鮑秋香

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

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基于示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的空時自適應(yīng)處理干擾研究

鮑秋香

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

研究了示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對空時自適應(yīng)處理(STAP)的干擾效果，分析了STAP技術(shù)的原理，建立了示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的模型，論述了示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾效果。仿真結(jié)果表明：STAP可以提取被強(qiáng)地雜波背景淹沒的目標(biāo)，而采用示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時，STAP無法對目標(biāo)信息進(jìn)行正確的提取，干擾效果非常明顯。

自適應(yīng)處理；示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾；機(jī)載預(yù)警雷達(dá)

0 引 言

目前空時二維自適應(yīng)處理(STAP)技術(shù)[1-3]已逐步從理論研究開始走向工程應(yīng)用，美國新型預(yù)警機(jī)E-2D裝備的APY-9雷達(dá)就已采用了STAP技術(shù)。針對STAP的干擾研究主要有欺騙干擾[4]、移頻假目標(biāo)干擾[5]、密集假目標(biāo)干擾[6]和散射波欺騙干擾[7]等。這些文章都只是從仿真角度研究了各種干擾樣式的干擾效果，而對經(jīng)過STAP處理后的目標(biāo)提取情況未做進(jìn)一步分析。另一方面，由于預(yù)警雷達(dá)一般采用長脈沖發(fā)射，全脈沖干擾要求數(shù)字射頻存儲(DRFM)時間比較長，至少要能夠覆蓋最大的雷達(dá)信號脈寬，很難在短時間內(nèi)做到干擾信號的收發(fā)隔離，不能對雷達(dá)形成快速有效的干擾，因此在實(shí)際電子戰(zhàn)中的運(yùn)用很受限制。而示樣脈沖存儲只存儲輸入信號中的一段，通常為首段，靈活性好。本文針對示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾，研究其對STAP的干擾效果，并對經(jīng)過STAP處理后的目標(biāo)提取情況進(jìn)行了對比分析，充分驗(yàn)證了干擾的有效性。

1 STAP技術(shù)的建模

一般來說，雷達(dá)是按距離門處理回波信號，因此在一個脈沖重復(fù)間隔(PRI)內(nèi)進(jìn)行L次采樣，對應(yīng)L個距離門單元，則經(jīng)過N個空域采樣和K個時域采樣后，一個CPI內(nèi)采樣數(shù)據(jù)共L×N×K個，如圖1所示。

圖1 雷達(dá)回波采樣示意圖

為方便分析，引進(jìn)雷達(dá)數(shù)據(jù)立方的概念，用三維數(shù)據(jù)塊描述一個相干時間間隔內(nèi)收集的回波數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 雷達(dá)數(shù)據(jù)立方

STAP算法就是對每個距離單元的慢時間/相位中心數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波。設(shè)定感興趣距離門為l，上面陰影部分對應(yīng)的切片數(shù)據(jù)表示對N個天線單元和K個時刻的空時二維采樣數(shù)據(jù)[8-9]：

(1)

式中：x(n,k)為第n個天線單元第k個時刻的空時二維采樣數(shù)據(jù)。

Xl可改寫為NK×1維矢量形式，即:

Xl=[x(1,1)x(2,1) …x(N,1) …

x(1,K)x(2,K) …x(N,K)]

(2)

從信號組成上分析，接收信號一般由目標(biāo)信號S、雜波信號C、噪聲信號n組成，但受到干擾時還會有干擾信號J,即:

(3)

該處理器可以描述為如下的數(shù)學(xué)求最優(yōu)問題:

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：R=E[XXH],為由接收機(jī)數(shù)據(jù)所形成的協(xié)方差矩陣；V為期望的空時二維導(dǎo)向矢量。

(8)

式中：L為訓(xùn)練樣本數(shù)；Xl為與待檢測單元獨(dú)立同分布的訓(xùn)練樣本。

由于目標(biāo)的角度和速度也是先驗(yàn)未知，所以通常情況下，空時自適應(yīng)處理器需要計算很多權(quán)矢量以形成一個能夠覆蓋全部潛在目標(biāo)的角度和多普勒頻率的集合。圖3為目標(biāo)與雜波功率譜的空時三維分布和最優(yōu)STAP的頻響圖。由圖3可以看出，STAP處理后在信號方向有最強(qiáng)輸出，而在雜波分布方向形成很深的凹口，雜波濾除效果非常明顯。

圖3 目標(biāo)與雜波功率譜的空時三維分布和最優(yōu)STAP的頻響圖

圖4(a)為不采用STAP處理的目標(biāo)提取結(jié)果，顯然，目標(biāo)位置無法辨識，這是由于地雜波太強(qiáng)；而采用STAP處理后的結(jié)果如圖4(b)所示，可以看出，目標(biāo)位置清晰可見。

圖4 強(qiáng)雜波背景下對目標(biāo)的提取結(jié)果

2 示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾

示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號的產(chǎn)生過程為：首先利用DRFM器件對雷達(dá)發(fā)射信號的前沿進(jìn)行存儲，得到脈沖前沿信號，然后將得到的脈沖前沿信號以一定的時間間隔為單位反復(fù)進(jìn)行復(fù)制，得到一個周期性的脈沖前沿復(fù)制信號，最后以脈沖前沿復(fù)制信號為基礎(chǔ)，分別給它們附加上不同的延時量，再將這些信號對應(yīng)疊加起來，得到最后的示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號，如圖5所示。

圖6為示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號通過匹配濾

波器的結(jié)果，由圖6(a)可以看出不加移頻量情況下干擾形成4個假目標(biāo)，干擾信號均滯后雷達(dá)回波，當(dāng)加入一定量的移頻后，干擾信號可以超前雷達(dá)回波。

圖5 示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號的產(chǎn)生

圖6 示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號通過匹配濾波器的結(jié)果

為了研究示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對STAP的干擾效果，先對噪聲干擾的效果進(jìn)行仿真研究。圖7為雜波、目標(biāo)、噪聲干擾的功率譜分布，圖8為STAP處理后的功率譜分布。由圖可以看出，噪聲干擾在多普勒是白化的，經(jīng)過STAP處理后，在噪聲干擾對應(yīng)的方位向形成很深的凹口，即將噪聲干擾完成濾除。

圖9為STAP處理后的目標(biāo)提取結(jié)果。由圖可以看出，當(dāng)存在多個干擾時，STAP處理仍能從強(qiáng)雜波和強(qiáng)干擾下提取目標(biāo)。

圖10為示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾下STAP處理后對目標(biāo)的提取結(jié)果，由圖可以看出，示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以形成多個假目標(biāo)，通過控制循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)和移頻量可以達(dá)到欺騙雷達(dá)的目的。

圖7 雜波、目標(biāo)、噪聲干擾的功率譜分布

圖8 STAP處理后的功率譜分布

圖9 STAP處理后對目標(biāo)的提取結(jié)果

3 結(jié)束語

圖10 示樣脈沖循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾下STAP處理后
對目標(biāo)的提取結(jié)果

騙干擾的效果。

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Study of Space-time Adaptive Processing Jamming Based on Sample Pulse Repeated Transmitting

BAO Qiu-xiang

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper studies the jamming effect of sample pulse repeated transmitting jamming on space-time adaptive processing (STAP),analyzes the principle of STAP technique,establishes the model of sample pulse repeated transmitting jamming (SPRTJ),discusses the effect of sample pulse repeated transmitting jamming.The simulation results show that the target covered by strong ground clutters can be extracted through STAP,but the STAP target information can't be extracted correctly through the STAP when SPRTJ is used,so the jamming effect is very obvious.

adaptive processing；sample pulse repeated transmitting jamming;airborne early warning radar

2016-06-02

TN972.1

A

CN32-1413(2016)04-0007-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.002