基于相參RCS距離分布的抗箔條干擾方法

張德保，沈　鵬

(解放軍91404部隊,河北秦皇島　066001)

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基于相參RCS距離分布的抗箔條干擾方法

張德保，沈鵬

(解放軍91404部隊,河北秦皇島066001)

為了提高反艦導(dǎo)彈對抗艦載無源干擾的能力,在分析箔條和艦船相參RCS(雷達(dá)散射截面)距離分布的屬性特征及其差異的基礎(chǔ)上,研究了利用這種差異對干擾和目標(biāo)在可分辨情況下進(jìn)行識別的方法;針對干擾和目標(biāo)不可分辨情況,提出了通過RCS距離分布特性和耦合時移特性的差異來壓制干擾、提高信干比的方法。

相參;RCS;特征識別;信干比

箔條因其使用方便、價格低廉和性能可靠等特點(diǎn),在對抗反艦導(dǎo)彈中得到廣泛應(yīng)用。采用常規(guī)體制的反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的分辨率低,識別箔條和目標(biāo)能力差,容易受到箔條的干擾。新體制末制導(dǎo)雷達(dá)廣泛采用相參體制,分辨率高,目標(biāo)識別和抑制干擾能力強(qiáng),因而具有很好的抗箔條干擾優(yōu)勢[1-2]。箔條和艦船的相參RCS距離分布存在明顯差異,可用于對艦船目標(biāo)的識別和箔條干擾的抑制,以提高反艦導(dǎo)彈的抗箔條干擾能力。

1　可分辨情況下目標(biāo)與干擾的識別

對于高分辨率雷達(dá),目標(biāo)的相參RCS距離分布含有豐富的目標(biāo)細(xì)節(jié)特征信息,能揭示目標(biāo)幾何形狀和物理結(jié)構(gòu)的差異。對大量數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),在穩(wěn)定性、相關(guān)性及分散性等方面艦船目標(biāo)與箔條干擾的相參RCS距離分布有明顯差異。與箔條相比,艦船的相參RCS距離分布的穩(wěn)定性更好、相關(guān)性更強(qiáng),相關(guān)時間也更長。因此可通過從相參RCS距離分布中提取目標(biāo)的細(xì)微特征及其差異,實現(xiàn)艦船與箔條的識別[2-3]。當(dāng)艦船和箔條不同處于一個雷達(dá)分辨單元內(nèi),即雷達(dá)能將艦船和箔條分辨為兩個目標(biāo)時,就可以利用兩者的RCS距離分布屬性的差異來對其進(jìn)行有效識別。

1.1RCS距離分布的峰值點(diǎn)位置熵

箔條干擾在重力和風(fēng)力的共同作用下,其形狀、體積快速變化,導(dǎo)致RCS距離分布的幅值和形狀也迅速變化,穩(wěn)定性差,且其RCS距離分布峰值在幾個距離單元內(nèi)分布較均勻。而艦船目標(biāo)幾何形狀固定,因而在幾個脈沖重復(fù)周期內(nèi)其RCS距離分布峰值位置變化較小,穩(wěn)定性較好,可用熵來表征這種距離分布峰值位置的差異[3]。

(1)

通過對RCS峰值點(diǎn)位置熵F的統(tǒng)計,可獲得表征相參RCS距離分布的波形穩(wěn)定性特征,可通過這種波形穩(wěn)定性的差異來識別艦船目標(biāo)和箔條干擾。

1.2RCS距離分布的相關(guān)系數(shù)

箔條云團(tuán)中的偶極子在自身重力和大氣運(yùn)動的作用下,其空間取向一般處于隨機(jī)狀態(tài),這樣就造成其相參RCS距離分布的弱相關(guān)性和短相關(guān)時間。而對于艦船目標(biāo),由于其整體結(jié)構(gòu)固化,其上的各散射單元固定,因而其相參RCS距離分布具有較強(qiáng)的相關(guān)性和較長的相關(guān)時間[4-5]。

實測獲取的艦船和箔條歸一化的相參RCS距離分布如圖1所示,圖中實線和虛線分別為第1次和第10次歸一化的相參RCS距離分布,從圖可以看出,艦船RCS距離分布的相關(guān)性明顯比箔條強(qiáng),所以可以通過對相近RCS距離分布的相關(guān)系數(shù)的特點(diǎn)和差異來鑒別艦船和箔條。

圖1　艦船目標(biāo)和箔條干擾的相參RCS距離分布

通常采取下面的模型計算兩個系列的相關(guān)系數(shù):

(2)

式中,xj、xk分別為第j和k個相參RCS距離分布,分別為j和k個相參RCS距離分布的均值。相參RCS距離分布的加權(quán)平均相關(guān)系數(shù)定義為

(3)

式中,M為相參RCS距離分布的個數(shù),權(quán)值wi為

(4)

按式(2)、(3)計算出的加權(quán)平均相關(guān)系數(shù)體現(xiàn)了相鄰RCS距離分布的相關(guān)程度,這種加權(quán)平均相關(guān)系數(shù)的差異也可用于對艦船目標(biāo)和箔條干擾的識別。

1.3RCS距離分布的分散性

(5)

可以用相參RCS距離分布分散性D來描述目標(biāo)的強(qiáng)散射點(diǎn)在目標(biāo)上的分散程度。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),艦船目標(biāo)與箔條干擾的相參RCS距離分布的分散性存在明顯差異,通過分散性的這種差異可以從箔條干擾中識別出艦船目標(biāo)。

2　不能分辨情況下的信干比增強(qiáng)方法

對于雷達(dá)無法對干擾和目標(biāo)進(jìn)行分辨的情況,目標(biāo)與干擾混雜在一起,此時可以通過提高距離分辨率來提高信干比,這是因為箔條和艦船的相參RCS距離分布特性對距離分辨率的敏感度存在明顯差異。

2.1RCS對距離分辨率的敏感性

對于相參體制雷達(dá),艦船目標(biāo)和箔條干擾都是多散射體目標(biāo)。艦船目標(biāo)是由數(shù)個強(qiáng)散射中心和眾多弱散射點(diǎn)形成,當(dāng)雷達(dá)距離分辨率滿足一定要求時,其強(qiáng)散射中心在距離上會被分辨出來,此時目標(biāo)RCS距離分布的包絡(luò)代表目標(biāo)上各強(qiáng)散射中心的散射強(qiáng)度分布。但當(dāng)雷達(dá)距離分辨率進(jìn)一步提高時,目標(biāo)上的強(qiáng)散射中心則不會繼續(xù)發(fā)生分裂,此時目標(biāo)的RCS距離分布的包絡(luò)形狀和幅度則沒有大的變化。

箔條干擾中的箔條絲在空間上處于隨機(jī)均勻分布狀態(tài),當(dāng)雷達(dá)距離分辨率達(dá)到一定程度時,箔條散射絲被分裂到不同的距離單元上,雷達(dá)距離分辨單元越小,分辨單元中的箔條絲數(shù)量就越少,則分辨單元中的箔條總RCS就越小,造成整體相參RCS距離分布的幅度減小,艦船與箔條干擾RCS隨距離分辨率變化的仿真結(jié)果見圖2,從圖2可以看出,箔條干擾的RCS隨距離分辨率的提高而下降,而艦船目標(biāo)則不同,當(dāng)距離分辨率達(dá)到一定值后,其RCS基本上不隨距離分辨率變化。這樣當(dāng)距離分辨率提高時,就造成相參體制雷達(dá)某些距離分辨單元中的目標(biāo)RCS明顯大于干擾,有效地提高了信干比,壓制了干擾,使末制導(dǎo)雷達(dá)能從箔條干擾中完成對目標(biāo)的檢測和跟蹤[6-7]。

圖2　艦船和箔條干擾RCS與距離分辨率的仿真結(jié)果

2.2運(yùn)動特性引起的耦合時移

艦船目標(biāo)和箔條干擾具有完全不同的運(yùn)動特征。箔條干擾絲的運(yùn)動可分解為因其重力造成的下降運(yùn)動、受風(fēng)力影響的水平運(yùn)動和在空氣中的轉(zhuǎn)動幾部分,這幾種運(yùn)動共同作用的結(jié)果,使箔條絲的運(yùn)動具一定程度的隨機(jī)性,速度分布范圍較寬,速度譜寬度也較寬[3-5]。而艦船的運(yùn)動特性則完全不同,其各散射單元的運(yùn)動速度則相對恒定,速度譜寬度較窄。兩種目標(biāo)的頻譜特性如圖3所示,從圖可以看出箔條干擾的功率譜寬度明顯大于艦船目標(biāo)。當(dāng)發(fā)生速度距離耦合時,艦船的散射點(diǎn)會從一個細(xì)化單元移動到另一個細(xì)化單元中,造成RCS距離分布幅度基本不變,但包絡(luò)發(fā)生移動;而箔條干擾則不同,由于箔條絲運(yùn)動速度不同,造成功率譜寬度增寬,使散射能量分散到更多的細(xì)化單元中,其整體RCS距離分布的幅度下降。這種由于艦船目標(biāo)和箔條干擾運(yùn)動特性的差異,同樣造成相參體制末制導(dǎo)雷達(dá)的信干比增加,提高其在干擾中檢測和跟蹤目標(biāo)的能力。

圖3　艦船和箔條干擾功率譜特性

3　結(jié)束語

箔條干擾和艦船目標(biāo)的相參RCS距離分布的峰值點(diǎn)位置熵、相關(guān)系數(shù)和分散性均存在明顯差異,在目標(biāo)和干擾可分辨情況下可利用這些屬性特征差異對干擾和目標(biāo)進(jìn)行有效識別;箔條和艦艇相參RCS距離分布對距離分辨率的敏感性以及運(yùn)動特性引起的耦合時移也存在很大差別,對于目標(biāo)和干擾不可分辨情況下,利用這種差異可有效提高信干比,壓制干擾的影響,提高抗干擾能力。

[1]高才才, 陳煒,張俊娥，等.地面雷達(dá)抗箔條干擾技術(shù)研究[J].信號處理,2010(7): 23-26.

[2]Murphey L M.Linear Feature Detection and Enhancement in Noisy Image Via Radon Transform[J].Pattern Recognition Letters，1986,4(4): 279-284.

[3]黃培康,林桂森,樊正芳,等.雷達(dá)目標(biāo)特征信號[M].北京:宇航出版社,1993.

[4]〔美〕斯科爾尼克MI.雷達(dá)手冊(合訂本) [M].北京:國防工業(yè)出版社,1978.

[5]黃培康,殷紅成,許小劍.雷達(dá)目標(biāo)特性[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[6]朱保鋒,郭改文.反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾建模仿真研究[J].計算機(jī)仿真,2014,31(3):41-45.

[7]孫迎豐,曾維貴,田燕妮,等.抗箔條質(zhì)心干擾新方法研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報, 2014,34(6):169-172.

Anti-chaff-jamming Method Based on Coherence RCS Distance Distribution

ZHANG De-bao， SHEN Peng

(the Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China)

For advancing the capability to confronting the ship borne passive jamming of anti-ship missile,on the base of analysis to the characterizations of coherence RCS distance distribution and its differences of chaff and naval ship, the method that used the differences for identification under distinguishable condition are discussed; In view of the indiscernibility chaff and objective, the method uses the difference of coherence RCS characterizations and coupling for suppressive jamming, Enhancing signal-to-jamming.

coherence; RCS; feature recognition; signal-to-interference ratio

1673-3819(2016)04-0123-03

2016-03-29

2016-04-26

張德保(1961-),男,安徽宿松人,高級工程師,研究方向為電子對抗。

沈鵬(1983-)，男，碩士，工程師。

TN974；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.025