陣列多波束雷達(dá)通道失配對旁瓣對消性能的影響

侯少嶺，藺東霞，王永海，顧榮軍(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽471003)

假設(shè)用ρ01代表主通道與輔助通道1的互相關(guān)系數(shù)，ρ02代表主通道與輔助通道2的互相關(guān)系數(shù)，ρ12代表輔助通道1與輔助通道2的互相關(guān)系數(shù)，與式(4)同理可得兩個輔助通道時，采用旁瓣對消的最佳對消比為:

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陣列多波束雷達(dá)通道失配對旁瓣對消性能的影響

侯少嶺，藺東霞，王永海，顧榮軍
(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽471003)

摘要:分析了多波束雷達(dá)通道失配對旁瓣對消的影響，并結(jié)合某雷達(dá)的試驗現(xiàn)象，運(yùn)用仿真方法分析了該雷達(dá)在假目標(biāo)干擾條件下通道失配對旁瓣對消性能的影響，為該體制雷達(dá)的對消效果評估提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:陣列多波束;通道失配;旁瓣對消

0　引言

某雷達(dá)采用多波束形成技術(shù)，對多路接收通道進(jìn)行波束合成。在合成之前，首先需要對各個通道數(shù)據(jù)的幅度和相位進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證接收通道的一致性。由于該雷達(dá)在進(jìn)行接收通道幅相校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)系數(shù)不能實時修正，輔助通道與主通道間存在幅相不一致的問題，導(dǎo)致雷達(dá)進(jìn)行旁瓣對消時，主、輔通道信號相關(guān)性下降，影響旁瓣對消效果［1-2］。本文結(jié)合該雷達(dá)某次試驗，針對采用旁瓣對消后假目標(biāo)幅度變大的現(xiàn)象，分析研究了在假目標(biāo)干擾條件下通道失配對旁瓣對消性能的影響，并給出了仿真結(jié)果，為該型雷達(dá)對消效果評估提供了依據(jù)。

1　試驗現(xiàn)象說明

在某項檢驗該型雷達(dá)旁瓣對消效果的試驗中，雷達(dá)工作于三坐標(biāo)搜索體制，采用數(shù)字波束形成、脈沖壓縮、CFAR、雜波圖等信號處理方式，并進(jìn)行兩個輔助通道的旁瓣對消處理。干擾裝備分別采用噪聲干擾和假目標(biāo)干擾兩種干擾方式對雷達(dá)實施干擾，該型裝備在不同干擾方式時采用旁瓣對消前后的效果如圖1和圖2所示。

圖1　假目標(biāo)干擾條件下雷達(dá)采用旁瓣對消前后效果圖

圖2　噪聲干擾條件下雷達(dá)采用旁瓣對消前后效果圖

由試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)進(jìn)行假目標(biāo)干擾時，雷達(dá)采取旁瓣對消抗干擾措施后，干擾未被抑制，相反地還增強(qiáng)了干擾強(qiáng)度;而進(jìn)行噪聲干擾時，旁瓣對消效果明顯，噪聲干擾被有效抑制。

眾所周知，旁瓣對消主要用來抑制由雷達(dá)副瓣進(jìn)入的具有高占空比和類似于噪聲的干擾，而對低占空比的脈沖干擾信號的抑制能力很差或者根本不起作用。但是在該試驗現(xiàn)象中，旁瓣對消對于假目標(biāo)干擾未起到抑制作用，相反地干擾幅度還得到了加強(qiáng)。本文對該試驗現(xiàn)象進(jìn)行分析。

2　試驗現(xiàn)象理論分析

旁瓣對消主要利用主天線接收信號與輔助天線接收信號的相關(guān)性及輔助天線間信號的相關(guān)性來進(jìn)行權(quán)值計算，各輔助通道接收的干擾信號經(jīng)過加權(quán)，使其與主通道中的干擾等幅反相，才能有效對消干擾。主天線接收信號與輔助天線接收信號或輔助天線間信號的相關(guān)性中的任一相關(guān)性受到破壞，都將導(dǎo)致相關(guān)矩陣的計算不準(zhǔn)確，并最終導(dǎo)致權(quán)值計算的不準(zhǔn)確，甚至得到錯誤的權(quán)值。此時，旁瓣對消的效果就無法達(dá)到預(yù)期的效果。因此，接收通道中信號的相關(guān)性對旁瓣對消的效果就會產(chǎn)生影響，而通道失配就是引起通道間信號相關(guān)性變差的一個主要因素。

所謂通道失配，就是指接收機(jī)通道與輔助通道的幅度和相位不一致。雷達(dá)的接收通道包括高放、混頻、檢波、A/D等組件，不可避免地在特征上存在差異，致使主輔通道的各種不一致性直接影響了接收通道的幅、相不一致。

設(shè)主通道和輔助通道的信號分別為n(t)和n1(t)，權(quán)系數(shù)取最佳值wopt，則對消后輸入的信號功率為:

為了獲得最佳的對消效果，通常采用最小均方誤差準(zhǔn)則算法［4］對權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化，則最優(yōu)權(quán)值可轉(zhuǎn)化為:

在自適應(yīng)旁瓣對消系統(tǒng)中，一般采用干擾對消比衡量旁瓣對消性能，其定義為雷達(dá)未采用旁瓣對消時系統(tǒng)輸出噪聲功率與采用旁瓣對消時系統(tǒng)輸出噪聲功率的比值，即:

式中，CG為對消比，n為接收到的干擾信號，nr為對消后干擾輸出。

將式(1)、(2)代入式(3)可得出最佳對消比為:

式中，ρ為主輔天線接收干擾信號的互相關(guān)系數(shù)。

考慮該雷達(dá)裝備有兩個輔助天線，若輔助天線一和輔助天線二接收到的信號分別為n1(t)、n2(t)，則對消后輸出的信號功率為:

與式(2)同理，可得其最優(yōu)權(quán)值為:

假設(shè)用ρ01代表主通道與輔助通道1的互相關(guān)系數(shù)，ρ02代表主通道與輔助通道2的互相關(guān)系數(shù)，ρ12代表輔助通道1與輔助通道2的互相關(guān)系數(shù)，與式(4)同理可得兩個輔助通道時，采用旁瓣對消的最佳對消比為:

通過上述分析給出了采用兩個輔助通道進(jìn)行旁瓣對消時的對消比，由對消比的表達(dá)式也可以看出，進(jìn)入主輔通道干擾信號的相關(guān)性對旁瓣對消的性能有直接影響，當(dāng)通道失配時，進(jìn)入主輔通道的干擾信號失去相關(guān)性，將導(dǎo)致對消比下降［3］。下文就對幾種情況下，通道失配引起的旁瓣對消效果的變化進(jìn)行仿真分析。

3　仿真分析

設(shè)置仿真條件如下:采樣頻率為10MHz、信號脈寬為100μs、脈沖重復(fù)周期為2ms、信號帶寬為5MHz，采用兩個輔助天線的對消系統(tǒng)，權(quán)值計算時通道采樣點(diǎn)個數(shù)為10個。

以主通道為標(biāo)準(zhǔn)通道，假設(shè)輔一通道與主通道的相位一致性較差，輔二通道與主通道的幅度一致性較差，分析采取不同干擾樣式時，通道失配對旁瓣對消效果的影響效果。

情況1:不同密集程度的假目標(biāo)干擾下，通道失配對旁瓣對消效果的影響。

為了便于說明，給出三種不同密集程度假目標(biāo)干擾時的仿真結(jié)果，包括旁瓣對消前后的效果圖，以及輔助通道的相關(guān)性函數(shù)曲線，如圖3～5所示。

圖3　假目標(biāo)間隔100μs時，通道失配對旁瓣對消效果影響

圖4　假目標(biāo)間隔30μs時，通道失配對旁瓣對消效果影響

圖5　假目標(biāo)間隔10μs時對消前后的時域波形

圖3～5中，(a)均表示旁瓣對消前后目標(biāo)回波的幅度; (b)中實線為輔助通道自相關(guān)函數(shù)曲線，虛線為輔助通道間互相關(guān)曲線，兩個信號的互相關(guān)函數(shù)與其中一個信號的自相關(guān)函數(shù)吻合得越好，說明兩個信號的相關(guān)性越好，反之說明相關(guān)性越差。因此，當(dāng)干擾信號為假目標(biāo)干擾時，若雷達(dá)通道一致性不好，則其通道間的信號相關(guān)性均較差，此時，干擾信號不但未能被對消，反而增強(qiáng)，本文仿真中對消后的信號幅度相比于對消前就提高了10dB左右。因此，通道失配對假目標(biāo)干擾時的旁瓣對消效果影響較大。

需要說明的是，干擾信號相對于系統(tǒng)噪聲幅度的強(qiáng)弱直接決定著自適應(yīng)權(quán)值估計的準(zhǔn)確性，當(dāng)干擾信號較弱時，接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲將破壞主天線與輔助天線及輔助天線之間信號的相關(guān)性，此時如果采用旁瓣對消，將難以取得好的對消效果。本文給出的是假目標(biāo)干擾幅度與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲幅度基本相當(dāng)時的仿真分析結(jié)果，假目標(biāo)干擾信號強(qiáng)度比系統(tǒng)內(nèi)部噪聲強(qiáng)時的仿真分析，與之基本一致，本文不再贅述。

情況2:調(diào)頻噪聲干擾下，通道失配對旁瓣對消效果的影響。

從圖6可以看出，當(dāng)干擾為調(diào)頻噪聲干擾時，雖然通道一致性不好，但通道間的信號相關(guān)性仍然較好，此時旁瓣對消對噪聲干擾有較好的對消效果。因此，通道失配對于噪聲干擾時的旁瓣對消效果影響并不大。

4　結(jié)束語

本文根據(jù)旁瓣對消的工作原理，運(yùn)用仿真的方法分析陣列多波束雷達(dá)通道失配對旁瓣對消性能的影響。通過仿真結(jié)果可知，在陣列多波束雷達(dá)進(jìn)行旁瓣對消的過程中，由于主、輔通道間存在通道失配，假目標(biāo)干擾方式下，進(jìn)入通道間的信號相關(guān)性較差，干擾信號不但不能實現(xiàn)對消，而且信號幅度反而增大;而在噪聲干擾方式下，雖然通道一致性不好，但通道間信號相關(guān)性較好，旁瓣對消有較好的對消效果。

參考文獻(xiàn):

［1］張葵．雷達(dá)干擾效能仿真評估系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．西安:西安電子科技大學(xué)，2006．

［2］彭小亮，李榮鋒，等．兩種修正的自適應(yīng)通道均衡方法［J］．電子與信息學(xué)報，2006，28(4) : 658－662．

［3］艾麗．旁瓣對消數(shù)字處理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．西安:西安電子科技大學(xué)，2008．

［4］馬曉巖．雷達(dá)信號處理［M］．長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1999．

The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radar

Hou Shaoling，Lin Dongxia，Wang Yonghai，Gu Rongjun
(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang 471003，Henan，China)

Abstract:The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radars is analyzed．And based on test results of some radar，the effect of channel mismatch on sidelobe cancellation，when the radar is influenced by false target jamming，is analyzed by simulation，which provides basis for the cancelling effect evaluation of such radars．

Key words:multi-beam array; channel mismatch; sidelobe cancellation

作者簡介:侯少嶺(1980－)，男，工程師，碩士，主要研究方向為雷達(dá)對抗試驗技術(shù)及計算機(jī)仿真等。

收稿日期:2015－09－25; 2016－01－04修回。

中圖分類號:TN973; TN974

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A