艦載雷達干擾分析及反對抗措施

楊 俊

（船舶重工集團公司723 所，揚州225001）

0 引 言

電子干擾已成為現代雷達面臨的“四大威脅”之一，雷達要想在復雜的電子環境中獲得生存必須具有較強的抗干擾能力。艦載雷達是當今艦載系統的重要組成之一，是海上電子戰的重要信息來源。沒有抗干擾能力或只有單一抗干擾手段的艦載雷達在實際戰爭中幾乎沒有生存能力。雷達在經歷了幾十年的發展后，其技術性能和作戰指標得到了顯著提高。當今時代以精確制導武器占優，電子對抗貫穿整個海戰的立體化戰場中，艦載雷達同樣面臨著綜合電子干擾、低空／超低空突防、高速反輻射導彈和隱身飛機轟炸等威脅。戰爭的勝利將屬于電子戰中占優勢的一方，可以肯定，在未來海戰中，艦載雷達所面臨的電磁環境將是十分嚴峻的。

艦載雷達所面臨的干擾主要是有源噪聲干擾、無源噪聲干擾。本文將對一些干擾進行分析，并提出相應的抗干擾措施。

1 干擾信號的分析

1.1 有源噪聲干擾

噪聲干擾也叫雜波壓制干擾，它是對雷達進行有源干擾的一種手段。雖然目前雷達采取了許多抗噪聲措施，但是一旦噪聲的載波頻率與雷達工作頻率一致時，雜波信號被雷達接收，噪聲就會像妖魔似地把信號切割和淹沒，雷達很難擺脫這種性質的有源干擾。為了有效地在雜波背景下進行雷達信號檢測，先決條件是對雜波性質的掌握，了解各種干擾對雷達接收機的概率分布，以便尋找到抑制干擾的有效方法。本文僅討論幾種典型的噪聲模型。

（1）射頻噪聲的概率分布

射頻噪聲的概率分布服從正態分布，其概率密度為：

式中：u0為均值；σ為射頻噪聲方差。

射頻噪聲通過窄帶線性放大器的輸出也為正態分布，其數學模型為：

但包絡x為瑞利分布：

相位φ（t）在（－π，π）內均勻分布。超過門限k的虛警概率Pf為：

通過以上分析，射頻噪聲的干擾作用是以強的噪聲覆蓋信號，并且在接收機中產生強干擾壓制弱信號的現象，在電路中表現為，強干擾信號使得檢波器產生一個附加偏壓，使信號檢波的工作點不能工作在最佳狀態。因此當出現強干擾信號時，雷達接收機過載，顯示屏上表現為扇形暗區，從而無法觀察和發現干擾區域內的目標；此外在雷達目標檢測中出現點跡混亂和航跡錯誤，以致無法實現目標跟蹤。

（2）噪聲調幅干擾的概率分布

設干擾載頻為fj，干擾帶寬為Δfj，雷達中頻為fc，中頻帶寬為 Δfc，則當fj＝fc，輸出為正態分布時，接收機中放輸出干擾包絡的概率密度為：

當fj－fc＝Δf／2 時輸出亦為正態分布：

當fj－fc＞Δf／2 時輸出為瑞利分布：

由以上分析可知，噪聲調幅干擾包括載波及旁頻成分，旁頻成分即起伏噪聲，干擾信號中對遮蓋目標信號起主要干擾作用；載波則有正弦波干擾的效果，它使回波光標跳動、波形失真，對信號有一定的壓制作用，強的干擾也會造成接收機過載。

1.2 無源噪聲干擾

無源干擾是一種干擾體本身不輻射電磁能量的干擾。它包括雨、海浪及地物等雜波干擾。大多數無源雜波常常呈現瑞利分布特性，但是箔條干擾、海浪雜波的概率分布如果用瑞利分布或萊斯分布來描述，雜波幅度的概率密度分布誤差度比較大，普遍采用韋布爾分布更為確當，其概率密度為：

式中：η為形狀標度參數；▽為強度參數。

2 雜波信號處理

根據上面的分析，干擾信號主要呈現正態分布、瑞利分布、韋布爾分布特征。對于正態分布一般采取歸一化處理，其數學模型表達式為：

通過門限k的虛警概率為：

由式（9）、（10）可知，干擾的分布服從正態分布，但實際情況下，其σ是有一定譜寬的。為了理論分析，本文所討論的均假設σ基本不變，因此輸出的虛警概率僅與門限k有關，與雜波信號的強度無關。

瑞利噪聲通過對數放大器后，數學模型表示為：

式中：A為對數起點；B為放大器增益。

則變換后概率密度函數為：

歸一化處理后其概率密度為：

超過門限k的虛警概率為：

由上式得知虛警概率只與檢測門限的高低有關，而與輸入干擾信號強度無關。

對海浪雜波的處理，由式（8 ）可知，P隨η變化而變化，因此仍用對瑞利分布噪聲干擾處理的辦法進行處理，通過門限k時，檢測的虛警概率為：

同樣，k一定時，輸出的虛警概率恒定，與η▽無關。根據以上分析可知，雜波強度的起伏和門限有關，因此只要適當設計參數，使雜波起伏部分的功率小到一定量級，就可提高對有用信號的檢測能力。

3 反對抗措施

抗干擾措施不僅包含了抗干擾技術的改進，也包含了艦載雷達在戰術上合理配置和運用等措施。

3.1 抗有源干擾措施

對于這類干擾，采用頻率捷變技術和脈沖壓縮技術是對抗積極干擾的有效方法，力圖使干擾頻率處于雷達接收機的通帶之外，使干擾不能通過接收機，從而得以濾除。

在存在有源干擾情況下，雷達性能（雷達作用距離等）將會降低，甚至喪失正常工作能力。考核雷達抗有源干擾能力的2 個可以定量分析的重要指標是：雷達抗主瓣干擾自衛距離和抗副瓣干擾自衛距離。前者是指當敵方干擾信號從雷達天線波束主瓣區域進入雷達天線時，雷達仍能檢測目標的最大距離；后者是指當干擾信號從雷達接收天線副瓣區域進入時，雷達仍能檢測目標的距離。若干擾信號的功率為Pj，干擾信號帶寬為Bj，干擾機天線的增益為Gj，則按照雷達方程的推導過程，不難得出雷達抗主瓣干擾自衛距離Rmj為：

式中：Pav為雷達發射機平均功率；Gt為雷達發射天線增益；t0為雷達對目標的總觀察時間，t0＝nTr；Lt為雷達發射天饋線的插入損耗；E／N0為信號能量與噪聲能量之比，E為信號能量，N0為噪聲功率密度，即單位帶寬內的噪聲功率，亦即噪聲能量。

由式（16）可以看出，要提高雷達抗主瓣干擾自衛距離，從雷達本身看應提高雷達發射機的平均功率，降低發射饋線損耗，提高雷達發射天線增益和延長目標的觀測時間。

采用脈沖壓縮技術是通過發射寬的脈沖以增加發射信號的能量，從而增加雷達的作用距離。大時寬帶寬積信號由于頻帶寬，工作比高，因而從頻域或時域上偵察干擾它都較困難，具有較好的抗干擾性能。采用頻率捷變、頻率分集技術，由于頻率捷變能在脈組間和脈間發射頻率，脈間捷變雷達的中心頻率是在變頻帶寬內隨機變化或按計算機程序變化，敵方無法根據發射的脈沖頻率預知下一個脈沖頻率，迫使敵方干擾機采用寬帶干擾，即增加式中的Bj以降低其干擾功率譜密度，有利于提高抗主瓣干擾自衛距離。根據式（16）同樣可以推導出抗副瓣干擾自衛距離Rsj為：

式中：Rj為位于雷達接收天線副瓣區域的干擾機與雷達間的距離；gs為雷達接收副瓣在干擾機方向的副瓣電平，gs＜1 ；ts為雷達用于搜索完預定空域Ω所用的時間。

由式（17）可以看出，干擾機所在方向的雷達天線的副瓣電平越低，Rsj越大；雷達搜索空域越小，搜索時間越長，Rsj越大。由于接收天線副瓣區域很大，因此降低接收天線的近區副瓣、遠區副瓣以及天線背瓣電平對提高Rsj有重要意義。

3.2 抗箔條、云、雨、海浪雜波干擾措施

為了抗箔條、云、雨雜波干擾，選擇對數放大器作為接收機中放，數據處理部分采用靈敏度時間控制（STC）增益控制電路、手動增益控制電路和雜波處理電路。為避免雷達接收機因噪聲對抗、雜波和箔條對抗出現的飽和，通常采用動態范圍很寬的對數放大器，這是因為對數接收機在整個動態范圍內，其輸出視頻與輸入的射頻信號幅度的包絡近似成對數關系。對于云、雨、海浪雜波干擾，用STC 電路、手動增益控制電路和雜波處理電路來解決。其基本原理是利用目標和雜波產生的不同多普勒頻移，數據處理采用了多種濾波器組，濾去固定雜波而取出運動目標的回波，從而大大改善了在雜波背景下檢測運動目標的能力，并提高了雷達的抗干擾能力。

4 結束語

現代戰爭中，電子對抗與反對抗貫穿于整個作戰過程，新一代艦載雷達的反對抗能力亦成為衡量雷達性能的一個重要指標。對于抗有源干擾，應主動出擊，迫使對方施放的干擾雜波分布符合自己的處理模型，從而取得較好的抗干擾效果。

［1］趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1999.

［2］丁鷺飛.雷達原理［M］.北京：國防工業出版社，2000.

［3］魏麥成.雷達抗有源干擾性能的綜合指標及仿真評估［J］.航天電子對抗，2000（3）：16－19.