任　博　施龍飛　王國玉

①(國防科技大學(xué)電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　長沙　410073)

②(國防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院　長沙　410073)

UHF 波段雷達(dá)面臨基站干擾信號(hào)的極化特性測(cè)量與分析

任博*①②施龍飛①②王國玉①

①(國防科技大學(xué)電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長沙410073)

②(國防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院長沙410073)

移動(dòng)通信基站的下行信號(hào)會(huì)影響UHF波段雷達(dá)的目標(biāo)探測(cè)和跟蹤，開展基站干擾環(huán)境的極化特性測(cè)量與分析，是利用極化處理手段對(duì)抗此類干擾的基礎(chǔ)和依據(jù)。該文首先建立了UHF波段雙極化雷達(dá)對(duì)基站信號(hào)接收模型，推導(dǎo)了極化比和極化度估計(jì)量的概率密度函數(shù)用以表征干擾環(huán)境極化統(tǒng)計(jì)特性；而后分別開展了對(duì)單個(gè)基站和多個(gè)基站的雷達(dá)外場(chǎng)接收測(cè)量試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了確定性描述方法僅適用于表征極化度較高的單個(gè)基站信號(hào)，對(duì)多基站或極化度較低的情形則不再適用。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型的擬合驗(yàn)證了該文給出的統(tǒng)計(jì)模型在描述兩種場(chǎng)景下干擾信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性上的正確性和適用性。

極化雷達(dá)；極化度；通信基站；電磁環(huán)境測(cè)量

引用格式：任博, 施龍飛, 王國玉.UHF波段雷達(dá)面臨基站干擾信號(hào)的極化特性測(cè)量與分析[J].雷達(dá)學(xué)報(bào), 2016, 5(2): 164–173.DOI: 10.12000/JR15134.

Reference format: Ren Bo, Shi Longfei, and Wang Guoyu.Polarimetric analysis of the interference from base stations to UHF-band radar[J].Journal of Radars, 2016, 5(2): 164–173.DOI: 10.12000/JR15134.

1　引言

UHF波段雷達(dá)作為國家防御體系中的重要環(huán)節(jié)，肩負(fù)預(yù)警和目標(biāo)探測(cè)等重要任務(wù)。隨著人類電磁活動(dòng)日益頻繁，電磁波頻率互調(diào)交調(diào)等造成頻譜間相互串?dāng)_現(xiàn)象嚴(yán)重，使得UHF波段雷達(dá)所面臨的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，特別是隨著無線通信業(yè)務(wù)的廣泛推廣，UHF波段雷達(dá)不可避免地受到來自同頻段GSM(Global System for Mobile Communication)移動(dòng)基站通信信號(hào)的干擾，從而會(huì)影響到雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的正常探測(cè)和跟蹤[1]。GSM基站信號(hào)雖然在時(shí)頻域上具有特定的調(diào)制編碼形式，然而由于承載大量業(yè)務(wù)信息，無法預(yù)先為雷達(dá)裝訂，因此就雷達(dá)而言該類信號(hào)類似于噪聲干擾，僅從時(shí)頻域角度往往難以從該類信號(hào)中分離出雷達(dá)目標(biāo)回波。

除時(shí)頻域信息外，對(duì)電磁波極化信息的獲取與處理為改善雷達(dá)信息獲取能力提供新的思路。文獻(xiàn)[2]提出了對(duì)通信基站信號(hào)采用極化濾波抑制方法，對(duì)主波束內(nèi)基站干擾信號(hào)能夠有效抑制。對(duì)于極化度較高的電磁波信號(hào)而言，一般可以基于傳統(tǒng)確定性極化表征方法予以分析和處理，主要包括極化橢圓、Jones矢量、極化比和Stokes矢量等。然而在當(dāng)雷達(dá)實(shí)際工作環(huán)境周圍存在多個(gè)基站時(shí)，接收到的信號(hào)極化度會(huì)嚴(yán)重下降，且極化狀態(tài)起伏更加劇烈，仍采用確定性極化描述方法表述時(shí)會(huì)存在較大誤差，近年來關(guān)于電磁波極化統(tǒng)計(jì)特性的研究受到廣泛的關(guān)注。

早期對(duì)電磁波極化統(tǒng)計(jì)特性的研究工作，集中在波的幅度、相位、極化橢圓幾何描述子以及Stokes矢量等極化參量上：Ecker等人給出了左右旋圓極化基下的電磁波幅度比統(tǒng)計(jì)特性[3]；文獻(xiàn)[4]在線極化假設(shè)下給出了兩極化信號(hào)相位差的統(tǒng)計(jì)特性；Barakat基于部分極化光的統(tǒng)計(jì)特性，分析了高斯假設(shè)下Stokes矢量的概率密度函數(shù)[5,6]。Touzi等人通過分析極化SAR圖像Stokes矢量的統(tǒng)計(jì)特性，驗(yàn)證了概率密度函數(shù)模型的正確性[7]。無論是極化比、極化橢圓或是Stokes矢量一方面均需要至少對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)分別做統(tǒng)計(jì)分析，才能完整描述極化特性，另一方面因?yàn)闀?huì)受到極化基的選取的影響而不具有極化不變性，造成難以在同一量化標(biāo)準(zhǔn)下開展對(duì)比性分析。相比而言極化度作為描述電磁波極化純度的一個(gè)重要參量，常作為極化濾波器性能的關(guān)鍵指標(biāo)[8]，在極化濾波抗干擾領(lǐng)域中具有重要的作用。此外，由于其良好的魯棒性且具有不受極化基變換影響等優(yōu)勢(shì)，近年來逐漸成為雷達(dá)極化學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)[9–13]，極化度屬性方面，文獻(xiàn)[9–11]給出了極化度同極化反射率、線性去極化率、交叉極化相關(guān)系數(shù)等極化參量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了極化度在魯棒性方面的優(yōu)勢(shì)；極化度統(tǒng)計(jì)特性方面Rio[12]和Medkou[13]等人則分別推導(dǎo)了復(fù)高斯假設(shè)下極化度的概率密度函數(shù)模型。目前對(duì)于極化度的研究多停留在基礎(chǔ)理論層面，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析則鮮有報(bào)道。

本文首先建立了具有正交雙極化同時(shí)接收能力的雷達(dá)接收信號(hào)極化模型，在Stokes矢量極化表征基礎(chǔ)上，基于隨機(jī)矢量正態(tài)分布假設(shè)推導(dǎo)了極化比和極化度的概率密度函數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)并開展了針對(duì)單個(gè)基站和多個(gè)基站情形的UHF雷達(dá)接收基站信號(hào)的外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，通過極化處理方法分析了通信基站信號(hào)的極化特性，統(tǒng)計(jì)極化幅度比、相位差以及極化度的分布直方圖，并分別同理論推導(dǎo)的概率密度函數(shù)進(jìn)行擬合，最后給出了單基站和多基站情形下雷達(dá)接收信號(hào)極化的差異性分析。

2　雙極化雷達(dá)接收電磁波的極化表征模型

2.1極化狀態(tài)表征

極化表示電磁波矢量端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于電磁波矢量位于垂直于傳播方向的平面內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)軌跡可用橢圓表述，橢圓的形狀和傾角定義了波的極化狀態(tài)?？紤]極化雷達(dá)系統(tǒng)具有水平和垂直正交雙極化接收能力，且水平、垂直通道能夠在各自極化基下同時(shí)采集到達(dá)天線的電磁波信號(hào)。當(dāng)電磁波沿固定方向傳播時(shí)，兩極化基下接收到的電磁波瞬時(shí)時(shí)域信號(hào)分別表示為Sh(t)和Sv(t)，則在該組極化基下可定義“瞬時(shí)Jones矢量”如下式所示：

式中，Ah(t)和Av(t)分別表示水平和垂直極化基下的瞬時(shí)幅度，δ(t)為極化相位差，S(t)表示電磁波的相干波形。當(dāng)電磁波為完全極化波時(shí)極化幅度比和相位差不會(huì)隨時(shí)間而變化，即滿足

不難看出，當(dāng)電磁波在完全極化狀態(tài)下Jones矢量能夠給出基本的極化表征。而當(dāng)電磁波為部分極化波時(shí)，通常利用該矢量成分的2階統(tǒng)計(jì)特性也可用于描述接收電磁波的極化，也就是通常定義的Stokes矢量[6]

2.2極化比統(tǒng)計(jì)模型

通過實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)接收電磁波信號(hào)的極化特性會(huì)隨時(shí)間呈起伏變化，因此極化雷達(dá)研究工作者利用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論開展了相關(guān)的電磁波極化特性研究，通常將電磁波視為一個(gè)具有各態(tài)歷經(jīng)性的平穩(wěn)隨機(jī)過程，并假設(shè)Jones矢量服從零均值2維復(fù)高斯隨機(jī)分布，"其協(xié)方差#矩陣為Hermit矩陣，用表示，根據(jù)Hermit矩陣的性質(zhì)，有，則根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知，接收信號(hào)極化矢量滿足如下概率密度函數(shù)：

對(duì)式(6)中ah從0～＋積分可以得到幅度比和相位差的聯(lián)合分布函數(shù)：

再對(duì)相位差δ(積分限[0,2p])積分，即可得到極化幅度比的概率密度函數(shù)：

另一方面重新對(duì)式(5)中的ah和av分別從0～＋作連續(xù)積分，可以得到極化相位差的概率密度函數(shù)：

2.3極化度估計(jì)量統(tǒng)計(jì)模型

根據(jù)上節(jié)內(nèi)容可知，若要完整描述電磁波極化的統(tǒng)計(jì)特性，極化比表征至少需要兩個(gè)參數(shù)，而Stokes表征則至少需要4個(gè)，由于各個(gè)參數(shù)都具有不同的分布特性，因此較難在統(tǒng)一的尺度下表征極化特性，相比而言極化度作為描述電磁波極化特性的重要參量具有良好的魯棒性，并且不會(huì)隨極化基的選取而變化等優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，極化度已被許多研究人員廣泛應(yīng)用于雷達(dá)探測(cè)、地理信息遙感以及光學(xué)等領(lǐng)域。特別是在雷達(dá)探測(cè)方面，極化SAR通過測(cè)量極化度可以用于各類地形地貌的信息識(shí)別，例如城市、農(nóng)田、海洋等[14]。此外，極化度還被用做檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量來檢測(cè)均勻雜波環(huán)境中的人造金屬目標(biāo)(包括高壓電線塔、艦船、浮標(biāo)以及油井等等)[15]。

則極化度還可表示為：

作如下變量替換

可以給出其反函數(shù)

對(duì)φ積分可得(利用文獻(xiàn)[16]3.338-4.6)：

3　UHF雷達(dá)干擾環(huán)境測(cè)量

為驗(yàn)證第2節(jié)給出的極化模型，并分析雷達(dá)面臨基站干擾環(huán)境的極化特性，于2014年10月25日和2015年7月13日分兩個(gè)批次開展了UHF波段極化雷達(dá)接收周圍通信基站信號(hào)的外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置在湖北省武漢市花山附近，一部具有水平垂直雙極化同時(shí)接受能力的UHF波段雷達(dá)系統(tǒng)被用于獲取干擾環(huán)境數(shù)據(jù)。接收天線如圖1所示，它是由2行8列個(gè)正交雙極化偶極子陣元構(gòu)成，圖中紅色數(shù)字表示陣元序號(hào)。表1則進(jìn)一步給出了所采用的雷達(dá)試驗(yàn)系統(tǒng)的主要參數(shù)，可以看出交叉極化和極化隔離度均具有較高指標(biāo)。

圖1　UHF波段實(shí)驗(yàn)雷達(dá)極化陣列天線Fig.1　UHF band radar polarimetric array antenna

圖2　GSM信號(hào)極化測(cè)量流程Fig.2　Flow chart of the polarimetric measurement for the GSM signals

表1　實(shí)驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.1　Main parameters in experimental radar system

雷達(dá)所處工作頻段主要會(huì)受到GSM基站信號(hào)的影響，GSM通信系統(tǒng)采用蜂窩FDMA(頻分多址)+TDMA(時(shí)分多址)方式通信，移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)的鏈路稱為上行鏈路(890–915 MHz)，基站發(fā)射信號(hào)的鏈路稱為下行鏈路(935–960 MHz)，一個(gè)脈沖串承載一個(gè)時(shí)隙所傳輸?shù)男畔?，稱為“突發(fā)”，每個(gè)“突發(fā)”可以看成是時(shí)寬約577 μs，帶寬200 kHz的窄帶調(diào)制信號(hào)[2]。

實(shí)驗(yàn)中分別針對(duì)單個(gè)基站情形和多基站情形，利用兩正交極化通道同時(shí)采集GSM信號(hào)，再通過離線分析不同情形下電磁波極化特性。圖2給出了兩種情形下的測(cè)量及數(shù)據(jù)處理流程。

具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

(1)單基站GSM信號(hào)接收

選取試驗(yàn)點(diǎn)附近某一通信基站，首先利用頻譜儀接一對(duì)數(shù)周期天線測(cè)量該基站輻射電磁波信號(hào)的中心頻率，結(jié)果顯示該基站下行信號(hào)頻率為953.2 MHz，將雷達(dá)接收機(jī)工作頻率調(diào)至該頻點(diǎn)附近，并使雷達(dá)雙極化天線中心指向待測(cè)基站天線，雷達(dá)接收機(jī)開機(jī)，并接通采集卡錄取基站信號(hào)數(shù)據(jù)。雷達(dá)接收機(jī)帶寬約1.2 MHz，大于基站信號(hào)帶寬200 kHz，采用數(shù)字濾波方式對(duì)接收信號(hào)預(yù)處理，從而獲取中心頻點(diǎn)為953.2 MHz，帶寬200 kHz的較為純凈的單基站下行信號(hào)樣本。

(2)多基站GSM信號(hào)接收

雷達(dá)在實(shí)際工作當(dāng)中，周圍往往存在多個(gè)基站，且相鄰基站間所采用的頻道相隔不大，即所輻射的射頻信號(hào)頻譜比較接近，當(dāng)接收機(jī)帶寬覆蓋多個(gè)基站所使用的頻道時(shí)，同一時(shí)刻可能有多部基站信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，形成多基站干擾情形。對(duì)于此類情形的測(cè)量，我們?cè)O(shè)定雷達(dá)工作頻率為940 MHz(經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)雷達(dá)所處位置周圍輻射該頻率信號(hào)的基站數(shù)量較多)，令雷達(dá)天線按固定轉(zhuǎn)速(約10 s/轉(zhuǎn))旋轉(zhuǎn)，水平垂直接收通道同時(shí)采樣接收，接收機(jī)處理過程與單基站時(shí)相同，為了同時(shí)獲取多個(gè)基站的混疊信號(hào)，不再像單基站信號(hào)測(cè)量時(shí)所采用的對(duì)所錄取的數(shù)據(jù)做窄帶濾波處理，而直接進(jìn)行極化特性分析。下節(jié)將給出兩種場(chǎng)景下雷達(dá)接收基站信號(hào)極化特性的分析。

4　基站干擾信號(hào)極化特性分析

4.1極化狀態(tài)分析

利用實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)，首先開展極化狀態(tài)分析，分析內(nèi)容包括信號(hào)樣本的極化比與極化度，以及其Stokes矢量在Poincare球上的分布情況。極化比通過將兩路極化通道每組采集樣本的復(fù)數(shù)據(jù)直接求比值得到，Stokes矢量的計(jì)算方法如式(3)和式(12)所示。分別將單基站和多基站場(chǎng)景下每組樣本的極化參量計(jì)算結(jié)果繪制在圖3和圖4中。其中圖3(a)，圖3(b)和圖4(a)，圖4(b)分別為兩種場(chǎng)景下獲得信號(hào)的極化幅度比和極化相位差，不難看出無論是哪種情形下，極化幅度比和相位差都隨時(shí)間呈現(xiàn)出一定的起伏特性。各場(chǎng)景下極化參量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果則被列在表2中，其中左邊兩列經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算進(jìn)一步給出了極化幅度比和相位差的樣本均值和標(biāo)準(zhǔn)差，通過標(biāo)準(zhǔn)差值的對(duì)比可見單一基站信號(hào)的極化起伏程度明顯小于多基站信號(hào)。

從數(shù)據(jù)樣本中隨機(jī)選取100個(gè)“突發(fā)”信號(hào)，利用式(3)估計(jì)電磁波信號(hào)極化Stokes矢量，并將其歸一化后描繪在Poincare極化球上，單基站和多基站情形下觀測(cè)到的GSM信號(hào)極化Stokes矢量分別被繪制在圖3(c)和圖4(c)上。單個(gè)基站的GSM信號(hào)Stokes矢量分布較為集中，接近右旋橢圓極化；而多基站信號(hào)則呈現(xiàn)散布狀態(tài)，沒有明顯占優(yōu)的極化。

圖3　單基站GSM信號(hào)極化狀態(tài)Fig.3　Polarization states of the GSM signals from single base station

極化度的估計(jì)結(jié)果可以在Stokes矢量的基礎(chǔ)上，利用式(12)計(jì)算得到，兩個(gè)場(chǎng)景下每個(gè)“突發(fā)”信號(hào)的極化度如圖3(d)和圖4(d)所示。由于單基站情形下，無論基站天線或是雷達(dá)天線都相對(duì)固定，從圖3(d)可以看出，該情形下信號(hào)極化度普遍較高且起伏較小，位于0.88～0.93之間；而多基站由于非相干信號(hào)的疊加，雷達(dá)接收到的合成信號(hào)極化度下降嚴(yán)重，如圖4(d)所示其起伏更加劇烈，在0.10～0.65之間均有分布。與極化比類似，表2的右邊一列給出了極化度均值和標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。綜合以上分析可以說明，對(duì)于極化度較高的信號(hào)(如單基站情形)，利用傳統(tǒng)極化表征方法，例如Stokes矢量、極化橢圓和極化比等確定性極化表征方法可以較好地予以描述，在此基礎(chǔ)，無論采用極化增強(qiáng)或極化濾波手段處理該類信號(hào)，都可以達(dá)到預(yù)期的增強(qiáng)或抑制效果。而對(duì)于電磁波極化度較低的信號(hào)(如多基站情形)，從圖4(c)中可以看出該類信號(hào)極化散布程度嚴(yán)重，對(duì)于此類沒有明顯極化占優(yōu)的情形，難以采用確定性極化表征手段加以描述，因此，擬通過統(tǒng)計(jì)表述的研究手段分析其極化特性。

圖4　多基站GSM信號(hào)極化狀態(tài)Fig.4　Polarization states of the GSM signals from multi-base stations

表2　極化參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.2　Statistical result of the polarization parameters

4.2極化統(tǒng)計(jì)特性分析

本節(jié)將利用極化比和極化度作為統(tǒng)計(jì)參量，描述不同情形下雷達(dá)接收干擾信號(hào)的極化特性，通過對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論概率密度函數(shù)，一方面驗(yàn)證極化度統(tǒng)計(jì)模型的正確性，另一方面尋找不同情形下雷達(dá)面臨基站干擾環(huán)境的極化特性差異，并分析其原因。在上節(jié)基礎(chǔ)利用兩類場(chǎng)景下極化幅度比和相位差計(jì)算結(jié)果繪制統(tǒng)計(jì)直方圖如圖5中的圓圈符號(hào)所示，圖5(a)和圖5(c)上的實(shí)線對(duì)應(yīng)式(8)所表示的極化幅度比理論概率密度函數(shù)，而由式(9)描述的相位差概率密度函數(shù)則對(duì)應(yīng)如圖5(b)和圖5(d)上的實(shí)線。從圖中良好的擬合結(jié)果可以看出，無論是單基站或是多基站情形，利用極化比統(tǒng)計(jì)模型均可以予以準(zhǔn)確描述。

設(shè)定用于估計(jì)極化度的每組樣本點(diǎn)數(shù)為32，以0.01為間隔統(tǒng)計(jì)極化度的概率密度直方圖，不同情形下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的極化度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6(a), 6(b)中虛線所示，圖中實(shí)線所代表的理論極化度概率密度函數(shù)曲線由式(20)獲得，真實(shí)極化度參數(shù)用所有樣本的平均極化度近似代替。同樣可以看出理論曲線和統(tǒng)計(jì)結(jié)果能夠很好地?cái)M合，從而驗(yàn)證了本文推導(dǎo)的極化度統(tǒng)計(jì)模型的正確性和適用性。

對(duì)比圖6(a)，圖6(b)可知，單基站信號(hào)極化度較多基站極化度更高，且分布更為集中。相比于傳統(tǒng)確定性極化描述方法對(duì)多基站信號(hào)難以準(zhǔn)確描述而言，利用統(tǒng)計(jì)表征方法可以概括其分布特性。圖6(b)兩條分離開的曲線分別由天線處于不同方位角時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到，極化度較低的曲線代表天線主瓣方向沒有功率較強(qiáng)的基站信號(hào)，基站信號(hào)主要從副瓣進(jìn)入接收機(jī)；極化度較高的曲線代表天線主波束內(nèi)存在較近距離基站，主瓣方向基站使極化度提高，但由于副瓣基站信號(hào)的非相干合成，總的極化度明顯低于單基站信號(hào)極化度。

圖5　極化比概率密度函數(shù)的理論和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.5　Comparison of the Polarization ratio PDF between theoretical results and the empirical histograms

圖6　極化度概率密度函數(shù)的理論和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.6　Comparison of the DoP PDF between theoretical results and the empirical histograms

5　結(jié)論

對(duì)單基站的測(cè)量結(jié)果說明，基站信號(hào)在時(shí)頻域上由于承載了編碼信息，而這些信息不能為雷達(dá)所用，可被視為噪聲干擾，而極化域的分析顯示，該類信號(hào)具有明顯的極化特征，且極化度較高。單個(gè)基站信號(hào)的極化狀態(tài)呈現(xiàn)部分極化特性，其Stokes矢量點(diǎn)以Poincare球體內(nèi)某點(diǎn)為中心，隨機(jī)分布在其周圍。單一基站信號(hào)的極化度呈現(xiàn)隨機(jī)起伏特性，可以認(rèn)為影響接收信號(hào)極化度的主要環(huán)境因素包括接收機(jī)噪聲、多徑效應(yīng)、大氣傳輸效應(yīng)、通道耦合效應(yīng)等因素。

多個(gè)基站的測(cè)量結(jié)果顯示，接收信號(hào)功率很強(qiáng)，不僅在時(shí)頻域上沒有明顯特征，極化的確定性特征同樣不明顯，主要表現(xiàn)在極化度較低，極化狀態(tài)起伏劇烈。這是因?yàn)槎鄠€(gè)基站情況下，由于雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)，不可避免存在強(qiáng)功率基站信號(hào)從天線副瓣方向進(jìn)入接收機(jī)，而實(shí)際極化雷達(dá)天線通常只對(duì)波束中心方向的極化予以校準(zhǔn)，副瓣的信號(hào)與主瓣信號(hào)的疊加而可能造成接收信號(hào)極化度下降。另一方面，主瓣內(nèi)還可能存在同頻基站干擾問題，即基站信號(hào)即使從主瓣進(jìn)入，若主瓣內(nèi)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上同頻基站，由于基站間信號(hào)不相干，也會(huì)造成接收信號(hào)極化度下降。

本文以UHF波段雷達(dá)面臨基站干擾信號(hào)的極化特性為例，說明了電磁波極化的確定描述方法存在一定的局限性，進(jìn)而給出了極化比和極化度統(tǒng)計(jì)特性的表征模型，通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了理論模型的正確性，分析了極化統(tǒng)計(jì)分布特性的成因，本文的研究結(jié)論有助于改善雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾及目標(biāo)檢測(cè)能力，后續(xù)研究將著重關(guān)注基于極化度等參量統(tǒng)計(jì)特性開展的干擾極化抑制濾波器和極化檢測(cè)器設(shè)計(jì)。

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任博(1986–)，男，河北省邯鄲市人，2009年獲得北京航空航天大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2011年獲得國防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院碩士學(xué)位，博士生，研究方向?yàn)槔走_(dá)極化信息處理、綜合電子信息系統(tǒng)建模與仿真。E-mail: rb410@139.com

施龍飛，男，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楦缮婧铣煽讖嚼走_(dá)系統(tǒng)技術(shù)和方法。

王國玉，男，研究員，1999年于國防科技大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為國防科技大學(xué)博士生導(dǎo)師，主要研究方向包括信號(hào)處理、雷達(dá)系統(tǒng)與電磁環(huán)境效應(yīng)的建模與仿真。

Polarimetric Analysis of the Interference from Base Stations to UHF-band Radar

Ren Bo①②Shi Longfei①②Wang Guoyu①

①(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics & Information System, Changsha 410073, China)
②(College of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Radar detection and tracking performance in the UHF-band can be influenced by the downlink signals of communication base stations.The polarimetric properties of interference from base stations are measured and analyzed as a basis for suppressing this type of interference by a polarization processing method.In this study, we establish signal models from the base station for dual-polarization UHF-band radar.We express the Probability Density Functions (PDF)of the estimated polarization ratio and degree of polarization in a closed form and use them to describe the statistical properties of the interference environment.We developed polarimetric radar reception experiments for the signals from both Single-Base Stations (SBS)and Multi-Base Stations (MBS).Experimental results proved that deterministic polarized descriptions are appropriate only for signals from SBS but not from MBS or from stations with a low DoP (Degree of Polarization).However, the proposed statistical method can be used to describe both SBS and MBS cases, which we demonstrated by comparing the theoretical models with real measurement data.

Polarimetric radar; Degree of polarization; Communication base stations; Measurement of electromagnetic environment

TN958

A

2095-283X(2016)02-0164-10

10.12000/JR15134

2015-12-31；改回日期：2016-01-22；網(wǎng)絡(luò)出版：2016-03-24

任博rb410@139.com

國家自然科學(xué)基金(61490692, 61201336)

Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61490692, 61201336)