吳 昊， 寧 勇， 薄 超

(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

·工程應(yīng)用·

外輻射源探測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

吳 昊， 寧 勇， 薄 超

(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

針對(duì)空中高價(jià)值目標(biāo)的探測(cè)問(wèn)題，給出了信號(hào)模型,并對(duì)外輻射源探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了歸納。該研究可應(yīng)用于無(wú)線電靜默狀態(tài)下的非協(xié)同探測(cè)定位系統(tǒng)，通過(guò)與電子偵察系統(tǒng)多傳感器融合可進(jìn)一步完善防空體系。

探測(cè)； 電子靜默； 態(tài)勢(shì)判斷

0 引言

外輻射源探測(cè)系統(tǒng)本身不發(fā)射電磁波信號(hào)，而是依靠環(huán)境中已有的外部輻射源實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別、測(cè)量、定位與跟蹤。依靠其被動(dòng)探測(cè)的特點(diǎn)，外輻射源探測(cè)系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力和很強(qiáng)的系統(tǒng)生存能力。此外，依靠其雙基地幾何配置以及輻射源信號(hào)的特性，外輻射源探測(cè)系統(tǒng)還具有較好的探測(cè)低空目標(biāo)和隱身目標(biāo)的能力。因此外輻射源探測(cè)系統(tǒng)是一種極具應(yīng)用潛力的新體制探測(cè)系統(tǒng)，目前已受到廣泛關(guān)注。

1 信號(hào)模型

外輻射源探測(cè)系統(tǒng)是收發(fā)分置的，幾何配置如圖1所示。該系統(tǒng)由參考通道和主通道構(gòu)成。參考通道用于接收參考信號(hào)(直達(dá)波)，主通道用于接收目標(biāo)回波信號(hào)，同時(shí)主通道還會(huì)不可避免地夾雜直達(dá)波與多徑信號(hào)。

圖1 外輻射源探測(cè)系統(tǒng)的幾何配置圖

直達(dá)波和多徑信號(hào)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此多普勒為零，目標(biāo)由于處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而附加多普勒信息。同時(shí)由于參考天線波束對(duì)準(zhǔn)外輻射源，從旁瓣進(jìn)入的多徑和目標(biāo)回波相對(duì)很弱，可忽略?；谝陨戏治?，主通道和參考信號(hào)的數(shù)學(xué)模型為：

(1)

sref(t)=GArefd(t-τDref)+nref(t)

(2)

式中，d(t)為外輻射源信號(hào)，主通道中各個(gè)信號(hào)分量為：

1) 主通道直達(dá)波：GAd(t-τD)，GA和τD分別為主通道直達(dá)波信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)延。

2) 參考通道直達(dá)波：GArefd(t-τDref)，GAref和τDref分別為參考通道直達(dá)波信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)延。

5) 噪聲：nR(t)和nref(t)為主通道和參考通道噪聲信號(hào)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 觀測(cè)站布站與輻射源布站位置

外輻射源探測(cè)系統(tǒng)性能與觀測(cè)站布站和輻射源位置有關(guān)。觀測(cè)站應(yīng)盡量設(shè)在電磁環(huán)境純凈區(qū)域, 周圍無(wú)外輻射源同頻段輻射源, 在觀測(cè)方向上無(wú)遮蔽, 周圍無(wú)強(qiáng)反射體。盡量不要布置在城市內(nèi), 因?yàn)槌鞘写嬖诖罅康亩鄰椒瓷潴w與強(qiáng)干擾。

輻射源不應(yīng)在主要觀測(cè)方向, 即盡量選擇在天線的背面和側(cè)面的輻射源, 觀測(cè)站與輻射源的距離最好在50～100km 之間。

2.2 雷達(dá)波對(duì)消技術(shù)

參考通道和主通道中的干擾信號(hào)對(duì)目標(biāo)相干積累檢測(cè)的影響包含以下兩點(diǎn)：一是時(shí)頻域平面出現(xiàn)虛假峰值，引起虛警；二是降低了目標(biāo)輸出信噪比。

在主通道直達(dá)波及雜波干擾抑制方面，通?；谥边_(dá)波及雜波干擾與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波在空域和時(shí)頻域所具有的如下兩方面的不同特性：目標(biāo)散射回波信號(hào)和直達(dá)波及雜波干擾的到達(dá)角不同；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)散射回波信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)具有多普勒頻移，而直達(dá)波及雜波干擾信號(hào)僅是由參考信號(hào)不同幅度的衰減和時(shí)間延遲所形成。因此，相應(yīng)的直達(dá)波及雜波干擾抑制方法主要包括空域抑制和時(shí)頻域抑制等兩大類。

1) 空域抑制方法

地物遮擋：利用接收機(jī)和照射源間存在的大型遮擋物(高山等)阻斷照射源與接收站間的電波傳播路徑。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適于試驗(yàn)使用；但對(duì)接收站地域配置要求較高，不利于接收站的機(jī)動(dòng)部署；同時(shí)，如果地物完全隔斷了直達(dá)波信號(hào)，還需要通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)獲取參考信號(hào)。

接收天線設(shè)計(jì)：利用高增益超低副瓣定向天線或采取自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)，形成天線零點(diǎn)指向輻射源。通過(guò)接收天線設(shè)計(jì)對(duì)直達(dá)波及雜波干擾進(jìn)行抑制，可降低對(duì)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的要求。

2) 時(shí)/頻域抑制方法

窄帶濾波：利用目標(biāo)回波信號(hào)與雜波干擾信號(hào)在頻域上的不同分布，通過(guò)設(shè)置窄帶濾波器濾除干擾。該方法一般僅適用于回波信號(hào)與雜波干擾信號(hào)頻域可分的情形。

數(shù)字對(duì)消：利用參考信號(hào)與直達(dá)波及雜波干擾信號(hào)間的時(shí)域相關(guān)性，對(duì)經(jīng)A/D變換后的數(shù)字信號(hào)采取自適應(yīng)時(shí)頻域信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回波通道雜波的抑制，如圖2所示。該方法實(shí)現(xiàn)靈活，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。

圖2 主通道信號(hào)頻譜

2.3 帶內(nèi)干擾抑制

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 可利用的外輻射源種類、數(shù)量和密度增長(zhǎng)很快。這樣對(duì)外輻射源探測(cè)系統(tǒng)造成了較大干擾, 大大影響了雷達(dá)的性能。抑制帶內(nèi)干擾的主要措施有:

1)選擇適當(dāng)?shù)男盘?hào)帶寬和數(shù)字濾波器, 抑制相近頻率輻射源的干擾;

2)采用盲信號(hào)分離技術(shù)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。

2.4 微弱信號(hào)的檢測(cè)

如何將回波信號(hào)提取出來(lái)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。主要采用較長(zhǎng)時(shí)間的相干積累技術(shù), 在頻域進(jìn)行檢測(cè)。具體步驟如下：

1) 將參考通道信號(hào)逐級(jí)時(shí)延，并與主通道信號(hào)相乘。

2) 對(duì)相乘后輸出的信號(hào)進(jìn)行求和處理，以獲得更好的積累。

3) 對(duì)累加后的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT，這樣各個(gè)通道的輸出實(shí)際是不同距離通道的多普勒分布。

圖3給出了相干積累的流程，其中M為最大距離門。圖4給出了仿真示意圖。

圖3 相干積累流程

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用中，隨著電子戰(zhàn)裝備技術(shù)的發(fā)展，對(duì)靜默目標(biāo)檢測(cè)精確定位技術(shù)的需求也日趨強(qiáng)烈。本技術(shù)研究的應(yīng)用可以顯著提升復(fù)合電子偵察系統(tǒng)適應(yīng)不同類型目標(biāo)的能力，為多傳感器融合技術(shù)提供觀測(cè)節(jié)點(diǎn)，為新型電子偵察系統(tǒng)發(fā)展提供支撐。研究成果不僅可用于地面組網(wǎng)對(duì)空探測(cè)，還可用于星載無(wú)源偵察定位系統(tǒng)，以提高適應(yīng)空間復(fù)雜電磁環(huán)境的能力和連續(xù)目標(biāo)監(jiān)視能力。■

圖4 微弱目標(biāo)檢測(cè)

[1] 蘇衛(wèi)民,顧紅,張先義.基于外輻射源的雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)與跟蹤技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá), 2005,27(4):19-22.

[2] 薄超，吳昊，李文魁.基于遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)的臨近空間無(wú)源相干定位系統(tǒng)[J].航天電子對(duì)抗，2016,32(6)：14-16.

[3] 張南,陶然,單濤,等.外輻射源雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間積累目標(biāo)探測(cè)性能分析[J].電子學(xué)報(bào)，2008,36(6)：1103-1107.

[4] 楊廣平.外輻射源雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2008，30(8)：5-9

Research on key technologies of passive coherent location system

Wu Hao, Ning Yong, Bo Chao

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Aiming at the problem of aerial high value target detection, the signal model of passive coherent location system is given whose key technologies are summarized. The research can be applied to non-cooperative detection and location system in radio silence and make the air-defense system more perfect through fusing with multi-sensors of electronic reconnaissance system.

detection; electromagnetic silence; situation judgment

2016-06-20;2017-07-25修回。

吳昊(1985-)，男，博士，主要研究方向?yàn)楹教祀娮觽刹旒夹g(shù)。

TJ76;TN972

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