李向陽，郭曉樂，孫曉舟

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)所處的電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜，這就為雷達(dá)的抗干擾能力提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，干擾機(jī)和目標(biāo)雖然同處于主波束內(nèi)，但是一般情況下，目標(biāo)和干擾之間仍會相差一定的角度。所以，自適應(yīng)波束形成技術(shù)有希望被用來抑制主瓣干擾。但是實(shí)際的效果是，當(dāng)干擾出現(xiàn)在主瓣內(nèi)時(shí)，傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成技術(shù)形成零陷時(shí)會出現(xiàn)主瓣嚴(yán)重變形并發(fā)生偏移[1-5]，從而會嚴(yán)重影響雷達(dá)目標(biāo)的檢測和跟蹤性能。近些年來，主瓣干擾問題成了雷達(dá)系統(tǒng)研制時(shí)必須考慮的問題，國內(nèi)的一些學(xué)者也對主瓣干擾問題[6-8]進(jìn)行了相應(yīng)的研究，獲得了一定的研究成果，但是效果仍舊不是很理想。

本文通過對雷達(dá)接收到的和差波束進(jìn)行深入的分析和研究，提出了一種利用和波束、方位差波束、俯仰差波束、雙差波束以及輔助波束的自適應(yīng)抗干擾方法。該方法的關(guān)鍵是利用高增益的差波束對消主瓣干擾的同時(shí)構(gòu)造出指向旁瓣干擾的輔助波束，用于對消旁瓣干擾，所以能夠?qū)崿F(xiàn)主瓣干擾與旁瓣干擾的同時(shí)消除，優(yōu)勢明顯。

1 理論基礎(chǔ)

對于一個(gè)由N個(gè)陣元組成的均勻線陣，陣元間距為d。假設(shè)空間中存在1個(gè)目標(biāo)、P個(gè)主瓣干擾和Q個(gè)旁瓣干擾，P+Q+1

x(t)=AS(t)+n(t)=a(θ0)s0(t)+

(1)

則陣列輸出信號的協(xié)方差矩陣為：

(2)

式中：Rs=E[S(t)SH(t)]，為信號加干擾的協(xié)方差矩陣；I為單位矩陣。

F1-,…,-we1(1+Q)FQ

(3)

F1-,…,-we2(1+Q)FQ

(4)

F1-,…,-wa1(1+Q)FQ

(5)

F1-,…,-wa2(1+Q)FQ

(6)

式中：俯仰向差波束ΔE，雙差波束ΔΔ以及輔助波束F1,F2,…,FQ作為方位向自適應(yīng)干擾對消處理的輔助輸入；方位向差波束ΔA，雙差波束ΔΔ以及輔助波束F1,F2,…,FQ作為俯仰向自適應(yīng)干擾對消處理的輔助輸入；we1=[we1(1),we1(2),…,we1(1+Q)]T和we2=[we2(1),we2(2),…,we2(1+Q)]T分別表示計(jì)算方位向和差波束時(shí)的自適應(yīng)權(quán)矢量；wa1=[wa1(1),wa1(2),…,wa1(1+Q)]T和wa2=[wa2(1),wa2(2),…,wa2(1+Q)]T分別表示計(jì)算俯仰向和差波束時(shí)的自適應(yīng)權(quán)矢量。

上述的權(quán)矢量都是通過相關(guān)計(jì)算得到的，其計(jì)算公式分別為：

(7)

(8)

(9)

(10)

式中：Rfu_e1、Rfu_e2、Rfu_a1和Rfu_a2分別表示式(3)、(4)、(5)、(6)中輔助波束Xfu_e1=[ΔE,F1,…,FQ]、Xfu_e2=[ΔΔ,F1,…,FQ]、Xfu_a1=[ΔA,F1,…,FQ]和Xfu_a2=[ΔΔ,F1,…,FQ]的協(xié)方差矩陣；rfu_e1、rfu_e2、rfu_a1和rfu_a2分別表示式(3)、(4)、(5)、(6)中主波束與輔助波束的互相關(guān)矢量。

通過式(7)、(8)、(9)、(10)計(jì)算出的自適應(yīng)權(quán)矢量代入式(3)、(4)、(5)、(6)中，就可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)主瓣干擾對消，從而達(dá)到主瓣抗干擾的目的。

2 計(jì)算機(jī)仿真和性能評估

接收陣列天線為20行20列的矩形陣列，各陣元按半波長等間距排列，主波束寬度約為5.11°，干擾源的個(gè)數(shù)為3個(gè)(包含1個(gè)主瓣干擾和2個(gè)旁瓣干擾)，干擾源的類型為寬帶壓制干擾。其中目標(biāo)和旁瓣干擾的具體仿真參數(shù)如表1所示，主瓣干擾的參數(shù)按不同情況分別給出。

表1 仿真參數(shù)

2.1 實(shí)驗(yàn)1

主瓣干擾的方位角和俯仰角均為1°，主瓣干噪比為40 dB。

圖1給出了仿真條件下，接收信號的距離-多普勒功率譜圖，由圖可知，目標(biāo)信號完全淹沒在干擾中。

圖1 接收信號的距離-多普勒功率譜圖

圖2給出了和波束、方位向差波束、俯仰向差波束以及方位向、俯仰向的雙差波束空域接收特性，是后續(xù)形成公式(3)～(6)的自適應(yīng)波束的基礎(chǔ)。

圖2 和波束、方位向差波束、俯仰向差波束以及方位向俯仰向的雙差波束空域接收特性

圖3(a)和(b)分別給出了經(jīng)過本文方法處理得到的方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果。由圖可見，雙差算法在方位向和俯仰向都很好地對消掉了干擾，在目標(biāo)位置呈現(xiàn)出了目標(biāo)。經(jīng)分析可知，主要是因?yàn)橹靼旮蓴_和目標(biāo)之間在方位向和俯仰向都存在一定的差異，所以在方位和俯仰上都能對消掉主瓣干擾。

圖3 方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果

2.2 實(shí)驗(yàn)2

主瓣干擾的方位角和俯仰角分別為0°和1°，主瓣干噪比為40 dB。

本節(jié)的仿真條件是主瓣干擾和目標(biāo)信號在方位上沒有差別，只在俯仰上有一定的差別。圖4給出了方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果，由圖可知，由于主瓣干擾和目標(biāo)信號在方位向沒有差異，所以方位向自適應(yīng)干擾對消失去作用，但是在俯仰向仍舊可以很好地對消掉主瓣干擾，在俯仰向效果仍舊很好。

圖4 方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果

2.3 實(shí)驗(yàn)3

主瓣干擾的方位角和俯仰角分別為1°和0°，主瓣干噪比為40 dB。

本節(jié)的仿真條件是主瓣干擾和目標(biāo)信號在俯仰上沒有差別，只在方位上有一定的差別。圖5給出了方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果。由圖可知，在方位向仍舊可以很好地對消掉主瓣干擾，但是在俯仰向沒有效果。

2.4 實(shí)驗(yàn)4

主瓣干擾的方位角和俯仰角均為1°，主瓣干噪比為20 dB。

本節(jié)的仿真條件是主瓣干擾和目標(biāo)信號在方位上和俯仰上都有差異，和實(shí)驗(yàn)1相比，信噪比從40 dB降低為20 dB。圖5給出了方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果，由圖可知，本文方法在方位和俯仰上都可以很好地對消掉主瓣干擾，和圖3結(jié)果相比，由于主瓣干噪比降低，對消后信噪比有少許的提升，這也符合實(shí)際情況。

圖5 方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果

圖6 方位向和俯仰向的主瓣抗干擾結(jié)果

3 結(jié)束語

主瓣干擾問題是現(xiàn)代雷達(dá)面臨的一個(gè)重要問題，嚴(yán)重影響了雷達(dá)的探測性能。本文提出利用和波束、方位差波束、俯仰差波束、雙差波束以及輔助波束的自適應(yīng)抗干擾方法。仿真結(jié)果表明，只要主瓣干擾和目標(biāo)信號在方位上或者俯仰上存在差異，就可以很好地對消掉主瓣干擾，并且主瓣干噪比越低，對消效果越明顯，有一定的參考價(jià)值。