外輻射源探測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

吳 昊， 寧 勇， 薄 超

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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外輻射源探測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

吳 昊， 寧 勇， 薄 超

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

針對空中高價值目標的探測問題，給出了信號模型,并對外輻射源探測的關(guān)鍵技術(shù)進行了歸納。該研究可應(yīng)用于無線電靜默狀態(tài)下的非協(xié)同探測定位系統(tǒng)，通過與電子偵察系統(tǒng)多傳感器融合可進一步完善防空體系。

探測； 電子靜默； 態(tài)勢判斷

0 引言

外輻射源探測系統(tǒng)本身不發(fā)射電磁波信號，而是依靠環(huán)境中已有的外部輻射源實現(xiàn)對目標的探測、識別、測量、定位與跟蹤。依靠其被動探測的特點，外輻射源探測系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力和很強的系統(tǒng)生存能力。此外，依靠其雙基地幾何配置以及輻射源信號的特性，外輻射源探測系統(tǒng)還具有較好的探測低空目標和隱身目標的能力。因此外輻射源探測系統(tǒng)是一種極具應(yīng)用潛力的新體制探測系統(tǒng)，目前已受到廣泛關(guān)注。

1 信號模型

外輻射源探測系統(tǒng)是收發(fā)分置的，幾何配置如圖1所示。該系統(tǒng)由參考通道和主通道構(gòu)成。參考通道用于接收參考信號(直達波)，主通道用于接收目標回波信號，同時主通道還會不可避免地夾雜直達波與多徑信號。

圖1 外輻射源探測系統(tǒng)的幾何配置圖

直達波和多徑信號無相對運動，因此多普勒為零，目標由于處于運動狀態(tài)而附加多普勒信息。同時由于參考天線波束對準外輻射源，從旁瓣進入的多徑和目標回波相對很弱，可忽略?；谝陨戏治?，主通道和參考信號的數(shù)學(xué)模型為：

(1)

sref(t)=GArefd(t-τDref)+nref(t)

(2)

式中，d(t)為外輻射源信號，主通道中各個信號分量為：

1) 主通道直達波：GAd(t-τD)，GA和τD分別為主通道直達波信號強度和時延。

2) 參考通道直達波：GArefd(t-τDref)，GAref和τDref分別為參考通道直達波信號強度和時延。

5) 噪聲：nR(t)和nref(t)為主通道和參考通道噪聲信號。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 觀測站布站與輻射源布站位置

外輻射源探測系統(tǒng)性能與觀測站布站和輻射源位置有關(guān)。觀測站應(yīng)盡量設(shè)在電磁環(huán)境純凈區(qū)域, 周圍無外輻射源同頻段輻射源, 在觀測方向上無遮蔽, 周圍無強反射體。盡量不要布置在城市內(nèi), 因為城市存在大量的多徑反射體與強干擾。

輻射源不應(yīng)在主要觀測方向, 即盡量選擇在天線的背面和側(cè)面的輻射源, 觀測站與輻射源的距離最好在50～100km 之間。

2.2 雷達波對消技術(shù)

參考通道和主通道中的干擾信號對目標相干積累檢測的影響包含以下兩點：一是時頻域平面出現(xiàn)虛假峰值，引起虛警；二是降低了目標輸出信噪比。

在主通道直達波及雜波干擾抑制方面，通?；谥边_波及雜波干擾與運動目標回波在空域和時頻域所具有的如下兩方面的不同特性：目標散射回波信號和直達波及雜波干擾的到達角不同；運動目標散射回波信號相對于參考信號具有多普勒頻移，而直達波及雜波干擾信號僅是由參考信號不同幅度的衰減和時間延遲所形成。因此，相應(yīng)的直達波及雜波干擾抑制方法主要包括空域抑制和時頻域抑制等兩大類。

1) 空域抑制方法

地物遮擋：利用接收機和照射源間存在的大型遮擋物(高山等)阻斷照射源與接收站間的電波傳播路徑。該方法實現(xiàn)簡單，適于試驗使用；但對接收站地域配置要求較高，不利于接收站的機動部署；同時，如果地物完全隔斷了直達波信號，還需要通過轉(zhuǎn)發(fā)獲取參考信號。

接收天線設(shè)計：利用高增益超低副瓣定向天線或采取自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)，形成天線零點指向輻射源。通過接收天線設(shè)計對直達波及雜波干擾進行抑制，可降低對接收機動態(tài)范圍的要求。

2) 時/頻域抑制方法

窄帶濾波：利用目標回波信號與雜波干擾信號在頻域上的不同分布，通過設(shè)置窄帶濾波器濾除干擾。該方法一般僅適用于回波信號與雜波干擾信號頻域可分的情形。

數(shù)字對消：利用參考信號與直達波及雜波干擾信號間的時域相關(guān)性，對經(jīng)A/D變換后的數(shù)字信號采取自適應(yīng)時頻域信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對回波通道雜波的抑制，如圖2所示。該方法實現(xiàn)靈活，對環(huán)境的適應(yīng)能力強，應(yīng)用廣泛。

圖2 主通道信號頻譜

2.3 帶內(nèi)干擾抑制

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展, 可利用的外輻射源種類、數(shù)量和密度增長很快。這樣對外輻射源探測系統(tǒng)造成了較大干擾, 大大影響了雷達的性能。抑制帶內(nèi)干擾的主要措施有:

1)選擇適當?shù)男盘枎捄蛿?shù)字濾波器, 抑制相近頻率輻射源的干擾;

2)采用盲信號分離技術(shù)對干擾信號進行抑制。

2.4 微弱信號的檢測

如何將回波信號提取出來是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。主要采用較長時間的相干積累技術(shù), 在頻域進行檢測。具體步驟如下：

1) 將參考通道信號逐級時延，并與主通道信號相乘。

2) 對相乘后輸出的信號進行求和處理，以獲得更好的積累。

3) 對累加后的數(shù)據(jù)進行FFT，這樣各個通道的輸出實際是不同距離通道的多普勒分布。

圖3給出了相干積累的流程，其中M為最大距離門。圖4給出了仿真示意圖。

圖3 相干積累流程

3 結(jié)束語

實際應(yīng)用中，隨著電子戰(zhàn)裝備技術(shù)的發(fā)展，對靜默目標檢測精確定位技術(shù)的需求也日趨強烈。本技術(shù)研究的應(yīng)用可以顯著提升復(fù)合電子偵察系統(tǒng)適應(yīng)不同類型目標的能力，為多傳感器融合技術(shù)提供觀測節(jié)點，為新型電子偵察系統(tǒng)發(fā)展提供支撐。研究成果不僅可用于地面組網(wǎng)對空探測，還可用于星載無源偵察定位系統(tǒng)，以提高適應(yīng)空間復(fù)雜電磁環(huán)境的能力和連續(xù)目標監(jiān)視能力?！?/p>

圖4 微弱目標檢測

[1] 蘇衛(wèi)民,顧紅,張先義.基于外輻射源的雷達目標探測與跟蹤技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達, 2005,27(4):19-22.

[2] 薄超，吳昊，李文魁.基于遠程預(yù)警雷達的臨近空間無源相干定位系統(tǒng)[J].航天電子對抗，2016,32(6)：14-16.

[3] 張南,陶然,單濤,等.外輻射源雷達長時間積累目標探測性能分析[J].電子學(xué)報，2008,36(6)：1103-1107.

[4] 楊廣平.外輻射源雷達關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達，2008，30(8)：5-9

Research on key technologies of passive coherent location system

Wu Hao, Ning Yong, Bo Chao

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Aiming at the problem of aerial high value target detection, the signal model of passive coherent location system is given whose key technologies are summarized. The research can be applied to non-cooperative detection and location system in radio silence and make the air-defense system more perfect through fusing with multi-sensors of electronic reconnaissance system.

detection; electromagnetic silence; situation judgment

2016-06-20;2017-07-25修回。

吳昊(1985-)，男，博士，主要研究方向為航天電子偵察技術(shù)。

TJ76;TN972

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