雷達抗干擾技術現狀及發展趨勢研究?

張凱旋 李淑華

（海軍航空大學青島校區 青島 266041）

1 引言

在現代戰爭中，雷達具有極其重要的戰略地位。第二次世界大戰后，雷達技術有了突飛猛進的發展，雷達的任務也不再僅僅是測量目標的距離、方位和仰角以及目標的速度等信息，而是要從目標回波中獲取更多有關目標的信息。但是日益復雜的電磁環境［1］與干擾嚴重威脅著雷達系統的生存及其效能的正常發揮，因此雷達抗干擾的能力的提升顯得愈發重要。現代新體制雷達的研究，也越來越集中地體現在雷達抗干擾的性能上。

2 傳統雷達抗干擾技術

雷達抗干擾措施可分為兩大類：1）技術抗干擾措施；2）戰術抗干擾措施。戰術抗干擾措施主要是指，在某種特定戰場環境下，各種技術抗干擾方法的結合運用，是一種綜合抗干擾方法；技術抗干擾措施又可分為兩類：一類是使干擾不進入或少進入雷達接收機中；另一類是當干擾進入接收機后，利用目標回波和干擾的各自特性，從干擾背景中提取目標信息。

雷達自衛距離是指在干擾背景下，雷達能夠檢測目標的距離。它是衡量雷達抗干擾性能的一個重要指標。

干擾信號從主瓣進入時的雷達自衛距離方程：

干擾信號從副瓣進入時的雷達自衛距離方程：

式中，Pj為目標自帶干擾器的發射功率，Gj為干擾發射天線的增益，σ為目標雷達截面積，Pt為雷達發射功率，G為雷達發射增益，λ為工作波長，R為目標與雷達之間的距離，Lr為雷達接收支路損耗，vj為干擾極化損失系數，Bj為干擾帶寬，Bn為接收機等效帶寬，Kj為雷達被有效干擾的功率界線，Rj為干擾機到雷達的距離，Gs雷達指向干擾機方向的增益。

雷達抗干擾的主要目的在于提高雷達接收機輸出信噪比，以增大雷達的自衛距離，從式（1）和式（2）可以得出一系列的抗干擾措施。

2.1 功率對抗技術

所謂功率對抗技術，就是提高雷達發射信號的功率，主要是提高其平均功率，以此提高雷達接收機的輸出信干比，增大雷達的自衛距離，從而改善雷達的抗干擾性能。提高雷達發射信號的功率常用的方法是，選用大功率的發射機、提高發射脈沖信號的重復頻率或增大發射脈沖寬度。脈沖壓縮是目前應用比較成熟的技術，它發射寬脈沖信號，可以提高發射信號的平均功率，通過脈沖壓縮匹配濾波器獲得窄脈沖回波信號，仍然可以保證雷達的距離分辨率。

2.2 空間對抗技術

空間對抗技術，是指盡可能減少雷達在空間上遭受敵方偵察干擾的機會，以便能更好地發揮雷達的性能。因為干擾信號只能從雷達天線波束的主瓣或副瓣進入，即使在空間存在若干個干擾源，也只有雷達天線波束（包括主、副瓣）照射到的有限空域中的干擾源才能起干擾作用，這就是空間對抗技術的依據［2］。

雷達空間對抗能力與天線波束參數密切相關：雷達天線主瓣增益越高，主波束寬度越窄，則干擾從主波束進入時的雷達自衛距離越遠；雷達天線旁瓣電平越低，雷達空間對抗能力越強。極低的天線旁瓣可防止干擾通過旁瓣進入雷達接收機，但要實現低副瓣電平，則主波束必然加寬，這是矛盾的和受限制的。所以，在實際中通常是在保證較窄波束的前提下，采用副瓣對消和副瓣消隱技術來減小天線副瓣的影響。

2.3 頻率對抗技術

頻率對抗是雷達抗有源干擾最有效最重要的一個領域，頻率對抗是為雷達奪取電磁頻譜優勢所采取的一切技術手段。頻率分集、頻率捷變（脈間或脈內）、干擾頻率自適應頻率捷變是行之有效的頻率對抗措施。

頻率分集技術能有效地對抗瞄準式有源干擾，對于寬帶阻塞干擾，加大雷達頻率分集頻寬將迫使干擾機加大干擾頻寬，從而降低干擾的功率譜頻率密度，改善雷達的抗干擾性能；捷變技術是使發射脈沖的載頻以隨機方式或按一定規律在較寬的頻帶內做較大范圍捷變，雷達接收機中會設計有一種干擾分析和發射頻率選擇模塊（JATS），可近實時觀測和分析干擾信號，從中找出干擾頻譜“凹點”，并用該頻率作為雷達信號工作頻率；自適應捷變頻率雷達，就是對目標環境和干擾環境特性進行實時監測，并根據監測結果自動給出雷達最佳的技術參數（頻率等）的雷達。

2.4 極化對抗技術

極化和振幅、相位一樣，是雷達信號的特征之一。根據天線理論，當外界信號與雷達天饋系統極化狀態匹配時，接收信號能量最大；當兩者完全失配時，接收能量為零。所以極化對抗技術，就是利用干擾與目標回波信號在極化特征上存在的差異，以及人為制造或擴大的差異，采取措施抑制干擾、保留信號、實現抗干擾的過程。

由于雷達目標散射回波與外界干擾完全獨立，極化狀態必然存在差異，因此，我們可以釆取一定方法使天饋系統與雷達目標回波盡可能接近極化匹配，而使其與干擾信號的的極化總是接近完全失配，從而把有源干擾抑制到最低程度，獲得良好的抗干擾效果。實際上，干擾信號往往有可變的多種極化方式，極化抗干擾技術的關鍵是天饋系統必須有多種極化快速變化的能力。雷達自適應變極化抗干擾的是一種比較熱門的抗干擾方式，雷達系統除發射機、接收機、收發開關外，還有變極化天線、極化識別器和變極化器。通過極化識別器判定干擾的極化方式，然后控制變極化器，產生與干擾信號極化方式正交的雷達發射信號。

1)電壓暫降發生后恢復過程迅速，基波電壓有效值變化過程大致呈矩形；在整個故障期間，可能出現多次暫降；電壓暫降幅值在突變點之間基本保持不變，而只在開始與結束瞬間發生了突變[13-22]。

2.5 綜合對抗技術

綜合對抗是指采用多種技術和戰術方法進行的抗干擾措施［3］。單一的抗干擾方法只對某一干擾措施有效，可采用多種抗干擾技術相結合方法，綜合采用多種抗干擾措施，有效提高雷達的抗干擾能力。

還可以采用雷達組網和傳感器數據融合技術［4］，多部雷達組網可根據敵情主動控制網內各雷達系統的工作狀態，實現雷達群合作反干擾工作方式，多制式雷達組網能形成一個十分復雜的雷達信號空間，占據較寬頻帶，且通過數據傳遞和情報綜合聯成一個有機的整體，其抗干擾能力不僅是各部雷達抗干擾能力的代數和，而且有質的變化［3］。

此外，還有諸如抗干擾雷達信號的設計、雜波抑制技術以及被動探測與定位技術等一系列雷達抗干擾技術也有很廣泛的應用，并取得了顯著的效果。

3 基于環境感知的雷達智能抗干擾體系

盡管傳統的雷達抗干擾方法在雷達反干擾中取得了很大的成績，但是在日益復雜的雷達干擾環境和日益精深的現代雷達目標檢測要求下，它們的不足之處也越來越明顯，主要表現為以下幾點：

1）雷達面臨的干擾問題很難依賴于某一類對抗技術圓滿解決，而是需要雷達系統充分利用多種技術綜合協作來應對；

2）目前雷達的反干擾手段以人工操作為主，應對干擾場景變化速度慢，不能滿足戰場迅速變化的復雜電磁環境，通常的處理方式是反復嘗試各種抗干擾手段，從而貽誤了最佳戰機；

3）缺乏有效評估干擾環境的技術手段，無法感知干擾的參數和類型，雷達受到干擾及受到干擾的種類缺少自動化辨別的設備。

所以，雷達向認知化和智能化發展是一個必然的趨勢［12］。捷變頻雷達可以看作智能雷達的雛形，這種雷達能夠工作在敵方干擾功率最弱的頻率上或者迫使干擾機實施寬帶干擾而降低干擾功率密度，從而實現抗干擾。

我們所說的雷達智能抗干擾系統，它應當具備認識、決斷、處理、再認識、再決斷、再處理這樣不斷循環的過程。這要求雷達應該具備如下幾個特性：

1）干擾環境綜合感知特性。雷達抗干擾系統能夠在沒有外界直接干涉和指導情況下，以特定的方式響應干擾環境的變化，并根據其內部狀態和感知到的干擾環境信息，不斷進行雷達干擾模型庫、特征參數庫和知識庫的更新；

2）根據綜合特征進行的智能干擾識別與分類；

3）智能化的抗干擾措施調度。通過策略優化推演，找到可以應用于多種復雜場景的抗干擾策略，并將各種因素參數化，使用計算機定量分析，求解出復雜的應對策略［10］。

文獻［5］中，賁德等將機載雷達認知反干擾分為干擾特征提取、干擾識別、反干擾調度和反干擾措施四個部分，并提出反干擾工作原理框圖，如圖1所示。

通過對雷達通道中的干擾特征進行分析并提取，從而完成干擾的分類，并針對不同類型的干擾，分別調用對應的干擾對抗措施。

王峰等在雷達智能抗干擾體系研究［6］中，提出智能化抗干擾技術在一定程度上具備認知雷達的概念與技術。智能化雷達反干擾技術的核心即為自動識別干擾類型并自動采取反干擾措施，完成干擾的對抗，其主要體系構成如圖2所示。并指出智能化反干擾將具備更為復雜的準則和認知通道，可以應對更多種類的干擾。

4 雷達智能抗干擾體系實現的關鍵技術

4.1 寬帶與窄帶偵察相結合的干擾認知技術

雷達對干擾環境的感知是智能抗干擾的基礎。對干擾源的特征進行提取、分析和分類，可以采取不同的應對措施［2］。對于雷達智能抗干擾體系而言，環境感知主要獲取雷達所需的地理和電磁環境的信息，同時可以實現與多源傳感器和多平臺的信息交互，完成環境信息的分析和識別，對干擾樣式等進行有效甄別，為信號處理和資源配置提供相關的信息。

目前，雷達的抗干擾和工作通道結合在一起，在正常的工作通道可以獲得的干擾源參數包括：干擾空間位置、干擾時域、頻域等特征。但是，當雷達工作在干擾對抗模式時，需要更為全面、快速地了解干擾在整個雷達可以工作帶寬的分布、干擾源的時頻變化特點和使用策略等，如此大的數據量難以用雷達的工作通道來傳輸。認知雷達將寬帶偵察通道用于干擾分析、識別，為干擾分類與抗干擾效果評估奠定基礎。

4.2 神經網絡用于目標和干擾特征的分析、提取和分類

目標和干擾特征的分析、提取和分類是雷達智能抗干擾的關鍵。人工神經網絡是模仿生物腦結構和功能的一種信息處理系統，它具有的“黑箱”功能表現出自學習、自組織、非線性、大規模和并行分布處理等特性，已經在多個領域包括雷達信號處理領域得到了廣泛的應用，并取得了一定的研究成果［7］。

總結近年來神經網絡技術在各個領域的應用，尤其是在雷達抗干擾方面的應用方法，可以發現有3種應用最成熟也最廣泛的神經網絡模型：BP網絡、RBF網絡和Kohonen網絡。文獻［8］在介紹了這3種網絡的結構和算法的基礎上，提出了神經網絡在雷達抗干擾中應用的3種思路：干擾和雜波的建模、目標和干擾征的提取以及目標和干擾的分類。

4.3 智能反干擾調度策略

反干擾措施的調度與實施是雷達智能抗干擾的保證。反干擾措施調度處理的核心是智能化的反干擾策略選擇方案。雷達策略設計最為重要的就是通過策略優化推演，找到可以應用于多種復雜場景的抗干擾策略［9］。

基于博弈論的反干擾策略研究，將是雷達干擾對抗的重要手段［10］。博弈論已經大量的應用到社會科學與經濟學之中，將各種因素量化加權，演變為可以使用計算機計算的量化因素，從而可以采用計算機分析求解復雜的應對策略，必將是雷達智能反干擾的重要研究方向［11］。

5 雷達智能抗干擾體系發展展望

目前，關于雷達智能抗干擾的技術研究取得了一定的進展，但大多仍停留在概念、模型等方面，至今沒有真正的智能雷達系統問世。雷達的智能抗干擾體系打破了傳統雷達抗干擾模式，所以它的設計必須從總體上進行考慮。

1）環境感知模式。多制式雷達組網的方式在雷達抗干擾方面起到了很好的作用，而且組網內多部雷達相互合作可實現遠超過單部雷達的感知能力；利用一定區域內分布的信息收集站點，構建信息傳輸網絡，結合多種平臺的數據，進行數據融合，形成網絡化感知體系，可迅速實現對復雜電磁環境的感知；

2）動態的環境認知建模。現代戰爭要求能夠實時感知目標及周邊戰場環境信息，然而在當前高密度電磁環境中，輻射源數目多且差異大，因此為了能夠快速、準確地對環境信息進行認知，就必須對周邊電磁環境進行動態的環境認知建模，通過統一的模型架構來描述不同類型的信息；

3）知識輔助的決策模塊。具有認知能力的雷達系統在資源管理調度方面將發揮更大的優勢，其對于環境的感知能力、對事件的判決推理能力將為資源的有效分配提供保障。形成一個獨立的知識模塊是一種發展趨勢，它具備實時更新的動態知識庫，以及知識輔助決策系統，它可以基于規則進行知識的應用。

6 結語

總的來說，面對當前越來越復雜的電磁環境和干擾，需要雷達的抗干擾技術不斷向前發展。本文對現有雷達抗干擾技術進行了綜述，分析了雷達在傳統的功率對抗、空間對抗、極化對抗、頻率對抗和綜合對抗方面的技術方法和基本原理，并重點總結分析了目前雷達智能抗干擾技術體系的相關理論方法，就雷達智能抗干擾體系的干擾認知、分類與決策過程及思想進行了詳細闡述。雖然雷達智能抗干擾技術仍然處于起步階段，但雷達抗干擾形勢的迫切性，客觀上要求雷達向智能化的方向發展。雷達智能抗干擾技術作為智能雷達與認知雷達的具體技術實現，必將得到長足的發展。