傅有光，陳 翼，王 寧

(南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

目前，機載雷達面臨的挑戰(zhàn)可能是該類型軍事裝備在其生存期最嚴(yán)酷的階段。隨著作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)環(huán)境的改變，雷達的技術(shù)性能已不能保障雷達的實戰(zhàn)能力?？梢院敛豢鋸埖男Q，離開有效的有源干擾對抗手段，雷達就失去了存在地位和理由，海灣及伊拉克等局部戰(zhàn)爭就充分證明了這個觀點［1］。

機載雷達有其特殊性，是所有雷達類型中最易遭電子戰(zhàn)攻擊的目標(biāo)，原因有兩個:第一，機載雷達是安裝在浮空平臺上，視距要比地面、艦載雷達大許多，相應(yīng)的干擾也會更嚴(yán)重［2］;第二，機載雷達要下視觀察比自己低的目標(biāo)，地球就是大反射體，地雜波嚴(yán)重影響目標(biāo)檢測，故多采用脈沖多普勒處理(Pulse Doppler，PD)體制，多組密集脈沖的發(fā)射給干擾方帶來易偵收易攻擊的便利。

在電子戰(zhàn)領(lǐng)域，雷達電子對抗(Electronic Counter Measures，ECM)和雷達電子反對抗(Electronic Counter Counter Measures，ECCM)是一對矛盾的雙方:

(1)從定義上看:雷達對抗是阻止敵方雷達使用電磁頻譜，保護我方電子設(shè)備使用電磁頻譜;電子反對抗是雷達采取一系列措施，其目的是存在電子干擾時，雷達仍然有效工作;

(2)從交戰(zhàn)過程看:第一步是偵察和反偵察的較量。要求電子對抗系統(tǒng)能全方位、全頻段近100%偵察到輻射源信號，進行處理、識別和定位。而電子反對抗要求雷達系統(tǒng)采取措施反偵察，阻止雷達信號被對方電子偵察設(shè)備截獲;即使被截獲，也會造成參數(shù)測量錯誤，分選困難;第二步是干擾和反干擾的較量。要求電子對抗系統(tǒng)充分調(diào)動和合理使用干擾資源，對威脅雷達進行電子干擾。而電子反干擾要求雷達系統(tǒng)采取措施反干擾，在干擾存在條件下，使雷達不受電子干擾的影響，對目標(biāo)進行探測、跟蹤，完成雷達使命。

雷達對抗中的常用方法有兩種，即欺騙式干擾和壓制式干擾。壓制式干擾采用連續(xù)波噪聲干擾，使雷達接收機中的目標(biāo)信號淹沒在噪聲中，無法檢測。欺騙式干擾偽造逼真的虛假信號使雷達作為真實目標(biāo)處理，大量的假目標(biāo)使信號處理機和數(shù)據(jù)處理機過載。雷達反干擾就是針對以上雷達對抗的幾個手段進行抑制，消除干擾機的影響。

1 現(xiàn)代機載雷達中的ECCM措施手段概述

1982年，美國電子戰(zhàn)工程公司出版的“應(yīng)用電子對抗”中列出了多項抗干擾的措施，反映了抗干擾技術(shù)的發(fā)展。在20世紀(jì)五、六十年代，國內(nèi)就對傳統(tǒng)雷達中的反干擾措施進行了研究，雷達反對抗的常用措施包括［3］:(1)雷達與干擾機的功率對抗(燒穿技術(shù));(2)超低旁瓣天線技術(shù);(3)自適應(yīng)天線技術(shù);(4)頻率捷變技術(shù)(偽隨機，自適應(yīng));(5)空時自適應(yīng)處理;(6)低截獲信號LPI設(shè)計;(7)雷達功率管理;(8)速度距離波門抗拖引;(9)接收機寬限窄;(10)欺騙導(dǎo)頻信號;(11)雷達誘餌技術(shù)(反輻射導(dǎo)彈誘偏);(12)天線旁瓣匿影;(13)自適應(yīng)快門限判決;(14)非同步脈沖剔除。

2 現(xiàn)代機載雷達新體制本身帶來的反干擾特性

2.1 雷達與干擾機的功率對抗(燒穿技術(shù))

傳統(tǒng)雷達采用集中式功放，采用速調(diào)管把激勵信號放大到天線單元輻射出去。由于受到電源、散熱及單管功率的限制，一般雷達的峰值和平均功率都不能做的很大，而相控陣?yán)走_體制中的功放是分散到每個T/R組件中的，輻射功率在每個T/R組件的天線單元輻射到空間后再合成，因此，其輻射功率可以很大。當(dāng)然這與天線的口徑大小及T/R組件的個數(shù)有關(guān)，一般的有源相控陣天線，組件個數(shù)可達5 000個乃至幾萬個，其合成的功率可達到數(shù)兆瓦量級。我們知道，機載吊艙的自衛(wèi)式干擾機一般功率較小，而支援式電子干擾機一般距離在400 km～500 km之外，并且干擾往往是從雷達的副瓣進入。故干擾機的干擾距離就會縮短，干擾的效能就會大大降低。另外，有源相控陣體制雷達在偵測到干擾機的方向后，可以快速將主波束對準(zhǔn)干擾機發(fā)射滿負荷信號能量，從而依據(jù)巨大的輻射能量致盲干擾機的偵收分析設(shè)備。

2.2 現(xiàn)代相控陣體制雷達天線波束指向的隨機性和捷變能力

干擾機對雷達進行目標(biāo)航跡的欺騙，必須預(yù)測兩個關(guān)鍵參數(shù)，即雷達的目前波束指向和脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repeat Frequency，PRF)。對于機械掃描的常規(guī)雷達，由于機械轉(zhuǎn)動的慣性，在空域的掃描順序一定是可以根據(jù)前面的規(guī)律進行預(yù)測。對于有源相控陣?yán)走_而言，其天線的波束指向是依據(jù)T/R組件中移相器的移相量來完成，完全電控，其兩個波束指向的變換時間在幾十微秒之間，這大大提高了跟蹤目標(biāo)的個數(shù)，節(jié)約了時間和能量。而決定雷達工作方式的PRF也與目標(biāo)的位置特性有關(guān)，所以，其PRF不存在明顯的規(guī)律性。

因此，相控陣?yán)走_的波束指向捷變能力給干擾機帶來了極大的麻煩。在平常的條件下，干擾機對隨機電掃描的相控陣?yán)走_的假目標(biāo)航跡欺騙幾乎不可能。

2.3 機載雷達中的低副瓣天線技術(shù)

機載雷達由于存在強大的地雜波，所以相對于艦載和地面雷達，一般要求天線主副瓣比更苛刻。以前機載雷達是反射面天線，后發(fā)展成無源相控陣，現(xiàn)已發(fā)展成有源相控陣天線。

有源相控陣體制雷達的發(fā)射和接收的天線波束都可以采用對陣面不同分布位置的T/R組件進行相位和幅度的加權(quán)，從而實現(xiàn)低副瓣天線性能甚至是超低副瓣天線，接收天線的副瓣能做到-30 dB～-40 dB以下。發(fā)射天線的低副瓣性能使得干擾機的偵收設(shè)備無法在遠距離收到來自雷達副瓣輻射的能量。接收天線的超低副瓣大大抑制了從雷達天線副瓣進入接收通道的干擾能量。

3 機載雷達中反干擾ECCM技術(shù)研究

如上所述，雷達的反干擾措施其實很多。我們對幾種簡單實用的措施進行分析介紹。

3.1 頻率捷變和自適應(yīng)跳頻

自適應(yīng)頻率捷變是一種頻域抗有源干擾的實用措施，在歷次的干擾對抗演練中，都被證明有極好的對抗性能和效果。雷達在工作的頻段中一般有幾十乃至上百個的工作頻點，當(dāng)雷達受到有源干擾時，它可以跳頻工作，以避免或減弱有源干擾的影響。

脈間隨機頻率捷變工作方式是在雷達受干擾時，雷達發(fā)射機以隨機的方式工作在所選擇的一組頻率點上發(fā)射信號，使得干擾機的測頻系統(tǒng)跟不上雷達工作頻率的變化。脈間自適應(yīng)頻率捷變則是針對寬帶阻塞干擾的抗干擾方法，如圖1所示。

圖1 雷達自適應(yīng)跳頻的原理框圖

干擾信號的樣本應(yīng)選取雷達的休止期，以避免近距離雜波的影響。將休止期分為若干時間段，對應(yīng)于雷達的M個工作頻率點。雷達接收機在M個時間段上輪流工作于M個頻率點上接收干擾信號，讓雷達信號處理系統(tǒng)對這M個時間段上的干擾信號進行采樣，并計算每個時間段內(nèi)所有干擾采樣信號的均值μmin(正比于干擾的平均功率)。設(shè)每個時間段上各有N個采樣點，則

μmin是M個時間段中平均功率最小的時間段，所以對應(yīng)于這個時間段的接收機工作頻率fμmin就是所要尋找的干擾功率最弱的頻率點，則雷達下一個發(fā)射脈沖的中心頻率應(yīng)捷變到這個頻率上，以減少干擾對雷達工作的影響。

為了提高對外界干擾頻譜的統(tǒng)計效率，又不影響雷達自身工作，在工程實現(xiàn)中，采用單獨的接收通道來做分析統(tǒng)計，其工作的頻率也是獨立變化的，且與正常發(fā)射頻率不同。

3.2 自適應(yīng)天線技術(shù)-干擾副瓣置零抑制

有源干擾是通過雷達接收天線進入雷達的，通過陣列信號處理技術(shù)，即空間濾波的辦法可以阻止或減少干擾信號的進入。當(dāng)有源干擾從雷達天線的主瓣進入時，雷達可以采用無源跟蹤方法對干擾測向。雷達天線主瓣寬度一般比較窄，大概在1°左右，而副瓣區(qū)是很寬的，當(dāng)有源干擾很強時，從天線副瓣進入的有源干擾足以影響天線主瓣對目標(biāo)的探測，所以雷達要有良好的抗副瓣干擾的能力。

抗副瓣干擾最直接的方法是采用超低副瓣天線，但技術(shù)難度大，代價高。更常用的方法是降低干擾方向上的副瓣電平，也稱天線副瓣置零技術(shù)。由于干擾的方向是不可知的，天線的空間指向也在掃描，所以天線副瓣置零技術(shù)必須是自適應(yīng)的。

根據(jù)每個輔助通道的加權(quán)數(shù)量和輔助天線的個數(shù)，副瓣對消可以分為單權(quán)單環(huán)路對消系統(tǒng)和多權(quán)多環(huán)路對消系統(tǒng)。自適應(yīng)旁瓣對消的方法有兩種:一種是閉環(huán)算法的模擬反饋技術(shù)，另一種是開環(huán)的數(shù)字信號處理技術(shù)。過去副瓣對消采用的模擬對消閉環(huán)方式，性能不穩(wěn)定，收斂速度慢。隨著數(shù)字集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在都采用開環(huán)式數(shù)字對消。當(dāng)相關(guān)矩陣特征根散布較嚴(yán)重時，閉環(huán)算法收斂很慢。而開環(huán)算法在不犧牲對消增益的前提下有收斂速度較快的優(yōu)點，較閉環(huán)算法更為優(yōu)越。該開環(huán)算法常稱為直接矩陣逆(Direct Matrix Inversion，DMI)或者采樣矩陣逆(Sample Matrix Inversion，SMI)算法［4］。圖 2 中是 SMI算法的原理圖，該算法欲使下式最小

利用采樣值y(k)和x(k)，估計干擾的協(xié)方差矩陣Rxx和干擾與主波束的互相關(guān)向量rxy，然后求得最優(yōu)權(quán)向量

采用該權(quán)值對消所有采樣點。此處理過程在每個雷達脈沖重復(fù)周期內(nèi)都重復(fù)進行。輸出為

式中:X(k)=［x1(k)，x2(k)，…，xN(k)］T。

圖2 SMI算法自適應(yīng)旁瓣對消原理圖

在充分考慮了接收通道的一致性，帶寬色散效應(yīng)以及主副天線增益匹配等問題，其副瓣對消的性能可做的很好，一般整體雷達對消比指標(biāo)可達20 dB以上。圖3為自適應(yīng)副瓣置零后的天線方向圖。

圖3 自適應(yīng)置零前后的天線波瓣圖

3.3 空-時自適應(yīng)處理技術(shù)

機載雷達為了探測掩蓋在強大地雜波下的微小目標(biāo)，往往采用多普勒PD處理，利用地雜波與目標(biāo)的速度多普勒差異，采用中高重頻工作模式，把目標(biāo)和地雜波在多普勒域分開，從而在清晰區(qū)成功檢測出目標(biāo)。而一旦存在干擾后，情況發(fā)生根本的改變，由于干擾信號一般都是寬譜的，它會污染整個PD多普勒域的清晰區(qū)，目標(biāo)無法被檢測。

在干擾環(huán)境下采用空-時自適應(yīng)處理(Space Time Adaptive Processing，STAP)能有效地抑制雜波和干擾［5］。STAP比以上介紹的副瓣對消又多了一個多普勒的維度，針對性更強，抑制效果更好。圖4、圖5分別為STAP處理框圖和頻率響應(yīng)圖。

圖4 全空時自適應(yīng)STAP處理框圖

圖5 全空間自適應(yīng)頻響應(yīng)

3.4 低截獲信號設(shè)計和復(fù)雜參數(shù)波形運用

雷達在工作時，為了探測遠距離的微小目標(biāo)，往往需要發(fā)射極大功率的信號，同時也極容易被敵方的電子對抗設(shè)備發(fā)現(xiàn)和截獲，從而招致敵方的電子干擾和硬殺傷打擊。所以提高雷達的隱蔽性，降低被對方電子偵察設(shè)備截獲的概率是雷達在電子對抗過程中爭取主動、免受電子干擾和摧毀的重要措施。

降低脈沖的峰值功率，采用擴譜技術(shù)的寬脈沖寬帶寬信號或者連續(xù)波信號都能降低被截獲的概率。所以，現(xiàn)代相控陣體制的雷達廣泛采用線性調(diào)頻信號、非線性調(diào)頻信號、二相碼、多相碼及隨機編碼信號，而且各種波形參數(shù)十分繁多，并能隨機產(chǎn)生。一般相控陣?yán)走_不同參數(shù)的波形數(shù)量可達500種以上，美艦載宙斯盾多功能相控陣?yán)走_波形數(shù)量達上萬種。電子偵收設(shè)備根本無法預(yù)知雷達信號的規(guī)律，從而給信號分選、匹配處理帶來極大的困難。

3.5 抗脈沖式欺騙干擾

在干擾機的工作方式中，欺騙式的脈沖干擾無論從雷達的天線主瓣或副瓣進入雷達接收機，都給雷達的信號檢測和目標(biāo)提取帶來極大的困難。這也是干擾機有效利用干擾能力的較經(jīng)濟的手段。

副瓣匿影技術(shù)是抑制從雷達天線副瓣進入的假目標(biāo)欺騙干擾的技術(shù)。為此，要增加一個輔助保護天線通道，并且保護天線的主瓣很寬，能覆蓋主天線的主瓣和副瓣，其增益略大于雷達主天線的副瓣增益，采用兩通道幅度判決規(guī)則。其實，在工程實現(xiàn)上，匿影輔助通道完全是與保護通道合用的。

判寬剔除脈沖技術(shù)是抑制來自雷達主天線主瓣的假目標(biāo)欺騙干擾的技術(shù)，此類欺騙尖脈沖會在雷達脈沖壓縮處理后，變成很大的鼓包波形，嚴(yán)重抬高噪聲基底，使其附近的目標(biāo)檢測變的困難?，F(xiàn)在采用的措施主要是利用現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)的實時判寬電路，如與當(dāng)前發(fā)射的雷達信號脈沖寬度不匹配，就進行剔除。

對抗非同步的脈沖干擾信號也可采用脈沖周期的規(guī)律，利用不同PRF的不同周期間的距離點匹配，把不符合目標(biāo)距離重復(fù)性的脈沖剔除。

4 現(xiàn)代機載雷達ECCM發(fā)展方向趨勢

限于篇幅，以上簡單介紹了幾種目前在相控陣?yán)走_中常用的反干擾措施，其實還有許多其他措施，如運動目標(biāo)指示(Moving Target Indication，MTI)和運動目標(biāo)檢測(Moving Target Detection，MTD)可用來對付箔條干擾，脈沖壓縮和恒虛警檢測處理可一定程度對付噪聲干擾，單脈沖測角可對付角度欺騙干擾等，這些措施都不是主要針對有源干擾的，這里就不一一例舉了。下面就現(xiàn)代機載雷達反干擾今后發(fā)展趨勢，作一點分析展望。

4.1 在雷達系統(tǒng)中建立干擾環(huán)境感知設(shè)備

要在復(fù)雜的對抗環(huán)境中立于不敗之地，必須知己知彼。雷達系統(tǒng)在以前只有一些簡單干擾譜分析設(shè)備，用于引導(dǎo)頻率捷變。而今后要對干擾的形式做進一步的分析和判斷，如是連續(xù)波還是脈沖、是來自主瓣還是副瓣、脈沖干擾的具體參數(shù)、干擾源的類型和方向等，這些信息可以作為雷達采取反干擾手段的策略依據(jù)，也是裝備智能化的表現(xiàn)［6］。干擾環(huán)境感知流程如圖6所示。

圖6 干擾環(huán)境感知流程框圖

干擾電磁環(huán)境感知主要有以下3大技術(shù):(1)連續(xù)波干擾頻譜的偵察分析技術(shù);(2)脈沖干擾數(shù)字信道化全概率偵收技術(shù);(3)干擾樣式參數(shù)的分類建庫技術(shù)。

4.2 采用基于干擾參數(shù)樣式庫的智能專家決策技術(shù)

利用偵測的干擾信號結(jié)果，再結(jié)合原有的干擾樣式庫，選取有效的反干擾措施進行對抗，并對反干擾的性能效果進行評估，進一步反饋優(yōu)化措施，認(rèn)知雷達發(fā)展開辟了反干擾新天地［7］。雷達需要檢測的目標(biāo)和面臨的任務(wù)越來越多，以往依靠雷達操作員根據(jù)雷達畫面人工選擇反干擾措施的方法已略顯力不從心，一定要引入智能專家的判決手段。

干擾和反干擾是一對矛盾關(guān)系，在戰(zhàn)場上表現(xiàn)為對抗雙方對電磁頻譜使用的控制與反控制，具體表現(xiàn)在各級指揮員斗智斗勇的博弈中。找出對方的薄弱環(huán)節(jié)，進行針對性的設(shè)計，以達到克敵制勝的奇效。實際的電子對抗中，雙方在斗爭中都在不斷地改變策略(根據(jù)干擾性能和反干擾性能)以爭取勝利，這就需要用博弈論的方法來解決。博弈論的方法比基于策略的自適應(yīng)技術(shù)更進一步，可使某方在斗爭中總的利益最大，而總的損失最小。

運用博弈論思想，可以研究雷達對抗中反干擾效果的動態(tài)評估問題，把反干擾效果作為博弈盈利函數(shù)，從時間、空間、頻率、能量等多個方面對反干擾效果進行定量描述，尋求反干擾效果的綜合評估算法，從而為參與對抗的雷達方提供決策依據(jù)。博弈論思想在反干擾效果動態(tài)評估中的應(yīng)用，可以在不知干擾機采取的具體策略的情形下，對電子對抗結(jié)果進行事先評估，這樣就可以根據(jù)評估結(jié)果動態(tài)調(diào)整對雷達方有利的對抗策略，從而有效、可靠地對抗干擾機施放如壓制式干擾等多種類型干擾，這對提高雷達電子裝備生存能力具有重大意義。反干擾專家智能決策體系如圖7所示。

4.3 反干擾效能評估

反干擾的效能評估十分重要，它將指導(dǎo)今后反干擾發(fā)展的方向。過去的反干擾效能評估都是零散技術(shù)指標(biāo)，沒有指標(biāo)關(guān)系圖，無法系統(tǒng)地評估反干擾的效能［8］。整個雷達反干擾效能可通過兩級指標(biāo)進行了描述:

圖7 反干擾專家智能決策框圖

(1)與系統(tǒng)總體指標(biāo)直接關(guān)聯(lián)的一級指標(biāo):作用距離，跟蹤精度，航跡質(zhì)量，畫面質(zhì)量，目標(biāo)檢測概率，目標(biāo)正確起批數(shù)，測角測距精度，系統(tǒng)穩(wěn)定性等;

(2)與反干擾措施算法直接關(guān)聯(lián)的技術(shù)底層二級指標(biāo)如:算法信號損失，算法魯棒性，干擾抑制比，虛警率漏警率，措施選擇策略，波形復(fù)雜度和低截獲等。

同時，考慮指標(biāo)相互之間的關(guān)系，底層技術(shù)指標(biāo)對系統(tǒng)指標(biāo)的貢獻度等，可擴展到指標(biāo)及需求管理。

4.4 反干擾信號處理中采用新途徑和新算法

目前，數(shù)字陣列信號處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到實際工程中，利用空域、時域、頻域等多維的聯(lián)合處理是對付戰(zhàn)場雜波和有源干擾的有效手段，空時STAP處理技術(shù)也已運用到機載雷達中，時頻分析工具如短時傅里葉變換、分?jǐn)?shù)級傅里葉變換等已用于濾除同頻脈沖干擾，壓縮感知和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法也在實際應(yīng)用中取得良好的效果。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代作戰(zhàn)模式越來越注重協(xié)同作戰(zhàn)，反干擾技術(shù)也向著由單臺設(shè)備轉(zhuǎn)向多臺設(shè)備協(xié)同(如雷達組網(wǎng))甚至于體系對抗的方向發(fā)展。作戰(zhàn)的范圍也由傳統(tǒng)的簡單的地/地，地/空發(fā)展到海、陸、空天全方位，所以反干擾也必然覆蓋到以上的領(lǐng)域。

針對機載預(yù)警雷達的反干擾措施其實一直隨著雷達技術(shù)和對抗方干擾機的發(fā)展而不斷進步，本文中涉及的反干擾措施也是目前雷達經(jīng)常采用的工程方法，而今后反干擾新技術(shù)和新措施也在不斷研究中。由于不了解國外雷達電子對抗的發(fā)展動態(tài)和實際性能，我們千萬不能盲目樂觀自滿，要本著對裝備負責(zé)，對國防軍事事業(yè)負責(zé)的要求，不斷創(chuàng)新新理論和新機理，才能在未來電子信息戰(zhàn)爭中立于不敗之地。

［1］ 趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1999.Zhao Guoqing.Radar countermeasure principle［M］.Xi＇an:Xidian University Press，1999.

［2］ 丁鷺飛.耿富錄.雷達原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2002.Ding Lufei，Geng Fulu.Radar principle［M］.Xi＇an:Xidian University Press，2002.

［3］ 張光義.提高雷達系統(tǒng)抗干擾能力的一些措施［J］.現(xiàn)代雷達，2001，23(2):6-12.Zhang Guangyi.Some measures for enhancing ECCM capabilities of radar systems［J］.Modern Radar，2001，23(2):6-12.

［4］ 張賢達.現(xiàn)代信號處理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1995.Zhang Xianda.Modern signal processing［M］.Beijing:Tsinghua University Press，1995.

［5］ Klemm R.Space time adaptive processing:principles and applications［M］.London:Institute of Electrical Engineers，1998.

［6］ 賁 德，王 峰，雷志勇.基于認(rèn)知原理的機載雷達抗干擾技術(shù)研究［J］.中國電子科學(xué)院學(xué)報，2013，8(4):368-372.Ben De，Wang Feng，Lei Zhiyong.Key anti-jamming technique of airborne radar based of cognition［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2013，8(4):368-372.

［7］ Haykin S.Cognitive radar:a way of the future［J］.IEEE Signal Processing Magazine，2006，23(1):30-40.

［8］ 王 沖，張永順，鄭 海.機載雷達抗干擾評估試驗方法研究［J］. 現(xiàn)代雷達，2007，29(6):23-24.Wang Chong，Zhang Yongshun，Zheng Hai.Research on anti-jamming evaluation test method of airborne radar［J］.Modern Radar，2007，29(6):23-24.