羅 應(yīng)

（船舶重工集團(tuán)公司723 所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

相控陣，顧名思義，即從陣列天線單元發(fā)射信號，控制其相位，改變天線單元發(fā)射信號的相位，天線波束方位即信號發(fā)射方位相應(yīng)改變，相位變化越快，發(fā)射方位改變也越快。

發(fā)射方位捷變使相控陣?yán)走_(dá)能同時完成搜索、多目標(biāo)跟蹤等多種任務(wù)，使相控陣?yán)走_(dá)滿足對付多目標(biāo)的要求，因此，相控陣技術(shù)已成為未來雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展趨勢。

與其他體制雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)波束形成方法和控制方式不同，發(fā)射信號波形除了變化多樣外并沒有其他特殊變化，因此，相控陣技術(shù)可以視為雷達(dá)采用的一種空間抗干擾措施。

相控陣?yán)走_(dá)越來越成為雷達(dá)對抗的主要目標(biāo)，因此，對相控陣?yán)走_(dá)信號偵收和識別將面臨新的課題，必須花時間對其工作原理進(jìn)行分析，找出與其他雷達(dá)信號的不同之處，研究高準(zhǔn)確度的識別方法。

1 偵收、識別要求

為了正確偵收和識別相控陣?yán)走_(dá)信號，雷達(dá)偵察設(shè)備需要具有以下能力：

（1）在脈沖稀疏條件下，能正確偵收、處理和跟蹤相控陣?yán)走_(dá)信號；

（2）能偵收低截獲概率信號；

（3 ）能通過相控陣?yán)走_(dá)掃描特征進(jìn)行正確識別；

（4）能通過快速通道對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行快速識別。

2 對稀疏脈沖的偵收和處理

由于相控陣?yán)走_(dá)掃描波束靈活，使得相參積累具有多目標(biāo)處理能力，從時間分割角度分析，當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)對某批目標(biāo)處于搜索或穩(wěn)定跟蹤階段時，所分配的照射時間是很短的。因此，雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收到的雷達(dá)脈沖數(shù)就必然減少，通常只有幾個到十幾個脈沖。

傳統(tǒng)的雷達(dá)脈沖序列去交錯、分選主要是用頻率、方位直方圖方式進(jìn)行的。頻率、方位直方圖是一種積累的過程，即當(dāng)某一單元的脈沖數(shù)超過處理門限時，就對該單元內(nèi)的脈沖進(jìn)行分析，統(tǒng)計出信號的方位和技術(shù)參數(shù)（載頻、脈寬和脈幅等）。

由于相控陣?yán)走_(dá)照射目標(biāo)的時間較少，并且采用針狀波束天線，位于某個方向上的雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收到的脈沖數(shù)目通常很少，從而增加了偵察反應(yīng)時間，因此，必須對傳統(tǒng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出對短脈沖序列進(jìn)行快速偵收、分選、識別的方法。

2.1 視頻采集法

這種方法主要是解決因偵收的相控陣?yán)走_(dá)脈沖數(shù)少，難以獲取脈沖之間相互關(guān)聯(lián)性，而作為干擾脈沖丟棄。它是利用雷達(dá)信號視頻特征，對每個脈沖包絡(luò)進(jìn)行采樣，重點檢查脈沖上升沿和下降沿之間是否存在一致性。當(dāng)然，用這種方法實現(xiàn)時，需要適當(dāng)降低處理門限，或進(jìn)行自適應(yīng)改變門限，使雷達(dá)偵察設(shè)備對相控陣?yán)走_(dá)信號的偵收時間大大縮短。

2.2 脈內(nèi)參數(shù)比較法

這種方法適合于相控陣?yán)走_(dá)采用脈沖壓縮信號時情況。由前端接收機(jī)測量出脈沖內(nèi)部的細(xì)微特征，送至信號分選部分，由信號處理模塊將脈內(nèi)參數(shù)帶進(jìn)分選中，即對某一單元內(nèi)的僅有的幾個脈沖參數(shù)進(jìn)行觀察，除了載頻、方位、脈寬、重頻和脈幅等參數(shù)滿足規(guī)定的容差以外，再進(jìn)一步比較它們的脈內(nèi)特征是否一致。

2.3 反饋處理法

這種方法主要用于解決當(dāng)雷達(dá)偵察設(shè)備在處理脈沖密度很大時，會抑制處理短脈沖串所帶來的問題。

該方法是將已經(jīng)分選并識別出的脈沖信號和新出現(xiàn)的短脈沖串在進(jìn)入預(yù)處理器之前進(jìn)行區(qū)分，從而減少進(jìn)入預(yù)處理器和主處理器的脈沖流量，增加對短脈沖序列的處理幾率。

如圖1 所示，識別結(jié)果分成2 路，一路送顯示控制部分，另一路反饋給分路器，按照分路原則對雷達(dá)脈沖信號進(jìn)行分路，對還沒有進(jìn)行識別的雷達(dá)脈沖信號送入預(yù)處理器進(jìn)行信號處理，對已經(jīng)識別出的雷達(dá)信號脈沖送入方位跟蹤電路，也可以將已識別出的高威脅雷達(dá)信號的PDW參數(shù)送入方位跟蹤電路，方位跟蹤電路的主要任務(wù)是對高威脅信號的存在性進(jìn)行驗證，并對目標(biāo)方位進(jìn)行跟蹤。

圖1 信號反饋處理方框圖

這種信號處理方法的優(yōu)點是：

（1）能在高密度信號條件下進(jìn)行信號處理；

（2）能克服高重頻信號抑制短脈沖信號的處理，使得信號處理器能有時間對短脈沖信號進(jìn)行處理，增加對短脈沖序列的處理時間。

3 相控陣?yán)走_(dá)信號識別

3.1 相鄰兩次掃描間隔時間變化規(guī)律識別

相控陣?yán)走_(dá)探測目標(biāo)時，必須對目標(biāo)進(jìn)行照射，因此，雷達(dá)偵察設(shè)備會偵收到一串雷達(dá)脈沖。如果偵收到的脈沖串幅度受到雷達(dá)照射函數(shù)和雷達(dá)天線波束方向圖的共同調(diào)制，就可以判斷該雷達(dá)為常規(guī)機(jī)械掃描雷達(dá)；如果偵收到的脈沖串幅度基本保持不變，而且沒有脈沖間斷，就可以判斷該雷達(dá)為常規(guī)跟蹤雷達(dá)。

由于相控陣?yán)走_(dá)具有同時處理多目標(biāo)的能力，因此不可能始終處于搜索狀態(tài)，也不可能讓發(fā)射天線始終停留在某一方位上，而是采用邊搜索邊跟蹤的工作方式，天線發(fā)射方位按一定躍度變化，盡管相控陣?yán)走_(dá)始終在向外發(fā)射信號，但位于某一方向上的雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)信號卻是間斷的，在一次照射過程中，脈沖串幅度基本保持不變。圖2示出了偵收相控陣?yán)走_(dá)信號和常規(guī)機(jī)械掃描雷達(dá)信號在幅度和脈沖頻度之間的區(qū)別。

圖2 相控陣?yán)走_(dá)信號識別方法1

由于常規(guī)搜索雷達(dá)的天線轉(zhuǎn)速是恒定的，因此雷達(dá)偵察設(shè)備每次照射所偵收到的一幀雷達(dá)脈沖數(shù)是相等的，而且?guī)c幀之間的時間間隔保持不變。

常規(guī)跟蹤雷達(dá)（如炮瞄雷達(dá)）只跟蹤一批目標(biāo)，在工作時，始終保持對該批目標(biāo)的照射，因此雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)脈沖是連續(xù)的，而且脈沖串幅度基本保持不變。

而相控陣?yán)走_(dá)在工作過程中，其工作方式、掃描樣式、對目標(biāo)處理所處的狀態(tài)、搜索時間和跟蹤時間會隨時改變，因此雷達(dá)偵察設(shè)備所偵收的雷達(dá)脈沖串之間的間隔時間不是一直不變的，這也是相控陣?yán)走_(dá)與常規(guī)雷達(dá)的不同之處。

從上面的分析可知：這種方法的判據(jù)有2 項：

（1）脈沖串幅度規(guī)律；

（2）脈沖串之間的時間間隔規(guī)律。

3.2 數(shù)據(jù)率變化識別

相控陣?yán)走_(dá)對目標(biāo)的過程控制是分階段的，不同階段甚至同一階段內(nèi)的不同目標(biāo)選用的數(shù)據(jù)率不同。

在搜索階段，重點搜索空域分配的數(shù)據(jù)率要高于一般搜索區(qū)，近區(qū)搜索空域分配的數(shù)據(jù)率要高于遠(yuǎn)區(qū)搜索區(qū)，對目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)、過渡或需要對某一批目標(biāo)建立穩(wěn)定跟蹤時，選用的數(shù)據(jù)率也是比較高的，對已經(jīng)穩(wěn)定跟蹤的目標(biāo)所選用的數(shù)據(jù)率可以適當(dāng)降低。

對雷達(dá)偵察設(shè)備而言，可以將一段時間內(nèi)所偵收到的脈沖串之間的間隔以及脈沖數(shù)等信息進(jìn)行記憶，定時分析信息隨時間的變化規(guī)律，從中識別相控陣?yán)走_(dá)并確認(rèn)相控陣?yán)走_(dá)對雷達(dá)偵察設(shè)備所載平臺所處的探測狀態(tài)。圖3 示出了相控陣?yán)走_(dá)在各個不同的工作模式下所選用的數(shù)據(jù)率的情況。

圖3 相控陣?yán)走_(dá)信號識別方法2

3.3 偵收脈沖數(shù)變化識別

相控陣?yán)走_(dá)也可以采用增加照射時間的辦法來提高數(shù)據(jù)率，因此，采用記憶方式，通過前后偵收脈沖數(shù)變化也是識別相控陣?yán)走_(dá)信號的方法之一。

圖4 示為相控陣?yán)走_(dá)采用這種方法增加照射時間時的情況。該方法的判據(jù)是：一次照射時間內(nèi)的脈沖數(shù)。

圖4 相控陣?yán)走_(dá)信號識別方法3

以上介紹了根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)的掃描規(guī)律研究出的3 種相控陣?yán)走_(dá)識別方法。在具體實現(xiàn)時，可以采用模式識別的方法，即將識別方法按照判據(jù)內(nèi)容編寫、調(diào)試出各類識別模塊，與信號處理程序一并運(yùn)行，當(dāng)經(jīng)分選好以后的脈沖串滿足識別模塊所反應(yīng)的特征時，立即處理該脈沖串，快速輸出識別結(jié)果。

3.4 相控陣?yán)走_(dá)信號的快速識別

近幾年來，雷達(dá)偵察設(shè)備對雷達(dá)目標(biāo)的識別主要是采用數(shù)據(jù)庫識別法，即根據(jù)作戰(zhàn)需求，預(yù)先裝訂雷達(dá)識別數(shù)據(jù)庫，當(dāng)雷達(dá)偵察設(shè)備偵收到某批雷達(dá)信號脈沖后，立即進(jìn)行處理，將雷達(dá)技術(shù)參數(shù)送至識別模塊，由識別模塊將所偵收到的雷達(dá)技術(shù)參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中內(nèi)容進(jìn)行比較，找出參數(shù)最逼近的一項，輸出可信度、目標(biāo)屬性等信息，完成識別功能。由此可以看出，這樣的識別方法比較慢，因為：

（1）相控陣?yán)走_(dá)信號需要經(jīng)過天線、前端微波放大、接收、處理，最后才能進(jìn)入識別模塊，整個處理時間比較長；

（2）在處理相控陣?yán)走_(dá)信號時，由于每次照射雷達(dá)偵察設(shè)備只能偵收到幾個脈沖，而雷達(dá)偵察設(shè)備的信號處理部分是采用統(tǒng)計方法處理信號的，脈沖數(shù)目必須達(dá)到一定值，統(tǒng)計處理結(jié)果才能達(dá)到精度要求。因此，脈沖數(shù)需要一定的時間積累。

前面所提及到的3 種識別方法是針對相控陣?yán)走_(dá)的掃描特性提出的，它也采用軟件模塊的方法實現(xiàn)，識別過程與信號處理一并進(jìn)行，能節(jié)省數(shù)據(jù)庫運(yùn)行、處理時間和脈沖數(shù)積累時間，因此，這些方法要比數(shù)據(jù)庫識別速度快一些。

從雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢分析，尤其是在軍事上相控陣?yán)走_(dá)具有廣闊的應(yīng)用前景，所以，雷達(dá)偵察設(shè)備周圍的電磁環(huán)境中，相控陣?yán)走_(dá)信號密度將會增加，相控陣?yán)走_(dá)愈趨威脅，如何快速準(zhǔn)確地識別相控陣?yán)走_(dá)信號是電子對抗系統(tǒng)必須研究的課題。

圖5 示出了數(shù)據(jù)庫識別、掃描特征識別和硬件識別這3 種方法在整個雷達(dá)偵察處理過程中的的處理端口位置。

采用硬件識別的辦法能大大提高相控陣?yán)走_(dá)的識別速度。

圖5 各種識別方法的處理端口位置

在預(yù)處理前端設(shè)置關(guān)聯(lián)比較器，根據(jù)送給處理模塊的脈沖數(shù)據(jù)流的信息，預(yù)先裝訂需要識別的相關(guān)相控陣?yán)走_(dá)的技術(shù)參數(shù)。在雷達(dá)偵察設(shè)備工作時，每個偵收脈沖參數(shù)均經(jīng)過關(guān)聯(lián)比較器進(jìn)行參數(shù)比較。若參數(shù)相關(guān)，則將該偵收參數(shù)直接送至相控陣專用通道處理模塊進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果直接輸出至顯示控制模塊；若參數(shù)不相關(guān)，則將該偵收參數(shù)送至預(yù)處理模塊和主處理模塊進(jìn)行處理，然后通過數(shù)據(jù)庫識別模塊對偵收雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行識別。

從以上分析可以看出：相控陣?yán)走_(dá)信號硬件識別是基于脈沖級上的一種識別方法。圖6 示出了快速識別4 部相控陣?yán)走_(dá)信號的原理框圖。

圖6 快速識別4 部相控陣?yán)走_(dá)信號原理框圖

從圖6 中可以看出，實現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)快速識別的硬件由兩部分組成：第一部分為關(guān)聯(lián)比較器；第二部分為相控陣專用通道處理模塊。

（1）關(guān)聯(lián)比較器。關(guān)聯(lián)比較器是一個二輸入二輸出的可編程器件。第1 項輸入內(nèi)容為要快速識別的相控陣?yán)走_(dá)的具體技術(shù)參數(shù)和方位參數(shù)，尤其是能反應(yīng)相控陣?yán)走_(dá)的具體特征參數(shù)，具體的技術(shù)參數(shù)項目有載頻中心頻率、載頻變化范圍、脈沖寬度、脈沖上升沿參數(shù)、脈沖下降沿參數(shù)、脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)、信號極化類型、各參數(shù)的容差范圍、目標(biāo)方位等。

第2 項輸入內(nèi)容為雷達(dá)偵察機(jī)測量出的脈沖數(shù)據(jù)流，關(guān)聯(lián)比較器中的每個比較項都要求雷達(dá)偵察設(shè)備能夠準(zhǔn)確測量，為關(guān)聯(lián)比較器提供準(zhǔn)確的比較數(shù)據(jù)；否則，關(guān)聯(lián)比較器輸出結(jié)果的可信度將大大降低。

（2）相控陣專用通道處理模塊。相控陣專用通道處理模塊是專門為相控陣?yán)走_(dá)信號進(jìn)行處理而設(shè)置的專用通道。它由相同的4 路處理電路組成，每路均按圖7 所示的信息處理流程工作。在設(shè)計該模塊時，必須考慮到相控陣?yán)走_(dá)信號的具體特點。

圖7 相控陣專用通道處理模塊的信息處理流程

相控陣專用通道處理模塊與常規(guī)的信號處理方法的主要區(qū)別是：

（1）處理門限不同

處理門限即進(jìn)行處理所需要達(dá)到的脈沖數(shù)。常規(guī)處理通道要求處理門限比較高，由于雷達(dá)信號一些參數(shù)是采用統(tǒng)計處理的方法獲得的，因此，需要一定的脈沖數(shù)量才能保證輸出參數(shù)的可信性。相控陣?yán)走_(dá)每次照射時，雷達(dá)偵察設(shè)備收到的脈沖數(shù)量較少，所以，處理門限不可能設(shè)置得很高，當(dāng)1 次或2次照射后，關(guān)聯(lián)比較器輸出。結(jié)果為匹配時，即可立即啟動處理模塊對該批脈沖進(jìn)行處理。由于雷達(dá)脈沖數(shù)較少，加上通道內(nèi)有可能會出現(xiàn)干擾脈沖，信號處理質(zhì)量有所下降，通過提高數(shù)據(jù)測量精度、增加參數(shù)比較項目能彌補(bǔ)這方面的不足。

（2）處理流程有所不同

常規(guī)處理通道是通過預(yù)處理和主處理模塊進(jìn)行的，這是針對脈沖數(shù)較多時的一種處理過程。預(yù)處理的功能是將脈沖進(jìn)行歸類；主處理的功能是將歸類后的脈沖串進(jìn)行處理，形成描述某批雷達(dá)信號的參數(shù)報文，輸出至數(shù)據(jù)庫識別模塊，對目標(biāo)進(jìn)行識別。而相控陣專用通道處理模塊是在關(guān)聯(lián)比較器之后處理信號的，它的輸入脈沖已經(jīng)由關(guān)聯(lián)比較器進(jìn)行了濾波。如果沒有干擾信號，那么，關(guān)聯(lián)比較器中的脈沖即可被認(rèn)為是同一部相控陣?yán)走_(dá)信號，因此，相控陣專用通道處理模塊無需對脈沖進(jìn)行預(yù)處理，直接采用簡單的信號處理即可。

（3）抗干擾要求不同

常規(guī)處理通道由于脈沖較多，在脈沖流數(shù)據(jù)中存在干擾時，能通過脈沖之間的相互關(guān)系進(jìn)行消除，對部分脈沖丟失也可以補(bǔ)救。而相控陣專用通道處理模塊由于處理的脈沖數(shù)較少，抗干擾要求將大大提高。一個脈沖干擾就可能使測量數(shù)據(jù)質(zhì)量嚴(yán)重下降，一個脈沖數(shù)據(jù)丟失，就可能使部分參數(shù)無法測量。因此，必須加強(qiáng)抗干擾措施，使關(guān)聯(lián)比較器和相控陣專用通道處理模塊正常工作。

4 結(jié)束語

由于各國相控陣?yán)走_(dá)相繼投入使用，對其進(jìn)行偵察和識別也越來越迫切。本文提出了對相控陣?yán)走_(dá)的3 種信號偵收方法，并介紹了快速識別相控陣?yán)走_(dá)信號流程。隨著電子偵察技術(shù)水平的不斷提高，將會推出新的相控陣?yán)走_(dá)信號偵察和識別方法。

［1］Merrill I.Skolnik.雷達(dá)手冊［M］.王軍，林強(qiáng)譯.北京：電子工業(yè)出版社，1991.

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