DACR和MIMO雷達(dá)抗自衛(wèi)壓制干擾得益分析

楊英科，張宏偉，高紅衛(wèi)

（1.中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心，洛陽471003；2.電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610036；3.北京無線電測(cè)量研究所，北京100854）

0 引 言

組網(wǎng)是現(xiàn)代雷達(dá)防御系統(tǒng)在空間、頻率等區(qū)域采用分集思想進(jìn)行信息感知、共享與挖掘，進(jìn)而對(duì)抗日益激烈的電子偵察干擾、低空隱身突防和反輻射摧毀的重要舉措，也是深入挖掘雷達(dá)作戰(zhàn)潛能，提升多站雷達(dá)協(xié)同作戰(zhàn)效能的重要保障。關(guān)于雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的文獻(xiàn)很多，其中文獻(xiàn)［1］、［2］系統(tǒng)闡述了雷達(dá)組網(wǎng)的拓布結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)融合、節(jié)點(diǎn)配置、節(jié)點(diǎn)間通信、對(duì)抗性能評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)；文獻(xiàn)［2］提出了數(shù)據(jù)級(jí)組網(wǎng)和信號(hào)級(jí)組網(wǎng)的概念；文獻(xiàn)［3］提出了雷達(dá)網(wǎng)綜合發(fā)現(xiàn)概率的概念，建立了雷達(dá)網(wǎng)綜合發(fā)現(xiàn)概率數(shù)學(xué)模型，據(jù)此可對(duì)雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)隱身目標(biāo)的能力予以評(píng)估，為雷達(dá)網(wǎng)反隱身的實(shí)際應(yīng)用和評(píng)估提供參考；文獻(xiàn)［4］基于雷達(dá)方程，推導(dǎo)了任意虛警概率下的目標(biāo)距離、雷達(dá)散射截面積、檢測(cè)概率與脈沖積累數(shù)之間的關(guān)系，建立了一種高精度的雷達(dá)檢測(cè)概率計(jì)算模型，根據(jù)該檢測(cè)概率模型提出了評(píng)估雷達(dá)網(wǎng)綜合檢測(cè)性能的方法，既可用于對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的優(yōu)化部署，也可用于進(jìn)攻方的突防路徑規(guī)劃等等。

關(guān)于雷達(dá)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究多是聚焦于多雷達(dá)站數(shù)據(jù)級(jí)融合處理技術(shù)的研究，而計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展也為信號(hào)級(jí)的融合處理提供了可能，其典型的應(yīng)用實(shí)例便是多輸入多輸出（MIMO）雷達(dá)和分布式相參雷達(dá)（DACR）。作為雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的重要突破和發(fā)展方向，這些新體制的雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)以優(yōu)越的電子對(duì)抗性能、檢測(cè)性能引起了國內(nèi)外專家的高度關(guān)注［5－9］。在國內(nèi)，很多科研院所都在積極開展MIMO雷達(dá)的研究和開發(fā)工作［10］，近年來，部分科研院所也逐步開展了關(guān)于分布式相參雷達(dá)的研究和開發(fā)工作［11］。

1 基本想定

1.1 典型壓制干擾樣式

圖1 MIMO雷達(dá)概念示意圖

對(duì)雷達(dá)實(shí)施壓制干擾的戰(zhàn)術(shù)配置主要包括自衛(wèi)式干擾和支援式干擾（包括隨隊(duì)、遠(yuǎn)距離和近距離支援等），比較經(jīng)典的壓制干擾包括調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相噪聲壓制干擾及其組合干擾等，還可根據(jù)干擾信號(hào)的帶寬分為寬帶噪聲壓制干擾、瞄準(zhǔn)噪聲壓制干擾、掃頻噪聲壓制干擾和梳狀譜噪聲壓制干擾等。受航空突防平臺(tái)空間、載重供電等方面的限制，同時(shí)隨著硬件技術(shù)與計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來，國內(nèi)的電子戰(zhàn)專家又開發(fā)出了很多新的干擾樣式，包括多假目標(biāo)干擾、靈巧式干擾等，這里主要針對(duì)MIMO雷達(dá)和DACR對(duì)抗自衛(wèi)式噪聲壓制干擾（不同雷達(dá)的噪聲壓制干擾分析方程相似）和多假目標(biāo)干擾的性能進(jìn)行分析和研究。

1.2 MIMO雷達(dá)和DACR

MIMO雷達(dá)與DACR既可納入陣列雷達(dá)的范疇，繼承和采用現(xiàn)有的很多先進(jìn)的陣列雷達(dá)理論和技術(shù)進(jìn)行研究，也可劃入組網(wǎng)雷達(dá)的范疇，對(duì)其對(duì)抗各種偵察干擾、低空隱身突防和抗反輻射攻擊的性能進(jìn)行分析。在工作原理上，MIMO雷達(dá)的每個(gè)雷達(dá)單元采用相互正交的發(fā)射波形，且每個(gè)雷達(dá)單元在接收本雷達(dá)回波的同時(shí)，還接收其它單元雷達(dá)的回波，通過對(duì)所有發(fā)射波形分別同時(shí)進(jìn)行匹配濾波接收處理，得到每個(gè)回波對(duì)應(yīng)的相位與延時(shí)，進(jìn)行接收相參合成；而DACR在接收相參模式的基礎(chǔ)上，使每個(gè)雷達(dá)單元發(fā)射相同波形，并控制和調(diào)整多個(gè)單元雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的時(shí)刻與相位，實(shí)現(xiàn)發(fā)射相參，其概念如圖1、圖2所示［13］。

2 單站雷達(dá)抗干擾性能分析與評(píng)價(jià)

對(duì)單站雷達(dá)的抗干擾性能進(jìn)行試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，目前主要是通過比對(duì)雷達(dá)在采取某措施前后其檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比來實(shí)現(xiàn)。為了分析DACR和MIMO雷達(dá)對(duì)抗自衛(wèi)式壓制干擾的性能，可在相同的對(duì)抗態(tài)勢(shì)下，通過比對(duì)與單站雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比進(jìn)行分析。

（1）噪聲干擾下單站雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比

圖2 DACR概念示意圖

在自衛(wèi)干擾態(tài)勢(shì)下，單站雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比可表示為：

式中：Pt為雷達(dá)的脈沖功率；Gt為雷達(dá)的發(fā)射天線增益；Gr為雷達(dá)的接收天線增益；σ為突防目標(biāo)的雷達(dá)截面（RCS）；λ為雷達(dá)工作波長；R0為雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離；PJGJ為干擾有效輻射功率；GrJ為干擾方向的雷達(dá)接收天線電平（在自衛(wèi)式突防干擾中存在Gr＝GrJ）；RJ為干擾機(jī)與雷達(dá)之間的距離（在自衛(wèi)式突防干擾中存在RJ＝R0）；Br為雷達(dá)的信號(hào)帶寬；BJ為干擾信號(hào)帶寬；D0為脈壓、快速傅里葉變換（FFT）等處理措施的信干比改善得益。

（2）多假目標(biāo)干擾下單站雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比

在自衛(wèi)干擾態(tài)勢(shì)下，雷達(dá)接收機(jī)輸入端和檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比可表示為（由于多假目標(biāo)可以獲得雷達(dá)系統(tǒng)的各種相參性得益，因此，雷達(dá)接收機(jī)前端的信號(hào)干擾功率比基本上可以代表雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比）：

式中：NJ為一個(gè)脈沖寬度內(nèi)的重疊脈沖數(shù)量（采用恒虛警措施的雷達(dá)對(duì)抗多假目標(biāo)性能模型需要另外分析）。

3 DACR抗干擾性能分析

3.1 DACR抗噪聲壓制干擾處理得益分析

設(shè)DACR由N部雷達(dá)組成，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，由于實(shí)現(xiàn)了空間發(fā)射功率相參合成，因此，在同等對(duì)抗態(tài)勢(shì)下，DACR單個(gè)節(jié)點(diǎn)雷達(dá)接收機(jī)前端的信號(hào)噪聲功率比可表示為：

另外，由于在相參合成處理中，對(duì)N個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的回波信號(hào)進(jìn)行了相參合成處理，因此，DACR可獲得N倍的信干比改善，在DACR檢測(cè)端的信號(hào)噪聲功率比可表示為：

根據(jù)式（1）、（4）可得，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，DACR在對(duì)抗噪聲壓制干擾中，可獲得N3的處理得益。

3.2 DACR抗多假目標(biāo)干擾性能分析

DACR的特點(diǎn)是分別在發(fā)射和接收階段進(jìn)行1次N維的相參合成（區(qū)別僅僅在于發(fā)射中只存在信號(hào)功率相參合成的問題，沒有干擾的合成問題）?；谶@個(gè)特點(diǎn)，在分析DACR對(duì)抗多假目標(biāo)的性能時(shí)，可以通過分別分析信號(hào)功率和干擾功率進(jìn)行。

綜合發(fā)射和接收過程中的2次信號(hào)功率相參合成，雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)回波功率可表示為：

由于干擾功率只參加了雷達(dá)接收的相參合成處理，因此，雷達(dá)檢測(cè)端的干擾信號(hào)功率可表示為：

綜合式（5）、（6）可得DACR檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率比為：

比較式（2）、（7）可得，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，DACR在對(duì)抗多假目標(biāo)干擾中，可以獲得N2倍的信干比改善得益。

4 MIMO雷達(dá)抗干擾性能得益分析

4.1 MIMO雷達(dá)抗噪聲壓制干擾性能分析

設(shè)MIMO雷達(dá)由N部雷達(dá)組成，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，在同等對(duì)抗態(tài)勢(shì)下，MIMO雷達(dá)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)雷達(dá)接收機(jī)前端的信號(hào)噪聲功率比與單站的相同，可表示為：

由于MIMO雷達(dá)的特點(diǎn)是在接收中進(jìn)行2次N維相參合成，因此，MIMO雷達(dá)可獲得2次N倍的信干比改善得益，其檢測(cè)端的信號(hào)噪聲功率比可表示為：

根據(jù)式（1）、（9）可得，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，MIMO雷達(dá)在對(duì)抗噪聲壓制干擾中，可獲得N2的處理得益。

4.2 MIMO雷達(dá)抗多假目標(biāo)干擾性能分析

MIMO雷達(dá)的特點(diǎn)是在接收階段進(jìn)行2次N維的相參合成，基于這個(gè)特點(diǎn)，在分析MIMO對(duì)抗多假目標(biāo)的性能時(shí)，可以通過分別分析信號(hào)功率和干擾功率進(jìn)行。

雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)回波功率為：

雷達(dá)檢測(cè)端的干擾信號(hào)功率為：

根據(jù)式（10）、（11），MIMO 雷達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)干擾功率可表示為：

比較式（2）、（12）可得，相對(duì)于單站雷達(dá)而言，MIMO雷達(dá)在對(duì)抗多假目標(biāo)干擾中可以獲得N倍的信干比改善得益。

5 結(jié)束語

MIMO雷達(dá)與DACR雷達(dá)作為新體制的陣列雷達(dá)或組網(wǎng)雷達(dá)，在提升雷達(dá)檢測(cè)性能、機(jī)動(dòng)性能、抗偵察干擾性能、抗低空隱身突防和抗反輻射攻擊方面表現(xiàn)出較為突出的優(yōu)勢(shì)。上文主要對(duì)2種體制的雷達(dá)系統(tǒng)在自衛(wèi)式壓制干擾環(huán)境下的處理得益進(jìn)行了分析和研究，可為鑒定與評(píng)價(jià)相關(guān)的雷達(dá)系統(tǒng)或電子戰(zhàn)系統(tǒng)性能提供支撐；同時(shí)，這2種體制的雷達(dá)中，還存在如何科學(xué)優(yōu)化MIMO雷達(dá)的發(fā)射波形和發(fā)射方向圖、如何提升MIMO雷達(dá)的測(cè)量精度、如何解決DACR雷達(dá)的柵瓣、如何解決高速高機(jī)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤與測(cè)量等問題展開深入研究。

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