相控陣雷達信號偵察及快速識別

羅 應

（船舶重工集團公司723 所，揚州225001）

0 引 言

相控陣，顧名思義，即從陣列天線單元發射信號，控制其相位，改變天線單元發射信號的相位，天線波束方位即信號發射方位相應改變，相位變化越快，發射方位改變也越快。

發射方位捷變使相控陣雷達能同時完成搜索、多目標跟蹤等多種任務，使相控陣雷達滿足對付多目標的要求，因此，相控陣技術已成為未來雷達裝備技術的發展趨勢。

與其他體制雷達相比，相控陣雷達波束形成方法和控制方式不同，發射信號波形除了變化多樣外并沒有其他特殊變化，因此，相控陣技術可以視為雷達采用的一種空間抗干擾措施。

相控陣雷達越來越成為雷達對抗的主要目標，因此，對相控陣雷達信號偵收和識別將面臨新的課題，必須花時間對其工作原理進行分析，找出與其他雷達信號的不同之處，研究高準確度的識別方法。

1 偵收、識別要求

為了正確偵收和識別相控陣雷達信號，雷達偵察設備需要具有以下能力：

（1）在脈沖稀疏條件下，能正確偵收、處理和跟蹤相控陣雷達信號；

（2）能偵收低截獲概率信號；

（3 ）能通過相控陣雷達掃描特征進行正確識別；

（4）能通過快速通道對相控陣雷達進行快速識別。

2 對稀疏脈沖的偵收和處理

由于相控陣雷達掃描波束靈活，使得相參積累具有多目標處理能力，從時間分割角度分析，當相控陣雷達對某批目標處于搜索或穩定跟蹤階段時，所分配的照射時間是很短的。因此，雷達偵察設備所偵收到的雷達脈沖數就必然減少，通常只有幾個到十幾個脈沖。

傳統的雷達脈沖序列去交錯、分選主要是用頻率、方位直方圖方式進行的。頻率、方位直方圖是一種積累的過程，即當某一單元的脈沖數超過處理門限時，就對該單元內的脈沖進行分析，統計出信號的方位和技術參數（載頻、脈寬和脈幅等）。

由于相控陣雷達照射目標的時間較少，并且采用針狀波束天線，位于某個方向上的雷達偵察設備所偵收到的脈沖數目通常很少，從而增加了偵察反應時間，因此，必須對傳統的方法進行改進，提出對短脈沖序列進行快速偵收、分選、識別的方法。

2.1 視頻采集法

這種方法主要是解決因偵收的相控陣雷達脈沖數少，難以獲取脈沖之間相互關聯性，而作為干擾脈沖丟棄。它是利用雷達信號視頻特征，對每個脈沖包絡進行采樣，重點檢查脈沖上升沿和下降沿之間是否存在一致性。當然，用這種方法實現時，需要適當降低處理門限，或進行自適應改變門限，使雷達偵察設備對相控陣雷達信號的偵收時間大大縮短。

2.2 脈內參數比較法

這種方法適合于相控陣雷達采用脈沖壓縮信號時情況。由前端接收機測量出脈沖內部的細微特征，送至信號分選部分，由信號處理模塊將脈內參數帶進分選中，即對某一單元內的僅有的幾個脈沖參數進行觀察，除了載頻、方位、脈寬、重頻和脈幅等參數滿足規定的容差以外，再進一步比較它們的脈內特征是否一致。

2.3 反饋處理法

這種方法主要用于解決當雷達偵察設備在處理脈沖密度很大時，會抑制處理短脈沖串所帶來的問題。

該方法是將已經分選并識別出的脈沖信號和新出現的短脈沖串在進入預處理器之前進行區分，從而減少進入預處理器和主處理器的脈沖流量，增加對短脈沖序列的處理幾率。

如圖1 所示，識別結果分成2 路，一路送顯示控制部分，另一路反饋給分路器，按照分路原則對雷達脈沖信號進行分路，對還沒有進行識別的雷達脈沖信號送入預處理器進行信號處理，對已經識別出的雷達信號脈沖送入方位跟蹤電路，也可以將已識別出的高威脅雷達信號的PDW參數送入方位跟蹤電路，方位跟蹤電路的主要任務是對高威脅信號的存在性進行驗證，并對目標方位進行跟蹤。

圖1 信號反饋處理方框圖

這種信號處理方法的優點是：

（1）能在高密度信號條件下進行信號處理；

（2）能克服高重頻信號抑制短脈沖信號的處理，使得信號處理器能有時間對短脈沖信號進行處理，增加對短脈沖序列的處理時間。

3 相控陣雷達信號識別

3.1 相鄰兩次掃描間隔時間變化規律識別

相控陣雷達探測目標時，必須對目標進行照射，因此，雷達偵察設備會偵收到一串雷達脈沖。如果偵收到的脈沖串幅度受到雷達照射函數和雷達天線波束方向圖的共同調制，就可以判斷該雷達為常規機械掃描雷達；如果偵收到的脈沖串幅度基本保持不變，而且沒有脈沖間斷，就可以判斷該雷達為常規跟蹤雷達。

由于相控陣雷達具有同時處理多目標的能力，因此不可能始終處于搜索狀態，也不可能讓發射天線始終停留在某一方位上，而是采用邊搜索邊跟蹤的工作方式，天線發射方位按一定躍度變化，盡管相控陣雷達始終在向外發射信號，但位于某一方向上的雷達偵察設備所偵收的雷達信號卻是間斷的，在一次照射過程中，脈沖串幅度基本保持不變。圖2示出了偵收相控陣雷達信號和常規機械掃描雷達信號在幅度和脈沖頻度之間的區別。

圖2 相控陣雷達信號識別方法1

由于常規搜索雷達的天線轉速是恒定的，因此雷達偵察設備每次照射所偵收到的一幀雷達脈沖數是相等的，而且幀與幀之間的時間間隔保持不變。

常規跟蹤雷達（如炮瞄雷達）只跟蹤一批目標，在工作時，始終保持對該批目標的照射，因此雷達偵察設備所偵收的雷達脈沖是連續的，而且脈沖串幅度基本保持不變。

而相控陣雷達在工作過程中，其工作方式、掃描樣式、對目標處理所處的狀態、搜索時間和跟蹤時間會隨時改變，因此雷達偵察設備所偵收的雷達脈沖串之間的間隔時間不是一直不變的，這也是相控陣雷達與常規雷達的不同之處。

從上面的分析可知：這種方法的判據有2 項：

（1）脈沖串幅度規律；

（2）脈沖串之間的時間間隔規律。

3.2 數據率變化識別

相控陣雷達對目標的過程控制是分階段的，不同階段甚至同一階段內的不同目標選用的數據率不同。

在搜索階段，重點搜索空域分配的數據率要高于一般搜索區，近區搜索空域分配的數據率要高于遠區搜索區，對目標進行確認、過渡或需要對某一批目標建立穩定跟蹤時，選用的數據率也是比較高的，對已經穩定跟蹤的目標所選用的數據率可以適當降低。

對雷達偵察設備而言，可以將一段時間內所偵收到的脈沖串之間的間隔以及脈沖數等信息進行記憶，定時分析信息隨時間的變化規律，從中識別相控陣雷達并確認相控陣雷達對雷達偵察設備所載平臺所處的探測狀態。圖3 示出了相控陣雷達在各個不同的工作模式下所選用的數據率的情況。

圖3 相控陣雷達信號識別方法2

3.3 偵收脈沖數變化識別

相控陣雷達也可以采用增加照射時間的辦法來提高數據率，因此，采用記憶方式，通過前后偵收脈沖數變化也是識別相控陣雷達信號的方法之一。

圖4 示為相控陣雷達采用這種方法增加照射時間時的情況。該方法的判據是：一次照射時間內的脈沖數。

圖4 相控陣雷達信號識別方法3

以上介紹了根據相控陣雷達的掃描規律研究出的3 種相控陣雷達識別方法。在具體實現時，可以采用模式識別的方法，即將識別方法按照判據內容編寫、調試出各類識別模塊，與信號處理程序一并運行，當經分選好以后的脈沖串滿足識別模塊所反應的特征時，立即處理該脈沖串，快速輸出識別結果。

3.4 相控陣雷達信號的快速識別

近幾年來，雷達偵察設備對雷達目標的識別主要是采用數據庫識別法，即根據作戰需求，預先裝訂雷達識別數據庫，當雷達偵察設備偵收到某批雷達信號脈沖后，立即進行處理，將雷達技術參數送至識別模塊，由識別模塊將所偵收到的雷達技術參數與數據庫中內容進行比較，找出參數最逼近的一項，輸出可信度、目標屬性等信息，完成識別功能。由此可以看出，這樣的識別方法比較慢，因為：

（1）相控陣雷達信號需要經過天線、前端微波放大、接收、處理，最后才能進入識別模塊，整個處理時間比較長；

（2）在處理相控陣雷達信號時，由于每次照射雷達偵察設備只能偵收到幾個脈沖，而雷達偵察設備的信號處理部分是采用統計方法處理信號的，脈沖數目必須達到一定值，統計處理結果才能達到精度要求。因此，脈沖數需要一定的時間積累。

前面所提及到的3 種識別方法是針對相控陣雷達的掃描特性提出的，它也采用軟件模塊的方法實現，識別過程與信號處理一并進行，能節省數據庫運行、處理時間和脈沖數積累時間，因此，這些方法要比數據庫識別速度快一些。

從雷達技術的發展趨勢分析，尤其是在軍事上相控陣雷達具有廣闊的應用前景，所以，雷達偵察設備周圍的電磁環境中，相控陣雷達信號密度將會增加，相控陣雷達愈趨威脅，如何快速準確地識別相控陣雷達信號是電子對抗系統必須研究的課題。

圖5 示出了數據庫識別、掃描特征識別和硬件識別這3 種方法在整個雷達偵察處理過程中的的處理端口位置。

采用硬件識別的辦法能大大提高相控陣雷達的識別速度。

圖5 各種識別方法的處理端口位置

在預處理前端設置關聯比較器，根據送給處理模塊的脈沖數據流的信息，預先裝訂需要識別的相關相控陣雷達的技術參數。在雷達偵察設備工作時，每個偵收脈沖參數均經過關聯比較器進行參數比較。若參數相關，則將該偵收參數直接送至相控陣專用通道處理模塊進行處理，并將處理結果直接輸出至顯示控制模塊；若參數不相關，則將該偵收參數送至預處理模塊和主處理模塊進行處理，然后通過數據庫識別模塊對偵收雷達參數進行識別。

從以上分析可以看出：相控陣雷達信號硬件識別是基于脈沖級上的一種識別方法。圖6 示出了快速識別4 部相控陣雷達信號的原理框圖。

圖6 快速識別4 部相控陣雷達信號原理框圖

從圖6 中可以看出，實現相控陣雷達快速識別的硬件由兩部分組成：第一部分為關聯比較器；第二部分為相控陣專用通道處理模塊。

（1）關聯比較器。關聯比較器是一個二輸入二輸出的可編程器件。第1 項輸入內容為要快速識別的相控陣雷達的具體技術參數和方位參數，尤其是能反應相控陣雷達的具體特征參數，具體的技術參數項目有載頻中心頻率、載頻變化范圍、脈沖寬度、脈沖上升沿參數、脈沖下降沿參數、脈內調制參數、信號極化類型、各參數的容差范圍、目標方位等。

第2 項輸入內容為雷達偵察機測量出的脈沖數據流，關聯比較器中的每個比較項都要求雷達偵察設備能夠準確測量，為關聯比較器提供準確的比較數據；否則，關聯比較器輸出結果的可信度將大大降低。

（2）相控陣專用通道處理模塊。相控陣專用通道處理模塊是專門為相控陣雷達信號進行處理而設置的專用通道。它由相同的4 路處理電路組成，每路均按圖7 所示的信息處理流程工作。在設計該模塊時，必須考慮到相控陣雷達信號的具體特點。

圖7 相控陣專用通道處理模塊的信息處理流程

相控陣專用通道處理模塊與常規的信號處理方法的主要區別是：

（1）處理門限不同

處理門限即進行處理所需要達到的脈沖數。常規處理通道要求處理門限比較高，由于雷達信號一些參數是采用統計處理的方法獲得的，因此，需要一定的脈沖數量才能保證輸出參數的可信性。相控陣雷達每次照射時，雷達偵察設備收到的脈沖數量較少，所以，處理門限不可能設置得很高，當1 次或2次照射后，關聯比較器輸出。結果為匹配時，即可立即啟動處理模塊對該批脈沖進行處理。由于雷達脈沖數較少，加上通道內有可能會出現干擾脈沖，信號處理質量有所下降，通過提高數據測量精度、增加參數比較項目能彌補這方面的不足。

（2）處理流程有所不同

常規處理通道是通過預處理和主處理模塊進行的，這是針對脈沖數較多時的一種處理過程。預處理的功能是將脈沖進行歸類；主處理的功能是將歸類后的脈沖串進行處理，形成描述某批雷達信號的參數報文，輸出至數據庫識別模塊，對目標進行識別。而相控陣專用通道處理模塊是在關聯比較器之后處理信號的，它的輸入脈沖已經由關聯比較器進行了濾波。如果沒有干擾信號，那么，關聯比較器中的脈沖即可被認為是同一部相控陣雷達信號，因此，相控陣專用通道處理模塊無需對脈沖進行預處理，直接采用簡單的信號處理即可。

（3）抗干擾要求不同

常規處理通道由于脈沖較多，在脈沖流數據中存在干擾時，能通過脈沖之間的相互關系進行消除，對部分脈沖丟失也可以補救。而相控陣專用通道處理模塊由于處理的脈沖數較少，抗干擾要求將大大提高。一個脈沖干擾就可能使測量數據質量嚴重下降，一個脈沖數據丟失，就可能使部分參數無法測量。因此，必須加強抗干擾措施，使關聯比較器和相控陣專用通道處理模塊正常工作。

4 結束語

由于各國相控陣雷達相繼投入使用，對其進行偵察和識別也越來越迫切。本文提出了對相控陣雷達的3 種信號偵收方法，并介紹了快速識別相控陣雷達信號流程。隨著電子偵察技術水平的不斷提高，將會推出新的相控陣雷達信號偵察和識別方法。

［1］Merrill I.Skolnik.雷達手冊［M］.王軍，林強譯.北京：電子工業出版社，1991.

［2］趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1999.