王浩丞

(電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610036)

0 引 言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)逐漸被加入各類調(diào)制，最常見的雷達(dá)信號(hào)體制就是線性調(diào)頻信號(hào)體制[1-3]。

同時(shí)，隨著電子對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，特別是各類反輻射武器的發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)為提高自身防護(hù)能力通常會(huì)加裝誘餌。雷達(dá)加裝誘餌后，通過(guò)誘餌信號(hào)掩護(hù)雷達(dá)信號(hào)，致使反輻射武器作戰(zhàn)效能下降，甚至失效[4-6]。

為對(duì)抗雷達(dá)誘餌，反輻射導(dǎo)引頭可采用空間譜估計(jì)算法提升抗誘餌能力，而譜估計(jì)算法需要使用雷達(dá)、誘餌數(shù)量進(jìn)行超分辨[7]。但直接采用譜估計(jì)算法進(jìn)行雷達(dá)、誘餌數(shù)量估計(jì)存在以下不足：

(1) 根據(jù)譜估計(jì)算法原理，如果雷達(dá)加誘餌數(shù)量為N，則理論上至少需要導(dǎo)引頭有N+1個(gè)陣元和通道進(jìn)行接收處理才可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、誘餌數(shù)量估計(jì)，對(duì)導(dǎo)引頭通道要求較多，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

(2) 通過(guò)譜估計(jì)算法識(shí)別雷達(dá)誘餌數(shù)量，其識(shí)別的準(zhǔn)確度與雷達(dá)誘餌工作頻段、雷達(dá)與誘餌的角度差、導(dǎo)引頭天線陣尺寸相關(guān)。雷達(dá)誘餌工作頻段越低，雷達(dá)與誘餌的角度差越小，譜估計(jì)所需天線陣尺寸越大，導(dǎo)引頭識(shí)別雷達(dá)誘餌數(shù)量越難，甚至無(wú)法識(shí)別雷達(dá)誘餌數(shù)量，對(duì)導(dǎo)引頭尺寸要求較大。

(3) 譜估計(jì)算法涉及大量矩陣運(yùn)算，運(yùn)算復(fù)雜度高，對(duì)導(dǎo)引頭硬件資源、功耗要求較高，且快速性、實(shí)時(shí)性較差。

針對(duì)譜估計(jì)算法在反輻射導(dǎo)引頭應(yīng)用中對(duì)硬件、尺寸、資源要求較高，且速度較慢的問(wèn)題，本方法利用線性調(diào)頻信號(hào)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的前、后沿特征，構(gòu)造匹配函數(shù)，進(jìn)行匹配濾波，提供一種不受孔徑、距離限制，可以快速、準(zhǔn)確識(shí)別雷達(dá)、誘餌數(shù)量的新方法。

1 攻擊目標(biāo)場(chǎng)景

雷達(dá)陣地中雷達(dá)與誘餌的典型分布如圖1所示。1部雷達(dá)一般配有2～3個(gè)誘餌。雷達(dá)距離誘餌一般在300～1 000 m范圍內(nèi)。

為避免雷達(dá)信號(hào)暴露出來(lái)，誘餌信號(hào)前后沿需遮蓋雷達(dá)信號(hào)的前后沿，誘餌超前時(shí)間一般超前μs量級(jí)。超前誘餌出現(xiàn)的規(guī)律通常有3類：誘餌前沿固定超前、誘餌慢速閃爍、誘餌快速閃爍。圖2所示為雷達(dá)和誘餌信號(hào)時(shí)序關(guān)系。

圖2 雷達(dá)和誘餌信號(hào)時(shí)序關(guān)系

同時(shí)為使反輻射導(dǎo)彈攻擊點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離雷達(dá)，要求誘餌信號(hào)能量大于雷達(dá)信號(hào)能量，使合成能量中心盡量靠近誘餌。要求誘餌信號(hào)能量大于雷達(dá)天線主瓣的信號(hào)能量是不可能的，但由于反輻射導(dǎo)彈最后攻擊雷達(dá)時(shí)，都是在雷達(dá)頂空或從雷達(dá)波束高仰角副瓣進(jìn)入攻擊，而且先進(jìn)雷達(dá)都是采用低副瓣天線，副瓣電平很低，因此可以較容易地做到誘餌的信號(hào)能量高出雷達(dá)高仰角副瓣信號(hào)能量2～3 dB。

2 快速雷達(dá)誘餌數(shù)量估計(jì)方法

2.1 信號(hào)特征分析

針對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)體制雷達(dá)，雷達(dá)配裝誘餌后，為保護(hù)雷達(dá)信號(hào)，誘餌發(fā)射與雷達(dá)信號(hào)樣式相同的信號(hào)。同時(shí)，誘餌信號(hào)覆蓋雷達(dá)信號(hào)的前后沿，保證雷達(dá)信號(hào)不被直接偵收到。由于誘餌布置在不同的位置上。反輻射導(dǎo)引頭偵收到的雷達(dá)、誘餌信號(hào)的時(shí)序關(guān)系與導(dǎo)引頭位置相關(guān)，通常導(dǎo)引頭收到信號(hào)的前沿、后沿為單獨(dú)誘餌信號(hào)，信號(hào)中部為雷達(dá)與誘餌的混合信號(hào)。

基于以上特征，根據(jù)前、后沿信號(hào)特征，進(jìn)行線性調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻斜率預(yù)測(cè)，構(gòu)造匹配函數(shù)，進(jìn)行匹配濾波可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、誘餌信號(hào)的快速、準(zhǔn)確估計(jì)。

2.2 基于調(diào)頻斜率預(yù)測(cè)的誘餌數(shù)量估計(jì)方法

假設(shè)一個(gè)雷達(dá)與誘餌的發(fā)射信號(hào)為s(t),由于發(fā)射時(shí)序和位置差異，到達(dá)設(shè)備的混合信號(hào)為：

(1)

式中：n為誘餌數(shù)量；τ為誘餌與雷達(dá)信號(hào)的延時(shí)差。

由于存在延時(shí)差，則混合信號(hào)的前沿、后沿通常有部分信號(hào)為單一誘餌信號(hào)。

基于調(diào)頻斜率預(yù)測(cè)的誘餌數(shù)量估計(jì)方法流程如圖3所示，過(guò)程如下：

圖3 基于調(diào)頻斜率預(yù)測(cè)的誘餌數(shù)量估計(jì)方法流程圖

(1) 測(cè)量接收到的雷達(dá)、誘餌混合信號(hào)s(t)，獲得其頻率F0、脈寬τPW；

(2) 對(duì)接收到的雷達(dá)、誘餌混合信號(hào)進(jìn)行滑窗幅相處理，獲取前沿、后沿信號(hào)及其寬度；

(5) 對(duì)信號(hào)前沿斜率和信號(hào)后沿斜率進(jìn)行加權(quán)處理，得到準(zhǔn)確的調(diào)頻斜率，加權(quán)處理方法為：

K=w(τPWB,AB)×KB+w(τPWE,AE)×KE

(2)

式中：K為準(zhǔn)確的調(diào)頻斜率;w(τPWB,AB)為信號(hào)前沿寬度、幅度相關(guān)的加權(quán)因子，w(τPWE,AE)為信號(hào)后沿寬度、幅度相關(guān)的加權(quán)因子，KB、KE分別為信號(hào)前沿、信號(hào)后沿的預(yù)測(cè)斜率；

(6) 根據(jù)混合信號(hào)的脈寬τPW，前、信號(hào)后沿寬度τPWB、τPWE估計(jì)得到雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度τPW0=τPW-τPWB-τPWE；根據(jù)調(diào)頻斜率K、雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度τPW0構(gòu)建斜率-K的匹配函數(shù)。

(7) 利用匹配函數(shù)進(jìn)行匹配濾波，輸出信號(hào)為s0(t)；

(8) 對(duì)s0(t)進(jìn)行搜峰，如果有N個(gè)峰存在，則可判定雷達(dá)加誘餌數(shù)量為N。

3 仿真結(jié)果

3.1 仿真場(chǎng)景和條件假設(shè)

仿真計(jì)算設(shè)置場(chǎng)景如圖1所示，雷達(dá)與誘餌的位置分別為：雷達(dá)(0,0,0)，誘餌1(500,0,0)，誘餌2(300,200,0)，誘餌3(300,-200,0)；導(dǎo)彈(導(dǎo)引頭)從點(diǎn)(100 000，0，10 000)向雷達(dá)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)(10 000，0，10 00)；雷達(dá)與誘餌發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，信號(hào)帶寬為50 MHz，脈寬為20 μs。

雷達(dá)與誘餌信號(hào)發(fā)射時(shí)序如圖4所示，4個(gè)誘餌前后沿覆蓋雷達(dá)前后沿，其中誘餌1信號(hào)超前雷達(dá)信號(hào)4 μs，誘餌2信號(hào)超前雷達(dá)信號(hào)2 μs，誘餌3信號(hào)滯后雷達(dá)信號(hào)2 μs。

圖4 雷達(dá)與誘餌混合信號(hào)時(shí)序圖

3.2 從誘餌數(shù)量估計(jì)仿真結(jié)果

仿真得到導(dǎo)彈(導(dǎo)引頭)不同彈目距下收得的雷達(dá)、誘餌混合信號(hào)s(t)，以其中一個(gè)彈目距為例，如圖5所示。

圖5 接收到的雷達(dá)與誘餌信號(hào)波形圖

具體識(shí)別過(guò)程如下：

(1) 測(cè)量混合信號(hào)s(t)，獲得其頻率f0、脈寬τPW。

(2) 對(duì)混合信號(hào)s(t)滑窗幅相處理，分別獲取信號(hào)前沿、后沿及其寬度τPWB、τPWE。

(3) 分別對(duì)信號(hào)前沿、后沿進(jìn)行調(diào)頻斜率測(cè)量，得到KB、KE。

(4) 對(duì)信號(hào)前沿、信號(hào)后沿的斜率進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

K=w(τPWB,AB)×KB+w(τPWE,AE)×KE

(3)

式中：w(τPW,A)是與信號(hào)前沿、信號(hào)后沿的寬度、幅度相關(guān)的加權(quán)因子。

(5) 根據(jù)混合信號(hào)脈沖寬度τPW，信號(hào)前沿、信號(hào)后沿的寬度估計(jì)雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度τPW0=τPW-τPWB-τPWE。

(6) 根據(jù)K、τPW0構(gòu)建斜率-K的匹配函數(shù)H0(t)，如圖6所示。

(7) 利用匹配函數(shù)H0(t)進(jìn)行匹配濾波，輸出信號(hào)為s0(t)，如圖7所示。

圖7 匹配濾波后輸出信號(hào)圖

(8) 對(duì)s0(t)進(jìn)行搜峰，搜峰得到有N個(gè)峰存在，可判定雷達(dá)加誘餌數(shù)量為N。按照上述步驟根據(jù)導(dǎo)彈位置從100 km到10 km進(jìn)行201次仿真，仿真結(jié)果如圖8所示，均可正確識(shí)別雷達(dá)、誘餌數(shù)量。

圖8 雷達(dá)誘餌數(shù)量估計(jì)結(jié)果

由上述驗(yàn)證可見，本方法不受孔徑、距離限制，只需一個(gè)接收通道，算法運(yùn)算量小，速度快，可以快速、準(zhǔn)確地識(shí)別雷達(dá)、誘餌的數(shù)量，對(duì)誘餌數(shù)量估計(jì)的準(zhǔn)確性、快速性優(yōu)于譜估計(jì)方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有譜估計(jì)方法相比，本方法對(duì)雷達(dá)誘餌數(shù)量的識(shí)別不受導(dǎo)引頭頻段、口徑限制，即使在小口徑下，也能識(shí)別低頻段雷達(dá)誘餌的數(shù)量；且該方法不受彈目距影響，即使在遠(yuǎn)距離也可以準(zhǔn)確識(shí)別雷達(dá)誘餌數(shù)量；也不受接收處理通道數(shù)限制，即使只有1個(gè)接收處理通道，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)誘餌數(shù)量的判斷、識(shí)別；相比8通道譜估計(jì)，系統(tǒng)復(fù)雜度可降低90%。