沈佳琪，蔣東旭

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225001)

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對(duì)預(yù)警雷達(dá)STAP的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾研究

沈佳琪，蔣東旭

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225001)

介紹了時(shí)空自適應(yīng)處理(STAP)的應(yīng)用背景和干擾方法，闡述了STAP技術(shù)的原理，建立了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型，對(duì)比分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的效果。結(jié)果表明盡管STAP可以提取被強(qiáng)地物雜波淹沒的目標(biāo)，但采用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以影響STAP提取目標(biāo)信息，干擾效果明顯。

時(shí)空自適應(yīng)處理技術(shù)；間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾；預(yù)警雷達(dá)

0 引 言

STAP工作于空時(shí)二維空間，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。傳統(tǒng)的的寬帶噪聲干擾只在多普勒維對(duì)雷達(dá)起到干擾作用，所以通過簡(jiǎn)單的空間干擾抑制手段就能有效抑制寬帶噪聲干擾。目前針對(duì)STAP的干擾研究主要集中在欺騙干擾：唐孝國等人研究了STAP欺騙干擾的方法，但對(duì)干擾效果沒有做具體的分析研究[4];此后，薛冰心等人研究了頻移假目標(biāo)干擾[5],張昀等人研究了密集假目標(biāo)干擾[6],諶詩娃等人研究了散射波欺騙干擾[7]，均從仿真的角度研究了干擾樣式的效果，但均未分析最終經(jīng)過STAP處理后對(duì)目標(biāo)的提取情況。

本文研究了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)STAP的干擾效果，并對(duì)經(jīng)過STAP技術(shù)后目標(biāo)的提取情況進(jìn)行對(duì)比，充分分析驗(yàn)證了干擾的有效性。

1 STAP的原理

空時(shí)自適應(yīng)處理(STAP)通過在空域和時(shí)域進(jìn)行聯(lián)合濾波從而能夠有效地抑制雜波和干擾，提高雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的對(duì)掩蓋在強(qiáng)雜波背景下動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)能力。通過采用陣列天線，以確保其空域處理能力，同時(shí)通過發(fā)射相參脈沖串以保證其時(shí)域處理能力。對(duì)于某一個(gè)距離單元內(nèi)的接收數(shù)據(jù)，可以排列為所有的天線陣元在相參脈沖串下的列矢量，如圖1所示。

STAP是空域一維濾波在空時(shí)二維的推廣，通過空時(shí)二維匹配濾波消除雜波并保留真實(shí)目標(biāo)。Brennan等推導(dǎo)出了空時(shí)二維聯(lián)合自適應(yīng)處理結(jié)構(gòu)，也就是所謂的“最優(yōu)處理器”[8-9]。

最優(yōu)處理器的權(quán)矢量W可以表示為:

W=[w11,w12,…,w1K,w21,…,w2K,…,wnk,…,wNK]T

(1)

全空時(shí)最優(yōu)處理器可以用如下數(shù)學(xué)優(yōu)化問題描述：

(2)

(3)

(4)

式中：R為協(xié)方差矩陣，其可以在目標(biāo)增益不變時(shí)，使得處理器輸出的雜波剩余功率最??；S為空時(shí)二維導(dǎo)向矢量;X為NK×l維的空時(shí)采樣數(shù)據(jù);Ss為空域?qū)蚴噶?St為時(shí)域?qū)蚴噶?ωs，ωt分別為空域歸一化頻率和時(shí)域歸一化頻率。

因此可得，STAP的最優(yōu)處理器權(quán)矢量Wopt為：

真正的BIM應(yīng)該具有可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化、可出圖性等特征，并且可以在不同軟件、不同項(xiàng)目參與方之間進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，提高生產(chǎn)效率、改善溝通效果及加強(qiáng)質(zhì)量控制等。最終目的是要通過BIM實(shí)現(xiàn)整個(gè)建設(shè)工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等各階段都能有效節(jié)省能源、降低成本、減少污染和提高效率[3]。

Wopt=μR-1S=μ(R-1/2)(R-1/2S)

(5)

式中：μ=1/(SHR-1S)，為歸一化常數(shù)。

上式由雜波協(xié)方差逆矩陣和目標(biāo)矢量?jī)刹糠謽?gòu)成，第一部分對(duì)雜波進(jìn)行白化，后一部分對(duì)目標(biāo)進(jìn)行匹配濾波。對(duì)于天線陣元數(shù)目為12、相參脈沖數(shù)為10、目標(biāo)位于方位向-30°、歸一化頻率0.25的情況進(jìn)行仿真，如圖2所示。

由圖2可以看出，目標(biāo)被掩蓋在強(qiáng)雜波背景下，通過最優(yōu)STAP在信號(hào)方向有最強(qiáng)輸出，而在雜波分布方向形成凹口以濾除雜波。

2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

相比于傳統(tǒng)的噪聲干擾樣式，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以更好地利用STAP處理匹配濾波的特性，并獲得一定的脈壓得益，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)STAP處理的有效干擾。其只對(duì)雷達(dá)脈沖進(jìn)行部分截取，可降低對(duì)干擾機(jī)的要求，另一方面還可以較好地解決單平臺(tái)收發(fā)隔離的問題[10]。

間歇采樣后得到的干擾信號(hào)表達(dá)式可以寫為：

(6)

式中:p(t)為采樣信號(hào)，0≤t≤T;τ為采樣的脈寬;Ts為采樣重復(fù)周期。

間歇采樣后的干擾信號(hào)經(jīng)匹配濾波的輸出為：

(7)

干擾采樣信號(hào)p(t)的采樣重復(fù)周期Ts和采樣脈寬τ影響干擾信號(hào)的幅度，根據(jù)式(7)可得：

(1) 當(dāng)采樣脈寬τ不變，增大采樣重復(fù)周期Ts，會(huì)出現(xiàn)假目標(biāo)的個(gè)數(shù)增多，間隔變小；反之，則會(huì)出現(xiàn)假目標(biāo)的個(gè)數(shù)減小，間隔也越大。

(2) 若采樣重復(fù)周期Ts不變，增大采樣脈寬τ，則會(huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)的功率增大，也即假目標(biāo)幅度增大；反之，則會(huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)的功率變小，也即假目標(biāo)幅度變小。

下面結(jié)合仿真對(duì)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效果進(jìn)行分析。

假設(shè)雷達(dá)線性調(diào)頻信號(hào)的脈寬為T=20 μs，帶寬為B=10 MHz。

經(jīng)過匹配濾波后的結(jié)果如圖3所示。

3 對(duì)STAP的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾數(shù)值仿真

為了研究間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)STAP的干擾效果，文中選取的參數(shù)如下：雷達(dá)天線單元16個(gè)，相參處理脈沖數(shù)目16個(gè)，雷達(dá)頻率為430 MHz，PRI為1.5 ms，脈寬100 μs，線性調(diào)頻帶寬0.5 MHz，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度100 m/s，目標(biāo)功率0 dBm，方位角為30°，多普勒頻率為150 Hz，選取的處理距離單元為200個(gè)，目標(biāo)位于處理的距離單元的第160個(gè)距離單元。地雜波功率為50 dBm，干擾機(jī)為自衛(wèi)式干擾機(jī)，干擾功率為30 dBm。

圖4為強(qiáng)地雜波背景下的功率譜分布，由圖可以看出，由于地雜波功率較強(qiáng)，目標(biāo)淹沒在地雜波中，通過傳統(tǒng)的處理無法提取目標(biāo)，而通過STAP可以非常好地將目標(biāo)提取出來，見圖5。

圖6為寬帶噪聲下的功率譜分布和STAP對(duì)目標(biāo)的提取，由圖可以看出，寬帶噪聲在多普勒維是白化的，而通過STAP處理可以很好地濾除，目標(biāo)最終能凸現(xiàn)出來。

圖7為間歇采樣干擾下的功率譜分布和STAP對(duì)目標(biāo)的提取，由圖7可以看出，間歇采樣干擾在多普勒維不是白化的，而通過STAP處理很難濾除，最終目標(biāo)無法正常提取。

4 結(jié)束語

本文首先介紹了STAP技術(shù)的應(yīng)用背景及對(duì)STAP的干擾研究，然后分析了STAP技術(shù)的原理，而后建立起間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型，最后通過仿真對(duì)比分析寬帶噪聲干擾與間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)STAP的干擾效果。結(jié)果表明：STAP可以提取被強(qiáng)地物雜波所淹沒的真實(shí)目標(biāo)，干擾為寬帶噪聲干擾時(shí)，盡管噪聲可以在多普勒維形成覆蓋，但STAP的濾除效果明顯，目標(biāo)最終可以顯現(xiàn)出來；當(dāng)干擾為間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)，STAP無法對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行提取，可以獲得非常好的干擾效果。

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ResearchintoIntermittentSamplingRepeaterJammingtoEarly-warningRadarSTAP

SHEN Jia-qi,JIANG Dong-xu
(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper introduces the application background and jamming method of space time adaptive processing (STAP),expatiates the theory of STAP technology,builds up the model of intermittent sampling repeater jamming,contrasts and analyzes the effect of intermittent sampling repeater jamming.Results show that although the target submerged by strong ground clutters can be abstracted by STAP technology,using the intermittent sampling repeater jamming can affect the target information abstraction by means of STAP,and the jamming effect is obviously.

space time adaptive processing technology;intermittent sampling repeater jamming;early-warning radar

2016-08-09

TN972.2

：A

：CN32-1413(2017)03-0021-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.005