箔條假目標干擾極化識別與抑制技術

章力強， 李相平， 陳 信

（1．91576部隊，浙江 寧波315020；2．海軍航空工程學院電子信息工程系，山東 煙臺264001；3．92919部隊，浙江 寧波315020）

0 引言

箔條干擾是應用最早、最廣的無源假目標干擾［1］，其干擾機理是通過在空中投放大量隨機分布的箔條，形成箔條云假目標以迷惑、削弱敵方雷達等電子設備。在反艦導彈制導雷達的搜索階段，敵方通過施放箔條假目標干擾，在目標艦船周圍幾公里范圍內形成多個反射截面積比艦船目標大幾倍甚至幾十倍的假目標，誘導反艦導彈制導雷達錯誤的將箔條假目標判斷為真實艦船目標，發(fā)出錯誤指令，控制跟蹤系統(tǒng)跟蹤箔條假目標，最終誘導反艦導彈脫靶?，F(xiàn)有的抗箔條假目標干擾方法主要有高分辨雷達、脈沖壓縮技術、動目標顯示（MTI）、多普勒頻移、動目標檢測（MTD）等［2］。對于反艦導彈制導雷達來說，這些措施有的不適用，有的實際效果不理想，因為制導雷達的體積受到彈頭的限制，同時海面目標的運動速度與箔條云隨風漂移的速度幾乎相當，大型艦艇的航速一般不超過20 m／s，而海面七級風的風速為（13．9～17．1）m／s，八級風的風速為（17．2～20．7）m／s，與艦船目標速度屬于同一數(shù)量級［3］，二者相對于雷達的徑向速度取值范圍具有很大重疊，因此速度判決法對于反艦導彈制導雷達抗箔條假目標干擾不適用。為提高反艦導彈在干擾環(huán)境中的命中精度，必須探索其它途徑來提高制導雷達的抗箔條假目標干擾能力［4］。

極化特性是電磁波除幅度、頻率、相位信息以外的第四特征，現(xiàn)有對極化信息在制導雷達抗干擾中的應用研究還較少，箔條假目標和艦船目標有明顯不同的去極化特性［5］。根據(jù)這一特點，本文研究了一種新的反艦導彈制導雷達抗箔條假目標干擾方案，定義極化比為干擾鑒別量，利用箔條假目標與艦船目標極化比特性差異來識別與抑制箔條假目標干擾，分析并優(yōu)化設計了箔條假目標干擾極化識別與抑制方案，為研究高性能的反艦導彈制導雷達提供了新思路。

1 箔條云的極化特性

箔條從拋散到形成穩(wěn)定干擾前有多種運動方式，現(xiàn)就典型情況討論箔條云的極化特性，建立坐標系如圖1所示。設θt為入射電磁波與Z軸之間的夾角，θ為箔條與Z軸之間的夾角，φ為箔條在XOY平面內投影與X軸之間的夾角。

圖1 箔條極化坐標系

箔條均勻分布，大部分水平下降，同時伴有微小的震動，此時θ0≤θ≤π－θ0，0≤φ≤2π，則可以得到箔條云的垂直和水平散射截面積分量分別為［6－7］

圖2 極化比變化圖

2 艦船目標的極化特性

對于非相參雙極化制導雷達來說，設艦船目標的RCS為σ，σ 符合Swerling IV 模型［8］，則其概率密度函數(shù)（PDF）為

式中：σ為目標起伏的RCS平均值，非相參雙極化接收通道相互獨立，所以兩正交接收通道對應回波幅度的PDF分別為［9］

則ρs的數(shù)學均值和方差分別為

極化比ρs的期望和方差隨αs的變化曲線如圖3所示。

圖3 艦船目標極化比均值方差曲線

從仿真結果可知，艦船目標的極化比普遍大于8 dB，即艦船等大曲率復雜目標和箔條云假目標干擾在極化比上具有明顯區(qū)別?，F(xiàn)有的一些測量也證實了這一估計：

a）在9．37 GHz時船的極化比ρ＝σVV／σVH＝19 d B；

b）在15 GHz時船的ρ＝σVV／σVH＝20 dB；

c）在30 GHz時船的ρ＝σVV／σVH＝25 d B。

利用最小二乘法對以上測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合，其結果如圖4所示。

圖4 艦船目標極化比測試值

從擬合曲線可以看出，艦船目標的極化比與雷達工作頻率成正比關系。在雷達發(fā)射垂直極化波時，艦船目標的極化比在12 d B以上［10］。而箔條假目標的極化比普遍8 dB以下，因此箔條云與海面艦船目標的極化比有明顯差異，從而提供了一種識別與抑制箔條假目標干擾新方法，無疑該方法特別適合于在各種反艦導彈制導雷達上使用。

3 假目標干擾極化識別與抑制技術

通過前面小節(jié)的分析可知，艦船目標和箔條假目標干擾的極化比存在明顯差異，根據(jù)這一差異，設計反艦導彈制導雷達箔條假目標干擾極化識別與抑制方案，其原理框圖如圖5所示。

方案中假設主極化天線發(fā)射垂直極化波，發(fā)射機的部分射頻能量耦合到兩接收通道的平衡混頻器，其中一個接收通道與常規(guī)制導雷達接收系統(tǒng)相同，具有一個垂直極化接收天線；另一個接收通道是輔助接收通道，它具有一個水平極化接收天線。

方案中控制模塊可以采用FPGA來實現(xiàn)，它具有集成度、可靠性、精度高，靈活性好等優(yōu)點，能較好的滿足本方案的需求。兩個接收通道的檢波器輸出加到極化比識別與抑制模塊進行比較判別，其流程如圖6所示。

圖5 制導雷達箔條云假目標識別系統(tǒng)原理框圖

圖6 極化比識別與抑制流程

Th為極化比判別門限，其大小可以根據(jù)實際情況設置，考慮到艦船目標的極化比一般大于12 dB，而箔條假目標干擾的極化比一般小于8 dB，所以Th一般設置為（8～12）dB。為提高識別與抑制性能，采用雙門限檢測方法進行比較識別，根據(jù)式（9）進行單次識別檢測［11］：

當沒有箔條干擾時，從目標反射回來的是主極化分量，主極化通道接收后經混頻放大送到包絡檢波器進行檢波，而正交極化通道接收的回波分量很少，所以其極化比ρ遠大判決門限Th。

在一個檢測周期內當回波脈沖積累數(shù)N2大于積累標準M2時，判斷目標為艦船，送出控制信號，控制制導雷達由搜索狀態(tài)轉入跟蹤狀態(tài)。而當接收到的是箔條假目標反射回來的信號時，箔條干擾的回波中同時含有水平、垂直兩種極化分量，并分別進入兩路接收通道，經混頻、放大、檢波后加到極化比識別與抑制模塊進行比較識別。由于箔條回波的主極化分量和正交極化分量基本相當，因此其極化比ρ小于判決門限Th。

在一個檢測周期內當回波脈沖積累數(shù)N1大于積累標準M1時，判斷目標是箔條假目標，禁止制導雷達轉入跟蹤，雷達繼續(xù)搜索，直到搜索到目標為止。

由于反艦導彈空間有限，因此對制導雷達的體積有嚴格的限制，圖7是改進的制導雷達箔條假目標極化識別與抑制方案原理框圖。

圖7 箔條假目標極化識別系統(tǒng)的改進形式

采用微帶雙極化天線作為收發(fā)天線，這樣就不需要兩個獨立天線，可以減小制導雷達的天線體積，同時將輔助接收通道合并到主極化接收通道，通過開關控制接收通道依次接收處理正交雙極化天線接收信號，開關的通斷由控制模塊產生控制信號進行同步控制。

假設主極化為垂直極化，天線發(fā)射垂直極化波，在T1脈沖周期內，控制模塊控制開關將接收通道與主極化接收天線連接，接收信號經過混頻、放大、檢波后得到σVV，下一個脈沖周期T2，控制模塊控制開關將接收通道與正交接收天線連接，接收信號經過混頻、放大、檢波后得到σVH，此時控制模塊控制極化比識別與判決模塊計算極化比ρ。采用雙門限檢測，當ρ≥Th時，判斷此時目標為艦船，艦船目標累積數(shù)N2＋1；當ρ＜Th時，判斷此時目標為箔條干擾，箔條干擾累積數(shù)N1＋1，假設一個檢測周期發(fā)射12個脈沖，取M1＝M2＝5，當N2≥M2時判斷目標為艦船，送出控制信號控制制導雷達由搜索轉入跟蹤，當N1≥M1時判斷目標為箔條干擾，送出控制信號控制制導雷達繼續(xù)搜索，禁止轉入跟蹤。

4 總結

艦船目標和箔條假目標干擾的速度在同一數(shù)量級，因此常規(guī)的抗箔條假目標干擾方法在反艦導彈制導雷達中不適用，必須尋找其他的方法來克服制導雷達抗箔條假目標能力不足這一缺陷。艦船目標和箔條假目標干擾在極化特性上的差異一直沒有得到應有的重視，涉及到它的研究很少，艦船目標和箔條假目標具有不同的去極化特性。鑒于此，本文研究了一種新的抗箔條假目標干擾方法，因其簡單且易于實現(xiàn)，特別適合于在反艦導彈制導雷達上使用。

通過仿真證實了箔條假目標和艦船目標具有明顯不同的去極化特性，優(yōu)化設計了適用于反艦導彈制導雷達使用的箔條假目標干擾極化識別與抑制方案，為研究高性能的制導雷達提供了新思路。

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