空域分段旁瓣對(duì)消對(duì)抗靈巧干擾的仿真

楊越　陳鐘　李青

摘要：文章通過(guò)闡述靈巧類干擾的特點(diǎn)，指出了傳統(tǒng)旁瓣對(duì)消方法在應(yīng)對(duì)此類干擾時(shí)的不足，并基于此提出分段的改進(jìn)方法使其能有效應(yīng)對(duì)靈巧類的干擾。為了適應(yīng)實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)的需要，分段策略予以分析和說(shuō)明，通過(guò)詳細(xì)的仿真實(shí)驗(yàn)證明了該改進(jìn)方法應(yīng)對(duì)靈巧類干擾的有效性。

關(guān)鍵詞：靈巧干擾；靈巧噪聲干擾；時(shí)域分段；旁瓣對(duì)消

0.引言

抗有源干擾依然是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中雷達(dá)需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。隨著PD雷達(dá)信號(hào)處理手段的完善，傳統(tǒng)的白噪聲壓制式干擾的優(yōu)勢(shì)正在被削弱，而能利用雷達(dá)發(fā)射信號(hào)衍生得到的靈巧類別的干擾正在走向?qū)崙?zhàn)。因此，研究這種新體制干擾的抗干擾手段顯得非常必要。

雷達(dá)抗有源干擾的思想無(wú)非是要么不被干擾機(jī)截獲，要么就在時(shí)、頻、空、極化、編碼域中的一者或多者聯(lián)合的情況下能將干擾與有用信號(hào)區(qū)分開(kāi)，從而達(dá)到抗干擾的目的。

在圖1中，Y為雷達(dá)主通道的陣列信號(hào)，A為DBF的導(dǎo)向矢量，d為DBF后的主通道待對(duì)消信號(hào)，x為輔助通道的陣列信號(hào)，W_xo為自適應(yīng)旁邊對(duì)消系數(shù)，X_n為輔助通道加權(quán)后的濾波器輸出，ε為最終的旁瓣對(duì)消輸出。

在工程實(shí)現(xiàn)中，為了防止目標(biāo)被對(duì)消掉和保證對(duì)消效果，因此干擾樣本的選取往往是雷達(dá)量程遠(yuǎn)端的潔凈區(qū)。但這卻不適用于猝發(fā)式的靈巧類干擾。原因在于所選取的訓(xùn)練樣本不能保證其中所含的干擾樣本的有效性。其次，若使用非封閉式的收斂算法，由于濾波器收斂的暫態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，而這將嚴(yán)重影響到旁瓣對(duì)消的性能。

2.分段旁瓣對(duì)消算法

針對(duì)傳統(tǒng)旁瓣對(duì)消面對(duì)靈巧類干擾的問(wèn)題，本文提出了一種分段式的旁瓣對(duì)消干擾方法。分段式旁瓣對(duì)消的思想是在整個(gè)距離段上分段取樣進(jìn)行旁瓣對(duì)消。由于采用低增益的天線陣元，使得主瓣方向的目標(biāo)在輔助通道所構(gòu)成的子空間內(nèi)投影分量較少，從而確保在對(duì)消后的目標(biāo)損失遠(yuǎn)小于干擾的損失。

分段式旁瓣對(duì)消依然采用傳統(tǒng)旁瓣對(duì)消的準(zhǔn)則，但實(shí)現(xiàn)方法上須采用封閉式的算法，以保證結(jié)果直接收斂到穩(wěn)態(tài)。工程上可以采用直接矩陣求逆算法（SMI）或信號(hào)子空間算法等改進(jìn)型算法實(shí)現(xiàn)。

分段旁瓣對(duì)消計(jì)算權(quán)系數(shù)時(shí)的數(shù)據(jù)塊劃分方法如圖2所示，其橫軸表示距離單元，數(shù)據(jù)塊劃分用數(shù)字標(biāo)示。使用標(biāo)示為偶數(shù)的數(shù)據(jù)塊計(jì)算各自對(duì)應(yīng)的對(duì)消權(quán)系數(shù)W_xo。為了以示區(qū)別，用不同方向的斜線表示相鄰的偶數(shù)數(shù)據(jù)塊得到的權(quán)系數(shù)是不同的。相鄰的奇數(shù)數(shù)據(jù)塊不用計(jì)算權(quán)系數(shù)，而是直接使用其左右相鄰的偶數(shù)數(shù)據(jù)塊得到的權(quán)系數(shù)。例如奇數(shù)塊3數(shù)據(jù)等分為左右各1份，用數(shù)據(jù)塊2生成的權(quán)系數(shù)對(duì)消數(shù)據(jù)塊3左邊的一份數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)塊4生成的權(quán)系數(shù)對(duì)消數(shù)據(jù)塊3右邊的一份數(shù)據(jù)，于是得到了奇數(shù)數(shù)據(jù)塊最終的對(duì)消數(shù)據(jù)結(jié)果。而偶數(shù)數(shù)據(jù)塊則直接使用其自身生成的權(quán)系數(shù)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)對(duì)消。

由于靈巧干擾為了在全距離單元進(jìn)行壓制，使得本文提出的分段旁瓣對(duì)消樣本塊劃分方法可有效獲取干擾樣本信息。在靈巧噪聲干擾的情況下，雖然干擾猝發(fā)的起始距離單元是隨機(jī)的，但為了盡可能獲得脈壓的增益，干擾信號(hào)是x（n）與J（n）的卷積，其長(zhǎng)度不小于x（n）的長(zhǎng)度。通過(guò)合理的分配數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度N（例如塊長(zhǎng)度小于等于x（n）長(zhǎng)度的一半），依然可以保證對(duì)消效果。因此，本文提出的分段旁瓣對(duì)消反復(fù)既減少了求取自相關(guān)矩陣的計(jì)算量，又保證了對(duì)消效果。

3.仿真分析

仿真雷達(dá)水平機(jī)械掃描時(shí)受靈巧干擾時(shí)的情景，參數(shù)設(shè)置：雷達(dá)轉(zhuǎn)速6r/min，PRI 2.56ms，信號(hào)帶寬2MHz，LFM信號(hào)長(zhǎng)度256點(diǎn)，回波長(zhǎng)度4096點(diǎn)，干擾方向-40°和20°，干噪比35dB，目標(biāo)方向-8°，徑向速度12m/s，信噪比-30dB，主天線3dB波束寬度2.8°，輔助天線為3元陣，MTD使用32點(diǎn)FFY，4點(diǎn)劃窗。通道間的幅相誤差為1dB和5°的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

圖3（a）是在雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)到-8°時(shí)，僅有白噪聲和目標(biāo)進(jìn)入雷達(dá)主瓣時(shí)的脈壓時(shí)域結(jié)果。可以看到目標(biāo)回波位于1258距離單元，未歸一化的相對(duì)強(qiáng)度為95.43dB，噪底電平峰值約為88dB。

圖3（b）是圖3（a）的基礎(chǔ)上加入密集靈巧干擾后的脈壓時(shí)域結(jié)果。可以看到目標(biāo)回波完全被干擾壓制。干擾峰值約為120dB。

圖3（c）是圖3（b）在1258距離單元進(jìn)行MTD的頻域結(jié)果。可以看到目標(biāo)的多普勒信息完全被靈巧干擾掩蓋，無(wú)法檢測(cè)到目標(biāo)。圖中的橫線表示該距離單元當(dāng)前多普勒的均值。

圖3（d）是對(duì)密集靈巧干擾對(duì)消后的脈壓時(shí)域結(jié)果。對(duì)比圖3（a）可以看到，時(shí)域回波的噪底電平峰值約為88dB，無(wú)明顯干擾剩余，目標(biāo)回波強(qiáng)度有0.3dB的減弱。

圖3（e）是對(duì)圖3（d）進(jìn)行MTD的頻域結(jié)果。可以看到由于干擾被對(duì)消，該距離單元的目標(biāo)多普勒信息被明顯的顯現(xiàn)，而且整個(gè)多普勒的均值較圖3（c）約有6dB的提升。

仿真雷達(dá)水平機(jī)械掃描時(shí)受靈巧噪聲干擾時(shí)的情景，參數(shù)設(shè)置：雷達(dá)轉(zhuǎn)速6r/min，PRI 2.56ms，信號(hào)帶寬2MHz，LFM信號(hào)長(zhǎng)度256點(diǎn)，回波長(zhǎng)度4096點(diǎn)，干擾方向-40°和20°，信干比0dB，干擾為每個(gè)PRI內(nèi)發(fā)射和一個(gè)隨機(jī)距離單元的靈巧噪聲干擾，目標(biāo)方向-8°，徑向速度12m/s，信噪比-30dB，主天線3dB波束寬度2.8°，輔助天線為3元陣，MTD使用32點(diǎn)FFT，4點(diǎn)劃窗。通道間的幅相誤差為1dB和5。的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

圖4（a）是在雷達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)到-8°時(shí)，僅有白噪聲和目標(biāo)進(jìn)入雷達(dá)主瓣時(shí)的脈壓時(shí)域結(jié)果。可以看到目標(biāo)回波位于1258距離單元，未歸一化的相對(duì)強(qiáng)度為95.43dB，噪底電平峰值約為88dB。

圖4（b）是圖4（a）的基礎(chǔ)上加入靈巧噪聲干擾后的脈壓時(shí)域結(jié)果。可以看到由于干擾使用了信號(hào)的波形作為載體，使得脈壓對(duì)干擾的抑制是透明的。需要說(shuō)明的是靈巧噪聲干擾在每個(gè)PRI內(nèi)所處的距離單元是隨機(jī)的。當(dāng)前一個(gè)干擾波形正好將目標(biāo)回波脈壓后的時(shí)域波形掩蓋。干擾強(qiáng)度約為103dB，強(qiáng)于目標(biāo)回波脈壓峰值。

圖4（c）是圖4（b）在1258距離單元進(jìn)行MTD的頻域結(jié)果。可以看到目標(biāo)的多普勒信息并未完全被靈巧干擾掩蓋。這是由于干擾出現(xiàn)的距離單位是隨機(jī)的，在目標(biāo)所在方位進(jìn)行MTD過(guò)程中的相鄰若干PRI內(nèi)，目標(biāo)并未在每個(gè)PRI都被干擾掩蓋。雖然如此，干擾的隨機(jī)初相及幅度擾動(dòng)依然會(huì)破壞目標(biāo)的相干積累，加大了目標(biāo)的漏警概率。

圖4（d）是對(duì)靈巧噪聲干擾對(duì)消后的脈壓時(shí)域結(jié)果。對(duì)比圖4（a）可以看到，時(shí)域回波的噪底電平峰值約為88dB，無(wú)明顯干擾剩余，目標(biāo)回波強(qiáng)度有0.6dB的減弱。

圖4（e）是對(duì)圖4（d）進(jìn)行MTD的頻域結(jié)果。可以看到由于干擾被對(duì)消，該距離單元的目標(biāo)多普勒值較圖4（c）約有10dB的提升。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種分段式的旁瓣對(duì)消干擾方法，意在解決猝發(fā)式的靈巧類干擾。仿真結(jié)果表明該方法以較小的目標(biāo)信噪比損失為代價(jià)獲取較大的干擾對(duì)消效果，驗(yàn)證了本方法的有效性。