一種雷達干擾源定向與分類技術(shù)

顏波濤

(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所 合肥 230031; 2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室 合肥 230031)

0 引言

當代雷達面臨地物、氣象、各種外界雜波、有源無源等多種外界雜波和干擾的復(fù)雜環(huán)境，在實戰(zhàn)中雷達遭遇最嚴重釋放的有源干擾，突防的飛機一般在左右兩架搭載干擾機的飛機掩護下進行突防，使得威脅目標的雷達回波可能被掩蓋，此時雷達需要自動的啟用副瓣對消、副瓣匿影、盲源分離、等間距剔除、頻率捷變等主瓣、副瓣抗干擾措施來應(yīng)對，從而在干擾中有效的發(fā)現(xiàn)威脅目標，干擾源定位與分類是實現(xiàn)自動抗干擾的前提條件。為了實現(xiàn)干擾的精確定位雷達系統(tǒng)應(yīng)具有很好的干擾副瓣抑制能力。干擾副瓣抑制包括旁瓣消隱、旁瓣對消、天線低旁瓣等技術(shù),該技術(shù)應(yīng)用的雷達系統(tǒng)設(shè)計中具有獨立的匿影天線，多個對消天線，且有較低的天線副瓣電平。本文將結(jié)合某雷達的特點介紹其干擾源定向與分類的技術(shù)實現(xiàn)。

1 干擾源定向

若雷達某方位上存在一固定干擾，天線掃過，波束形成在此處必然會有類似主瓣響應(yīng)的包絡(luò)產(chǎn)生，通過點跡處理，對距離和方位上的凝聚，即可得到干擾的方位、仰角信息。流程如圖1示。

其中樣本采集，既可以自動采集，也可人工設(shè)置扇區(qū)控制。

圖1 干擾源定位流程圖

理論上，測角精度與干噪比、天線波束寬度服從式(1)的關(guān)系。

(1)

利用主波束的方向性對干擾源進行方位測量和仰角測量，具體機理與一般目標方位和仰角測量方式相同，當干擾強度致使雷達當前工作頻點飽和時，在干擾偵察系統(tǒng)偵收的整個工作頻帶內(nèi)向兩邊進行滑窗搜索，獲取主瓣不飽和頻點，提取方位脈沖幅度包絡(luò)和仰角多波束幅度包絡(luò)，進行方位求質(zhì)心和仰角比幅測角處理，從而獲取干擾源方位和仰角信息。

2 干擾源分類

有源干擾可分為壓制性干擾和欺騙性干擾。

壓制性干擾的主要作用是使雷達的目標發(fā)現(xiàn)概率下降，增大雷達接收機外部噪聲，使信噪比趨近或低于檢測門限，造成雷達無法檢測目標信息，或增加足夠多的脈沖信號使其信號處理系統(tǒng)工作飽和。

欺騙性干擾是指發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)以幅度、頻率、相位進行調(diào)制的間斷或連續(xù)信號，使敵方雷達產(chǎn)生多方向、多批次的假目標，以擾亂敵方雷達的跟蹤和檢測。噪聲干擾能干擾任何形式的信號,但是對于新體制雷達很容易被敵方雷達進行相干處理，靈巧噪聲干擾通過時域或者頻域噪聲調(diào)制，形成相參的雜亂回波脈沖，起到遮蔽或者欺騙的作用。

密集假目標干擾是一種欺騙式干擾，對接收并存儲的雷達脈沖信號按照重疊方式相加，再經(jīng)頻域或時域上的干擾調(diào)制發(fā)出，這種干擾信號包含了更多的相參回波信號，可以形成多個虛假目標，迷惑和擾亂雷達對真正目標檢測和跟蹤。

根據(jù)雷達系統(tǒng)的要求，不僅需要對有源連續(xù)波干擾進行定向，同時還需要分析當前空間有源干擾的頻譜及干擾類型。干擾頻譜及干擾類型的分析由專門的干擾分析系統(tǒng)進行，信號處理分系統(tǒng)主要負責對干擾信號的采集與傳輸。

根據(jù)數(shù)字陣列雷達系統(tǒng)可以形成任意指向波束的特點，在每個搜索波位中，利用系統(tǒng)具有的多波束能力按照固有的順序接收觀測空域內(nèi)的干擾信號，并將接收到的信號傳輸至干擾分析系統(tǒng)進行當前工作頻點的干擾頻譜分析與干擾類型分析。

提取信號的有效特征參數(shù)是干擾信號類型識別算法的關(guān)鍵因素之一，選取的特征參數(shù)需要具有可區(qū)分性、噪聲弱敏感性。直接從雷達回波中提取反映干擾信號特征的時頻等脈內(nèi)特征、功率譜等信息，往往受到樣本選取和各種噪聲的影響。

另一方面，對新體制雷達的有效干擾都要求采用相干干擾技術(shù)，數(shù)字射頻存儲技術(shù)是實現(xiàn)脈內(nèi)調(diào)制信號相干存儲、轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)制輸出的有效手段，它保證了干擾信號與雷達波形精確匹配，有較好的干擾效果?；诖?，采用雷達回波檢測輔助判決的方法，也可以較精準的檢測出干擾信號，進而有效地分析干擾信號特征。

針對上述干擾類型的生成機制，選取兩類特征作為分類判據(jù)：

1)干擾目標分布。對包含干擾信號的雷達回波進行匹配濾波、恒虛警檢測等處理后，統(tǒng)計相應(yīng)距離單元區(qū)域中假目標分布特征，如重復(fù)假目標個數(shù)、重復(fù)假目標間隔、重復(fù)假目標幅度等，作為判據(jù)。

2)干擾信號功率。在假目標分布的距離單元區(qū)域中，統(tǒng)計信號功率作為判據(jù)。

匹配濾波后，密集假目標干擾形成密集、近似等間距、等幅度的目標分布；調(diào)頻噪聲信號往往會提高噪底；靈巧噪聲壓制干擾則會形成連續(xù)隨機的目標群。

圖2至圖4為三種典型干擾的干擾效果圖，其中橫坐標表示距離維的采樣單元(2.5 MHz采樣每個采樣單元表示60 m)，縱坐標表示回波信號幅度(單位dB)。

圖2為仿真密集假目標干擾時，仿真雷達回波脈壓處理后的干噪比20 dB時的結(jié)果，匹配濾波后，形成密集、近似等間距、等幅度的目標分布，當干噪比大時有利于干擾目標的檢測。

圖2 密集假目標干擾類型干擾效果圖

圖3仿真調(diào)頻噪聲壓制干擾時，仿真雷達回波脈壓處理后的干噪比20 dB時的結(jié)果，匹配濾波后，調(diào)頻噪聲信號會提高噪底。

圖3 調(diào)頻噪聲壓制干擾類型干擾效果圖

圖4是仿真靈巧噪聲壓制干擾時，仿真雷達回波脈壓處理后的干噪比為20 dB時的結(jié)果，匹配濾波后，壓制干擾則會形成連續(xù)隨機的目標群。

圖4 靈巧噪聲壓制干擾類型干擾效果圖

使用判決樹對噪聲壓制干擾、密集假目標干擾進行有效識別，并且輸出干擾信號的特征參數(shù)和調(diào)制參數(shù)。算法流程如圖5所示。

圖5 干擾類型分析流程框圖

該方法分為兩個過程：第一，特征參數(shù)計算。對包含干擾信號的雷達回波進行匹配濾波、目標檢測等處理后，統(tǒng)計相應(yīng)距離單元區(qū)域中假目標分布特征，如重復(fù)假目標個數(shù)、重復(fù)假目標間隔、重復(fù)假目標幅度等；在假目標分布的距離單元區(qū)域中，統(tǒng)計信號功率作為判據(jù)。第二，類型判決和屬性統(tǒng)計。使用判決樹對噪聲壓制干擾、密集假目標干擾進行識別，進而依據(jù)計算參數(shù)得到置信度、干噪比等干擾信號特征。

系統(tǒng)仿真時設(shè)定恒定的通道噪聲功率和回波信號功率，當噪聲功率為40 dB時不同干擾信號功率條件下，仿真并分析了不同干擾類型的識別準確率見表1所示。

表1 不同干擾類型的識別準確率

根據(jù)相應(yīng)的干擾類型分析結(jié)果來決定在干擾區(qū)域是否啟用相應(yīng)的抗干擾措施。

3 結(jié)束語

本文研究的定位與分類的方法應(yīng)用在某雷達系統(tǒng)中，在某實戰(zhàn)演習(xí)中算法模塊參數(shù)按表2配置時實施效果如圖6所示，壓制加密集假目標組合干擾時測向與分類雷達終端顯示結(jié)果。

表2 參數(shù)設(shè)置表

圖6 干擾源識別輸出結(jié)果

由顯示結(jié)果可見，在組合干擾情況下采用該研究成果可以準確的區(qū)分出干擾類型、干擾強度、干擾方位、干擾源高度等信息。

現(xiàn)在電子對抗技術(shù)在不斷進步，從而對抗干擾技術(shù)提出了更高的要求，干擾源定向與分類的準確性對抗干擾實現(xiàn)起到相當重要的作用，隨著雷達系統(tǒng)對環(huán)境和作戰(zhàn)目標的感知技術(shù)的要求，以及雷達抗干擾技術(shù)將向智能化、自主抗干擾方向發(fā)展，定位與分類技術(shù)需要持續(xù)深入研究，以應(yīng)對目前雷達面臨的越來越復(fù)雜的電磁環(huán)境。