基于輔助天線的變極化干擾對消算法研究*

楊 忠,白渭雄,付孝龍,江孟惠

(1 空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051; 2 94746部隊(duì),南昌 330000)

基于輔助天線的變極化干擾對消算法研究*

楊 忠1,白渭雄1,付孝龍1,江孟惠2

(1 空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051; 2 94746部隊(duì),南昌 330000)

針對雷達(dá)無法對抗變極化干擾的問題,提出了構(gòu)建全極化輔助天線提取干擾極化狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)極化對消的方法。分析了快變極化干擾的接收問題,并建立模型,理論推導(dǎo)了對慢變極化干擾的對消算法。仿真結(jié)果表明,該算法對慢變極化干擾可取得較好的效果。隨著極化變化速度的加快,其干擾效果類似噪聲壓制干擾,故無法準(zhǔn)確提取干擾的極化狀態(tài),難以實(shí)現(xiàn)對消。

快變極化;慢變極化;極化對消;抗干擾

0 引言

極化作為電磁波在空域、時域和頻域之外的第四維特征,其應(yīng)用也在日趨廣泛。在天線不具備變極化能力之前,為了保證干擾機(jī)對不同極化雷達(dá)的適用性,干擾機(jī)一般選用圓極化或45°線極化。隨著雷達(dá)變極化能力和極化濾波技術(shù)的發(fā)展,對固定極化干擾的對抗效果已經(jīng)有了顯著提升[1]。而變極化干擾以其對天線探測性能的特殊影響[2-3]得以快速發(fā)展。由于干擾極化信息的變化,使常規(guī)的極化濾波算法[4-5]因不能及時更新干擾極化權(quán)值,從而無法工作[6]。變極化干擾和噪聲壓制干擾相結(jié)合[7],使得普通雷達(dá)無法對抗,壓縮目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離;和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾相結(jié)合[6],會使雷達(dá)產(chǎn)生類似噪聲的假目標(biāo),降低目標(biāo)檢測概率。

1 變極化干擾原理分析

由極化理論可知,任何一種極化都可以分解為兩個相互正交的線極化波之和,如最一般情況下的橢圓極化波,其電場分量方程如下:

(1)

可見,橢圓極化波可分解為兩個線極化波,其電場矢量方程如下:

(2)

變極化干擾,就是指干擾機(jī)將干擾信號通過功率分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分路調(diào)幅,再分別進(jìn)入移相網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)相,而后通過兩個極化正交的單極化天線將信號輻射出去,在空中進(jìn)行極化合成。

圖1 變極化干擾機(jī)原理組成框圖

2 變極化干擾樣式

2.1 快變極化干擾

(3)

(4)

Jun=J‖+J⊥

(5)

式中:

由此可知,快變極化干擾的干擾效果類似于噪聲壓制干擾,且存在一半的功率損失。此時無法實(shí)現(xiàn)干擾極化對消。

2.2 慢變極化干擾

慢變極化干擾是指干擾的極化變換周期相對于雷達(dá)探測周期緩慢變化,一般認(rèn)為干擾極化在單個PRI持續(xù)時間內(nèi)不起伏[9-10]。由于雷達(dá)發(fā)射信號的脈沖重復(fù)周期一般遠(yuǎn)大于脈沖寬度,因而根據(jù)雷達(dá)探測周期,可選用大于回波最大延時時間到下一探測脈沖發(fā)射時刻,記為T1。因此,在T1時間內(nèi),將只有干擾信號的存在[11]?；诖?可構(gòu)建全極化輔助天線[12],取出干擾信號的水平極化分量EH和垂直極化分量EV,在T1時計(jì)算干擾的極化比ρJ,而后可在雷達(dá)工作期T2內(nèi)實(shí)現(xiàn)極化對消。雷達(dá)工作時序如圖2所示。

圖2 雷達(dá)干擾對消時序圖

其中T為脈沖重復(fù)周期,T1為權(quán)值計(jì)算時間,T2為對消時間。

3 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

es(t)=Ks·S·hr·s(t)

(6)

eJ(t)=KJ·hJ·J(t)

(7)

所以在T1時間內(nèi),主天線接收信號為:

(8)

輔助天線接收信號為:

在T2時間內(nèi),主天線接收信號為:

(11)

輔助天線接收信號為:

在T1時間內(nèi)計(jì)算干擾的極化度:

(14)

在T2時間內(nèi)進(jìn)行干擾的極化對消運(yùn)算:

(15)

由式(15)可知,對消后輸出信號中消除了干擾信號,目標(biāo)回波能量不受影響,但引入了噪聲。在強(qiáng)干信比的情況下,此方法是有效的。

4 仿真分析

圖3 慢變極化狀態(tài)下干擾對消輸出

圖4 干擾極化變換速度對對消結(jié)果的影響

圖5 快變極化干擾與壓制噪聲干擾的功率比值

由仿真結(jié)果可知:

1)在慢變極化干擾下,主天線中的干擾分量可被完全對消,驗(yàn)證了算法的有效性。圖3中,主天線為垂直極化,干擾是由水平極化開始變化,故在起始段干擾信號作用不明顯。

2)隨著干擾極化變化速度的加快,由T1到T2的時延導(dǎo)致對干擾極化估計(jì)的偏差量將無法忽略,對消結(jié)果越來越差。

3)對消結(jié)果中會周期性的出現(xiàn)使干擾增強(qiáng)的結(jié)果,且其周期也在縮短。因?yàn)闀r延量的存在使得在某些特殊時刻,計(jì)算出的對消權(quán)系數(shù)反而會使干擾增強(qiáng);但因極化變換速度的增大,其持續(xù)時間也在不斷縮短。

4)當(dāng)極化變換周期變換到一定程度后,即所謂快變極化干擾,此時將無法實(shí)現(xiàn)干擾對消。與相同條件下的噪聲壓制干擾比較可以發(fā)現(xiàn)(圖5),快變極化干擾的干擾效果類似于噪聲壓制干擾。

5 結(jié)束語

文中對快變極化干擾效果給出了證明,對慢變極化干擾提出了構(gòu)建全極化輔助天線實(shí)現(xiàn)極化對消的方法。通過仿真分析,不僅驗(yàn)證了算法的有效性,也給出了干擾極化變換速度對干擾效果的影響趨勢。文中對變極化干擾及對抗領(lǐng)域的工程實(shí)現(xiàn)具有一定的指導(dǎo)意義。

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ResearchonVariablePolarizationInterferenceCancellationAlgorithmBasedonAuxiliaryAntenna

YANG Zhong1,BAI Weixiong1,FU Xiaolong1,JIANG Menghui2

(1 Air and Missile Defense College,Air Force Engineering University,Xi’an 710051,China; 2 No.94746 Unit,Nanchang 330000,China)

Considering the fact that radar could not resist variable polarization interference,a method was proposed to extract interference polarization state by constructing fully polarized auxiliary antenna to realize the polarization cancellation.The reception problem of fast varying polarization interference was analyzed,and the model was established,then the cancellation algorithm of slowly varying polarization interference was derived theoretically.The simulation results showed that the proposed algorithm could achieve good effect on slowly varying polarization interference.With the increase of the polarization speed,the jamming effect was similar to the noise suppression interference,so it could not extract the polarization state of the interference accurately,and it was difficult to realize the cancellation.

fast varying polarization; slowly varying polarization; polarization cancellation; antiinterference

10.15892/j.cnki.djzdxb.2017.02.038

2016-04-11

楊忠(1991-),男,安徽阜陽人,碩士研究生,研究方向:信息對抗理論與技術(shù)。

TN957

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