分布式雷達抗主瓣干擾方法研究

蔣鐵珍,廖同慶

(安徽大學(xué)電子信息學(xué)院,合肥 230601)

工程與應(yīng)用

分布式雷達抗主瓣干擾方法研究

蔣鐵珍,廖同慶

(安徽大學(xué)電子信息學(xué)院,合肥 230601)

主瓣干擾是影響雷達探測性能的重要問題之一,而現(xiàn)有的雷達裝備還沒有十分有效的方法對付主瓣干擾。分布式雷達是一種新體制雷達,利用其空間配置靈活及可進行信號級融合的特點,提出利用LMS算法在分布式雷達信號級進行自適應(yīng)對消處理抑制主瓣干擾的方法。分布式雷達采用T/R-R型,兩接收站空間拉開足夠大后,兩接收站接收目標回波去相關(guān),而接收的主瓣密集假目標是一種相參壓制干擾,被認為具有一定的相關(guān)性,與噪聲壓制干擾相似,由于數(shù)量多可認為幅度遠遠大于目標回波信號幅度。文章利用此特性,采取LMS算法,對兩接收站回波信號進行信號級融合處理,剔除主瓣干擾,保留目標回波,文中給出了具體的處理分析,并通過仿真和試驗驗證了該方法是有效的。

分布式雷達；主瓣干擾；LMS算法；數(shù)字儲頻

0 引 言

雷達在復(fù)雜電磁環(huán)境下的探測性能在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，而雷達抗干擾技術(shù)直接關(guān)系到雷達作戰(zhàn)性能的發(fā)揮，以及在戰(zhàn)場環(huán)境下的生存能力[1-2]。目前雷達裝備具有較好的抗副瓣干擾能力，與副瓣干擾相比，主瓣干擾由于從雷達天線主瓣進入，還沒有十分有效的措施。文獻[3]給出的抗干擾技術(shù)都是利用單雷達平臺，平臺的數(shù)量決定了單雷達抗干擾技術(shù)的局限性，對抗主瓣干擾的能力較弱。分布式雷達[4-6]可以構(gòu)成全方位、立體化、多層次的體系，使傳統(tǒng)的“一對一”有源壓制干擾和欺騙干擾性能大大降低，目前分布式雷達對抗干擾的方法很少，文獻[7]提出通過數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)分布式雷達抗欺騙干擾，文獻[8]利用STAP方法實現(xiàn)分布式雷達的抗雜波和抗干擾。分布式雷達空間分置后，兩接收站接收目標回波信號不相干，因此本文提出利用LMS算法，在信號級融合對消處理，剔除主瓣噪聲壓制干擾和密集假目標壓制干擾[9]。

1 分布式雷達原理概述

分布式雷達，是一種新體制雷達[9-12]，由多個發(fā)射站和多個接收站組成，如圖1所示。根據(jù)不同工作模式，各雷達發(fā)射機可工作在不同頻率或同一頻率，帶寬也不完全相同，各雷達接收機為多通道多頻段接收機，可接收某個或所有雷達發(fā)射機發(fā)射信號的回波并進行相應(yīng)的匹配濾波等處理；根據(jù)工作方式的不同，聯(lián)合處理控制中心可對不同站的同一頻率、同一站接收到的不同頻率或不同站接收的不同頻率接收信號進行相參積累、非相參積累、相關(guān)處理等。可以看出，分布式雷達空間配置靈活，信號處理方式多樣，不僅可以在數(shù)據(jù)級融合，同時可在信號級融合。

圖1 多站和目標之間的位置關(guān)系示意圖

本文主要分析的是具有兩個雷達站的分布式雷達[13]，為T/R-R型，其中一個雷達站具有發(fā)射和接收功能，另一個雷達站為只接收站。

2 主瓣干擾概述

對雷達的干擾包括壓制干擾和欺騙干擾兩種，傳統(tǒng)意義上的壓制噪聲干擾實際上是跟雷達拚功率、拚能量。密集假目標干擾也稱之為相參壓制干擾[14-15]，跟雷達回波信號一樣，是完全相參的，能夠獲得雷達信號處理的脈沖壓縮和積累得益，因此對功率的要求可以大大降低。

基于數(shù)字射頻存儲器DRFM技術(shù)的密集假目標干擾，是雷達對抗中一種重要的干擾形式。這種干擾，干擾機通過對雷達信號進行偵收、下變頻后，采用DRFM對信號進行采集和存儲，然后進行延時轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制，因此密集假目標采用與雷達相同的信號形式，但位于多個不同的距離單元且功率較目標信號高，在對雷達進行干擾時，布滿整個探測區(qū)域，保護真實目標。干擾機在發(fā)射密集假目標干擾時，可以對干擾信號附加時延、頻率、相位或幅度調(diào)制，同時與雷達信號具有很強相干性，因此常規(guī)單站雷達很難有辦法去除這種干擾[1-3]。

密集假目標干擾對雷達的壓制作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是從能量上遮蓋住真目標回波而使其不能被雷達檢測到；二是在雷達顯示器上通過布滿顯示屏遮住真目標。密集假目標干擾如圖2所示，圖中橫坐標是距離單元。

圖2 密集假目標干擾

3 分布式雷達抗干擾方法

3.1 雷達站接收信號分析

兩雷達站分布式雷達空間配置如圖3所示，根據(jù)發(fā)射和接收天線陣列配置，有兩類布站方式：“空間相干”布站和“空間非相干”布站。當兩個接收站（或兩個發(fā)射站）之間距離L和目標距離R滿足L≤·R（d為目標尺寸，λ為波長）時，兩雷達站接收的目標反射回波相位是相干的，稱為“空間相干”，否則，稱為“空間非相干”，參考文獻[16]的分析。

圖3 雙站空間配置

兩雷達站分布式雷達兩接收站除接收目標回波外，同時接收干擾機發(fā)射的干擾信號，本文重點分析主瓣干擾。無論是密集假目標還是噪聲壓制干擾，都由同一干擾機發(fā)射出來，因此兩雷達站分布式雷達兩接收站接收的干擾信號是相干的，且密集假目標總體能量遠遠大于目標回波強度，而壓制干擾在幅度上也要遠遠大于目標回波信號。

兩雷達站分布式雷達抗干擾方法結(jié)合兩雷達站分布式雷達系統(tǒng)空間配置特點，利用兩雷達站接收目標回波信號和干擾信號幅度差異，以及干擾信號相干和目標回波信號去相關(guān)特征，對兩雷達站分布式雷達接收數(shù)據(jù)在信號級進行 LMS對消，剔除干擾。

雷達發(fā)射線性調(diào)頻信號：

以單目標為例分析，當干擾信號為密集假目標時，兩雷達接收站接收信號如下：

雷達站1接收信號：

雷達站2：

式中，α1，α2，α11，α12，...α1n，α21，α22，...α2n為目標和密集假目標干擾幅度，s（t）為雷達發(fā)射信號，τ1，τ2，τ11，τ12，...τ1n，τ21，τ22，...τ2n為兩站目標和密集假目標干擾信號的時延差，fd1，fd2，fd11，fd12，...fd1n，fd21，fd22，...fd2n為兩站目標和密集假目標干擾信號的多普勒。

其中：目標α1≠α2，為復(fù)數(shù)，τ1≠τ2，fd1≠fd2，而密集假目標干擾信號一般情況下幅度相當，每個假目標多普勒值隨機設(shè)置，兩站參數(shù)關(guān)系如下：

如果密集假目標為等間距的，所有時延差值相等；

③ fd11=fd21，…，fd1n=fd2n。

當干擾信號為壓制干擾時，兩接收站回波信號分別為

式中，A1，Aˊ1分別為壓制干擾信號幅度；n（t）為干擾機發(fā)射的噪聲壓制干擾；A2，ˊ分別為目標回波信號幅度；s（t）為雷達發(fā)射信號；τ1，τ2為兩站目標和密集假目標干擾信號的時延差；φ1為兩接收站接收干擾信號的相位差；φ2為接收站1接收目標回波信號的相位；Δφ為兩接收站接收目標回波信號的相位差，其中A1?A2，ˊ?ˊ。

3.2 基于LMS算法的抗干擾方法

兩雷達站分布式雷達對消時采用的是基于LMS算法的自適應(yīng)濾波原理[17]，該方法不需要知道信號和干擾的先驗統(tǒng)計知識，根據(jù)另一個站的接收信號現(xiàn)場調(diào)整濾波參數(shù)，可以在濾除干擾信號的同時，保留目標的回波信號。對消原理圖如圖4所示。

圖4 多平臺對消抗干擾框圖

具體對消處理時，脈沖干擾處理樣本只能選取脈寬范圍內(nèi)的信號，而噪聲壓制干擾則取全時間段的信號數(shù)據(jù)，兩個雷達站回波信號分別為輸入信號J1和期望信號J2，濾除相關(guān)的密集假目標干擾，輸出濾波后的誤差信號 e（n），即為不相關(guān)的目標回波。

具體公式處理如下：

將式（2）（3）代入式（6）（7）中，具體處理流程如圖5所示。

圖5 對消處理流程

4 仿真分析

（1）仿真條件：干擾類型為主瓣噪聲壓制式干擾，雷達發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號，周期2 ms，占空比10%，干擾噪聲比為40 dB，目標在60 km處，速度為150 m/s，雷達信號處理主要包含脈沖壓縮、動目標檢測、恒虛警，具體雷達系統(tǒng)的信號處理流程如圖6所示，干擾對消處理置于“DBF”和“脈壓”處理之間。

圖6 信號處理流程圖

根據(jù)上述仿真條件及處理流程，增加干擾對消處理模塊前后的仿真結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，當分布式雷達兩雷達站都受到噪聲壓制干擾時，目標將難以檢測出來，通過兩站對消，將占主要成分的壓制噪聲干擾對消，目標損失很少，可以看出，對消后，雷達MTI處理后能夠很好地檢測處目標。

（2）仿真條件：干擾類型為密集假目標干擾，雷達發(fā)射信號為噪聲調(diào)頻信號，雷達接收信號為基帶信號，采樣頻率為1 MHz，采樣點為1000點，密集假目標干擾等幅度不等間隔，干擾強度40 dB，目標在第50個距離元，目標強度50 dB。雷達信號處理流程如圖6所示。增加干擾對消處理模塊前后的仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7 對消處理前后MTI檢測目標比較

圖8 密集假目標對消前后比較

從圖8中可以看出，該方法能夠很好地去除假目標干擾，對消前，信干比為0 dB，對消后信干比能夠提高10 dB以上。

上述仿真中密集假目標數(shù)為8個，利用相同的仿真處理流程分別對不同密集假目標數(shù)進行分析，密集假目標數(shù)與改善因子的關(guān)系如表1所示，改善因子用對消后的信號干擾比值（SJR）表示。從表中可以看出，干擾數(shù)越多，干擾強度越強，對消效果越好。干擾數(shù)為1時，相對于目標而言，干擾強度沒有得到積累，沒有得到對消的效果。

表1 密集假目標數(shù)與改善因子的關(guān)系

5 試驗分析

利用某雷達錄取數(shù)據(jù)分析，目標距離R= 70 km，目標尺寸為民航飛機取d=50 m，雷達工作頻率為400 MHz，取λ=0.75 m，計算可得兩站間距L大于1000 m滿足“空間非相干”條件，試驗時兩雷達站間距1.5 km，滿足要求。雷達發(fā)射站發(fā)射線性調(diào)頻信號，具體雷達系統(tǒng)的信號處理流程如圖6所示，干擾對消處理置于“DBF”和“脈壓”處理之間。干擾類型分別為噪聲壓制干擾和密集假目標干擾，處理時以某組數(shù)據(jù)文件處理輸入。

圖9為噪聲壓制干擾類型時，雷達對消處理前后P顯處理結(jié)果。

從圖9實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，對消前壓制噪聲完全淹沒目標，雷達很難檢測出目標，通過雙基地分布式雷達對消后，雷達站能夠通過對消處理去除壓制噪聲檢測出目標。

圖10為密集假目標干擾類型，錄取24幀數(shù)據(jù)進行處理。

從圖10中可以看出，對消處理前，密集假目標布滿P顯屏，目標淹沒在密集假目標中，難以區(qū)分真假目標，經(jīng)過對消處理后，剔除大部分密集假目標，檢測出疑似目標。

6 結(jié) 語

文章利用兩雷達站分布式雷達空間拉開后目標回波信號去相關(guān)和干擾信號相關(guān)的特點，通過分布式雷達接收站進行自適應(yīng)濾波，可剔除主瓣壓制噪聲和密集假目標干擾。

圖9 噪聲干擾對消前后

圖10 對消處理原理示意圖

在分布式雷達自適應(yīng)對消干擾的方法中，有些因素將會對論文的結(jié)果產(chǎn)生重要影響，如：多站之間時間同步，密集假目標干擾信號距離的對齊。多站之間精確的時間同步必定會存在誤差，在有時間同步誤差的條件下，自適應(yīng)對消的效果將會快速退化，假目標可能還將存在。因此文章后續(xù)還需進一步研究時間同步對該方法帶來的影響等問題。

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蔣鐵珍(1977—),女,江蘇南通人,高工,主要研究方向為雷達系統(tǒng)及信號處理、新體制雷達；

E-mail：tietiezhen@163.com

廖同慶(1976—),男,安徽合肥人,副教授,主要研究方向為光纖通信、微波天線和激光雷達。

Research on Anti-mainlobe Jamm ing M ethod of Distributed Radar Based on LMS A lgorithm

JIANG Tie-zhen，LIAO Tong-qing
（School of Electronics and Information Engineering，Anhui University，Hefei230601，China）

Main lobe jamming is one of the crucial obstacles for radar detecting performance，which is still impossible formodern radar to overcome.Distributed radar is a new radar system，which puts forward the anti-mainlobe jamming method of distributed radar based on LMS algorithm by using flexible space configuration and signal level fusion.Distributed radar uses T/R-R，if the distance between two receivers is large enough，target echo is un-correlated，while dense false target signal is correlated.Dense false target is similar to noise jamming，whose amplitude ismuch more than the target echo signal.According to this characteristic，two receivers process echo signal on the signal level based on LMS algorithm，which can eliminate the main-lobe jamming.The detailed processing and analysis is presented，

simulation and test demonstrate the effectiveness of themethod.

distributed radar；main-lobe jamming；LMS algorithm；DRFM

TN974

A

1673-5692（2015）04-389-06

10.3969/j.issn.1673-5692.2015.04.011

2015-07-16

2015-07-31

教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（20123401120008）