雙極化對末制導雷達抗干擾能力影響?

解永亮 韓 偉 范加武

（91404部隊43分隊 秦皇島 066001）

1 引言

目前，反艦導彈末制導雷達在抗干擾能力方面仍存在一些不足，主要表現在：對目標與箔條形成的混合體難以快速識別；受多路徑效應、目標反射特性等影響，導致目標回波幅度起伏大，影響對目標的穩定跟蹤；角反射體干擾和艦船目標特征不易區分，識別概率較低。研究發現對雷達信號進行雙極化處理，是末制導雷達提高抗干擾能力的一種有效的技術途徑。極化信息是除頻率、幅度、相位以外，描述電磁波矢量性的又一重要信息，極化濾波、極化增強、極化鑒別等抗干擾技術作為時域、頻域、功率域等常規抗干擾技術的補充，能夠有效對抗多種干擾樣式。可以預見，發展“時-頻-極化”域一體化的抗干擾技術必將成為雷達抗干擾領域的主流發展方向［1］。

2 雙極化原理概述

電磁波在傳播時，電場矢量在水平平面內和垂直平面內均有分量，被稱為電磁波的極化現象。常規雷達對目標回波信號的檢測只利用幅度信息，只要目標回波幅度在起伏過程中超過由背景噪聲或雜波所決定的門限，就有可能被檢測到，即有一定的檢測概率。而電磁波照射到目標上時，由于目標的形狀、結構和材料的不同，會對發射電磁波產生不同的極化扭轉效應［2］，目標回波和雜波中包含有各自不同的極化信息，加以利用后可以實現在一定的信噪比情況下提高目標的檢測概率；或者說，在一定的目標檢測概率下，可以使所需的信雜比降低。因此增加極化檢測技術有助于雷達對微弱目標的探測，雙極化雷達通過極化檢測方式可以先將一部分干擾濾除，更有利于干擾背景下目標的檢測；同時，基于干擾信號與目標回波在極化域的特征差異，通過增加極化域判別，從而提高雷達的抗干擾能力及目標識別能力。

描述極化效應的基礎理論是極化散射矩陣。主動雷達系統發射某種極化狀態的入射波，然后接收同種或者不同種極化狀態的反射回波。常用的發射—接收極化狀態有以下四種：HH為水平發射，水平接收；HV為水平發射，垂直接收；VH為垂直發射，水平接收；VV為垂直發射，垂直接收。交替發射同時接收模式工作時，交替發射兩種正交的極化波，在發射的間隙，極化狀態正交的兩副天線同時接收，這樣任意相鄰兩次接收的回波，就是所期望的四種極化組合（HH、HV、VH、VV）的目標回波。現在考慮一個沿天線方向傳播的線極化平面波，它照射到目標上，任意方向的線極化分解為水平和垂直兩個正交的極化分量，分別用和表示水平極化和垂直極化電場，其中T表示發射天線產生的電場，下標H和V分別代表水平方向和垂直方向，一般在水平照射場的作用下，目標的散射場將由水平極化散射場和垂直極化散射場組成，并且有

式中：aHH表示水平極化入射場產生水平極化散射場的散射系數；aHV表示水平極化入射場產生水平極化散射場的散射系數。

同理，在垂直照射場作用下，目標散射場也有兩部分：

式中：aVH表示垂直極化入射場產生水平極化散射場的散射系數；aVV表示垂直極化入射場產生水平極化散射場的散射系數。

上述散射成分中，水平散射場可被水平極化天線所接收，垂直散射場可被垂直極化天線所接收，所以有

3 極化檢測

在末制導雷達跟蹤過程中，對于噪聲壓制類干擾或能量很高的欺騙干擾來說，干擾進入目標的檢測單元時，抬高了目標的檢測背景，目標的信噪比下降，從而使目標不能被正常檢測，無法進行下一步的識別。通過極化檢測可以改善上述問題，極化檢測是利用雷達回波中的極化信息來改善雷達對目標的檢測能力，從而為下一步的極化識別提供條件。

目前采用修正后的張量極化檢測器，檢測前將積累后同極化回波與交叉極化回波的功率對消作為極化檢測器的輸入，再參與極化檢測判決。由于空間隨機取向的箔條以及圓極化或斜極化的有源干擾均表現為同極化與交叉極化能量相當，而艦船目標的同極化分量遠大于交叉極化分量，因此，采用極化對消處理后，干擾回波的能量大部分被對消掉，有效抑制干擾，提高信干比［4］，有利于雷達對目標的檢測。

下面通過數據仿真，給出了典型干擾情形下，R-D二維檢測（基本型檢測方法）與極化檢測方式下目標的檢測效果對比結果。圖1中在噪聲壓制干擾背景下，原始檢測后目標2丟失，經過極化處理后目標1、目標2均正常檢測出來，通過數據仿真分析得出，極化檢測可以提高目標在有源干擾背景下的信干比，同時對機內噪聲背景下的目標信噪比也有改善。

4 典型干擾與艦船目標的極化特征差異

針對末制導雷達的典型干擾，按干擾效果來劃分，干擾樣式大體可劃分為壓制式和欺騙式兩類。壓制式干擾包括有源噪聲調制干擾和無源箔條干擾等；欺騙式干擾包括無源誘餌（沖淡箔條、角反射體等）和有源假目標干擾。下面根據試驗結果對箔條干擾、角反射體干擾和有源干擾的極化特征與艦船目標存在的差異進行分析。

圖1 噪聲壓制干擾背景下檢測結果對比圖

4.1 箔條干擾

箔條云在空中的運動規律可以認為是隨機的，雷達接收到箔條云反射回波的垂直極化、水平極化分量基本相同，具有較強的去極化性，理論上它能夠干擾各種極化特性的雷達，而艦船目標的去極化特性較弱；另外，箔條云的極化散射矩陣是由大量服從獨立同分布的箔條極化散射矩陣的相干合成，箔條云團的極化散射矩陣不僅與單個箔條有關，同時還與箔條云的空間分布有關，箔條云在空間中徑向分布的改變也將導致散射矩陣的起伏，而艦船目標的極化散射特性相比箔條穩定的多。因此，通過對艦船和箔條干擾極化散射特性差異的分析研究，可以進行箔條干擾的識別及對抗。

圖2是雷達分別跟蹤艦船和箔條干擾的數據，箔條干擾的極化參數穩定性明顯比艦船差。

4.2 角反射體干擾

角反射體通過鏡面反射作用將電磁波從入射方向反射回去，當入射波是線極化時，雷達接收到的同極化反射波的分量高，一般情況下其散射的同極化波比正交極化波大很多，去極化特性與艦船目標相當甚至更弱；另外，角反射體干擾的極化特性也與角反射體的姿態有關，其極化比分布于整個極化域，在某些角度下（如二面角的邊沿），角反射體具有較強的去極化特性，同時漂浮在海上的角反射體相對艦船較小，受海浪起伏等因素的影響更大，從而引起干擾極化特性的變化，此時角反射體干擾極化特征參數的穩定性較艦船目標差一些。

圖2 雷達跟蹤艦船和箔條干擾數據對比圖

圖3是一組角反射體干擾數據，此時干擾的去極化特性較弱，與艦船的極化參數取值較為相似，較難區分。

圖3 雷達跟蹤角反射體干擾數據圖

4.3 有源干擾

有源誘餌為提高干擾成功率，一般采用圓極化或斜極化的工作方式［5］，雷達用線極化進行發射時，接收到的干擾信號共極化回波與交叉極化回波相當，而艦船目標的共極化回波比交叉極化回波要強。因此，通過共交極化比可區分有源干擾和艦船目標。

圖4是雷達分別跟蹤有源干擾與艦船的數據，雷達跟蹤有源干擾與跟蹤艦船時的極化參數差異顯著。

5 仿真識別結果

基于典型干擾與艦船目標在極化域的特征差異，可以有針對性的制定末制導雷達抗干擾措施。針對不同的干擾類型，通過對外場數據的處理和分析，給出了高速數據仿真的極化識別結果，下面分別對不同干擾情況下的原始回波數據和極化處理后數據進行對比分析。

圖4 雷達跟蹤艦船和有源干擾數據對比圖

5.1 箔條干擾

質心箔條施放后，箔條與艦船在多普勒和距離向重合，干擾與目標成為混合體，從時、頻域較難區分。采用極化濾波方式進行處理后，箔條干擾象素點被剔除，報出混合體中目標位置的點。原始回波及極化識別結果見圖5。

圖5 質心箔條與艦船混合體原始回波及極化識別結果

沖淡箔條干擾施放后形成多個假目標干擾，如果達到雷達目標檢測門限，時頻域判別后容易造成誤識別，但此時干擾的極化特征與艦船有所差別。圖6所示數據通過多幀極化濾波可以將箔條干擾剔除。

圖6 沖淡箔條極化識別結果

5.2 角反射體干擾

上文在角反射體與艦船目標的極化特征差異論述中分析過，由于角反射體干擾與艦船的極化參數取值較為相似，較難區分。但在末制導雷達抗干擾數據處理中，對角反射體干擾回波的極化信息進行數據識別算法改進，仍可以對角反射體干擾進行識別。圖7給出了中數據識別算法改進前后的識別結果對比，圖中縱坐標代表屬性識別結果，7代表干擾，5代表疑似，3代表艦船，在改進后的仿真結果中增加了9代表金屬角反射體干擾。從圖中可以看出，原始時頻域識別下將角反射體識別為干擾的概率很低，基本上報艦船屬性，而增加極化識別后，能夠將金屬角反正確識別為干擾。

5.3 有源干擾

有源干擾的時頻域特征與艦船相似，從時、頻域特征上看，轉發干擾與目標較難區分，回波幅度一般較高，有時在距離或多普勒向進行拖引，容易導致雷達跟錯目標或抬高背景從而丟失目標，影響目標的正常檢測和跟蹤。利用極化檢測及極化識別處理后，能夠有效剔除有源干擾，留下艦船目標點。圖8為有源干擾背景下原始回波與極化識別結果對比。

圖7 角反射體干擾原始識別與數據識別算法改進對比圖

圖8 有源干擾背景下原始回波與極化識別結果對比圖

6 結語

末制導雷達抗干擾決策中，目標散射信號中的極化信息同目標回波的幅度、相位、頻率、波形等信息一樣，是非常有用的信息，它在抗有無源干擾、目標信號濾波和增強、目標檢測和目標識別中有著巨大的潛力。極化參數是描述電磁波的重要參數之一，它描述了電磁波的矢量特征，不同目標對入射電磁波的極化有不同的散射極化，本文通過不同干擾與艦船的極化特征差異對比可以得出，艦船目標的去極化特性較弱，而其他典型干擾除角反射體去極化特性與艦船目標差異較小外，均表現出與艦船目標明顯的極化特征差異，通過試驗數據仿真結果可以發現，采用雙極化處理能夠有效提高末制導雷達抗干擾能力。