基于多普勒濾波器的多重MTI箔條干擾消除技術(shù)研究

董 杰，王法棟，劉宗福

（解放軍92785部隊(duì)，秦皇島 066200）

0 引 言

復(fù)雜電磁環(huán)境下，電子對(duì)抗成為攻防雙方爭奪電子制勝權(quán)的主要手段。采用無源壓制和無源欺騙式箔條干擾技術(shù)在復(fù)雜電磁環(huán)境下可以有效阻礙對(duì)方雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)和火力打擊。在繁冗復(fù)雜的電磁干擾噪聲中，分析辨別出有效目標(biāo)的特征信號(hào)［1］，實(shí)現(xiàn)捕獲、跟蹤，進(jìn)而采取相應(yīng)打擊措施進(jìn)行摧毀，具有重要的實(shí)戰(zhàn)意義。

文獻(xiàn)［2］以目標(biāo)回波與箔條干擾在多普勒維的差異為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了參數(shù)合理的多動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTI）濾波器。文獻(xiàn)［3］對(duì)MTI濾波器抗雜波干擾性能進(jìn)行了譜分析，在其基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)了多普勒濾波器。頻域分析、時(shí)域分析在抑制箔條云干擾技術(shù)中也有仿真實(shí)現(xiàn)［4-5］。基于多普勒濾波器的多重MTI技術(shù)能有效分離環(huán)境噪聲、消除箔條干擾，得到多個(gè)目標(biāo)速度信號(hào)。

1 箔條干擾原理

在電子對(duì)抗中，常采用箔條干擾或雷達(dá)吸波材料作為無源干擾欺騙技術(shù)手段。采用導(dǎo)電涂層的剛性纖維玻璃作為箔條材料，具有較大的雷達(dá)反射截面（RCS）數(shù)值和較小的射頻反射體積。當(dāng)單個(gè)箔條偶極子長度為雷達(dá)波長的一半時(shí)，產(chǎn)生最大的RCS數(shù)值［6］。在雷達(dá)分辨率內(nèi)總的箔條RCS為：

式中：ND為總偶極子數(shù)；VR為分辨單元體積；Vcs為箔條帶散射體積；Lbeam為天線波束下形狀損耗。

由于單個(gè)雜波成分的相位和幅度為隨機(jī)值，箔條云回波也呈現(xiàn)隨機(jī)、熱噪聲性質(zhì)。采用概率密度函數(shù)表示信號(hào)箔條比，其分布類型受箔條云自身特性、雷達(dá)工作參數(shù)和雷達(dá)視角等因子影響，則信號(hào)箔條比可表示為：

式中：S為回波信號(hào)；C為箔條云雜波信號(hào)；σ為目標(biāo)RCS；σc為箔條云RCS；Rccr為箔條消除比。

2 多重MTI箔條干擾消除技術(shù)

2.1 原理分析

在中等脈沖重復(fù)頻率上，關(guān)于箔條云質(zhì)心的差分目標(biāo)速度信號(hào)的檢測(cè)和跟蹤，可通過檢測(cè)目標(biāo)速度差的多普勒橫向?yàn)V波器組合實(shí)現(xiàn)。建立靈敏度分析模型，由檢測(cè)到的差分目標(biāo)速度的理論閾值構(gòu)建包含有箔條云影響因子的雷達(dá)參數(shù)方程。其中，箔條云成分參數(shù)包括雜波截面積、雜波譜寬、偶極子數(shù)量、雜波速度標(biāo)準(zhǔn)差；雷達(dá)有關(guān)參數(shù)包括頻率、帶寬、積累實(shí)踐、脈沖重復(fù)頻率（PRF）和信雜比。

實(shí)施過程中，使用1%～5%中等帶寬、高脈沖重復(fù)頻率雷達(dá)波形測(cè)量箔條云的距離范圍、質(zhì)心和速度率；使用中等帶寬波形建立箔條云質(zhì)心跟蹤方程；采用10%以上帶寬波形實(shí)現(xiàn)箔條云質(zhì)心的帶寬跟蹤；設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)多普勒橫向?yàn)V波器，提供帶寬質(zhì)心跟蹤特定速度增量的足額增益；并行處理多個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)多普勒濾波器，檢測(cè)目標(biāo)多普勒差相對(duì)于箔條云質(zhì)心跟蹤速度的差值，積分處理，得到檢測(cè)目標(biāo)。實(shí)施該抗干擾技術(shù)，雷達(dá)跟蹤精度要高，雷達(dá)跟蹤箔條云質(zhì)心時(shí)要有較高的多普勒精度，濾波器要有必要的增益處理能力。

2.2 跟蹤精度分析

當(dāng)采用速度跟蹤測(cè)量時(shí)，單脈沖熱噪聲誤差為：

式中：τ為脈沖寬度；Rsnr為跟蹤目標(biāo)的信噪比。

采用差分通道的箔條信號(hào)比代替Rsnr，能在雜波中檢測(cè)到目標(biāo)，有：

圖1為σf相對(duì)于Cchaff／S和τ的關(guān)系圖，可分析出期望的多動(dòng)態(tài)目標(biāo)信號(hào)處理能力。

2.3 多重MTI多普勒濾波器設(shè)計(jì)

圖1 單脈沖熱噪聲誤差分析

圖2 多重MTI算法結(jié)構(gòu)圖

3 數(shù)據(jù)處理和仿真

算例中，設(shè)定某部X波段雷達(dá)追蹤多個(gè)箔條云中的導(dǎo)彈目標(biāo)。該箔條云偶極子數(shù)量為1百萬個(gè)，占據(jù)1km空間范圍，采用高斯統(tǒng)計(jì)建模，設(shè)定67%的偶極子均勻分布在333m空間范圍內(nèi)。有效空間范圍內(nèi)雷達(dá)距離分辨單元之內(nèi)包含的偶極子組合平均RCS為20.4dBsm，典型彈道導(dǎo)彈的前方位視角的RCS值為20dBsm。該條件下箔條云包圍的典型導(dǎo)彈彈道中等帶寬信號(hào)消除比約為40dB，采用8ms脈沖寬度和30dB箔條消除比，在X波段，單脈沖速度誤差為0.015m／s。

假設(shè)箔條雜波速度為高斯型分布，取值1.8m／s時(shí)，滿足奈奎斯特采樣定律要求的最小脈沖重復(fù)頻率240Hz，進(jìn)而采用256點(diǎn)的快速傅里葉變換，每個(gè)濾波器覆蓋全雜波速度的1／256；采用寬帶跟蹤波形，形成每個(gè)距離多普勒分辨單元包含15cm×0.03m／s的雜波信號(hào)。采用N脈沖相干滑動(dòng)窗口進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)雜波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自適應(yīng)調(diào)整最優(yōu)門限設(shè)計(jì)，獲得低虛警率和高檢測(cè)率。

圖3為包圍在-15dBsm的高斯白噪聲中的目標(biāo)散射體總回波信號(hào)的實(shí)部和虛部數(shù)值關(guān)系。在箔條干擾噪聲的包圍中，目標(biāo)信號(hào)和欺騙干擾信號(hào)融合混淆，很難區(qū)分，噪聲淹沒目標(biāo)信號(hào)。

圖3 箔條云中多目標(biāo)距離-多普勒?qǐng)D像

圖4顯示的是經(jīng)動(dòng)態(tài)目標(biāo)檢測(cè)后的距離-多普勒信號(hào)效果，能明顯分辨出3個(gè)散射體特征信號(hào)。此時(shí)能區(qū)分不同速度特征的反射體，實(shí)現(xiàn)測(cè)速功能。

圖4 經(jīng)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)后的圖像

圖5顯示的是執(zhí)行多重動(dòng)態(tài)目標(biāo)信號(hào)處理后整個(gè)頂部數(shù)據(jù)的顯示結(jié)果。此時(shí)已將數(shù)據(jù)虛實(shí)矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于未將門限電平進(jìn)行最優(yōu)化處理，因而允許一些數(shù)值較高的虛警信號(hào)冒出，目標(biāo)回波幅度明顯減小，多重MTI信號(hào)處理器的處理增益相對(duì)于傳統(tǒng)距離多普勒處理多出15dB。

圖5 多重MTI算法后信號(hào)圖像

4 結(jié)束語

針對(duì)電子對(duì)抗中箔條云的電子特性，分析其干擾形成原理和干擾噪聲特性，采用多重MTI技術(shù)降低箔條云對(duì)探測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的干擾影響，提高從復(fù)雜目標(biāo)回波信號(hào)中甄別真實(shí)目標(biāo)電磁特征的能力。通過算例仿真，分析驗(yàn)證了該方法的優(yōu)良性能，具備一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 胡航.現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)的仿真研究［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2004，18（S2）：909-914.

［2］ 徐光耀，鄭娜，費(fèi)惠佳.基于多重MTI算法的抗質(zhì)心式箔條干擾研究［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2012，32（1）：192-194.

［3］ 洪麗娜，汪連棟，王立平，等.MTD雷達(dá)抗干擾性能分析［J］.火力與指揮控制，2004，29（S1）：71-73.

［4］ 侯文虎，侯慧群，吳宏超，等.箔條云干擾 MTI雷達(dá)的頻域分析及仿真［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（1）：52-56.

［5］ 舒欣，沈福民.時(shí)頻分析技術(shù)在抑制箔條干擾中的應(yīng)用［J］.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，28（5）：676-680.

［6］ Mahafza Bassem R，Elsherbeni Atef Z.雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)（第2版）［M］.朱國富，黃曉濤，黎向陽譯.北京：電子工業(yè)出版社，2009.