基于多重MTI算法的抗質心式箔條干擾研究*

徐光耀，鄭 娜，費惠佳，徐 海

（1 91336部隊，河北秦皇島 066300；2西北工業大學軟件與微電子學院，西安 710072）

0 引言

水面艦艇受到的主要威脅來自于反艦導彈，而質心式箔條干擾無疑是目前水面艦艇反導的一種簡便而有效的方法。

反艦導彈末制導雷達對抗質心式箔條干擾主要受以下幾個因素的制約[1]：受體積及重量的限制，抗質心式箔條干擾的硬件可行性受限；工作時間較短，對干擾的反應時間要求高；信號處理通常以時域處理為主，其跟蹤精度及分辨率有限。隨著末制導雷達信號處理軟硬件技術的迅速發展，采用高速的數字化處理方法可以實現復雜算法，這使得通過信號處理對抗箔條式質心干擾成為可能。文中通過研究質心式箔條干擾對末制導雷達的影響機理，以目標回波與箔條干擾在多普勒維的差異為切入點，在分析了常規MTI濾波器的基礎上采用了多重MTI算法，并應用Matlab軟件仿真了多重MTI算法對質心式箔條干擾的改善效果。

1 質心式箔條干擾分析

1.1 質心式箔條干擾的戰術應用

通常質心式箔條干擾的施放時機是在末制導雷達跟蹤階段，目標艦得到末制導雷達的位置信息后立即發射箔條彈，迅速形成一、二個巨大RCS（雷達截面積）的箔條干擾云。箔條云要與目標艦處在末制導雷達天線波束的同一個分辨單元，這樣末制導雷達天線就指向于目標艦和箔條云的能量質心（即等效能量中心）。圖1是質心式箔條干擾的示意圖。

在實際作戰過程中，實施有效的質心式箔條干擾，需滿足以下幾個基本條件[2]：箔條云在距離上位于反艦導彈末制導雷達的距離分辨單元內；箔條云在方位和俯仰上位于反艦導彈末制導雷達波束范圍內；箔條云有足夠的滯空時間，以保證反艦導彈末制導雷達能夠跟蹤到箔條與艦船的質心，確保干擾的有效性。

圖1 質心式箔條干擾示意圖

1.2 質心式箔條干擾的模型

箔條云由大量具有大RCS值小RF反射體的偶極子散射體組成，近來大部分箔條由具有導電涂層的更剛性的纖維玻璃制成。當單個箔條偶極子的長度為雷達波長的一半時，箔條具有最大的RCS，在雷達分辨體積內的總箔條RCS為：

其中：ND為總的偶極子數；VR為雷達分辨單元體積；VCS為箔條散射體積；Lbeam為箔條云的雷達天線波束形狀損耗。

單個散射體具有隨機的相位和幅度，因此箔條云回波的相位和幅度通常也是隨機的，并且具有類似熱噪聲的性質。由于這些特點，箔條通常用高斯分布的概率密度函數來統計描述[2]。

1.3 抗質心式箔條干擾

針對上述質心式箔條干擾的原理和特點，抗質心式箔條干擾主要有以下幾個途徑：

1）導引頭體制抗質心式箔條干擾，一些具有低截獲、高分辨率的末制導雷達，如脈沖壓縮多普勒體制的末制導雷達具有抗質心式箔條干擾的能力[4]，這種方法研究投入大、周期長、技術復雜；

2）目標識別算法抗質心式箔條干擾，通過目標回波與干擾在小波變換不同尺度的不同表現形態，利用灰色關聯度可進行干擾下的目標檢測[5]，這種方法算法較復雜，對處理器性能要求高，區分目標和箔條的精度有限；

3）信號處理角度質心式箔條干擾，在末制導雷達信號處理階段，通過采用相應的處理算法，濾除干擾的影響，實現目標檢測。這種方法投入小，實現簡單，但對硬件的處理速度及實時性要求高。

文中采用的多重MTI算法主要是從信號處理的角度，利用信號與干擾在多普勒維的差異，消除干擾保留回波信號，從而跟蹤真實目標。

2 多重MTI算法實現原理

多重MTI算法的設計思想來源于專門消除雜波的常規MTI濾波器，通過常規MTI濾波器使回波信號在特定的多普勒頻率處有足夠的增益，并行處理多個MTI濾波器在目標回波與干擾在多普勒維的差異來消除干擾的影響。

2.1 常規 MTI濾波器[3]

常規的MTI濾波器可以采用延遲線對消器來實現，下面以三脈沖對消器作簡要分析，原理如圖2所示。

圖2 三脈沖對消器

三脈沖對消器的沖激響應和功率增益分別如式（2）、式（3）所示：

三脈沖對消器的頻率響應曲線如圖3所示。

圖3 三脈沖對消器的歸一化頻率響應

可知，常規MTI濾波器可以消除位于f＝0或者多普勒頻率為雷達重頻fr整數倍處的雜波。但隨著對消脈沖數的增加，阻帶凹口會變寬，對一些功率譜較寬的雜波，如質心式箔條干擾，通帶的幅頻響應平坦性差，而且對多普勒頻率fd≠ifr＋f／2的目標回波信號帶來一定的損失。

2.2 多MTI算法原理

多MTI濾波器的設計是通過設計動目標顯示多普勒橫向濾波器組，對于特定多普勒頻率處提供足夠的增益，再并行處理多個MTI多普勒濾波器，以檢測艦船相對于箔條云的多普勒頻率差，當在正確的多普勒頻率差處積分時，可以檢測出目標而消除質心式箔條干擾。多MTI濾波器覆蓋從0到末制導雷達重頻fr頻率范圍內的N個MTI濾波器組，能夠實現超過常規MTI的性能。其權值為：

其中，索引k在0到N－1之間，對應于N個MTI濾波器組，傳遞函數為：

因此，其幅頻響應為：

文中在算法實現過程中第一級MTI采用的是三抽頭MTI，并行處理MTI的個數N＝8，其方框圖和對應的幅頻率響應如圖4、圖5所示。

圖4 多MTI算法的方框圖

可見，多MTI濾波器每個子濾波器占據大約1／N的雜波和信號帶寬，可以消除更多的雜波，并能準確區分多普勒頻率差異。所以多MTI濾波器的組合性能遠超過沒有利用多普勒信息的單延遲線對消器。

圖5 MTI濾波器（N ＝8，重周125μs）的頻率響應

3 仿真結果分析

在上述對于質心式箔條干擾模型和多重MTI算法分析的基礎上，通過與實際可比的算例對處理效果進行了仿真。假設一部X波段的反艦導彈末制導雷達，分辨單元300m；箔條云包含1百萬個偶極子，占據1km距離范圍；目標的RCS為5000m2，多普勒頻率為100Hz；信號處理采樣率為100MHz，抽取率50，回波脈沖數144個。圖6給出了淹沒在箔條云中的單個目標回波信號的距離－多普勒（144×32）二維圖像，圖中目標回波信號完全無法和干擾區分開來，目標回波與干擾的信干比大約為7dB。

圖6 未處理的回波信號的距離－多普勒圖像

只采用常規MTI濾波器的結果如圖7所示，對于質心式箔條干擾基本沒有改善。

采用的多重MTI算法處理后的回波信號如圖8所示。

圖7 常規MTI處理后的回波信號的距離－多普勒圖像

從結果看采用多重MTI算法處理后，目標回波與干擾的信干比約為18dB，箔條干擾基本消除，由此而造成的目標回波的幅度損失約為2～3dB。總之，可以得出結論，采用多重MTI算法對于質心式箔條干擾有較好的改善效果。

圖8 多MTI處理后的回波信號的距離－多普勒二維圖像

4 結束語

多重MTI算法是從信號處理的角度考慮抗質心式箔條干擾的問題。文中給出了多重MTI算法的實現框圖，并通過Matlab軟件仿真了常規MTI及多重MTI算法對于質心式箔條干擾的影響。仿真結果表明，多重MTI算法對于質心式箔條干擾具有較好的改善效果。立足實際應用，下一步研究的重點是該算法的具體實現及其實時性問題。

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