劉 軍，盛子恒，張 昀

(1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101；2.新南威爾士大學(xué)，悉尼 2052)

0 引 言

在現(xiàn)代高技術(shù)的戰(zhàn)爭環(huán)境下，由于超低空突防導(dǎo)彈、高速高機動作戰(zhàn)平臺等現(xiàn)代化裝備的大量使用，戰(zhàn)線模糊、戰(zhàn)場區(qū)域延伸擴大，制空權(quán)的掌握是贏得戰(zhàn)爭勝利的重要保證。機載預(yù)警(AEW)雷達作為制空權(quán)的重要組成部分，它可以及時獲得敵軍兵力布署、火力配備、集結(jié)地域和增援調(diào)動等情況，并指揮引導(dǎo)己方作戰(zhàn)平臺快速到達有利的作戰(zhàn)位置，因此廣泛用于軍事低空補盲、空戰(zhàn)指揮及海面目標搜索等關(guān)系國計民生的領(lǐng)域[1-3]。

空時自適應(yīng)處理[4](STAP)作為AEW雷達最先進的信號處理技術(shù)，已應(yīng)用在以“E-2D”為代表的新一代預(yù)警機上，STAP通過空時二維聯(lián)合濾波技術(shù)濾除強地面雜波和干擾，因而可以獲得非常高的檢測性能，這給突防平臺的生存帶來了巨大挑戰(zhàn)。目前針對STAP的干擾研究不多，如文獻[5]研究了基于頻移干擾的STAP干擾，文獻[6]研究了基于密集假目標的STAP干擾，文獻[7]研究了地形彈射的STAP干擾。盡管這些干擾能夠?qū)TAP取得一定的干擾效果，但這些研究均是基于單平臺的干擾，機載雷達很容易通過STAP的自適應(yīng)空域濾波進行濾除。

因此針對上述問題，本文提出采用多無人機協(xié)同干擾的方法，并建模和仿真研究了多無人機協(xié)同干擾下的干擾效能。

1 STAP技術(shù)的原理

STAP算法的實質(zhì)[8-9]是一維空域濾波技術(shù)在空-時二維域中的推廣和應(yīng)用，其利用了目標和雜波在角度-多普勒域上分布的差異性，通過對能使目標信號增益最大的權(quán)值的計算，實現(xiàn)雜波的抑制。

STAP處理框圖[10-11]如圖1所示，假設(shè)雷達天線為N陣元的線陣，1個相干處理間隔內(nèi)的脈沖數(shù)為K，則雷達天線接收的某一距離單元的空時采樣信號可以用1組N×K維的快拍數(shù)據(jù)表示，即：

(1)

式中：n=1，2，…,N；k=1，2，…,K；xn,k,l代表雷達第n個陣元、第k個脈沖、在第l次快拍時的空時二維采樣數(shù)據(jù)。

全空時二維自適應(yīng)處理結(jié)構(gòu)，即“最優(yōu)處理器”的原理圖如圖2所示，wnk(n=1，2，…,N；k=1，2，…,K)為空時二維權(quán)系數(shù)。

處理過程中，可以按先時后空的順序?qū)l表示為NK×1的矢量，即：

Xl=[X1,l…Xn,l…XN,l]Τ

(2)

式中：Xn,l=[xn,1,l…xn,k,l…xn,K,l]。也可以

圖1 STAP處理框圖

圖2 “最優(yōu)處理器”的原理圖

按先空后時的順序同樣表示為NK×1的矢量，即：

(3)

式中：Xk,l=[x1,k,l…xn,k,l…xN,k,l]Τ。

同時，用先時后空排列的NK×1維W表示該處理器的權(quán)矢量，則：

(4)

該處理器可以描述為如下的數(shù)學(xué)優(yōu)化問題：

(5)

(6)

式中：?為Kronecker積；Ss(ψ)和St(fd)分別表示空域?qū)蚴噶亢蜁r域?qū)蚴噶?；λ為雷達工作波長；d為陣元間距；ψ為雜波入射錐角；fd為待檢第l個距離單元的多普勒頻移。

對第l個距離單元的采樣數(shù)據(jù)Xl做上述全空時濾波處理，濾波輸出為：

y=WΗXl

(7)

根據(jù)上面各式可以解得的最優(yōu)權(quán)矢量Wopt為：

Wopt=μR-1S

(8)

(9)

由上述分析可以看出，權(quán)矢量表達式由雜波協(xié)方差逆矩陣和目標矢量兩部分組成，第一部分相當于對雜波進行白化，后一部分相當于對目標信號進行匹配濾波。

圖3為目標與雜波功率譜分布，其中仿真參數(shù)：陣元數(shù)N=16，脈沖數(shù)K=16，目標位于方位向10°，多普勒頻率150 Hz，目標位于第160個距離單元，信雜比-50 dB。

圖3 目標與雜波功率譜分布

由圖3可以看出，雜波功率譜呈對角線分布，目標完全被雜波掩蓋。圖4為采用STAP處理前后各距離單元內(nèi)的功率分布。

由圖4可以看出，未采用STAP處理，目標位置很難確定，而采用STAP處理后，在距離單元160處目標凸顯出來。因此，可以說明，在強雜波背景下，STAP處理可以非常好地濾除雜波。

2 基于多無人機協(xié)同干擾的建模和仿真

本文將對2架無人機從不同方位角的協(xié)同干擾進行建模和仿真，如圖5所示，無人機1產(chǎn)生干擾信號1，無人機2產(chǎn)生干擾信號2，其干擾時序采用如圖所示的空時交織干擾時序，不同于傳統(tǒng)的單站干擾，干擾信號1的持續(xù)時間為TJ1，干擾信號2的持續(xù)時間為TJ2，干擾信號的空時交織目的在于防止干擾信號被雷達通過STAP技術(shù)濾除，即使在雷達脈沖重復(fù)周期T內(nèi)，雷達的權(quán)值發(fā)生變化，由于計算取值時間的滯后性，無法形成該時間段的真正權(quán)值。因此，通過STAP技術(shù)將無法將干擾信號濾除，從而達到對STAP技術(shù)干擾的目的。

圖4 各距離單元內(nèi)的功率分布

圖5 協(xié)同干擾的干擾時序圖

在協(xié)同干擾時，兩干擾機可以選擇相同的干擾樣式，也可以選擇不同的干擾樣式，下面將分別對這2種不同的協(xié)同干擾進行仿真。圖6為不同方位同種干擾樣式的協(xié)同干擾示意圖。

圖7為不同方位同種干擾樣式協(xié)同干擾下的STAP處理算法對目標的提取結(jié)果，干信比分別為0 dB、5 dB、10 dB。其中，無人機1的方位角為-5°，無人機2的方位角為25°，其他仿真參數(shù)與上一節(jié)相同。

圖7 不同副瓣干擾功率下STAP處理的結(jié)果

由圖7可以看出，在不同方位同種干擾樣式的協(xié)同干擾下，當干擾功率為0 dB、5 dB和10 dB時，經(jīng)STAP處理后的信噪比分別為7 dB、1 dB和-6 dB，也即隨著兩無人機干擾功率的增大，目標的信雜比逐漸減小，并且在目標附近出現(xiàn)多個假目標。

圖8為不同方位不同干擾樣式協(xié)同干擾下的STAP處理算法對目標的提取結(jié)果，干信比分別為0 dB、5 dB、10 dB。其中，無人機1的方位角為-5°，無人機2的方位角為25°，其他仿真參數(shù)與上一節(jié)相同。

圖8 不同副瓣干擾功率下STAP處理的結(jié)果

由圖8可以看出，在不同方位不同干擾樣式的協(xié)同干擾下，當干擾功率為0 dB、5 dB和10 dB時，經(jīng)STAP處理后的信噪比分別為4 dB、-2 dB和-8 dB，也即隨著兩無人機干擾功率的增大，目標的信雜比逐漸減小，并且在目標附近出現(xiàn)多個假目標。不同方位不同干擾樣式的協(xié)同干擾與同種干擾樣式的協(xié)同干擾相比，干擾效果更好，達到相同干擾所需要的干擾功率更低。這主要是由于不同方位不同干擾樣式注入后，使得STAP處理協(xié)方差矩陣的計算更加復(fù)雜，也即增加了權(quán)值計算的難度。

3 結(jié)束語

本文針對目前基于單平臺的STAP干擾存在的不足，提出基于多無人機平臺的多方位協(xié)同干擾，并建模和仿真研究了不同方位同種干擾樣式協(xié)同和不同方位不同干擾樣式協(xié)同的干擾效能。仿真結(jié)果表明：在不同方位同種干擾樣式的協(xié)同干擾下，當干擾功率為0 dB、5 dB和10 dB時，經(jīng)STAP處理后的信噪比分別為7 dB、1 dB和-6 dB，而在不同方位不同干擾樣式的協(xié)同干擾下，當干擾功率為0 dB、5 dB和10 dB時，經(jīng)STAP處理后的信噪比分別為4 dB、-2 dB和-8 dB。不同方位不同干擾樣式的協(xié)同干擾與同種干擾樣式的協(xié)同干擾相比，干擾效果更好，達到相同干擾所需要的干擾功率更低。本文的研究對于STAP干擾的工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。