雷達(dá)常見抗干擾措施的抗相參干擾性能分析

李 宏，薛 冰，趙艷麗

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心,河南 洛陽 471003)

0 引言

雷達(dá)干擾和抗干擾是一對(duì)永恒的矛盾。自從雷達(dá)誕生以來，雷達(dá)干擾和抗干擾之間的矛盾對(duì)抗就從來沒有停止過，正是這種矛盾對(duì)抗，促進(jìn)了雷達(dá)干擾技術(shù)和雷達(dá)抗干擾技術(shù)的發(fā)展。

根據(jù)干擾的目的不同，可以將對(duì)雷達(dá)的干擾分為壓制干擾和欺騙干擾兩大類[1]。壓制干擾包括傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾和目前廣泛采用的相參壓制干擾。欺騙干擾又包括對(duì)窄帶雷達(dá)的點(diǎn)跡/航跡欺騙干擾和對(duì)寬帶雷達(dá)的成像欺騙干擾，均是采用相參干擾技術(shù)。

針對(duì)各種干擾，雷達(dá)可以采取的抗干擾措施也很多，比較常見的主要有：旁瓣對(duì)消(SLC)/旁瓣匿影(SLB)、動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)/動(dòng)目標(biāo)檢測(MTD)、頻率捷變(包括脈間捷變、脈組捷變)、重頻捷變(包括參差、抖動(dòng)、滑變)、射頻掩護(hù)、恒虛警(CFAR)等。在這些抗干擾措施中，大部分是針對(duì)傳統(tǒng)噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾和各種地物/自然雜波干擾的，在目前廣泛采用的相參干擾技術(shù)情況下，其抗干擾性能如何呢？還能起到較好的抗干擾效果嗎？

由于技術(shù)成熟度所限，目前對(duì)雷達(dá)的干擾仍然以壓制干擾為主[2]，所以本文主要以相參壓制干擾為例，來分析不同抗干擾措施對(duì)其抗干擾性能。

1 不同抗干擾措施抗相參干擾性能分析

1.1 旁瓣對(duì)消/旁瓣匿影

SLC/SLB是典型的雷達(dá)空域抗干擾措施，主要為了對(duì)抗旁瓣干擾，其中，SLC主要用于對(duì)抗從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的噪聲干擾，而SLB主要用于對(duì)抗從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的雜亂脈沖干擾。噪聲干擾、雜亂脈沖干擾和相參干擾是在信號(hào)域和時(shí)域上不同，按理說，SLC/SLB對(duì)抗噪聲干擾、雜亂脈沖干擾或者相參干擾的性能應(yīng)該差別不大，可實(shí)際情況還是相差比較大的。

當(dāng)干擾信號(hào)是從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的噪聲干擾信號(hào)時(shí)，SLC能夠?qū)ο粢徊糠指蓴_，典型的對(duì)消比可以達(dá)到15～20dB，當(dāng)然，實(shí)際對(duì)消效果受多種因素影響。譬如，當(dāng)雷達(dá)受到的噪聲干擾信號(hào)的帶寬不一樣時(shí)，對(duì)消效果是不同的，對(duì)單頻干擾的效果最好，干擾信號(hào)的調(diào)制帶寬越寬，對(duì)消效果越差；又如，如果雷達(dá)有2路旁瓣對(duì)消通道，理論上可以對(duì)消來自2個(gè)不同方向的旁瓣干擾信號(hào)，但實(shí)際上，當(dāng)只有1路干擾信號(hào)時(shí)，旁瓣對(duì)消的對(duì)消效果較好，而當(dāng)同時(shí)存在2路干擾信號(hào)時(shí)，對(duì)消效果將會(huì)大打折扣。但是不管怎樣，SLC對(duì)抗從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的噪聲干擾都能夠起到一定的抗干擾效果，因?yàn)樵肼暩蓴_信號(hào)跟雷達(dá)回波信號(hào)在統(tǒng)計(jì)上是獨(dú)立的，所以雷達(dá)總能夠?qū)ο粢徊糠衷肼曅盘?hào)。而當(dāng)干擾信號(hào)為相參干擾時(shí)，由于相參干擾是干擾機(jī)通過數(shù)字儲(chǔ)頻采集并存儲(chǔ)截獲的雷達(dá)信號(hào)后，然后延遲轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，跟雷達(dá)接收到的回波信號(hào)具有一定的相參性，統(tǒng)計(jì)上不獨(dú)立，因此當(dāng)進(jìn)行對(duì)消時(shí)，難以得到比較理想的對(duì)消效果，在某些特殊情況下，對(duì)消比接近于零甚至為負(fù)也不足奇。因此，SLC作為一種對(duì)抗旁瓣噪聲干擾的有效措施，在對(duì)抗從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的相參干擾時(shí)，效果就會(huì)大打折扣，有時(shí)候甚至?xí)玫较喾吹男Ч@種情況實(shí)踐中是出現(xiàn)過的。

當(dāng)干擾信號(hào)是從雷達(dá)旁瓣進(jìn)入的雜亂脈沖干擾信號(hào)時(shí)，SLB是一種較好的抗干擾措施，當(dāng)然，前提是干擾信號(hào)的占空比不能過大，否則，雷達(dá)的主通道關(guān)閉過于頻繁，或者關(guān)閉時(shí)間太多，將會(huì)影響雷達(dá)正常功能的發(fā)揮。由于以前雜亂脈沖干擾用得比較經(jīng)常，故而不少雷達(dá)上都設(shè)計(jì)了這種抗干擾措施。隨著干擾技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在雜亂脈沖干擾幾乎已經(jīng)不用了，普遍采用相參干擾技術(shù)。那么，SLB這種以前常用的雷達(dá)抗干擾措施，在相參干擾情況下，還能起到一定的抗干擾作用嗎？對(duì)于相參干擾，可以分為兩種情況：第一種情況是干擾機(jī)采用全脈沖采樣后延遲疊加復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾，這種干擾信號(hào)在時(shí)域上是連續(xù)的，因此當(dāng)雷達(dá)采用SLB抗干擾措施時(shí)，主通道將完全關(guān)閉，這相當(dāng)于雷達(dá)關(guān)機(jī)，干擾的目的達(dá)到了，抗干擾無效；第二種情況是干擾機(jī)采用間歇采樣干擾，此時(shí)干擾信號(hào)在時(shí)域上將不是連續(xù)的，但間歇采樣干擾的占空比不會(huì)小于50%，且轉(zhuǎn)換周期極短，為微秒級(jí)。在這么頻繁的切換下，雷達(dá)主通道也不可能正常工作。所以，SLB在相參干擾情況下，是不能起到抗干擾作用的。

1.2 動(dòng)目標(biāo)顯示/動(dòng)目標(biāo)檢測

MTI/MTD本身不是用于抗有源電子干擾的，而是用于抗各種雜波干擾的，如地雜波、海雜波、氣象雜波等，同時(shí)也能夠抗無源干擾，如箔條干擾等，其主要利用目標(biāo)與各種雜波及無源干擾在多普勒頻率上的差別，利用對(duì)消原理(MTI)或者多普勒濾波器組(MTD)來抑制各種雜波和無源干擾，從而提高對(duì)目標(biāo)的檢測性能。在噪聲干擾情況下，因?yàn)榘自肼暤墓β首V是平坦的，所以MTI/MTD對(duì)于噪聲干擾沒有抑制作用。對(duì)于相參干擾來說，其頻譜分布范圍處于目標(biāo)的頻譜分布范圍之內(nèi)，故MTI/MTD對(duì)于相參干擾也沒有抑制作用。

1.3 頻率捷變

頻率捷變最早用于抗噪聲瞄頻干擾。早期的雷達(dá)均為非相參雷達(dá)，所以最初的頻率捷變均是采用脈間捷變。這種抗干擾措施使得早期對(duì)定頻雷達(dá)干擾效果較好的噪聲瞄頻干擾機(jī)不得不改用寬帶噪聲干擾，以使干擾信號(hào)能夠進(jìn)入到雷達(dá)接收機(jī)，因此，頻率捷變對(duì)噪聲干擾的抗干擾效果是比較顯著的。例如設(shè)雷達(dá)捷變帶寬為500MHz，信號(hào)瞬時(shí)帶寬為5MHz，假設(shè)干擾機(jī)測頻精度足夠高；則當(dāng)雷達(dá)采用定頻方式工作時(shí)，干擾機(jī)可采用窄帶瞄頻噪聲進(jìn)行干擾，此時(shí)干擾帶寬可設(shè)置為5MHz；而當(dāng)雷達(dá)采用捷變頻方式工作時(shí)，干擾機(jī)將不得不采用寬帶噪聲進(jìn)行干擾，干擾帶寬至少需設(shè)置為500MHz；這樣，干擾功率譜密度將下降到1/100倍(20dB)，也即雷達(dá)采用頻率捷變抗干擾措施的抗干擾得益為20dB。

現(xiàn)代雷達(dá)均采用相參體制，通過回波信號(hào)的相位信息來獲取更多的相參處理得益。但是相參處理與脈間頻率捷變又是不兼容的，因此現(xiàn)代雷達(dá)多采用脈組頻率捷變的方式，在試圖獲得相參處理得益的同時(shí)，又能夠通過頻率捷變來抗噪聲瞄頻干擾。

根據(jù)相參干擾的干擾時(shí)長不同，可以將其分為周期內(nèi)干擾和跨周期干擾兩種情況。周期內(nèi)干擾就是干擾機(jī)在偵察到雷達(dá)的重復(fù)周期后，采集每個(gè)周期的雷達(dá)信號(hào)，然后延時(shí)疊加復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾，每次干擾時(shí)長不超過雷達(dá)的一個(gè)重復(fù)周期。這種情況下，干擾信號(hào)始終滯后于干擾機(jī)自身平臺(tái)的回波信號(hào)，故而主要用于進(jìn)行近距離支援干擾，其典型干擾效果如圖1所示[3-4]。跨周期干擾就是干擾機(jī)采集到一個(gè)雷達(dá)脈沖后進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)干擾，干擾時(shí)長大于一個(gè)雷達(dá)重復(fù)周期的情況。當(dāng)雷達(dá)工作在定頻方式時(shí)，通過跨周期干擾，可以將干擾覆蓋到干擾機(jī)平臺(tái)前方去，從而形成全量程干擾的效果，此時(shí)干擾效果如圖2所示[3-4]。所以，這種干擾既可以實(shí)現(xiàn)近距離支援干擾，也可以實(shí)現(xiàn)自衛(wèi)干擾，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離支援干擾。

圖1 相參干擾效果

圖2 相參干擾效果

那么，頻率捷變對(duì)抗相參干擾的性能如何呢？根據(jù)雷達(dá)捷變頻方式的不同以及干擾時(shí)長的不同，可以分為4種情況進(jìn)行考慮。

1)雷達(dá)采取脈間捷變方式，干擾機(jī)采取周期內(nèi)相參干擾。

這種情況下，由于干擾信號(hào)是對(duì)同周期內(nèi)雷達(dá)信號(hào)的采樣存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，故干擾信號(hào)的頻率跟雷達(dá)信號(hào)的頻率是始終保持一致的，因此，雷達(dá)采取脈間頻率捷變措施對(duì)抗周期內(nèi)相參干擾無效。

2)雷達(dá)采取脈間捷變方式，干擾機(jī)采取跨周期相參干擾。

這種情況下，在雷達(dá)當(dāng)前周期內(nèi)，干擾信號(hào)跟雷達(dá)信號(hào)的頻率是一致的，而過了當(dāng)前雷達(dá)周期后，雷達(dá)信號(hào)頻率已經(jīng)變化，但干擾信號(hào)頻率仍然保持不變，故而干擾信號(hào)進(jìn)入不了雷達(dá)接收機(jī)，所以，雷達(dá)采取脈間頻率捷變措施對(duì)抗跨周期相參干擾有效。

3)雷達(dá)采取脈組捷變方式，干擾機(jī)采取周期內(nèi)相參干擾。

其結(jié)果同第一種情況。

4)雷達(dá)采取脈組捷變方式，干擾機(jī)采取跨周期相參干擾。

這種情況下，干擾機(jī)的干擾效果與干擾時(shí)長有關(guān)：如果干擾時(shí)長接近且小于雷達(dá)脈組時(shí)長或者脈組時(shí)長的整數(shù)分之一，干擾有效，也即抗干擾無效；其他情況下，若干擾時(shí)長小于雷達(dá)脈組時(shí)長，則時(shí)而干擾有效時(shí)而無效；若干擾時(shí)長遠(yuǎn)大于雷達(dá)脈組時(shí)長，則干擾基本無效，此時(shí)等同于第二種情況。

1.4 重頻捷變

重復(fù)頻率捷變(重頻捷變)也是現(xiàn)代雷達(dá)常用的一種抗干擾措施。學(xué)術(shù)界曾經(jīng)有人將重頻捷變歸為雷達(dá)頻域抗干擾措施，實(shí)際上是錯(cuò)誤的，重頻捷變應(yīng)屬于雷達(dá)時(shí)域抗干擾措施的范疇，原因是嚴(yán)格來說，重頻捷變應(yīng)該叫做重周捷變(重復(fù)周期捷變)。

重頻捷變包括重頻參差、重頻抖動(dòng)和重頻滑變，其中，重頻參差最早用于解模糊，重頻抖動(dòng)和重頻滑變主要用于抗同步脈沖干擾。

對(duì)于周期內(nèi)相參干擾，干擾信號(hào)的重頻始終跟雷達(dá)信號(hào)的重頻是一致的，故重頻捷變不會(huì)影響干擾效果。而對(duì)于跨周期相參干擾，只有第一個(gè)雷達(dá)周期內(nèi)的干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)的重頻一致，其余雷達(dá)周期內(nèi)的干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)的重頻將不一致，因此不同雷達(dá)周期內(nèi)的干擾信號(hào)不能進(jìn)行脈間處理(包括FFT處理、積累處理等)，此時(shí)干擾將基本無效，也即抗干擾有效。

1.5 射頻掩護(hù)

射頻掩護(hù)是一種經(jīng)典的雷達(dá)頻域抗干擾措施，對(duì)抗傳統(tǒng)的噪聲瞄頻干擾效果較好。一種較為常見的射頻掩護(hù)原理如圖3上半部分所示，雷達(dá)除了發(fā)射正常探測脈沖以外，還在其前面發(fā)射一個(gè)掩護(hù)脈沖，掩護(hù)脈沖與正常脈沖在時(shí)間上和頻率上均錯(cuò)開。干擾機(jī)在偵察到前面的掩護(hù)脈沖后，以為是要干擾的雷達(dá)信號(hào)，就會(huì)發(fā)射與掩護(hù)脈沖頻率一致的窄帶噪聲干擾，由于正常脈沖與掩護(hù)脈沖頻率是錯(cuò)開的，這樣正常脈沖就因?yàn)榍懊婷}沖的“掩護(hù)”而不會(huì)受到干擾。相參干擾面對(duì)這種雷達(dá)時(shí)，其干擾時(shí)序?qū)?huì)如圖3下部所示[5]，干擾機(jī)偵察并采集存儲(chǔ)的是掩護(hù)脈沖，用此轉(zhuǎn)發(fā)的假目標(biāo)信號(hào)頻率與掩護(hù)脈沖一致，而與正常脈沖不一致，因此對(duì)正常脈沖將不會(huì)形成干擾。這種情況下，射頻掩護(hù)抗干擾有效。

圖3 經(jīng)典的射頻掩護(hù)時(shí)序及相參干擾時(shí)序

但是，現(xiàn)代干擾機(jī)的設(shè)計(jì)師找到了這種經(jīng)典射頻掩護(hù)的規(guī)律以后，在設(shè)計(jì)干擾時(shí)序時(shí)，故意漏過前面的脈沖，而采集存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)后面的脈沖，就“巧妙”地解決了對(duì)這種經(jīng)典射頻掩護(hù)雷達(dá)相參干擾的問題。然而，“道高一尺，魔高一丈”，在弄清楚干擾機(jī)的這種所謂“巧妙”對(duì)抗措施以后，文獻(xiàn)[6]提出一種改進(jìn)的射頻掩護(hù)時(shí)序設(shè)計(jì)，如圖4所示。雷達(dá)在1個(gè)周期內(nèi)連續(xù)發(fā)射3個(gè)頻率各不相同的脈沖信號(hào)，3個(gè)脈沖的時(shí)寬以及它們之間的頻率差和時(shí)間差均是可變的(傳統(tǒng)的射頻掩護(hù)技術(shù)這些都是固定不可變的)，而且可以指定3個(gè)脈沖中的任意1個(gè)為主脈沖，其他2個(gè)為掩護(hù)脈沖(傳統(tǒng)的射頻掩護(hù)技術(shù)中第一個(gè)脈沖固定為掩護(hù)脈沖，第二個(gè)脈沖固定為正常脈沖，其關(guān)系不可變)，這樣，干擾機(jī)就偵察不出射頻掩護(hù)的規(guī)律，不知道哪個(gè)脈沖為主脈沖、哪個(gè)脈沖為掩護(hù)脈沖，從而不知道干擾如何下手。這種改進(jìn)的射頻掩護(hù)措施對(duì)抗相參壓制干擾和欺騙干擾的效果均較好，是目前比較理想的抗相參干擾的措施。

圖4 改進(jìn)的射頻掩護(hù)時(shí)序

1.6 恒虛警

雷達(dá)收到的回波信號(hào)中可能包含目標(biāo)回波、各種雜波、各種人為/自然的有源和無源干擾以及雷達(dá)本身的系統(tǒng)噪聲等，屬于一隨機(jī)過程。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測是設(shè)定一門限，當(dāng)信號(hào)高出此門限時(shí)就認(rèn)為有目標(biāo)存在，否則就認(rèn)為是背景噪聲。當(dāng)背景噪聲電平時(shí)高時(shí)低時(shí)，雷達(dá)就有可能將大量的背景噪聲信號(hào)誤檢測為目標(biāo)，從而導(dǎo)致虛警率增大。為此，現(xiàn)代雷達(dá)廣泛采用CFAR技術(shù)來降低虛警率。CFAR就是雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)檢測時(shí)，檢測門限根據(jù)背景噪聲電平的變化適時(shí)調(diào)整，當(dāng)背景噪聲電平升高時(shí)，檢測門限抬高；而當(dāng)背景噪聲電平降低時(shí)，檢測門限也降低。常用的CFAR檢測單元如圖5所示。

圖5 典型雷達(dá)恒虛警處理單元圖

假設(shè)雷達(dá)采用單元平均選大CFAR處理方式，此時(shí)雷達(dá)信號(hào)檢測門限為：

(1)

式中，y為雷達(dá)檢測門限；k為比例系數(shù)，根據(jù)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率的要求而定；ui為各CFAR單元中的信號(hào)電平。

對(duì)于傳統(tǒng)的噪聲干擾，其干擾信號(hào)可視為背景噪聲，干擾的原理相當(dāng)于通過抬高雷達(dá)CFAR門限，使得真目標(biāo)回波信號(hào)位于雷達(dá)檢測門限之下而不能被檢測出來，從而達(dá)到壓制的效果，所以，CFAR對(duì)噪聲干擾沒有抗干擾效果。

在相參干擾下，情況又如何呢？這里僅考慮相參干擾對(duì)雷達(dá)進(jìn)行能量壓制的情況。

當(dāng)相參干擾對(duì)雷達(dá)的壓制是通過抬高雷達(dá)CFAR檢測門限，使得真目標(biāo)回波處于雷達(dá)檢測門限之下而不能被雷達(dá)檢測到時(shí)，屬于能量壓制。有兩種比較常用的相參干擾樣式可以導(dǎo)致能量壓制，一是所謂的“相參噪聲干擾”，即間歇采樣后進(jìn)行噪聲調(diào)頻；二是多假目標(biāo)干擾時(shí)假目標(biāo)密度較大，使得雷達(dá)CFAR處理區(qū)間內(nèi)總有假目標(biāo)落入。在能量壓制情況下，相參干擾是通過將干擾信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)CFAR檢測單元，從而提高CFAR檢測門限，來得到壓制干擾效果的。這種情況等同于傳統(tǒng)的噪聲干擾，因此CFAR對(duì)其沒有抗干擾效果，甚至可以說，相參干擾正是利用了雷達(dá)的CFAR處理來達(dá)到對(duì)雷達(dá)進(jìn)行壓制干擾的目的。

2 結(jié)束語

科研工作者們已提出了各種各樣的抗干擾措施，以對(duì)抗地雜波/海雜波、氣象雜波等自然干擾，以及傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾、同步脈沖干擾等人為有源干擾，并且這些抗干擾措施均已在實(shí)際雷達(dá)中得到了廣泛應(yīng)用，大大提高了雷達(dá)的性能。隨著干擾技術(shù)的發(fā)展，目前在人為干擾中，相參干擾已基本替代了噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾、同步脈沖干擾等傳統(tǒng)的有源干擾，成為當(dāng)前干擾技術(shù)的主流。那么，作為對(duì)抗傳統(tǒng)有源干擾的各種經(jīng)典的雷達(dá)抗干擾措施，對(duì)抗相參干擾的性能如何呢？本文對(duì)此進(jìn)行了分析，并且經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大部分經(jīng)典的抗干擾措施對(duì)抗相參干擾時(shí)，性能均有不同程度的下降。理論分析和實(shí)踐均表明，目前對(duì)抗相參干擾的最有效措施，是文獻(xiàn)[6]提出的改進(jìn)的射頻掩護(hù)措施。■

[1] 趙國慶．雷達(dá)對(duì)抗原理[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999

[2] 李宏．雷達(dá)相參壓制干擾若干問題研究[C]∥中國航天科工集團(tuán)第二研究院二十三所:電子對(duì)抗與目標(biāo)識(shí)別技術(shù)文集，2014:1-6.

[3] 李宏，郭雷，楊英科．基于單通道DRFM相參壓制干擾時(shí)序設(shè)計(jì)[C]∥電子對(duì)抗系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2014:32-38.

[4] 李宏，郭雷，牟能文．相參干擾的相參得益[J]．電子信息對(duì)抗技術(shù),2016,31(1):30-32.

[5] 李宏，牟能文，郭雷．相參干擾的壓制距離[J]．電子信息對(duì)抗技術(shù),2015,30(4):33-36.

[6] 李宏．雷達(dá)射頻掩護(hù)抗相參壓制和欺騙干擾性能[C]∥2017年全國復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)交流大會(huì)報(bào)告文集，2017.