復(fù)雜電磁環(huán)境下現(xiàn)代雷達(dá)抗干擾技術(shù)研究

中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 汪 瑋

0 引言

現(xiàn)代雷達(dá)面臨的主要干擾威脅包括有源干擾和無源干擾[1]，有源干擾主要為噪聲壓制式干擾和欺騙式干擾，無源干擾主要有地雜波、氣象雜波和海雜波等。

近年來，隨著電子對抗技術(shù)的發(fā)展，有源干擾的手段日趨多樣化和復(fù)雜化，致使傳統(tǒng)的雷達(dá)反干擾方式效能大幅下降，嚴(yán)重影響雷達(dá)系統(tǒng)的探測性能；與此同時(shí)，未來雷達(dá)機(jī)動作戰(zhàn)使用時(shí)必然要應(yīng)對不同的地理環(huán)境，同時(shí)處理不同的類型雜波，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必然要重點(diǎn)考慮雷達(dá)系統(tǒng)的綜合抗干擾能力的提升，提升其在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的生存能力。

1 抗干擾策略

為了應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境帶來的干擾威脅，現(xiàn)代雷達(dá)通過以下三個(gè)步驟來實(shí)施對抗。首先，通過采用隨機(jī)掃描[2]、頻率捷變、波形捷變等措施欺騙蒙蔽敵偵察設(shè)備，“隱真示假”，降低被偵察概率；其次，通過增加獨(dú)立偵收通道實(shí)時(shí)感知干擾環(huán)境，分析出干擾參數(shù)以及干擾類型，波束調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)策略指揮雷達(dá)系統(tǒng)規(guī)避干擾；第三，通過空域[3]、時(shí)域、頻域以及數(shù)據(jù)處理方法的靈活運(yùn)用，最大限度抑制干擾，保證雷達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，最后，基于能量對抗的思想，利用長時(shí)相參積累技術(shù)，集能發(fā)射，最大限度保證雷達(dá)探測能力。

2 有源干擾應(yīng)對技術(shù)

2.1 干擾識別

（1）干擾類型識別

現(xiàn)代雷達(dá)具有獨(dú)立的偵察接收通道，可以實(shí)時(shí)分析干擾環(huán)境，輸出干擾信號頻率、強(qiáng)度等參數(shù)，建立干擾態(tài)勢圖，支撐雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行智能化抗干擾措施選擇。系統(tǒng)在進(jìn)行干擾類型分辨時(shí)，針對不同的干擾類型，選取不同的信號特征參數(shù)進(jìn)行識別，對這些識別參數(shù)進(jìn)行綜合比對，可有效區(qū)分噪聲壓制干擾、欺騙干擾。

（2）欺騙干擾與真實(shí)目標(biāo)識別

欺騙干擾主要分為航跡欺騙干擾和密集假目標(biāo)干擾，兩種干擾形式均要求干擾信號能在雷達(dá)后端處理中形成有效點(diǎn)跡。欺騙干擾與真實(shí)目標(biāo)點(diǎn)跡存在一定的區(qū)別，主要體現(xiàn)在方位寬度和幅度上。

在方位寬度上，可對回波方位寬度長短進(jìn)行評估，方位寬度過長或過短的回波都可能為虛假目標(biāo)。其原因在于，一個(gè)波束駐留時(shí)間內(nèi)，由于干擾機(jī)樣本更新、重頻跟蹤中斷等因素的影響，一般難以干擾到全部PRI，造成虛假目標(biāo)回波的方位寬度過短；在方位掃描相鄰波束駐留時(shí)間內(nèi)，若干擾機(jī)采取不調(diào)整干擾延遲的策略，則干擾形成的虛假目標(biāo)回波在方位上會拉圈，造成虛假目標(biāo)回波的方位寬度過長。圖1為密集型欺騙干擾回波在雷達(dá)工作界面的實(shí)際顯示效果，圖1中可見，其回波長度長短不一，可依據(jù)此對干擾回波和真實(shí)目標(biāo)回波進(jìn)行判別。

圖1 某欺騙干擾試驗(yàn)雷達(dá)終端受干擾畫面

在點(diǎn)跡幅度上，如果欺騙干擾機(jī)模擬真實(shí)目標(biāo)（如SWI-I型目標(biāo)）回波序列時(shí)，其幅度均值及方差與真實(shí)目標(biāo)很難保持一致。圖2為基于實(shí)測數(shù)據(jù)得到的真實(shí)目標(biāo)和干擾之間的幅度偏差系數(shù)對比情況。圖中可以看出，各波位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上真實(shí)目標(biāo)和欺騙干擾的幅度偏差系數(shù)存在較為明顯的區(qū)別。

2.2 智能化抗干擾工作流程

現(xiàn)代雷達(dá)在設(shè)計(jì)之初就充分貫徹了智能化抗干擾的理念，雷達(dá)系統(tǒng)具有獨(dú)立的偵察接收通道，可以實(shí)時(shí)對雷達(dá)工作扇區(qū)內(nèi)干擾信號的頻率、幅度、方向等參數(shù)進(jìn)行測量，并提供干擾信號頻域、時(shí)域、空域等特征，依據(jù)這些特征參數(shù)判別干擾類型，進(jìn)而在抗干擾措施庫中選擇對應(yīng)的抗干擾措施進(jìn)行電子對抗，并針對采取的措施進(jìn)行抗干擾效能評估，評估結(jié)果送資源管理支撐下一步抗干擾策略的選擇。資源管理選擇抗干擾措施的基本策略為：首先優(yōu)先選擇敵方無法感知的抗干擾手段，其次選擇可能被感知的抗干擾手段，最后基于功率對抗原理進(jìn)行集能探測。整個(gè)抗干擾工作流程是個(gè)基于對目標(biāo)與環(huán)境認(rèn)知的閉環(huán)轉(zhuǎn)換過程。

圖2 真實(shí)目標(biāo)與干擾信號的幅度偏差系數(shù)對比

2.3 抗干擾措施

現(xiàn)代雷達(dá)在空域、時(shí)域、頻域、能量域上具備多種抗干擾手段，從而有效提升雷達(dá)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。在空域上雷達(dá)系統(tǒng)采取的抗干擾措施主要有：超低副瓣技術(shù)、自適應(yīng)零點(diǎn)形成、副瓣匿影、副瓣對消、隨機(jī)掃描技術(shù)；在時(shí)域上雷達(dá)系統(tǒng)采取的抗干擾措施主要有：波形捷變；在頻域上雷達(dá)系統(tǒng)采取的抗干擾措施主要有：頻率捷變；在能量域上雷達(dá)系統(tǒng)采取的抗干擾措施主要有：功率對抗（脈沖壓縮、長時(shí)間脈沖積累）[4]。

3 無源干擾應(yīng)對技術(shù)

現(xiàn)代雷達(dá)采用MTI、MTD和PD三種處理方式同時(shí)結(jié)合自適應(yīng)虛警控制和數(shù)據(jù)濾波等技術(shù)應(yīng)對無源干擾。

3.1 自適應(yīng)虛警控制

（1）雜波圖

對于自然界的地雜波、云雨雜波，采用地形匹配、氣象通道、數(shù)字地圖等精細(xì)處理，以達(dá)到處理方式與環(huán)境匹配，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的最佳檢測，虛警達(dá)到最大程度抑制。

針對自然環(huán)境雜波主要是從雜波特性上進(jìn)行分析與建模，充分掌握雷達(dá)覆蓋區(qū)域內(nèi)雜波的特征信息，為雜波抑制和目標(biāo)檢測算法中的信號處理與數(shù)據(jù)處理提供必需的先驗(yàn)知識，以期獲得最佳檢測。

雜波統(tǒng)計(jì)特性可以從幅度分布、功率譜分布，以及幀間相關(guān)性等多方面進(jìn)行描述，這些特性會隨著雷達(dá)工作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及雷達(dá)工作地理位置的改變表現(xiàn)出顯著差異。在不同雷達(dá)處理方式下，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的雜波參數(shù)有所不同，不同的雜波參數(shù)對應(yīng)不同的雜波圖。

現(xiàn)代雷達(dá)將作用區(qū)域按照距離、方位、高度分成不同的雜波圖單元，每一個(gè)圖單元里包含有幅度、均值方差、多普勒通道等多維信息。雜波圖按性質(zhì)可以分為靜態(tài)雜波圖和動態(tài)雜波圖：靜態(tài)雜波圖是雷達(dá)站周圍固定的雜波信息數(shù)據(jù)；動態(tài)雜波圖則根據(jù)雷達(dá)工作時(shí)每個(gè)天線掃描幀周期接收到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

（2）自適應(yīng)門限控制

自適應(yīng)門限控制采用距離、方位、高度的方法，將雷達(dá)探測區(qū)域三維量化，對每一量化單元內(nèi)的虛警進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出該單元的虛警高、低門限判決，以此來修正該單元的檢測門限，達(dá)到自動控制虛警的目的。

快響應(yīng)門限建立的準(zhǔn)則：統(tǒng)計(jì)量化單元內(nèi)（若干幀）的虛警數(shù)量，超過規(guī)定虛警門限值時(shí)則調(diào)高該區(qū)門限，低于規(guī)定虛警門限值時(shí)則調(diào)低該區(qū)門限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)方位上的劃分按波束寬度，距離上劃分按兩公里為一量化單元。對每一量化單元內(nèi)的虛警進(jìn)行多幀統(tǒng)計(jì)，判斷虛警數(shù)的個(gè)數(shù)來調(diào)整門限達(dá)到自動控制虛警的目的。

慢響應(yīng)門限建立的準(zhǔn)則：與快響應(yīng)門限處理基本相同，統(tǒng)計(jì)等面積扇區(qū)距離段內(nèi)（多幀）的虛警數(shù)量，超過規(guī)定虛警門限則調(diào)高該區(qū)門限，低于規(guī)定虛警門限則調(diào)低該區(qū)門限。

3.2 數(shù)據(jù)濾波

數(shù)據(jù)濾波技術(shù)是利用雷達(dá)目標(biāo)點(diǎn)跡的幀間相關(guān)特性、虛警和雜波剩余與目標(biāo)點(diǎn)跡統(tǒng)計(jì)特性的差異、目標(biāo)的運(yùn)動特性等信息，結(jié)合目標(biāo)檢測前跟蹤技術(shù)（TBD）、航跡自動起始技術(shù)、雷達(dá)探測目標(biāo)模型和多種區(qū)域圖進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)探測原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)的自動過濾。在較高虛警、較強(qiáng)雜波和較強(qiáng)干擾環(huán)境下，有效地將目標(biāo)點(diǎn)跡從虛警和雜波中過濾出來，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的自動起始和穩(wěn)定跟蹤。數(shù)據(jù)濾波技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)相比，大大改善雷達(dá)的畫面質(zhì)量，同時(shí)在較高虛警、較強(qiáng)雜波、較強(qiáng)干擾的環(huán)境中能有效地將目標(biāo)點(diǎn)跡從復(fù)雜的背景中分離出來并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤。圖3為某雷達(dá)改進(jìn)前后對比圖。

圖3 某雷達(dá)改進(jìn)前后顯示畫面對比

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜[5]，雷達(dá)總處在有電子干擾的環(huán)境中工作，因此抗干擾就成為了雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)的重要研究內(nèi)容。本文通過對現(xiàn)代雷達(dá)所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境下抗干擾技術(shù)特點(diǎn)的分析及其對抗技術(shù)的研究，給出了現(xiàn)代雷達(dá)對抗干擾技術(shù)的方法。只有在空域、時(shí)域、頻域、能量域及數(shù)據(jù)處理方法等掌握更多的技術(shù)，并且與適當(dāng)?shù)膽?zhàn)術(shù)相結(jié)合，雷達(dá)抗干擾技術(shù)才能發(fā)揮更佳的效能。