同型雷達(dá)的抗同頻干擾動(dòng)目標(biāo)顯示處理*

李 陽，楊 興，張 鵬，陳正祿＊＊

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.南京船舶雷達(dá)研究所，南京 210003)

1 引言

同型雷達(dá)間產(chǎn)生的同頻干擾會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)的技術(shù)與使用性能。鑒于雷達(dá)頻率管制，變頻措施的應(yīng)用受戰(zhàn)術(shù)限制，另一方面在近距內(nèi)高功率直達(dá)干擾信號(hào)致使受擾雷達(dá)的接收通道飽和，受擾雷達(dá)在頻帶內(nèi)應(yīng)用變頻措施抗同頻干擾基本無效。因此，艦載雷達(dá)編隊(duì)抗同頻干擾優(yōu)先采用時(shí)域方案，將同頻干擾信號(hào)異步化，再用優(yōu)化的基于模板匹配的反異步處理等抗同頻干擾信號(hào)處理算法消除同頻干擾［1-2］。

大部分艦載兩坐標(biāo)脈沖壓縮雷達(dá)采用邊掃描邊跟蹤體制，既擔(dān)任警戒搜索任務(wù)，同時(shí)又為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。由于存在地物雜波、海雜波等干擾信號(hào)，雷達(dá)通常需要進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)顯示處理，以此抑制雜波，提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)性能。此類動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的技術(shù)狀態(tài)較一般監(jiān)視雷達(dá)復(fù)雜，抗同頻干擾技術(shù)難度大得多，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是參差工作、動(dòng)目標(biāo)顯示處理會(huì)擴(kuò)展異步剩余，導(dǎo)致抗同頻干擾效果下降；二是反異步處理若采取“挖去”法，回波的相參性能會(huì)被破壞，MTI 改善因子下降。因此，同頻干擾條件下雷達(dá)工作方式的設(shè)置和動(dòng)目標(biāo)顯示處理需要優(yōu)化。本文介紹一種雷達(dá)抗同頻干擾與動(dòng)目標(biāo)顯示兼容技術(shù)，可在不影響雷達(dá)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的情況下，通過改變雷達(dá)的工作方式和信號(hào)補(bǔ)償處理，提高雷達(dá)抗同頻和動(dòng)目標(biāo)顯示處理的兼容能力。

2 雷達(dá)工作方式的優(yōu)化

雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)顯示，其本質(zhì)是利用凹口濾波器抑制地物和低速目標(biāo)，保留高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。均勻重復(fù)周期雷達(dá)處于脈沖工作狀態(tài)時(shí)將產(chǎn)生盲速，動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)在檢測(cè)“盲速”范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生丟失或極大降低其檢測(cè)能力。為解決盲速問題，通常采用兩個(gè)以上重復(fù)頻率交替工作，即采用重復(fù)周期參差的方法來推遠(yuǎn)盲速，改善動(dòng)目標(biāo)顯示處理時(shí)“盲速”對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的影響。為提高對(duì)無源、有源干擾的綜合抗干擾能力，部分雷達(dá)相干脈沖數(shù)較多，采用高參差階數(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)變加權(quán)濾波器，能獲得參差情況下較佳的雜波抑制能力。但是，動(dòng)目標(biāo)顯示處理和參差工作方式會(huì)強(qiáng)化同頻干擾的影響。這是因?yàn)檎Ｄ繕?biāo)回波在相干周期內(nèi)距離上“不動(dòng)”，而異步信號(hào)在脈間是“移動(dòng)”的。因此，異步信號(hào)不但無法對(duì)消，而且由于動(dòng)目標(biāo)顯示處理需要同一距離單元上多個(gè)重復(fù)周期的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，n 階濾波運(yùn)算后一個(gè)異步干擾將會(huì)擴(kuò)展成n個(gè)異步干擾，參差工作導(dǎo)致干擾進(jìn)一步加劇。

為將同頻干擾異步化，同型雷達(dá)的重復(fù)周期需要錯(cuò)開，當(dāng)雷達(dá)數(shù)量較多時(shí)，不管雷達(dá)的重復(fù)周期如何優(yōu)化，多部雷達(dá)引起的干擾在時(shí)間軸上總會(huì)重疊，干擾重疊必然導(dǎo)致“反異步”處理效果下降，反干擾剩余變大。對(duì)動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)來說，干擾剩余的增大影響較大。因此，在抗同頻干擾條件下必須對(duì)雷達(dá)的工作方式和信號(hào)處理進(jìn)行優(yōu)化。具體原則是:在滿足指標(biāo)要求的前提下，降低雷達(dá)參差階數(shù)和雜波濾波器階數(shù)?？雇l干擾條件下降低參差階數(shù)和濾波器階數(shù)，主要關(guān)心第一盲速及對(duì)地物、海浪等雜波的抑制能力，必須通過仿真來確定雷達(dá)的重復(fù)周期、參差參數(shù)和濾波器結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)際試驗(yàn)確認(rèn)改變后雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。仿真和實(shí)踐表明，優(yōu)化的編隊(duì)周期設(shè)計(jì)后，抗同頻干擾條件下應(yīng)用三參差二次對(duì)消器是一個(gè)較好的選擇，既能減弱抗同頻干擾剩余，又能保持一定的雜波抑制能力。

(1）盲速

三參差設(shè)計(jì)易滿足第一盲速為2 倍馬赫。

(2）雜波抑制

設(shè)雷達(dá)工作在S波段。某6 階橫向FIR 濾波器的幅頻特性如圖1所示，相同重復(fù)周期、相同工作頻率條件下二次對(duì)消器的幅頻特性如圖2所示(橫軸為用雷達(dá)重復(fù)頻率歸一化后的值）。

分析FIR 濾波器、二次對(duì)消器的幅頻特性可知，6階橫向FIR 濾波器對(duì)海浪雜波(σv=1 m/s）MTI 系統(tǒng)改善因子理論值I≥47 dB，二次對(duì)消器的I≥40 dB；對(duì)地物雜波(σv=0.2 m/s）MTI 系統(tǒng)改善因子理論值I≥55 dB，二次對(duì)消器的I≥50 dB。二次對(duì)消器對(duì)地物雜波、海浪雜波及一定譜寬的慢速運(yùn)動(dòng)雜波的抑制能力和高階FIR 濾波器相比有一定的下降，但在大部分情況下仍滿足動(dòng)目標(biāo)顯示處理的需求。

圖1 FIR 濾波器的幅頻特性

圖2 二次對(duì)消器的幅頻特性

綜上所述，雷達(dá)的工作方式可以根據(jù)同頻干擾情況靈活選擇。當(dāng)同頻干擾嚴(yán)重時(shí)，雷達(dá)工作于抗同頻工作方式，采用三參差、簡(jiǎn)單二次對(duì)消器進(jìn)行MTI處理。此時(shí)，一定譜寬的運(yùn)動(dòng)雜波抑制能力雖然有所下降，但由于降低了雷達(dá)參差周期數(shù)和濾波器階數(shù)，異步擴(kuò)展被弱化，在滿足動(dòng)目標(biāo)顯示的同時(shí)取得了較好的抗同頻干擾效果。當(dāng)沒有抗同頻干擾或干擾較弱時(shí)，雷達(dá)可以不作此處理，以獲得參差情況下較佳的雜波抑制能力。

需要指出的是，隨著雷達(dá)工作頻段的提高，簡(jiǎn)單二次對(duì)消器抑制慢速雜波的能力下降，此時(shí)濾波器需要重新設(shè)計(jì)，選擇低階濾波器階數(shù)以兼容雷達(dá)抗同頻干擾。

3 相參補(bǔ)值處理

當(dāng)臨近同型雷達(dá)數(shù)量較多時(shí)，同頻干擾現(xiàn)象比較嚴(yán)重，正常目標(biāo)和同頻干擾信號(hào)疊加，目標(biāo)信號(hào)變成一個(gè)異常大信號(hào)，被判為異步信號(hào)“挖去”，將破壞正常目標(biāo)的相參性能，地物、海浪等雜波的抑制能力下降。為補(bǔ)償反異步帶來的目標(biāo)相參性能惡化，被判為異步信號(hào)的當(dāng)前目標(biāo)信號(hào)不再簡(jiǎn)單置零，而是在同一距離單元上進(jìn)行補(bǔ)償，將等待“挖去”的信號(hào)用上一周期的回波替代，經(jīng)過補(bǔ)值處理的目標(biāo)回波相參性能得到改善，MTI 改善因子相較簡(jiǎn)單“挖去”得到明顯提高。

設(shè)雷達(dá)工作波長(zhǎng)為0.1 m，則0.2 m/s的雜波的對(duì)應(yīng)fd=4 Hz，1 m/s的雜波的對(duì)應(yīng)fd=20 Hz。

三脈沖二次對(duì)消器的傳輸函數(shù)為

二次對(duì)消器原理框圖如圖3所示。

設(shè)某一距離單元上的回波數(shù)據(jù)分別為當(dāng)前周期ein0、前1 周期ein1、前2 周期ein2和前3 周期ein3。

二次對(duì)消器的運(yùn)算正常只需要ein0、ein1、ein2這3個(gè)周期的數(shù)據(jù)，在反異步工作如果采用簡(jiǎn)單“挖去”，ein0、ein1和ein2的值可能被置零；如果作補(bǔ)償處理時(shí)，ein0、ein1、ein2可能分別被ein1、ein2、ein3替代。表1 給出了異步信號(hào)被置零和作補(bǔ)償處理時(shí)0.2 m/s的地物雜波和1 m/s的海浪雜波的抑制度。為說明問題，三脈沖中只有一個(gè)脈沖數(shù)據(jù)被替代。

圖3 二次對(duì)消器原理框圖

表1 異步信號(hào)被置零和作補(bǔ)償處理時(shí)海浪雜波的抑制度

從表中可以看到，反異步作補(bǔ)值處理的信號(hào)相參性能優(yōu)于簡(jiǎn)單反異步置零處理。實(shí)際應(yīng)用中，有的系統(tǒng)采用比二次對(duì)消器更高階的濾波器，此時(shí)的濾波器系數(shù)應(yīng)當(dāng)隨補(bǔ)償?shù)拿}沖周期位置時(shí)變處理。

4 結(jié)束語

本文討論了抗同頻干擾條件下的動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的工作方式。通過仿真分析，證明所述的基于相參補(bǔ)值處理的雷達(dá)抗同頻干擾與動(dòng)目標(biāo)顯示兼容技術(shù)可提高雷達(dá)抗同頻干擾和動(dòng)目標(biāo)顯示處理的兼容能力。此技術(shù)已成功應(yīng)用于某型裝備的抗干擾改進(jìn)。

［1］Merrill I.Skolnik.雷達(dá)手冊(cè)(第三版）［M］.南京電子技術(shù)研究所譯.北京:電子工業(yè)出版社，2010.7.

［2］陳正祿，許健.艦載脈沖壓縮體制雷達(dá)的抗同頻干擾技術(shù)研究［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，2006(2）.