基于極化編碼的抗同頻干擾技術(shù)

趙艷秋

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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基于極化編碼的抗同頻干擾技術(shù)

趙艷秋

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

介紹了極化編碼調(diào)制技術(shù)的基本概念和原理，對16組同型雷達進行了編碼設(shè)計，討論了其互相關(guān)和自相關(guān)特性，最后給出了極化捷變頻雷達系統(tǒng)的處理模型。

極化編碼；互相關(guān)；自相關(guān)；抗同頻干擾

0 引 言

電磁波攜帶的目標信息中包含著環(huán)境信息，除了頻率、幅值和相位以外，還有極化信息可以利用。極化在雷達目標的檢測、抗干擾和分類識別等方面都有著很大的潛力。1982年，Cohen和Sjoberg報道了一種實驗型的脈內(nèi)極化捷變雷達系統(tǒng)，該系統(tǒng)在子脈沖基礎(chǔ)上對發(fā)射脈沖進行右旋和左旋圓極化編碼，接收時基于極化信息進行脈沖壓縮[1]。

電子對抗中可以利用電磁波和天線的極化特性，進行干擾與反干擾。因而極化對抗技術(shù)是電子對抗的一種重要技術(shù)，能提高對敵方信息裝備的干擾效果和己方信息裝備的反干擾效果。極化對抗技術(shù)分為極化干擾技術(shù)和極化抗干擾技術(shù)。

一般來說，只要將雷達的接收天線改變成與干擾電波極化方式正交，即可在很大程度上抑制干擾，雷達可正常工作。當(dāng)用2個極化正交的信號以適當(dāng)?shù)膹?fù)數(shù)加權(quán)合成等效極化狀態(tài)以抑制干擾時，采用的電路稱為極化濾波器。

1 碼形概述

極化編碼調(diào)制技術(shù)是指在發(fā)射端用多相碼對射頻載波的極化方式進行調(diào)制，以獲得極化編碼的信號。為實現(xiàn)在雷達接收端的相關(guān)檢測，需要對回波信號進行極化解碼和壓縮濾波處理。這種新型的極化編碼調(diào)制信號的波形在功率和分辨力的提高上與傳統(tǒng)的壓縮技術(shù)相類似[2]。

對于二相極化編碼，調(diào)制信號可以寫成：

(1)

(2)

式中：EH(t)為電場的水平分量；EV(t)為電場的垂直分量；Eia(t)為電場的幅度；εn為極化信號的極化角，對于垂直極化，εn=π/2，對于水平極化，εn=0。

用虛部表示垂直分量，實部表示水平分量，則該電場矢量可用復(fù)數(shù)表示為：

(3)

顯然上式和一般相位編碼(PCM)信號的復(fù)數(shù)表達式相似。若Eia(t)選取脈沖函數(shù)，則eiεn相當(dāng)于極化調(diào)制函數(shù)。

在選取垂直、水平線極化的條件下，使發(fā)射的各個脈沖的極化方式在垂直和水平線極化之間捷變，即εn在π和0之間變化，由此便產(chǎn)生了極化編碼信號。極化還有左橢圓極化和右橢圓極化，如果用4種極化狀態(tài)交替，相當(dāng)于四相編碼，其4項分別是{0°，90°，180°，270°}或用exp(jθk)表示成{1，j，-1，j}。由于四相碼的主副比與其原型二相碼近似，這里只討論二相碼。

選取一種常用的二相碼——偽隨機碼序列，設(shè)其長度為N，則在發(fā)射端發(fā)射N個脈沖，對這些脈沖進行極化編碼，極化方式依次按偽隨機序列設(shè)置。若偽隨機序列為13位Bark二相碼，則二相碼相位與極化調(diào)制的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 13位Bark二相碼相位與極化調(diào)制的對應(yīng)關(guān)系

2 參數(shù)取值與碼形容量

為了簡化分析編隊中的多部雷達之間的抗同頻干擾問題，暫不考慮脈間的編碼及處理問題，只考慮脈內(nèi)的編碼。脈內(nèi)采用基于二相偽隨機序列的極化編碼方式。

基本的參數(shù)取值為：信號帶寬B=5MHz；脈沖寬度T0=12.6μs。

為了獲得較多的碼型容量，擬采用Gold碼序列。在偽隨機碼序列的長度N不太大時(例如3)，m序列只有2個;N=5時，m序列只有6個。對于同一個n(反饋的級數(shù))來說，Gold序列族中序列的個數(shù)比m序列的個數(shù)多很多,如表2所述。

表2 同級的m序列和Gold序列的個數(shù)

采用n=6(碼長2n-1=63)的Gold序列,則總的碼型容量為65個，從中選取16個作為研究分析的碼型，表3是所選16組碼型的其中4組碼型的具體數(shù)值。

表3 脈內(nèi)極化捷變的編碼表(16組碼型中的4個碼型)

3 自相關(guān)特性與互相關(guān)特性

經(jīng)仿真得出16組碼型的自相關(guān)和互相關(guān)的圖，如圖1～圖8所示。由于有120個圖，所以只挑了其中幾組。

圖1 雷達1自相關(guān)

圖2 雷達2自相關(guān)

圖3 雷達3型自相關(guān)

圖4 雷達4自相關(guān)

圖5 雷達1-雷達2的互相關(guān)

圖6 雷達1-雷達3的互相關(guān)

圖7 雷達1-雷達4的互相關(guān)

圖8 雷達1-雷達5的互相關(guān)

由于有16組碼型，互相關(guān)結(jié)果中只列出碼型1和其余4種碼型的互相關(guān)，其余組的互相關(guān)與其類似。

在自相關(guān)結(jié)果中，自相關(guān)的最大值是36dB，副瓣一般在22dB以下，因此自相關(guān)的主副比只有14dB；在互相關(guān)結(jié)果中，互相關(guān)峰值一般在24dB以下。只比自相關(guān)峰值36dB小12dB。

可見，雖然Gold碼序列可以獲得較多的碼型容量，但其自相關(guān)和互相關(guān)的主副比均較高。

4 極化捷變雷達系統(tǒng)處理模型

根據(jù)電磁波極化編碼調(diào)制與處理的基本原理，圖9示出了極化捷變雷達系統(tǒng)的處理模型。該處理模型由雙極化天線、雙極化發(fā)射和接收處理支路等部分組成。

在發(fā)射支路，根據(jù)系統(tǒng)PN極化編碼發(fā)生器，分別產(chǎn)生水平與垂直極化的激勵信號，送往相應(yīng)的功率放大器，再經(jīng)環(huán)形器或收發(fā)開關(guān)送往相應(yīng)的水平或垂直極化天線發(fā)射出去。

接收支路中，雙極化天線將接收到空間中的水平、垂直極化電磁波經(jīng)環(huán)形器送往接收支路，分別經(jīng)下變頻及模數(shù)轉(zhuǎn)換后，根據(jù)當(dāng)前PN極化編碼對數(shù)字回波序列進行極化相關(guān)處理，最后根據(jù)相關(guān)結(jié)果作信號檢測。

圖9 極化捷變雷達系統(tǒng)處理模型

上述的極化捷變雷達系統(tǒng)處理模型已較常規(guī)的雷達體制復(fù)雜，若僅考慮簡單的變極化方式，則如圖10所示。

圖10 簡單變極化雷達系統(tǒng)模型

在簡單變極化雷達系統(tǒng)中，依靠微波極化開關(guān)來控制電磁波的輻射極化特性，極化轉(zhuǎn)換系秒級的慢變化。極化方式只考慮水平或垂直2種方式，其正交隔離度可達30dB以上[3]。

5 編隊同型搜索雷達綜合抗同頻干擾措施研究

在占用雷達系統(tǒng)時間資源相同的情況下，Gold碼序列可以獲得較多的碼型容量，但自相關(guān)主副比較低，難以保證雷達自身的探測性能，如何抑制主副比是一個需要進一步研究的問題[4-5]。

若將簡單變極化方式與線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻方式綜合起來使用，可以保證較好的主副比和互相關(guān)抑制比，獲得4～8部同型、同頻、同時開機的碼型容量。典型的碼型如表4所示。

表4 極化及非線性調(diào)頻綜合抗干擾碼型

[1] 宋立眾，蔣明，孟憲德，喬曉林.極化捷變LFM脈沖壓縮信號的相關(guān)檢測[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，20(6)：671-674.

[2] 喬曉林，宋立眾，謝新華.極化編碼脈壓雷達信號的相關(guān)檢測[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2003，25(5)：550- 553.

[3] 曾清平，李銳，郭亨遠.變極化技術(shù)反干擾的效能分析[J].現(xiàn)代雷達，2001，23(5)：72-76.

[4] 張志輝，宋花榮.m序列與Gold序列比較[J].信息技術(shù)，2000(6):69-71.

[5] 黃成才，王慕坤.Gold系列碼性能分析[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2007，12(4):29-32.

Anti-common Frequency Interference Technology Based on Polarization Coding

ZHAO Yan-qiu

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper introduces the basic conception and principle of polarization coding modulation technology,performs the coding design to 16 groups same-type radars,discusses their cross-correlation and auto-correlation characteristics,finally puts forward the processing model of polarizing frequency-agile radar system.

polarization coding;auto-correlation;cross-correlation;anti-common frequency interference

2015-04-10

TN958.3

A

CN32-1413(2016)04-0011-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.003