基于多普勒濾波器的多重MTI箔條干擾消除技術研究

董 杰，王法棟，劉宗福

（解放軍92785部隊，秦皇島 066200）

0 引 言

復雜電磁環境下，電子對抗成為攻防雙方爭奪電子制勝權的主要手段。采用無源壓制和無源欺騙式箔條干擾技術在復雜電磁環境下可以有效阻礙對方雷達目標探測和火力打擊。在繁冗復雜的電磁干擾噪聲中，分析辨別出有效目標的特征信號［1］，實現捕獲、跟蹤，進而采取相應打擊措施進行摧毀，具有重要的實戰意義。

文獻［2］以目標回波與箔條干擾在多普勒維的差異為切入點，設計出了參數合理的多動目標檢測（MTI）濾波器。文獻［3］對MTI濾波器抗雜波干擾性能進行了譜分析，在其基礎上優化設計了多普勒濾波器。頻域分析、時域分析在抑制箔條云干擾技術中也有仿真實現［4-5］。基于多普勒濾波器的多重MTI技術能有效分離環境噪聲、消除箔條干擾，得到多個目標速度信號。

1 箔條干擾原理

在電子對抗中，常采用箔條干擾或雷達吸波材料作為無源干擾欺騙技術手段。采用導電涂層的剛性纖維玻璃作為箔條材料，具有較大的雷達反射截面（RCS）數值和較小的射頻反射體積。當單個箔條偶極子長度為雷達波長的一半時，產生最大的RCS數值［6］。在雷達分辨率內總的箔條RCS為：

式中：ND為總偶極子數；VR為分辨單元體積；Vcs為箔條帶散射體積；Lbeam為天線波束下形狀損耗。

由于單個雜波成分的相位和幅度為隨機值，箔條云回波也呈現隨機、熱噪聲性質。采用概率密度函數表示信號箔條比，其分布類型受箔條云自身特性、雷達工作參數和雷達視角等因子影響，則信號箔條比可表示為：

式中：S為回波信號；C為箔條云雜波信號；σ為目標RCS；σc為箔條云RCS；Rccr為箔條消除比。

2 多重MTI箔條干擾消除技術

2.1 原理分析

在中等脈沖重復頻率上，關于箔條云質心的差分目標速度信號的檢測和跟蹤，可通過檢測目標速度差的多普勒橫向濾波器組合實現。建立靈敏度分析模型，由檢測到的差分目標速度的理論閾值構建包含有箔條云影響因子的雷達參數方程。其中，箔條云成分參數包括雜波截面積、雜波譜寬、偶極子數量、雜波速度標準差；雷達有關參數包括頻率、帶寬、積累實踐、脈沖重復頻率（PRF）和信雜比。

實施過程中，使用1%～5%中等帶寬、高脈沖重復頻率雷達波形測量箔條云的距離范圍、質心和速度率；使用中等帶寬波形建立箔條云質心跟蹤方程；采用10%以上帶寬波形實現箔條云質心的帶寬跟蹤；設計動態目標多普勒橫向濾波器，提供帶寬質心跟蹤特定速度增量的足額增益；并行處理多個動態目標多普勒濾波器，檢測目標多普勒差相對于箔條云質心跟蹤速度的差值，積分處理，得到檢測目標。實施該抗干擾技術，雷達跟蹤精度要高，雷達跟蹤箔條云質心時要有較高的多普勒精度，濾波器要有必要的增益處理能力。

2.2 跟蹤精度分析

當采用速度跟蹤測量時，單脈沖熱噪聲誤差為：

式中：τ為脈沖寬度；Rsnr為跟蹤目標的信噪比。

采用差分通道的箔條信號比代替Rsnr，能在雜波中檢測到目標，有：

圖1為σf相對于Cchaff／S和τ的關系圖，可分析出期望的多動態目標信號處理能力。

2.3 多重MTI多普勒濾波器設計

圖1 單脈沖熱噪聲誤差分析

圖2 多重MTI算法結構圖

3 數據處理和仿真

算例中，設定某部X波段雷達追蹤多個箔條云中的導彈目標。該箔條云偶極子數量為1百萬個，占據1km空間范圍，采用高斯統計建模，設定67%的偶極子均勻分布在333m空間范圍內。有效空間范圍內雷達距離分辨單元之內包含的偶極子組合平均RCS為20.4dBsm，典型彈道導彈的前方位視角的RCS值為20dBsm。該條件下箔條云包圍的典型導彈彈道中等帶寬信號消除比約為40dB，采用8ms脈沖寬度和30dB箔條消除比，在X波段，單脈沖速度誤差為0.015m／s。

假設箔條雜波速度為高斯型分布，取值1.8m／s時，滿足奈奎斯特采樣定律要求的最小脈沖重復頻率240Hz，進而采用256點的快速傅里葉變換，每個濾波器覆蓋全雜波速度的1／256；采用寬帶跟蹤波形，形成每個距離多普勒分辨單元包含15cm×0.03m／s的雜波信號。采用N脈沖相干滑動窗口進行優化，對雜波進行統計分析，自適應調整最優門限設計，獲得低虛警率和高檢測率。

圖3為包圍在-15dBsm的高斯白噪聲中的目標散射體總回波信號的實部和虛部數值關系。在箔條干擾噪聲的包圍中，目標信號和欺騙干擾信號融合混淆，很難區分，噪聲淹沒目標信號。

圖3 箔條云中多目標距離-多普勒圖像

圖4顯示的是經動態目標檢測后的距離-多普勒信號效果，能明顯分辨出3個散射體特征信號。此時能區分不同速度特征的反射體，實現測速功能。

圖4 經動目標檢測后的圖像

圖5顯示的是執行多重動態目標信號處理后整個頂部數據的顯示結果。此時已將數據虛實矩陣進行轉換。由于未將門限電平進行最優化處理，因而允許一些數值較高的虛警信號冒出，目標回波幅度明顯減小，多重MTI信號處理器的處理增益相對于傳統距離多普勒處理多出15dB。

圖5 多重MTI算法后信號圖像

4 結束語

針對電子對抗中箔條云的電子特性，分析其干擾形成原理和干擾噪聲特性，采用多重MTI技術降低箔條云對探測動態目標的干擾影響，提高從復雜目標回波信號中甄別真實目標電磁特征的能力。通過算例仿真，分析驗證了該方法的優良性能，具備一定的實際應用價值。

［1］ 胡航.現代雷達信號處理機若干關鍵技術的仿真研究［J］.電子測量與儀器學報，2004，18（S2）：909-914.

［2］ 徐光耀，鄭娜，費惠佳.基于多重MTI算法的抗質心式箔條干擾研究［J］.彈箭與制導學報，2012，32（1）：192-194.

［3］ 洪麗娜，汪連棟，王立平，等.MTD雷達抗干擾性能分析［J］.火力與指揮控制，2004，29（S1）：71-73.

［4］ 侯文虎，侯慧群，吳宏超，等.箔條云干擾 MTI雷達的頻域分析及仿真［J］.現代電子技術，2011，34（1）：52-56.

［5］ 舒欣，沈福民.時頻分析技術在抑制箔條干擾中的應用［J］.西安電子科技大學學報（自然科學版），2001，28（5）：676-680.

［6］ Mahafza Bassem R，Elsherbeni Atef Z.雷達系統分析與設計（第2版）［M］.朱國富，黃曉濤，黎向陽譯.北京：電子工業出版社，2009.