(空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原 713800)

1 引 言

隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，電子設(shè)備總會受到各種各樣的干擾。當(dāng)在一個相對有限的區(qū)域內(nèi)大量使用雷達(dá)這種大功率電子設(shè)備時，相互之間必然存在干擾[1-2]，輕則會降低雷達(dá)系統(tǒng)的某些戰(zhàn)術(shù)性能，重則造成雷達(dá)系統(tǒng)的癱瘓，因此，需要對雷達(dá)間的電磁干擾進(jìn)行有效抑制，確保雷達(dá)能夠正常工作。目前，國內(nèi)外學(xué)者在雷達(dá)間電磁干擾的分析和預(yù)測中提出了許多新的思路和分析方法[1-5]，但是如何對雷達(dá)間存在的干擾進(jìn)行有效抑制則鮮見報道。因此，本文針對雷達(dá)間電磁干擾的特點，采用副瓣對消技術(shù)抑制雷達(dá)間電磁干擾，并通過實驗驗證了其有效性。

2 雷達(dá)間電磁干擾特點分析

為分析問題方便起見，將雷達(dá)間電磁干擾與隨隊干擾相比來說明其特點。圖1所示為隨隊干擾示意圖?？梢钥闯?，干擾機(jī)位于目標(biāo)附近，略領(lǐng)先于目標(biāo)，通過輻射強(qiáng)干擾信號掩護(hù)目標(biāo)。隨隊干擾信號既可以從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)(此時不能分辨干擾機(jī)與目標(biāo))，也可以從雷達(dá)副瓣進(jìn)入接收機(jī)(此時能夠分辨開干擾機(jī)與目標(biāo))。圖2所示為雷達(dá)間電磁干擾示意圖。通過對比可以看出，雷達(dá)間干擾與隨隊干擾有相同之處，即兩種干擾的目標(biāo)一樣，均為空中目標(biāo)，目標(biāo)與干擾源都不在一個載體之上，存在一定的夾角。然而，對于地面防空雷達(dá)來說，它的主要任務(wù)是對空中目標(biāo)進(jìn)行搜索、定位以及跟蹤。經(jīng)過計算，兩部地面搜索雷達(dá)主波束對準(zhǔn)(方位面和俯仰面均對準(zhǔn))的概率為1.7×10-7，即天線主瓣接收到干擾的概率是非常低的[5]?？芍?，地面防空雷達(dá)間干擾信號主要通過天線副瓣耦合進(jìn)入接收機(jī)。因此，采用副瓣對消技術(shù)理論上會較好地對消雷達(dá)間的干擾。

圖1 隨隊干擾示意圖

圖2 雷達(dá)間干擾示意圖

3 副瓣對消技術(shù)抑制雷達(dá)間電磁干擾

3.1 對消原理[6-8]

副瓣對消系統(tǒng)由一個主天線和多個輔助天線組成，輔助天線的個數(shù)取決于系統(tǒng)期望對消的干擾個數(shù)，通常N個輔助天線可以對消N個從空間不同方向入射的干擾。主天線接收的信號包括主波束內(nèi)的目標(biāo)信號和從天線副瓣進(jìn)入系統(tǒng)的干擾信號。輔助天線同樣接收目標(biāo)回波和干擾信號，但其增益在主天線主波束方向上小于主天線的增益，在副瓣區(qū)其增益大于主天線的副瓣增益。理想情況下，輔助天線在主波束方向上形成零點，在干擾方向上形成主波束可以獲得最佳的對消性能，同時不會對目標(biāo)信號產(chǎn)生相消。在一定性能準(zhǔn)則下，即自適應(yīng)代價函數(shù)，通過對輔助天線輸出進(jìn)行加權(quán)，然后和主天線輸出進(jìn)行相減可以達(dá)到抑制副瓣干擾的目的。

圖3 自適應(yīng)對消原理圖

如圖3所示，主天線接收到的信號，包括回波Us0(t)和干擾UI0(t)經(jīng)過接收機(jī)處理后送到相加器，副天線接收到的信號分成互相正交的兩路：UIC(t)和UICV(t)，分別經(jīng)W1和W2加權(quán)后，也送到相加器，3個信號相加的矢量和作為輸出信號。適當(dāng)調(diào)節(jié)W1和W2的值，使

UI∑(t)=UI0(t)+W1UIC(t)+W2UICV(t)=0

(1)

就可將主天線和輔助天線接收的干擾對消掉，它們之間的矢量關(guān)系如圖4所示。

圖4 自適應(yīng)對消矢量關(guān)系

3.2 權(quán)系數(shù)調(diào)整實現(xiàn)方案

為了更好地計算和調(diào)整權(quán)系數(shù)，本文采用相關(guān)器和增益電控放大器來自動調(diào)整W1和W2，其自適應(yīng)權(quán)系數(shù)調(diào)整的原理如圖5所示。

圖5 權(quán)系數(shù)自動調(diào)整原理圖

兩個增益電控放大器的放大量W1、W2分別正比于相關(guān)器Ⅰ和Ⅱ的輸出電壓，其值分別為

(2)

式中，E[·]表示相關(guān)運算，K1、K2為比例常數(shù)。

由于

(3)

式中，σ2為干擾分量UIC(t)和UICV(t)的方差。

將式(1)和式(3)代入式(2)，可得：

(4)

在實際應(yīng)用中，權(quán)系數(shù)的調(diào)整是在沒有目標(biāo)回波信號的掃描回程期間進(jìn)行的，在掃描正程期間權(quán)系數(shù)保持不變，副瓣對消系統(tǒng)可進(jìn)行干擾對消并正常接收目標(biāo)回波信號。

3.3 抑制雷達(dá)間干擾的理論推導(dǎo)及其實驗驗證

3.3.1數(shù)學(xué)推導(dǎo)

這里考慮干擾為雷達(dá)間鄰近頻率干擾，經(jīng)過接收機(jī)后UI0(t)、UIC(t)和UICV(t)均為窄帶隨機(jī)過程[8-9]。根據(jù)互相關(guān)系數(shù)的定義可得：

(5)

當(dāng)副、主天線所接收的干擾幅度比為a，即UICm(t)=aUI0m(t)時，σ=aσI0。

為分析問題方便起見，不失一般性，考慮一種簡單情況，當(dāng)調(diào)整使φI0(t)=φIC(t)時，ρI1=1，ρI2=0，則有：

(6)

將式(6)代入式(4)，再代入式(1)可得：

UI0m(t)cos [ωit+φI0(t)]+

(7)

3.3.2實驗驗證

以某型地面雷達(dá)為實驗平臺，在該雷達(dá)遠(yuǎn)場架設(shè)一臺干擾機(jī)對其釋放瞄準(zhǔn)式干擾，雷達(dá)天線主瓣對空掃描，天線副瓣對準(zhǔn)干擾機(jī)方向，通過對數(shù)接收機(jī)輸出到雷達(dá)A觀測其實驗效果，調(diào)整干擾機(jī)輸出功率為500 mW。

經(jīng)過實驗后可以得出結(jié)論：在雷達(dá)副瓣掃描區(qū)存在單一有源干擾的情況下，采用副瓣對消技術(shù)后目標(biāo)回波信噪比改善了20.1 dB，干擾對消比為-22.3 dB，信號損失率僅為-0.8 dB。圖6所示為采用副瓣對消技術(shù)前后目標(biāo)回波在示波器上顯示的圖像，可以看出，干擾明顯被抑制，而目標(biāo)回波只有微小損失。

圖6 副瓣對消技術(shù)使用前后示波器顯示圖像

4 結(jié)束語

本文對副瓣對消技術(shù)在抑制雷達(dá)間電磁干擾中的應(yīng)用問題進(jìn)行了深入分析，對副瓣對消技術(shù)的抗干擾性能做了相關(guān)實驗。實驗結(jié)果表明：副瓣對消技術(shù)防止干擾信號進(jìn)入雷達(dá)天線副瓣的效果明顯，能夠很好地抑制雷達(dá)間電磁干擾。本文的工作對于副瓣對消技術(shù)抑制雷達(dá)間電磁干擾的系統(tǒng)性分析評估中具有較好的實用性和參考價值。

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