海南省公安邊防總隊海警第二支隊 任嘉慧

大氣中的電離層存在長短不同的電波，反射雷達(dá)發(fā)射的各種信號，形成雜波，借助自身空間內(nèi)的介質(zhì)傳播電臺遠(yuǎn)距離發(fā)射的電波信號，將其反射到雷達(dá)的接收機(jī)，形成干擾性電臺天波。海上通信使用高頻地波雷達(dá)，可以抑制電離層雜波和電臺天波的干擾。

1.高頻地波雷達(dá)

沿海岸線架設(shè)的高頻地波雷達(dá)的全稱是高頻地波超視距雷達(dá)，該種雷達(dá)主要沿著海岸線架設(shè)，是海上通信抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。其系統(tǒng)構(gòu)件包括發(fā)射天線、接收天線、運行軟件和運行硬件[1]。

1.1 抑制垂直向電離層雜波

高頻地波雷達(dá)抑制電離層雜波之前，通常首先變換探測目標(biāo)常規(guī)的距離和速度，獲取每一道信號通道的距離速度譜，然后利用自適應(yīng)對消算法對消處理所有獨立的距離單元的電離層雜波。旁瓣對消法依靠合適的輔助通道分離目標(biāo)和雜波，準(zhǔn)確估測主通道的干擾信息。在傳播路徑上，電離層中的垂直向雜波與目標(biāo)電波、海浪發(fā)射波具有明顯的差異。因此，旁瓣對消法的輔助通道依靠水平極化天線或者設(shè)置水平向凹口來建立。

旁瓣對消抑制垂直向電離層雜波的方法依托于水平極化輔助天線和L陣輔助天線，需要增設(shè)非常多的天線陣子和接收機(jī)才能實現(xiàn)，而且，旁瓣對消法還會破壞部分回波信號，進(jìn)而深入破壞抑制海面?zhèn)鞑ルs波的作用，減小雷達(dá)對電離層雜波的抗干擾效力。因此，在保持原有設(shè)備的處理信號復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，構(gòu)造新式的接收天線，增強(qiáng)雷達(dá)抑制垂直向電離層雜波的效力。

垂直向電離層雜波沿著天線垂直面?zhèn)魉偷嚼走_(dá)接收器，因此，天線垂直面形成了干擾電波的傳播通道。雷達(dá)的接收天線陣沿海岸線建設(shè)的一維陣線，由許多接收天線單元組成，每個單元由4個單極振子構(gòu)成，而且每個單極振子都垂直于海岸線，由4個單極振子構(gòu)成的天線子陣增強(qiáng)了抑制垂直向電離層雜波的能力，有效地控制各個接收天線傳送過來的垂直平面圖，提高天線陣抑制近垂直平面干擾電波的能力，能增強(qiáng)雷達(dá)抗電離層雜波干擾的能力。

1.2 抑制海面?zhèn)鞑ル婋x層雜波

海面?zhèn)鞑ル婋x層雜波是雜波中影響高頻雷達(dá)最嚴(yán)重的雜波。經(jīng)電離層調(diào)制的雜波，沿海面?zhèn)鬏數(shù)礁哳l雷達(dá)的接收機(jī)，其傳播方式、垂直入射角度和極化特性都與目標(biāo)不存在較大的差異，所以，在數(shù)據(jù)處理器中難以分離目標(biāo)和雜波。而且，電離層水平方向雜波具有較強(qiáng)的特性，只能通過控制其空域角度來實現(xiàn)抑制作用，以保護(hù)目標(biāo)信息為目的，采用單凹口濾波器輔助通道對消方案，準(zhǔn)確分離平面電離層雜波和目標(biāo)的角度，降低高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)的虛警概率[2]。

1.2.1 單凹口濾波器對消

由于單凹口濾波器干擾目標(biāo)的作用旁瓣的干擾作用小，能夠有效地分離高頻地波雷達(dá)接收的目標(biāo)和水平電離層雜波，所以一般采用單凹口濾波器對消海面上水平方向的電離層雜波。水平面電離層雜波具有多個回波傳播方向，必須相應(yīng)的構(gòu)建多個只存在波束方向零陷的輔助單凹口濾波器，以實現(xiàn)同時接收和處理多個方向的雜波，擴(kuò)大分離目標(biāo)和雜波的能力，提高對消雜波的自由度和效力。再則，加寬的單凹口采用嵌入旋轉(zhuǎn)式安裝在濾波器上，通過全方位的自動化旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)接收不同頻率的水平方向雜波，進(jìn)而增大處理雜波的強(qiáng)度，減少海面?zhèn)鞑ル婋x層雜波的影響。

1.2.2 預(yù)檢測對消

使用各種對消法抑制電離層雜波的過程中，由于接收天線陣列架設(shè)結(jié)構(gòu)不理想，或者由于濾波器單凹口旋轉(zhuǎn)時的口面與電離層雜波的傳播存在較大的時間差，無方向的一階海雜波會和大目標(biāo)一同傳播進(jìn)輔助通道，大大增大了對消海雜波和目標(biāo)的強(qiáng)度，導(dǎo)致對消系統(tǒng)的自由度不夠，同時也會抑制目標(biāo)和損失目標(biāo)，破壞回波輸出譜結(jié)構(gòu)；此外，目標(biāo)信號不在輔助通道，經(jīng)過對消后同樣會出現(xiàn)破壞譜結(jié)構(gòu)的弊端，最終抑制目標(biāo)生成數(shù)據(jù)信息。由此可見，必須采用預(yù)檢測對消法剔出存在的目標(biāo)和海雜波的單元，減小對消效果對系統(tǒng)性能的制約和破壞。

基于CFAR和海雜波檢測的預(yù)檢測對消法，可以通過檢測目標(biāo)和海雜波的波幅估測海雜波和大目標(biāo)共同存在的單元，進(jìn)而剔除能夠檢測到海雜波和大目標(biāo)的單元和目標(biāo)位置的過渡區(qū)域，獲取只有電離層雜波的單元。

由于電離層的雜波傳播能力較強(qiáng)，陣列誤差又大，抑制雜波和保護(hù)目標(biāo)信號在操作中存在突出的矛盾。這種自相矛盾體現(xiàn)在設(shè)備的加載系數(shù)上，加載系數(shù)小，對消雜波時也會抑制雜波中的小目標(biāo)，加載系數(shù)大難以完全抑制雜波。為解決雜波抑制和目標(biāo)保護(hù)之間的矛盾，在此，可以采用迭代變加載預(yù)檢測對消法多次檢測單元中目標(biāo)和雜波，有效地排除雜波和保護(hù)目標(biāo)。先用比較大的加載處理數(shù)據(jù)，抑制一定量的雜波，減小抑制雜波中目標(biāo)信息的量，再進(jìn)行二次檢測，獲取含有新目標(biāo)信息的新單元，最后使用比較小的加載二次對消和處理新單元的較少目標(biāo)的雜波。每進(jìn)行一次迭代都檢測樣本中的目標(biāo)量和雜波量，降低破壞目標(biāo)信息的程度，保證目標(biāo)的信噪比。

1.3 抑制電臺干擾天波

電臺干擾天波存在于雷達(dá)短波頻段低端，電臺信號經(jīng)過電離層遠(yuǎn)距離的傳播后進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，使系統(tǒng)難以獲取頻率相對平穩(wěn)的單元，嚴(yán)重干擾目標(biāo)的接收工作；同時，經(jīng)過電離層調(diào)制，電臺干擾天波失去了較好的穩(wěn)定性，影響高頻雷達(dá)正常的運行。為此，必須采用各種抑制干擾天波的技術(shù)，提高目標(biāo)的信干噪比，保護(hù)好檢測背景，提高檢測目標(biāo)的正確率和精度[3]。

1.3.1 穩(wěn)健天波電臺干擾抑制法

高頻雷達(dá)的運行環(huán)境，電離層沒有固定的變化規(guī)律，其夜間的平穩(wěn)性更差，其中的無規(guī)律伏動和多層反射，形成電臺干擾天波的多徑效應(yīng)和極差的平穩(wěn)性，造成高頻干擾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較短積累時間發(fā)生較大的時間變化；而且，目標(biāo)和海浪回波的垂直極性達(dá)不到理想的標(biāo)準(zhǔn)，接收天線的結(jié)構(gòu)和假設(shè)也會存在問題，等等，都會使一些目標(biāo)回波隱藏在海雜波中，大幅度降低主輔通道的抗干擾性能，削弱舊式旁瓣對消干擾波的有效性。由于高頻雷達(dá)的運行環(huán)境比較特殊，目標(biāo)和海浪回波具有較強(qiáng)的垂直極化性，而經(jīng)電離層長距離反射的電臺干擾天波具有較強(qiáng)的橢圓極化性，因此，抑制電臺干擾天波的對消方法應(yīng)聯(lián)合水平天線旁瓣，平復(fù)還雜波和目標(biāo)傳播波幅的穩(wěn)定性，保護(hù)接收天線和數(shù)據(jù)處理器的性能。

1.3.2 超分辨譜估計電臺干擾抑制法

由于超分辨譜估計電臺干擾抑制法具有高分辨，廣泛應(yīng)用于處理陣列信號的操作。這種抑制方法依靠處理雷達(dá)系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)和超分辨處理，抑制海雜波和電臺干擾天波，以有效性地探測和顯示目標(biāo)。但是，超分辨譜估計電臺干擾抑制法極易被電離層的無規(guī)律變化影響，而且嚴(yán)重受陣列模式和通道誤差的制約。與目標(biāo)同向的干擾天波在主瓣上會顯示出多個峰值，產(chǎn)生雜亂無序的超分辨譜，造成巨大的虛警現(xiàn)象，難以處理后續(xù)操作。

2.海上通信抗干擾技術(shù)在海警部隊執(zhí)勤中的應(yīng)用

海警部隊在執(zhí)勤過程中把高頻雷達(dá)使用于海警艦艇上，發(fā)射和接收回波在雷達(dá)顯示器和總控臺生成的矢量線、尾跡顯示、物標(biāo)警戒圈等圖譜圖標(biāo)，探測和判斷目標(biāo)的距離、方位、運動路線等外觀信息。雷達(dá)顯示器上的矢量線在海警部隊執(zhí)勤工作中用途最廣，海警部隊航海技術(shù)人員根據(jù)矢量線的起點位置、方向和長短準(zhǔn)確判斷目標(biāo)的位置、外形，估測目標(biāo)于執(zhí)勤航船的相遇態(tài)勢以及估計其危險性和破壞力，以便做好防御決策和指揮，以及實施應(yīng)對措施，避免暗礁破壞、航船擱淺和海底敵艦襲擊等危險，進(jìn)而明確目標(biāo)的特性。

雷達(dá)的尾跡，實際上是指目標(biāo)在海上連續(xù)運動產(chǎn)生的軌跡圖譜，基于先進(jìn)的電子信息處理技術(shù)，分析目標(biāo)回波的數(shù)據(jù)，以形成目標(biāo)在某個時間段移動路線平面圖譜，在雷達(dá)的顯示屏幕上延時顯露。通過跟蹤和標(biāo)繪目標(biāo)的運動路線，再把繪制與目標(biāo)實際運動一致的軌跡圖譜顯示在雷達(dá)顯示屏上，用以判斷目標(biāo)的運動速度、航向和航行路線。由于雷達(dá)尾跡的顯示屏和操作設(shè)備都架設(shè)在軍艦中，所以，海警部隊執(zhí)勤人員可以在通航密度高的執(zhí)勤區(qū)全天候地觀測目標(biāo)，避免在室外風(fēng)吹、日曬、雨淋、多霧和夜間的惡劣條件下執(zhí)行觀測任務(wù)。

高頻地波雷達(dá)在海上通信抗干擾方面的應(yīng)用具有巨大的優(yōu)越性和技術(shù)發(fā)展空間，其系統(tǒng)設(shè)備完善，功能完備，操作靈活，以先進(jìn)的天線列陣和高超的信息波段分離對消技術(shù)，抵御電離層各種雜波對目標(biāo)回波的干擾，以清晰、精確地探測海上的所有目標(biāo)，有效地保障船只和艦艇在海上航行的安全。

[1]曲翠萍.毛滔.超視距雷達(dá)綜述[J].雷達(dá)與對抗，2006，3(15)：1111-1114.

[2]李雷.高頻雷達(dá)自適應(yīng)抗干擾技術(shù)研究[J].電波科學(xué)學(xué)報，2009，24(3)：991-992.

[3]尚尚.高頻地波雷達(dá)電離層雜波監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵問題研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2012，27(1)：1363-1364.