同型雷達(dá)的抗同頻干擾動目標(biāo)顯示處理*

李 陽，楊 興，張 鵬，陳正祿＊＊

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.南京船舶雷達(dá)研究所，南京 210003)

1 引言

同型雷達(dá)間產(chǎn)生的同頻干擾會嚴(yán)重影響雷達(dá)的技術(shù)與使用性能。鑒于雷達(dá)頻率管制，變頻措施的應(yīng)用受戰(zhàn)術(shù)限制，另一方面在近距內(nèi)高功率直達(dá)干擾信號致使受擾雷達(dá)的接收通道飽和，受擾雷達(dá)在頻帶內(nèi)應(yīng)用變頻措施抗同頻干擾基本無效。因此，艦載雷達(dá)編隊抗同頻干擾優(yōu)先采用時域方案，將同頻干擾信號異步化，再用優(yōu)化的基于模板匹配的反異步處理等抗同頻干擾信號處理算法消除同頻干擾［1-2］。

大部分艦載兩坐標(biāo)脈沖壓縮雷達(dá)采用邊掃描邊跟蹤體制，既擔(dān)任警戒搜索任務(wù)，同時又為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。由于存在地物雜波、海雜波等干擾信號，雷達(dá)通常需要進行動目標(biāo)顯示處理，以此抑制雜波，提高運動目標(biāo)的檢測性能。此類動目標(biāo)顯示雷達(dá)的技術(shù)狀態(tài)較一般監(jiān)視雷達(dá)復(fù)雜，抗同頻干擾技術(shù)難度大得多，主要表現(xiàn)在兩個方面:一是參差工作、動目標(biāo)顯示處理會擴展異步剩余，導(dǎo)致抗同頻干擾效果下降；二是反異步處理若采取“挖去”法，回波的相參性能會被破壞，MTI 改善因子下降。因此，同頻干擾條件下雷達(dá)工作方式的設(shè)置和動目標(biāo)顯示處理需要優(yōu)化。本文介紹一種雷達(dá)抗同頻干擾與動目標(biāo)顯示兼容技術(shù)，可在不影響雷達(dá)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的情況下，通過改變雷達(dá)的工作方式和信號補償處理，提高雷達(dá)抗同頻和動目標(biāo)顯示處理的兼容能力。

2 雷達(dá)工作方式的優(yōu)化

雷達(dá)的動目標(biāo)顯示，其本質(zhì)是利用凹口濾波器抑制地物和低速目標(biāo)，保留高速運動目標(biāo)。均勻重復(fù)周期雷達(dá)處于脈沖工作狀態(tài)時將產(chǎn)生盲速，動目標(biāo)顯示雷達(dá)在檢測“盲速”范圍內(nèi)的運動目標(biāo)時將會產(chǎn)生丟失或極大降低其檢測能力。為解決盲速問題，通常采用兩個以上重復(fù)頻率交替工作，即采用重復(fù)周期參差的方法來推遠(yuǎn)盲速，改善動目標(biāo)顯示處理時“盲速”對運動目標(biāo)的影響。為提高對無源、有源干擾的綜合抗干擾能力，部分雷達(dá)相干脈沖數(shù)較多，采用高參差階數(shù)、優(yōu)化設(shè)計的時變加權(quán)濾波器，能獲得參差情況下較佳的雜波抑制能力。但是，動目標(biāo)顯示處理和參差工作方式會強化同頻干擾的影響。這是因為正常目標(biāo)回波在相干周期內(nèi)距離上“不動”，而異步信號在脈間是“移動”的。因此，異步信號不但無法對消，而且由于動目標(biāo)顯示處理需要同一距離單元上多個重復(fù)周期的回波數(shù)據(jù)進行運算，n 階濾波運算后一個異步干擾將會擴展成n個異步干擾，參差工作導(dǎo)致干擾進一步加劇。

為將同頻干擾異步化，同型雷達(dá)的重復(fù)周期需要錯開，當(dāng)雷達(dá)數(shù)量較多時，不管雷達(dá)的重復(fù)周期如何優(yōu)化，多部雷達(dá)引起的干擾在時間軸上總會重疊，干擾重疊必然導(dǎo)致“反異步”處理效果下降，反干擾剩余變大。對動目標(biāo)顯示雷達(dá)來說，干擾剩余的增大影響較大。因此，在抗同頻干擾條件下必須對雷達(dá)的工作方式和信號處理進行優(yōu)化。具體原則是:在滿足指標(biāo)要求的前提下，降低雷達(dá)參差階數(shù)和雜波濾波器階數(shù)。抗同頻干擾條件下降低參差階數(shù)和濾波器階數(shù)，主要關(guān)心第一盲速及對地物、海浪等雜波的抑制能力，必須通過仿真來確定雷達(dá)的重復(fù)周期、參差參數(shù)和濾波器結(jié)構(gòu)，并通過實際試驗確認(rèn)改變后雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。仿真和實踐表明，優(yōu)化的編隊周期設(shè)計后，抗同頻干擾條件下應(yīng)用三參差二次對消器是一個較好的選擇，既能減弱抗同頻干擾剩余，又能保持一定的雜波抑制能力。

(1）盲速

三參差設(shè)計易滿足第一盲速為2 倍馬赫。

(2）雜波抑制

設(shè)雷達(dá)工作在S波段。某6 階橫向FIR 濾波器的幅頻特性如圖1所示，相同重復(fù)周期、相同工作頻率條件下二次對消器的幅頻特性如圖2所示(橫軸為用雷達(dá)重復(fù)頻率歸一化后的值）。

分析FIR 濾波器、二次對消器的幅頻特性可知，6階橫向FIR 濾波器對海浪雜波(σv=1 m/s）MTI 系統(tǒng)改善因子理論值I≥47 dB，二次對消器的I≥40 dB；對地物雜波(σv=0.2 m/s）MTI 系統(tǒng)改善因子理論值I≥55 dB，二次對消器的I≥50 dB。二次對消器對地物雜波、海浪雜波及一定譜寬的慢速運動雜波的抑制能力和高階FIR 濾波器相比有一定的下降，但在大部分情況下仍滿足動目標(biāo)顯示處理的需求。

圖1 FIR 濾波器的幅頻特性

圖2 二次對消器的幅頻特性

綜上所述，雷達(dá)的工作方式可以根據(jù)同頻干擾情況靈活選擇。當(dāng)同頻干擾嚴(yán)重時，雷達(dá)工作于抗同頻工作方式，采用三參差、簡單二次對消器進行MTI處理。此時，一定譜寬的運動雜波抑制能力雖然有所下降，但由于降低了雷達(dá)參差周期數(shù)和濾波器階數(shù)，異步擴展被弱化，在滿足動目標(biāo)顯示的同時取得了較好的抗同頻干擾效果。當(dāng)沒有抗同頻干擾或干擾較弱時，雷達(dá)可以不作此處理，以獲得參差情況下較佳的雜波抑制能力。

需要指出的是，隨著雷達(dá)工作頻段的提高，簡單二次對消器抑制慢速雜波的能力下降，此時濾波器需要重新設(shè)計，選擇低階濾波器階數(shù)以兼容雷達(dá)抗同頻干擾。

3 相參補值處理

當(dāng)臨近同型雷達(dá)數(shù)量較多時，同頻干擾現(xiàn)象比較嚴(yán)重，正常目標(biāo)和同頻干擾信號疊加，目標(biāo)信號變成一個異常大信號，被判為異步信號“挖去”，將破壞正常目標(biāo)的相參性能，地物、海浪等雜波的抑制能力下降。為補償反異步帶來的目標(biāo)相參性能惡化，被判為異步信號的當(dāng)前目標(biāo)信號不再簡單置零，而是在同一距離單元上進行補償，將等待“挖去”的信號用上一周期的回波替代，經(jīng)過補值處理的目標(biāo)回波相參性能得到改善，MTI 改善因子相較簡單“挖去”得到明顯提高。

設(shè)雷達(dá)工作波長為0.1 m，則0.2 m/s的雜波的對應(yīng)fd=4 Hz，1 m/s的雜波的對應(yīng)fd=20 Hz。

三脈沖二次對消器的傳輸函數(shù)為

二次對消器原理框圖如圖3所示。

設(shè)某一距離單元上的回波數(shù)據(jù)分別為當(dāng)前周期ein0、前1 周期ein1、前2 周期ein2和前3 周期ein3。

二次對消器的運算正常只需要ein0、ein1、ein2這3個周期的數(shù)據(jù)，在反異步工作如果采用簡單“挖去”，ein0、ein1和ein2的值可能被置零；如果作補償處理時，ein0、ein1、ein2可能分別被ein1、ein2、ein3替代。表1 給出了異步信號被置零和作補償處理時0.2 m/s的地物雜波和1 m/s的海浪雜波的抑制度。為說明問題，三脈沖中只有一個脈沖數(shù)據(jù)被替代。

圖3 二次對消器原理框圖

表1 異步信號被置零和作補償處理時海浪雜波的抑制度

從表中可以看到，反異步作補值處理的信號相參性能優(yōu)于簡單反異步置零處理。實際應(yīng)用中，有的系統(tǒng)采用比二次對消器更高階的濾波器，此時的濾波器系數(shù)應(yīng)當(dāng)隨補償?shù)拿}沖周期位置時變處理。

4 結(jié)束語

本文討論了抗同頻干擾條件下的動目標(biāo)顯示雷達(dá)的工作方式。通過仿真分析，證明所述的基于相參補值處理的雷達(dá)抗同頻干擾與動目標(biāo)顯示兼容技術(shù)可提高雷達(dá)抗同頻干擾和動目標(biāo)顯示處理的兼容能力。此技術(shù)已成功應(yīng)用于某型裝備的抗干擾改進。

［1］Merrill I.Skolnik.雷達(dá)手冊(第三版）［M］.南京電子技術(shù)研究所譯.北京:電子工業(yè)出版社，2010.7.

［2］陳正祿，許健.艦載脈沖壓縮體制雷達(dá)的抗同頻干擾技術(shù)研究［J］.雷達(dá)與對抗，2006(2）.