李 宏，薛 冰，趙艷麗

(中國洛陽電子裝備試驗中心,河南 洛陽 471003)

0 引言

雷達干擾和抗干擾是一對永恒的矛盾。自從雷達誕生以來，雷達干擾和抗干擾之間的矛盾對抗就從來沒有停止過，正是這種矛盾對抗，促進了雷達干擾技術和雷達抗干擾技術的發(fā)展。

根據干擾的目的不同，可以將對雷達的干擾分為壓制干擾和欺騙干擾兩大類[1]。壓制干擾包括傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾和目前廣泛采用的相參壓制干擾。欺騙干擾又包括對窄帶雷達的點跡/航跡欺騙干擾和對寬帶雷達的成像欺騙干擾，均是采用相參干擾技術。

針對各種干擾，雷達可以采取的抗干擾措施也很多，比較常見的主要有：旁瓣對消(SLC)/旁瓣匿影(SLB)、動目標顯示(MTI)/動目標檢測(MTD)、頻率捷變(包括脈間捷變、脈組捷變)、重頻捷變(包括參差、抖動、滑變)、射頻掩護、恒虛警(CFAR)等。在這些抗干擾措施中，大部分是針對傳統(tǒng)噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾和各種地物/自然雜波干擾的，在目前廣泛采用的相參干擾技術情況下，其抗干擾性能如何呢？還能起到較好的抗干擾效果嗎？

由于技術成熟度所限，目前對雷達的干擾仍然以壓制干擾為主[2]，所以本文主要以相參壓制干擾為例，來分析不同抗干擾措施對其抗干擾性能。

1 不同抗干擾措施抗相參干擾性能分析

1.1 旁瓣對消/旁瓣匿影

SLC/SLB是典型的雷達空域抗干擾措施，主要為了對抗旁瓣干擾，其中，SLC主要用于對抗從雷達旁瓣進入的噪聲干擾，而SLB主要用于對抗從雷達旁瓣進入的雜亂脈沖干擾。噪聲干擾、雜亂脈沖干擾和相參干擾是在信號域和時域上不同，按理說，SLC/SLB對抗噪聲干擾、雜亂脈沖干擾或者相參干擾的性能應該差別不大，可實際情況還是相差比較大的。

當干擾信號是從雷達旁瓣進入的噪聲干擾信號時，SLC能夠對消掉一部分干擾，典型的對消比可以達到15～20dB，當然，實際對消效果受多種因素影響。譬如，當雷達受到的噪聲干擾信號的帶寬不一樣時，對消效果是不同的，對單頻干擾的效果最好，干擾信號的調制帶寬越寬，對消效果越差；又如，如果雷達有2路旁瓣對消通道，理論上可以對消來自2個不同方向的旁瓣干擾信號，但實際上，當只有1路干擾信號時，旁瓣對消的對消效果較好，而當同時存在2路干擾信號時，對消效果將會大打折扣。但是不管怎樣，SLC對抗從雷達旁瓣進入的噪聲干擾都能夠起到一定的抗干擾效果，因為噪聲干擾信號跟雷達回波信號在統(tǒng)計上是獨立的，所以雷達總能夠對消掉一部分噪聲信號。而當干擾信號為相參干擾時，由于相參干擾是干擾機通過數(shù)字儲頻采集并存儲截獲的雷達信號后，然后延遲轉發(fā)的信號，跟雷達接收到的回波信號具有一定的相參性，統(tǒng)計上不獨立，因此當進行對消時，難以得到比較理想的對消效果，在某些特殊情況下，對消比接近于零甚至為負也不足奇。因此，SLC作為一種對抗旁瓣噪聲干擾的有效措施，在對抗從雷達旁瓣進入的相參干擾時，效果就會大打折扣，有時候甚至會得到相反的效果，這種情況實踐中是出現(xiàn)過的。

當干擾信號是從雷達旁瓣進入的雜亂脈沖干擾信號時，SLB是一種較好的抗干擾措施，當然，前提是干擾信號的占空比不能過大，否則，雷達的主通道關閉過于頻繁，或者關閉時間太多，將會影響雷達正常功能的發(fā)揮。由于以前雜亂脈沖干擾用得比較經常，故而不少雷達上都設計了這種抗干擾措施。隨著干擾技術的發(fā)展，現(xiàn)在雜亂脈沖干擾幾乎已經不用了，普遍采用相參干擾技術。那么，SLB這種以前常用的雷達抗干擾措施，在相參干擾情況下，還能起到一定的抗干擾作用嗎？對于相參干擾，可以分為兩種情況：第一種情況是干擾機采用全脈沖采樣后延遲疊加復制轉發(fā)干擾，這種干擾信號在時域上是連續(xù)的，因此當雷達采用SLB抗干擾措施時，主通道將完全關閉，這相當于雷達關機，干擾的目的達到了，抗干擾無效；第二種情況是干擾機采用間歇采樣干擾，此時干擾信號在時域上將不是連續(xù)的，但間歇采樣干擾的占空比不會小于50%，且轉換周期極短，為微秒級。在這么頻繁的切換下，雷達主通道也不可能正常工作。所以，SLB在相參干擾情況下，是不能起到抗干擾作用的。

1.2 動目標顯示/動目標檢測

MTI/MTD本身不是用于抗有源電子干擾的，而是用于抗各種雜波干擾的，如地雜波、海雜波、氣象雜波等，同時也能夠抗無源干擾，如箔條干擾等，其主要利用目標與各種雜波及無源干擾在多普勒頻率上的差別，利用對消原理(MTI)或者多普勒濾波器組(MTD)來抑制各種雜波和無源干擾，從而提高對目標的檢測性能。在噪聲干擾情況下，因為白噪聲的功率譜是平坦的，所以MTI/MTD對于噪聲干擾沒有抑制作用。對于相參干擾來說，其頻譜分布范圍處于目標的頻譜分布范圍之內，故MTI/MTD對于相參干擾也沒有抑制作用。

1.3 頻率捷變

頻率捷變最早用于抗噪聲瞄頻干擾。早期的雷達均為非相參雷達，所以最初的頻率捷變均是采用脈間捷變。這種抗干擾措施使得早期對定頻雷達干擾效果較好的噪聲瞄頻干擾機不得不改用寬帶噪聲干擾，以使干擾信號能夠進入到雷達接收機，因此，頻率捷變對噪聲干擾的抗干擾效果是比較顯著的。例如設雷達捷變帶寬為500MHz，信號瞬時帶寬為5MHz，假設干擾機測頻精度足夠高；則當雷達采用定頻方式工作時，干擾機可采用窄帶瞄頻噪聲進行干擾，此時干擾帶寬可設置為5MHz；而當雷達采用捷變頻方式工作時，干擾機將不得不采用寬帶噪聲進行干擾，干擾帶寬至少需設置為500MHz；這樣，干擾功率譜密度將下降到1/100倍(20dB)，也即雷達采用頻率捷變抗干擾措施的抗干擾得益為20dB。

現(xiàn)代雷達均采用相參體制，通過回波信號的相位信息來獲取更多的相參處理得益。但是相參處理與脈間頻率捷變又是不兼容的，因此現(xiàn)代雷達多采用脈組頻率捷變的方式，在試圖獲得相參處理得益的同時，又能夠通過頻率捷變來抗噪聲瞄頻干擾。

根據相參干擾的干擾時長不同，可以將其分為周期內干擾和跨周期干擾兩種情況。周期內干擾就是干擾機在偵察到雷達的重復周期后，采集每個周期的雷達信號，然后延時疊加復制轉發(fā)干擾，每次干擾時長不超過雷達的一個重復周期。這種情況下，干擾信號始終滯后于干擾機自身平臺的回波信號，故而主要用于進行近距離支援干擾，其典型干擾效果如圖1所示[3-4]。跨周期干擾就是干擾機采集到一個雷達脈沖后進行存儲轉發(fā)干擾，干擾時長大于一個雷達重復周期的情況。當雷達工作在定頻方式時，通過跨周期干擾，可以將干擾覆蓋到干擾機平臺前方去，從而形成全量程干擾的效果，此時干擾效果如圖2所示[3-4]。所以，這種干擾既可以實現(xiàn)近距離支援干擾，也可以實現(xiàn)自衛(wèi)干擾，還可以實現(xiàn)遠距離支援干擾。

圖1 相參干擾效果

圖2 相參干擾效果

那么，頻率捷變對抗相參干擾的性能如何呢？根據雷達捷變頻方式的不同以及干擾時長的不同，可以分為4種情況進行考慮。

1)雷達采取脈間捷變方式，干擾機采取周期內相參干擾。

這種情況下，由于干擾信號是對同周期內雷達信號的采樣存儲轉發(fā)，故干擾信號的頻率跟雷達信號的頻率是始終保持一致的，因此，雷達采取脈間頻率捷變措施對抗周期內相參干擾無效。

2)雷達采取脈間捷變方式，干擾機采取跨周期相參干擾。

這種情況下，在雷達當前周期內，干擾信號跟雷達信號的頻率是一致的，而過了當前雷達周期后，雷達信號頻率已經變化，但干擾信號頻率仍然保持不變，故而干擾信號進入不了雷達接收機，所以，雷達采取脈間頻率捷變措施對抗跨周期相參干擾有效。

3)雷達采取脈組捷變方式，干擾機采取周期內相參干擾。

其結果同第一種情況。

4)雷達采取脈組捷變方式，干擾機采取跨周期相參干擾。

這種情況下，干擾機的干擾效果與干擾時長有關：如果干擾時長接近且小于雷達脈組時長或者脈組時長的整數(shù)分之一，干擾有效，也即抗干擾無效；其他情況下，若干擾時長小于雷達脈組時長，則時而干擾有效時而無效；若干擾時長遠大于雷達脈組時長，則干擾基本無效，此時等同于第二種情況。

1.4 重頻捷變

重復頻率捷變(重頻捷變)也是現(xiàn)代雷達常用的一種抗干擾措施。學術界曾經有人將重頻捷變歸為雷達頻域抗干擾措施，實際上是錯誤的，重頻捷變應屬于雷達時域抗干擾措施的范疇，原因是嚴格來說，重頻捷變應該叫做重周捷變(重復周期捷變)。

重頻捷變包括重頻參差、重頻抖動和重頻滑變，其中，重頻參差最早用于解模糊，重頻抖動和重頻滑變主要用于抗同步脈沖干擾。

對于周期內相參干擾，干擾信號的重頻始終跟雷達信號的重頻是一致的，故重頻捷變不會影響干擾效果。而對于跨周期相參干擾，只有第一個雷達周期內的干擾信號與雷達信號的重頻一致，其余雷達周期內的干擾信號與雷達信號的重頻將不一致，因此不同雷達周期內的干擾信號不能進行脈間處理(包括FFT處理、積累處理等)，此時干擾將基本無效，也即抗干擾有效。

1.5 射頻掩護

射頻掩護是一種經典的雷達頻域抗干擾措施，對抗傳統(tǒng)的噪聲瞄頻干擾效果較好。一種較為常見的射頻掩護原理如圖3上半部分所示，雷達除了發(fā)射正常探測脈沖以外，還在其前面發(fā)射一個掩護脈沖，掩護脈沖與正常脈沖在時間上和頻率上均錯開。干擾機在偵察到前面的掩護脈沖后，以為是要干擾的雷達信號，就會發(fā)射與掩護脈沖頻率一致的窄帶噪聲干擾，由于正常脈沖與掩護脈沖頻率是錯開的，這樣正常脈沖就因為前面脈沖的“掩護”而不會受到干擾。相參干擾面對這種雷達時，其干擾時序將會如圖3下部所示[5]，干擾機偵察并采集存儲的是掩護脈沖，用此轉發(fā)的假目標信號頻率與掩護脈沖一致，而與正常脈沖不一致，因此對正常脈沖將不會形成干擾。這種情況下，射頻掩護抗干擾有效。

圖3 經典的射頻掩護時序及相參干擾時序

但是，現(xiàn)代干擾機的設計師找到了這種經典射頻掩護的規(guī)律以后，在設計干擾時序時，故意漏過前面的脈沖，而采集存儲并轉發(fā)后面的脈沖，就“巧妙”地解決了對這種經典射頻掩護雷達相參干擾的問題。然而，“道高一尺，魔高一丈”，在弄清楚干擾機的這種所謂“巧妙”對抗措施以后，文獻[6]提出一種改進的射頻掩護時序設計，如圖4所示。雷達在1個周期內連續(xù)發(fā)射3個頻率各不相同的脈沖信號，3個脈沖的時寬以及它們之間的頻率差和時間差均是可變的(傳統(tǒng)的射頻掩護技術這些都是固定不可變的)，而且可以指定3個脈沖中的任意1個為主脈沖，其他2個為掩護脈沖(傳統(tǒng)的射頻掩護技術中第一個脈沖固定為掩護脈沖，第二個脈沖固定為正常脈沖，其關系不可變)，這樣，干擾機就偵察不出射頻掩護的規(guī)律，不知道哪個脈沖為主脈沖、哪個脈沖為掩護脈沖，從而不知道干擾如何下手。這種改進的射頻掩護措施對抗相參壓制干擾和欺騙干擾的效果均較好，是目前比較理想的抗相參干擾的措施。

圖4 改進的射頻掩護時序

1.6 恒虛警

雷達收到的回波信號中可能包含目標回波、各種雜波、各種人為/自然的有源和無源干擾以及雷達本身的系統(tǒng)噪聲等，屬于一隨機過程。雷達對目標的檢測是設定一門限，當信號高出此門限時就認為有目標存在，否則就認為是背景噪聲。當背景噪聲電平時高時低時，雷達就有可能將大量的背景噪聲信號誤檢測為目標，從而導致虛警率增大。為此，現(xiàn)代雷達廣泛采用CFAR技術來降低虛警率。CFAR就是雷達進行目標檢測時，檢測門限根據背景噪聲電平的變化適時調整，當背景噪聲電平升高時，檢測門限抬高；而當背景噪聲電平降低時，檢測門限也降低。常用的CFAR檢測單元如圖5所示。

圖5 典型雷達恒虛警處理單元圖

假設雷達采用單元平均選大CFAR處理方式，此時雷達信號檢測門限為：

(1)

式中，y為雷達檢測門限；k為比例系數(shù)，根據雷達發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率的要求而定；ui為各CFAR單元中的信號電平。

對于傳統(tǒng)的噪聲干擾，其干擾信號可視為背景噪聲，干擾的原理相當于通過抬高雷達CFAR門限，使得真目標回波信號位于雷達檢測門限之下而不能被檢測出來，從而達到壓制的效果，所以，CFAR對噪聲干擾沒有抗干擾效果。

在相參干擾下，情況又如何呢？這里僅考慮相參干擾對雷達進行能量壓制的情況。

當相參干擾對雷達的壓制是通過抬高雷達CFAR檢測門限，使得真目標回波處于雷達檢測門限之下而不能被雷達檢測到時，屬于能量壓制。有兩種比較常用的相參干擾樣式可以導致能量壓制，一是所謂的“相參噪聲干擾”，即間歇采樣后進行噪聲調頻；二是多假目標干擾時假目標密度較大，使得雷達CFAR處理區(qū)間內總有假目標落入。在能量壓制情況下，相參干擾是通過將干擾信號進入雷達CFAR檢測單元，從而提高CFAR檢測門限，來得到壓制干擾效果的。這種情況等同于傳統(tǒng)的噪聲干擾，因此CFAR對其沒有抗干擾效果，甚至可以說，相參干擾正是利用了雷達的CFAR處理來達到對雷達進行壓制干擾的目的。

2 結束語

科研工作者們已提出了各種各樣的抗干擾措施，以對抗地雜波/海雜波、氣象雜波等自然干擾，以及傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾、同步脈沖干擾等人為有源干擾，并且這些抗干擾措施均已在實際雷達中得到了廣泛應用，大大提高了雷達的性能。隨著干擾技術的發(fā)展，目前在人為干擾中，相參干擾已基本替代了噪聲壓制干擾、雜亂脈沖干擾、同步脈沖干擾等傳統(tǒng)的有源干擾，成為當前干擾技術的主流。那么，作為對抗傳統(tǒng)有源干擾的各種經典的雷達抗干擾措施，對抗相參干擾的性能如何呢？本文對此進行了分析，并且經過實踐檢驗，發(fā)現(xiàn)大部分經典的抗干擾措施對抗相參干擾時，性能均有不同程度的下降。理論分析和實踐均表明，目前對抗相參干擾的最有效措施，是文獻[6]提出的改進的射頻掩護措施?！?/p>

[1] 趙國慶．雷達對抗原理[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1999

[2] 李宏．雷達相參壓制干擾若干問題研究[C]∥中國航天科工集團第二研究院二十三所:電子對抗與目標識別技術文集，2014:1-6.

[3] 李宏，郭雷，楊英科．基于單通道DRFM相參壓制干擾時序設計[C]∥電子對抗系統(tǒng)專業(yè)委員會第九屆學術年會論文集，2014:32-38.

[4] 李宏，郭雷，牟能文．相參干擾的相參得益[J]．電子信息對抗技術,2016,31(1):30-32.

[5] 李宏，牟能文，郭雷．相參干擾的壓制距離[J]．電子信息對抗技術,2015,30(4):33-36.

[6] 李宏．雷達射頻掩護抗相參壓制和欺騙干擾性能[C]∥2017年全國復雜電磁環(huán)境下雷達設計學術交流大會報告文集，2017.