王建路，戴幻堯，周 波，許 雄

(1.電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點實驗室，河南 洛陽 471003；2.中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003)

0 引言

目前，單脈沖雷達對常規(guī)的主瓣干擾有幾種對抗方法，但是對主瓣內(nèi)復(fù)合干擾沒有很好的抗干擾方法。現(xiàn)有的雷達對抗一般的主瓣干擾的措施有：1) 提高雷達發(fā)射功率[1]，采取“燒穿模式”，使電子干擾在一定距離上失效。燒穿距離與目標的RCS的四次方根成比例，一般出現(xiàn)在離雷達很近的地方，這使得雷達長期工作于被干擾的狀態(tài)。2) 提高雷達的距離分辨力，采用100M以上的雷達的發(fā)射信號帶寬，使雷達的距離高分辨力達到米級[2]，試圖從距離上對目標和干擾源進行分辨。這種方法對主瓣內(nèi)干擾源是一個單點源干擾效果比較好，但是對主瓣復(fù)合干擾是沒有用的。因為主瓣復(fù)合干擾在整個距離量程內(nèi)都覆蓋了目標回波，而不是僅僅在目標所在距離單元覆蓋目標回波，所以即使提高了分辨力，其它分辨單元的干擾信號依然存在，從而無法在距離上分辨目標和干擾；3) 提高雷達角度分辨力[3-5]，采用空間譜估計技術(shù)，使雷達角度分辨力達到波束寬度的1/N，在角度上對目標和干擾源進行分辨。然而實際上空間譜估計算法對信噪比要求很高，運算量非常大，工程上很難實現(xiàn)，復(fù)合干擾中的噪聲干擾成分后會抬高雷達接收機噪聲水平，降低信噪比，使得空間譜估計技術(shù)的性能大幅度降低。4) 直接運用極化濾波手段，分別對和通道、差通道進行極化濾波抑制干擾信號， 再將濾波后的信號進行單脈沖測角處理[6-7]。但是由于濾波后剩余干擾信號的存在，使得角度量測值總是存在一定的偏差，另外，濾波有可能會降低信噪比，對后續(xù)的檢測帶來消極影響。

本文提出的雙極化單脈沖雷達的目標角度估計方法，是對抗主瓣干擾的一種簡單而有效、且非常易于工程實現(xiàn)的方法。

1 主瓣復(fù)合干擾特性

單脈沖雷達測角已是一種相對成熟的技術(shù)并廣泛應(yīng)用于高精度的跟蹤雷達系統(tǒng)中。然而，當雷達主波束內(nèi)同時存在角度相近且不同的目標和噪聲壓制干擾源時，目標回波在時域和頻域被具有一定帶寬的干擾所淹沒，常規(guī)的信號處理后，單脈沖雷達無法有效檢測目標，或錯誤地檢測、跟蹤干擾源，單脈沖測角的輸出為物理空間目標和干擾的加權(quán)平均，無法給出正確的角度指示，進而破壞雷達角度跟蹤系統(tǒng)。這種主瓣干擾不僅具有時頻域壓制的干擾效果，也具有角度欺騙的干擾效果，稱為主瓣復(fù)合干擾。例如，有源雷達誘餌干擾(TRAD)通常比真實目標回波信號的幅度要大很多，在空間上和目標保持一定的距離關(guān)系，在雷達主波束范圍內(nèi)目標和誘餌干擾不可分辨，誘餌轉(zhuǎn)發(fā)噪聲壓制干擾或密集假目標干擾，極大地破壞了單脈沖雷達對真實目標的測角及跟蹤的精準度。

圖1為主瓣復(fù)合干擾下單脈沖雷達和通道接收信號的時域分布、頻域分布，此時干擾和目標信號功率比為15dB，由于干擾信號比目標信號大15dB，此時目標信號完全被壓制了，目標信號在時域無法檢測，干擾信號的頻譜完全覆蓋目標所在頻率，此時目標信號完全被壓制，目標信號在頻域無法檢測。

圖2為主瓣復(fù)合干擾條件下常規(guī)單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果。圖(a)給出了目標和干擾所在的真實位置，目標的方位和俯仰角都是-1°，干擾的方位和俯仰角是1.5°，波束寬度是6°。圖(b)給出了常規(guī)單脈沖處理在主瓣復(fù)合干擾下，干擾信號使得雷達測角產(chǎn)生很大誤差，由于干擾信號功率比目標信號功率強20dB，此時常規(guī)單脈沖處理的測角輸出大部分為干擾信號角度和目標信號的質(zhì)心區(qū)域 ，所以測角輸出的方位和俯仰角大約在0.5°～2°范圍。

圖2 為主瓣復(fù)合干擾條件下常規(guī)單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果

2 雙極化結(jié)構(gòu)改進

將單脈沖雷達改為單極化發(fā)射，雙極化接收工作方式。常規(guī)單脈沖雷達天線一般為垂直極化或者水平極化，發(fā)射和接收的信號均為單一的極化信號。實際中，目標回波和主瓣復(fù)合干擾信號既有垂直極化分量，又有水平極化分量。將雷達改為單極化發(fā)射、雙極化接收工作方式，能夠同時接收回波信號的水平極化分量和垂直極化分量。

單脈沖雷達的天線一般具有A、B、C、D四個象限構(gòu)成，四個象限的接收信號進行線性組合，構(gòu)成了和信號、方位差信號、俯仰差信號，利用這些信號進行目標角度測量。常規(guī)單脈沖雷達天線是單一極化的，只能獲得單一極化分量的信號。本文提出將單脈沖雷達天線由單極化改造為雙極化，如圖3所示。因此，極化改造后天線四個象限的每一路輸出都是雙極化的，包括水平極化和垂直極化2路。每個象限有2路輸出，四個象限就有8路輸出信號，如圖4所示。

圖3 改進后的雙極化單脈沖雷達天線四象限構(gòu)成示意圖

圖4 改進后的雙極化單脈沖雷達接收機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

A路的垂直極化輸出Av，水平極化輸出Ah；

B路的垂直極化輸出Bv，水平極化輸出Bh；

C路的垂直極化輸出Cv，水平極化輸出Ch；

D路的垂直極化輸出Dv，水平極化輸出Dh。

將四個象限的8路輸出信號進行線性組合，可以構(gòu)成6路信號，包括：水平極化的和信號∑h、水平極化的方位差信號Δh,A、水平極化的俯仰差信號Δh,E，垂直極化的和信號∑v、垂直極化的方位差信號Δv,A、垂直極化的俯仰差信號Δv,E。下角標v表示垂直極化，h表示水平極化，A表示方位角，E表示俯仰角。

這6路和、差信號和A、B、C、D四象限的8路輸出信號的關(guān)系，可以表示為：

∑v=Av+Bv+Cv+Dv

∑h=Ah+Bh+Ch+Dh

Δv,A=(Av+Cv)-(Bv+Dv)

Δv,E=(Av+Bv)-(Cv+Dv)

Σh,A=(Ah+Ch)-(Bh+Dh)

Δh,E=(Ah+Bh)-(Ch+Dh)

3 極化解耦步驟和實驗

圖5給出了主瓣復(fù)合干擾下雙極化單脈沖雷達目標角度測量流程圖。根據(jù)2個和差網(wǎng)絡(luò)輸出的水平極化和通道信號與垂直極化和信號，計算出復(fù)合干擾信號的極化比與極化濾波矢量，對2路和通道進行極化濾波預(yù)處理，濾波后干擾信號會受到顯著抑制，大幅度改善信干比，如圖6所示。根據(jù)輸出數(shù)據(jù)找到目標和干擾混疊的所在的距離/速度分辨單元，確定該單元后，對6路信號的距離/速度分辨單元采用雙極化解耦角估計方法，估計出目標的方位和俯仰角。

圖5 主瓣復(fù)合干擾下雙極化單脈沖雷達目標角度測量流程圖

圖6 和通道極化濾波預(yù)處理后，目標/干擾混疊單元的檢測結(jié)果

算法步驟如下：

步驟一：將單脈沖雷達改為單極化發(fā)射，雙極化接收工作方式;

步驟二：根據(jù)和通道的輸出信號，計算出復(fù)合干擾信號的極化比;

步驟三：和通道極化濾波預(yù)處理，提高信號干擾功率比，搜索目標和干擾混疊的距離/速度分辨單元;

步驟四：采用雙極化解耦角估計方法。

圖7為主瓣復(fù)合干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果。此時干擾信號功率比ISR為20dB，射頻通道自身信噪比SNR為20dB，利用本文提出的新方法，可以在干擾條件下比較準確地估計出目標所在的角度。

圖7 干擾條件下雙極化單脈沖雷達目標角度估計結(jié)果

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種雙極化單脈沖雷達的目標角度估計方法，將雷達接收天線改為雙極化接收，并增加相應(yīng)的和差網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)字域形成6路處理通道，通過估計干擾的極化特性，消除干擾信號對目標角度的耦合誤差，估計出目標的真實角度，維持單脈沖雷達正常的測角和跟蹤，為對抗主瓣復(fù)合干擾提供了一種簡單而有效，且非常易于工程實現(xiàn)的方法?！?/p>

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