某機(jī)載雷達(dá)抗副瓣干擾的改進(jìn)方法

李文君 劉明忠 白 樺 高留洋

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 河南濟(jì)源 459000)

某機(jī)載雷達(dá)抗副瓣干擾的改進(jìn)方法

李文君 劉明忠 白 樺 高留洋

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 河南濟(jì)源 459000)

某機(jī)載雷達(dá)采用的ΣΔ-STAP方法能較好地對(duì)抗一個(gè)主瓣干擾和ΔA波束非零點(diǎn)副瓣干擾，但當(dāng)干擾從ΔA波束副瓣零點(diǎn)方向進(jìn)入時(shí)，主瓣分裂，對(duì)抗效果差。結(jié)合雷達(dá)實(shí)際特點(diǎn)，本文提出一種改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法，方法利用和、差和保護(hù)三個(gè)通道進(jìn)行二維自適應(yīng)處理。仿真結(jié)果表明，該方法能夠很好對(duì)抗副瓣零點(diǎn)干擾，并且誤差穩(wěn)定性增強(qiáng)。

ΣΔ-STAP，副瓣干擾，改善因子

0 引言

某機(jī)載雷達(dá)主要用于模擬國(guó)內(nèi)外典型機(jī)載火控雷達(dá)用于檢驗(yàn)被試?yán)走_(dá)對(duì)抗裝備的干擾效果，其有空/空、GMTI和SAR等多種工作模式，投入靶場(chǎng)運(yùn)用以來(lái)，在前期各項(xiàng)試驗(yàn)任務(wù)和訓(xùn)練演練任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。在前期靶場(chǎng)任務(wù)中，經(jīng)常進(jìn)行干擾對(duì)抗裝備對(duì)該雷達(dá)實(shí)施有源干擾?？褂性锤蓴_的常規(guī)措施是窄波束、低副瓣，大功率口徑積等[1]，但這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)一般受到器件穩(wěn)定性以及加工工藝限制，牽涉雷達(dá)體制，工程實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。常用的處理方法抗干擾措施主要有自適應(yīng)零點(diǎn)、副瓣匿影、點(diǎn)跡過(guò)濾等[2]。因此對(duì)多通道雷達(dá)來(lái)講，自適應(yīng)陣列處理方法(STAP)能在空域形成零點(diǎn)，是常用的抗有源干擾的方法。

某機(jī)載雷達(dá)采用的是ΣΔ-STAP方法，空域自由度為2，是簡(jiǎn)化的自適應(yīng)處理方法，工程實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。該方法能較好地對(duì)一個(gè)ΔA波束非零點(diǎn)副瓣干擾和主瓣干擾，但當(dāng)干擾從ΔA波束副瓣零點(diǎn)方向進(jìn)入時(shí)，主瓣分裂，對(duì)抗效果差[3]。本文結(jié)合雷達(dá)裝備實(shí)際特點(diǎn)，合理利用保護(hù)通道，提出一種改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法。結(jié)果表明，改進(jìn)后雷達(dá)抗干擾能力增強(qiáng)，一定程度上可提高某雷達(dá)在電子戰(zhàn)中的性能。

1 改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法

ΣΔ-STAP方法對(duì)從差波束非零點(diǎn)副瓣區(qū)域進(jìn)入的干擾具有較好的抑制效果，但是不能抑制差波束副瓣零點(diǎn)干擾。某機(jī)載雷達(dá)為抑制奇異點(diǎn)雜波，設(shè)有保護(hù)天線。本文結(jié)合雷達(dá)的實(shí)際特點(diǎn)對(duì)ΣΔ-STAP方法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種利用保護(hù)通道(G)作輔助通道，與Σ、ΔA波束一起進(jìn)行空時(shí)二維自適應(yīng)處理的方法，相當(dāng)于增加了一個(gè)處理通道，空域自由度變?yōu)?。

圖1是保護(hù)天線與主天線的幾何關(guān)系圖，圖中間上方的G代表保護(hù)天線，雷達(dá)保護(hù)天線的位置對(duì)仿真結(jié)果影響不大。

圖2是Σ、ΔA波束和保護(hù)通道的天線方向圖，ΔA波束在主瓣指向上響應(yīng)很低，保護(hù)通道(G)的增益小于陣列天線主瓣增益，但比副瓣增益要高一些，保護(hù)通道(G)和主天線增益比一般遠(yuǎn)小于1。

改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法是對(duì)和、方位差及保護(hù)三個(gè)空域通道分別進(jìn)行MTI、FFT和時(shí)域自適應(yīng)處理[4]。

將和(Σ)、方位差(ΔA)波束與保護(hù)(G)通道在相鄰三個(gè)多普勒通道的輸出排成矢量，記為：

(1)

空域?qū)蚴噶縎S=[1,0,α]T；時(shí)域?qū)蚴噶縎T=[e-jφT(fd),1,ejφT(fd)]T，總導(dǎo)向矢量為S=SS?ST，?表示Kronecker直積。

W為加權(quán)矢量，RX=E(XXH)為雜波協(xié)方差矩陣，那么濾波器的輸出就是y=WHX，輸出信干雜噪比為：

SJCNRo=|E(y)|2/var(y)=|WHS|2/WHRXW

(2)

則自適應(yīng)求解應(yīng)滿足如下條件：

(3)

根據(jù)線性約束最小方差準(zhǔn)則[5]，其最優(yōu)解為：

Wopt=R-1XS/(SHR-1XS)

(4)

2 抗零點(diǎn)副瓣干擾仿真分析

如圖3所示，假設(shè)天線陣面與飛行方向的夾角是90°(前視陣)，天線的俯仰掃描角為0°，波束主瓣指向和飛行方向夾角是30°，則主瓣指向與陣面夾角為60°。干擾方向和天線陣面的方位夾角[6][7]定義為干擾角度。本文考慮干擾從0°到180°方向即從正面進(jìn)入的情況。在天線坐標(biāo)系內(nèi)57°到63°角域?yàn)橹靼旮采w區(qū)，其它方向?yàn)楦卑陞^(qū)。

仿真條件為：天線陣為平面陣，脈沖重復(fù)頻率PRF=30KHz，雜波在多普勒域無(wú)模糊，相干脈沖積累數(shù)為34，工作波長(zhǎng)為0.03m，載機(jī)飛行速度150m/s，CNR=50dB，JNR=20dB。本文重點(diǎn)研究來(lái)自零點(diǎn)副瓣(干擾方向來(lái)自36°)干擾時(shí)的情況。分別對(duì)ΣΔ-STAP方法和我們改進(jìn)后的方法進(jìn)行仿真分析比較。

圖4為ΣΔ-STAP方法的空域自適應(yīng)方向圖，從圖中可以看出在36°處能形成凹口，但為對(duì)抗零點(diǎn)方向干擾，此時(shí)差波束在綜合方向圖時(shí)所占權(quán)值較大，主瓣會(huì)產(chǎn)生分裂。

圖5為ΣΔ-STAP方法改善因子曲線，無(wú)誤差時(shí)ΣΔ-STAP改善因子比常規(guī)處理稍好，但比無(wú)干擾時(shí)下降約25dB。說(shuō)明ΣΔ-STAP對(duì)抗從36°方向(零點(diǎn)副瓣)干擾效果較差。另外，可以看到，到存在不同幅相誤差時(shí)，改善因子也有較大的改變，說(shuō)明ΣΔ-STAP方法穩(wěn)定性不高。

圖6為改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法的空域自適應(yīng)方向圖，可見主瓣不再分裂。因?yàn)楦蓴_從ΔA波束副瓣零點(diǎn)進(jìn)入時(shí)，保護(hù)通道起了更大作用，而差通道的權(quán)重變小，主瓣不再分裂。在36o處形成了凹口，改進(jìn)的方法能夠?qū)箯摩波束副瓣零點(diǎn)方向進(jìn)入的干擾。幅相誤差對(duì)方向圖中的凹口深度影響很小，因?yàn)榇藭r(shí)保護(hù)通道起主要作用，而保護(hù)通道的增益受天線幅相誤差影響很小。

圖7是改進(jìn)的ΣΔ-STAP方法改善因子曲線，在清晰區(qū)，該方法能完全將干擾對(duì)消掉，雖然在副瓣雜波區(qū)與無(wú)干擾時(shí)相比改善因子降低了15dB左右，但比常規(guī)處理仍有10dB改善，與ΣΔ-STAP相比有5dB改善，陣元幅相誤差對(duì)改善因子影響不大，這也是因?yàn)楸Ｗo(hù)通道的關(guān)系，說(shuō)明改進(jìn)后的ΣΔ-STAP方法能對(duì)抗ΔA波束副瓣零點(diǎn)干擾，且對(duì)誤差的穩(wěn)定性比較好。

3 結(jié)束語(yǔ)

某機(jī)載雷達(dá)采用的ΣΔ-STAP方法對(duì)抗零點(diǎn)副瓣干擾時(shí)，由于主瓣分裂，抗干擾效果差。本文結(jié)合某機(jī)載雷達(dá)實(shí)際特點(diǎn)，提出了一種基于和、方位差和保護(hù)三個(gè)空域通道的改進(jìn)方法。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的方法能防止主瓣分裂，有效對(duì)抗零點(diǎn)副瓣干擾，且對(duì)幅相誤差的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

[1] 王永良, 李天泉.機(jī)載雷達(dá)空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)回顧與展望[J]. 中國(guó)電子科學(xué)報(bào)，2008,3(6):273-274.

[2] 唐斌，趙源，等.雷達(dá)抗有源干擾技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 數(shù)據(jù)處理與采集，2016,31(4):623-639.

[3] 李剛，李文君,等. ΣΔ-STAP對(duì)抗有源干擾性能的分析[J].兵工自動(dòng)化，2015，1(34):32-35.

[4] 葉玲平；張良；孫曉聞. ΣΔ-STAP和ΣΔG-STAP抗有源干擾的性能比較[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007,8(29)：48-51.

[5] Richard Klimm. Principles of space-time adaptive processing (3rdedition)[M]. Lucknow: Institution of electrical technology, 2006:59-60.

[6] 馬匯淼，馬林華,等.STAP技術(shù)在有源干擾環(huán)境下的運(yùn)用方法[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,13(3):65-69.

[7] 王彤. 機(jī)載雷達(dá)簡(jiǎn)易STAP方法及其應(yīng)用[D]. 西安: 西安電子科技大學(xué), 2001.

ImprovementMethodforSuppressingSidelobeJammingofAirborneRadar

Li Wenjun, Liu Mingzhong, Bai Hua, Gao Liuyang

(Luo Yang Electronic Equipment Test Center of China, Jiyuan, Henan 459000)

ΣΔ-STAP used by an airborne radar can suppress jamming from one main-lobe and side-lobe (not at zero) of ΔA beam. But if the jamming is from zero-point direction of ΔA beam, main lobe will split and anti-jamming performance is bad. According characteristic of the airborne radar, an improved ΣΔ-STAP method is proposed based on Σ, ΔA and protection channels. Simulation results show that the improved method can suppress jamming from the zero-point direction of ΔA beam and impact of amplitude-phase error on performance stability got reduced.

ΣΔ-STAP; sidelobe jamming; improvement factor

2017-03-22

李文君(1989-)女，工程師。研究方向?yàn)榭垢蓴_技術(shù)。

TN973

A

1008-8652(2017)03-047-03