陣列多波束雷達通道失配對旁瓣對消性能的影響

侯少嶺，藺東霞，王永海，顧榮軍(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽471003)

假設用ρ01代表主通道與輔助通道1的互相關系數，ρ02代表主通道與輔助通道2的互相關系數，ρ12代表輔助通道1與輔助通道2的互相關系數，與式(4)同理可得兩個輔助通道時，采用旁瓣對消的最佳對消比為:

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陣列多波束雷達通道失配對旁瓣對消性能的影響

侯少嶺，藺東霞，王永海，顧榮軍
(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽471003)

摘要:分析了多波束雷達通道失配對旁瓣對消的影響，并結合某雷達的試驗現象，運用仿真方法分析了該雷達在假目標干擾條件下通道失配對旁瓣對消性能的影響，為該體制雷達的對消效果評估提供了依據。

關鍵詞:陣列多波束;通道失配;旁瓣對消

0　引言

某雷達采用多波束形成技術，對多路接收通道進行波束合成。在合成之前，首先需要對各個通道數據的幅度和相位進行校準，以保證接收通道的一致性。由于該雷達在進行接收通道幅相校準時，校準系數不能實時修正，輔助通道與主通道間存在幅相不一致的問題，導致雷達進行旁瓣對消時，主、輔通道信號相關性下降，影響旁瓣對消效果［1-2］。本文結合該雷達某次試驗，針對采用旁瓣對消后假目標幅度變大的現象，分析研究了在假目標干擾條件下通道失配對旁瓣對消性能的影響，并給出了仿真結果，為該型雷達對消效果評估提供了依據。

1　試驗現象說明

在某項檢驗該型雷達旁瓣對消效果的試驗中，雷達工作于三坐標搜索體制，采用數字波束形成、脈沖壓縮、CFAR、雜波圖等信號處理方式，并進行兩個輔助通道的旁瓣對消處理。干擾裝備分別采用噪聲干擾和假目標干擾兩種干擾方式對雷達實施干擾，該型裝備在不同干擾方式時采用旁瓣對消前后的效果如圖1和圖2所示。

圖1　假目標干擾條件下雷達采用旁瓣對消前后效果圖

圖2　噪聲干擾條件下雷達采用旁瓣對消前后效果圖

由試驗結果可以看出，當進行假目標干擾時，雷達采取旁瓣對消抗干擾措施后，干擾未被抑制，相反地還增強了干擾強度;而進行噪聲干擾時，旁瓣對消效果明顯，噪聲干擾被有效抑制。

眾所周知，旁瓣對消主要用來抑制由雷達副瓣進入的具有高占空比和類似于噪聲的干擾，而對低占空比的脈沖干擾信號的抑制能力很差或者根本不起作用。但是在該試驗現象中，旁瓣對消對于假目標干擾未起到抑制作用，相反地干擾幅度還得到了加強。本文對該試驗現象進行分析。

2　試驗現象理論分析

旁瓣對消主要利用主天線接收信號與輔助天線接收信號的相關性及輔助天線間信號的相關性來進行權值計算，各輔助通道接收的干擾信號經過加權，使其與主通道中的干擾等幅反相，才能有效對消干擾。主天線接收信號與輔助天線接收信號或輔助天線間信號的相關性中的任一相關性受到破壞，都將導致相關矩陣的計算不準確，并最終導致權值計算的不準確，甚至得到錯誤的權值。此時，旁瓣對消的效果就無法達到預期的效果。因此，接收通道中信號的相關性對旁瓣對消的效果就會產生影響，而通道失配就是引起通道間信號相關性變差的一個主要因素。

所謂通道失配，就是指接收機通道與輔助通道的幅度和相位不一致。雷達的接收通道包括高放、混頻、檢波、A/D等組件，不可避免地在特征上存在差異，致使主輔通道的各種不一致性直接影響了接收通道的幅、相不一致。

設主通道和輔助通道的信號分別為n(t)和n1(t)，權系數取最佳值wopt，則對消后輸入的信號功率為:

為了獲得最佳的對消效果，通常采用最小均方誤差準則算法［4］對權值進行優化，則最優權值可轉化為:

在自適應旁瓣對消系統中，一般采用干擾對消比衡量旁瓣對消性能，其定義為雷達未采用旁瓣對消時系統輸出噪聲功率與采用旁瓣對消時系統輸出噪聲功率的比值，即:

式中，CG為對消比，n為接收到的干擾信號，nr為對消后干擾輸出。

將式(1)、(2)代入式(3)可得出最佳對消比為:

式中，ρ為主輔天線接收干擾信號的互相關系數。

考慮該雷達裝備有兩個輔助天線，若輔助天線一和輔助天線二接收到的信號分別為n1(t)、n2(t)，則對消后輸出的信號功率為:

與式(2)同理，可得其最優權值為:

假設用ρ01代表主通道與輔助通道1的互相關系數，ρ02代表主通道與輔助通道2的互相關系數，ρ12代表輔助通道1與輔助通道2的互相關系數，與式(4)同理可得兩個輔助通道時，采用旁瓣對消的最佳對消比為:

通過上述分析給出了采用兩個輔助通道進行旁瓣對消時的對消比，由對消比的表達式也可以看出，進入主輔通道干擾信號的相關性對旁瓣對消的性能有直接影響，當通道失配時，進入主輔通道的干擾信號失去相關性，將導致對消比下降［3］。下文就對幾種情況下，通道失配引起的旁瓣對消效果的變化進行仿真分析。

3　仿真分析

設置仿真條件如下:采樣頻率為10MHz、信號脈寬為100μs、脈沖重復周期為2ms、信號帶寬為5MHz，采用兩個輔助天線的對消系統，權值計算時通道采樣點個數為10個。

以主通道為標準通道，假設輔一通道與主通道的相位一致性較差，輔二通道與主通道的幅度一致性較差，分析采取不同干擾樣式時，通道失配對旁瓣對消效果的影響效果。

情況1:不同密集程度的假目標干擾下，通道失配對旁瓣對消效果的影響。

為了便于說明，給出三種不同密集程度假目標干擾時的仿真結果，包括旁瓣對消前后的效果圖，以及輔助通道的相關性函數曲線，如圖3～5所示。

圖3　假目標間隔100μs時，通道失配對旁瓣對消效果影響

圖4　假目標間隔30μs時，通道失配對旁瓣對消效果影響

圖5　假目標間隔10μs時對消前后的時域波形

圖3～5中，(a)均表示旁瓣對消前后目標回波的幅度; (b)中實線為輔助通道自相關函數曲線，虛線為輔助通道間互相關曲線，兩個信號的互相關函數與其中一個信號的自相關函數吻合得越好，說明兩個信號的相關性越好，反之說明相關性越差。因此，當干擾信號為假目標干擾時，若雷達通道一致性不好，則其通道間的信號相關性均較差，此時，干擾信號不但未能被對消，反而增強，本文仿真中對消后的信號幅度相比于對消前就提高了10dB左右。因此，通道失配對假目標干擾時的旁瓣對消效果影響較大。

需要說明的是，干擾信號相對于系統噪聲幅度的強弱直接決定著自適應權值估計的準確性，當干擾信號較弱時，接收機內部熱噪聲將破壞主天線與輔助天線及輔助天線之間信號的相關性，此時如果采用旁瓣對消，將難以取得好的對消效果。本文給出的是假目標干擾幅度與系統內部噪聲幅度基本相當時的仿真分析結果，假目標干擾信號強度比系統內部噪聲強時的仿真分析，與之基本一致，本文不再贅述。

情況2:調頻噪聲干擾下，通道失配對旁瓣對消效果的影響。

從圖6可以看出，當干擾為調頻噪聲干擾時，雖然通道一致性不好，但通道間的信號相關性仍然較好，此時旁瓣對消對噪聲干擾有較好的對消效果。因此，通道失配對于噪聲干擾時的旁瓣對消效果影響并不大。

4　結束語

本文根據旁瓣對消的工作原理，運用仿真的方法分析陣列多波束雷達通道失配對旁瓣對消性能的影響。通過仿真結果可知，在陣列多波束雷達進行旁瓣對消的過程中，由于主、輔通道間存在通道失配，假目標干擾方式下，進入通道間的信號相關性較差，干擾信號不但不能實現對消，而且信號幅度反而增大;而在噪聲干擾方式下，雖然通道一致性不好，但通道間信號相關性較好，旁瓣對消有較好的對消效果。

參考文獻:

［1］張葵．雷達干擾效能仿真評估系統的設計與實現［D］．西安:西安電子科技大學，2006．

［2］彭小亮，李榮鋒，等．兩種修正的自適應通道均衡方法［J］．電子與信息學報，2006，28(4) : 658－662．

［3］艾麗．旁瓣對消數字處理模塊的設計與實現［D］．西安:西安電子科技大學，2008．

［4］馬曉巖．雷達信號處理［M］．長沙:湖南科學技術出版社，1999．

The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radar

Hou Shaoling，Lin Dongxia，Wang Yonghai，Gu Rongjun
(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang 471003，Henan，China)

Abstract:The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radars is analyzed．And based on test results of some radar，the effect of channel mismatch on sidelobe cancellation，when the radar is influenced by false target jamming，is analyzed by simulation，which provides basis for the cancelling effect evaluation of such radars．

Key words:multi-beam array; channel mismatch; sidelobe cancellation

作者簡介:侯少嶺(1980－)，男，工程師，碩士，主要研究方向為雷達對抗試驗技術及計算機仿真等。

收稿日期:2015－09－25; 2016－01－04修回。

中圖分類號:TN973; TN974

文獻標識碼:A