瓣對消技術使用前后示波器顯示圖像

4 結束語

本文對副瓣對消技術在抑制雷達間電磁干擾中的應用問題進行了深入分析，對副瓣對消技術的抗干擾性能做了相關實驗。實驗結果表明：副瓣對消技術防止干擾信號進入雷達天線副瓣的效果明顯，能夠很好地抑制雷達間電磁干擾。本文的工作對于副瓣對消技術抑制雷達間電磁干擾的系統(tǒng)性分析評估中具有較好的實用性和參考價值。

參考文獻：

[1] 胡皓全，楊顯清，趙家升. 雷達之間電磁干擾預測模型研究[J]. 電子科技大學學報，2001，30(1)：37-40.

HU Hao-quan，YANG Xian-qing，ZHAO Jia-sheng. Research on Electromagnetic Interference Prediction Model in Radar System[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China，2001,30(1):37-40.(in Chinese)

[2] 李圭源，張厚，殷雄. 基于作用距離衰減的雷達間電磁兼容模型[J]. 電訊技術，2010，50(3)：49-53.

LI Gui-yuan, ZHANG Hou, YIN Xiong. Radar Electromagnetic Compatibility Model Based on Radar Range Attennuation[J]. Telecommunication Engineering,2010，50(3)：49-53. (in Chinese)

[3] 趙欣楠，程光偉. 雷達系統(tǒng)間電磁兼容性的計算與預測[J].火控雷達技術，2007，36(4)：48-51.

ZHAO Xin-nan，CHENG Guang-wei. Prediction and Evaluation of EMC in Radar System[J].Firepower Control Radar Technology，2007，36(4):48-51.(in Chinese)

[4] Terry Foreman. Antenna coupling model for radar electromagnetic compatibility analysis [J]. IEEE Transaction on EMC，1989，31(1)：85-87.

[5] 侯民勝. 雷達之間的干擾及概率計算[J]. 雷達與對抗，2006(2)：16-18.

HOU Min-sheng. The Analysis of Interference between Radars and the Computation of Interference Probability[J]. Radar and Countermeasure, 2006(2)：16-18.(in Chinese)

[6] 白渭雄，張文，苗淼.旁瓣干擾對抗技術研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術，2009，31(1)：86-90.

BAI Wei-xiong, ZHANG Wen, MIAO Miao. Study on the Countermeasure Technology against Sidelobe Interference[J]. Systems Engineering and Electronics，2009，31(1)：86-90. (in Chinese)

[7] 余繼周，陳定昌. 相控陣單脈沖雷達自適應旁瓣對消研究[J]. 航天電子對抗，2005，21(5)：4-6.

YU Ji-zhou, CHEN Ding-chang. Study on Adaptive Sidelobe Cancellation for a Phased Array Monopulse Radar[J].Spaceflight Countermeasure,2005，21(5)：4-6.(in Chinese)

[8] 張永順，童寧寧，趙國慶.雷達電子戰(zhàn)原理[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2006.

ZHANG Yong-shun，TONG Ning-ning，ZHAO Guo-qing. Radar Electron Warfare[M]. Beijing：National Defense Industry Press,2006. (in Chinese)

[9] 奚瑋. 相控陣雷達自適應旁瓣相消效果分析[J]. 現(xiàn)代電子技術，2002(5)：3-6.

XI Wei. Effect Analysis of Phased Array Radar with Adaptive Sidelobe Cancellation[J]. Modern Electronic Technique, 2002(5)：3-6.(in Chinese)