真实干扰条件下的雷达信干比测量研究

伍 阳,张领军

(中国人民解放军91404部队,河北秦皇岛 066001)

0 引言

雷达信干比,即雷达接收到的目标回波信号功率与各种干扰信号功率的比,是反映雷达的信号检测能力和抗干扰能力的基本参数,在雷达信号检测性能评估试验和雷达抗干扰性能评估试验中发挥着极其重要的作用。

在实验室条件下可以精确测量雷达信干比,其基本方法是采用目标模拟器和干扰模拟器生成目标回波信号和干扰信号,由于两者的输出功率是已知的,因此无需测量雷达接收的回波信号功率和干扰信号功率就可以精确得到其信干比。实验室测量具备两个条件,一是目标的有效反射功率和干扰的有效辐射功率是已知的,二是回波信号和干扰信号的传播途径相同。但在雷达实际工作环境中上述条件是不可能达到的。

外场实际工作环境中的雷达信干比更接近装备的实际性能,因此成为国内外雷达装备研制的重要测试内容。本文从雷达装备研制需要出发,提出在实际工作环境中采用分时域采集雷达接收回波信号和干扰信号,并通过一个中介参数,即雷达接收功率比,计算获得雷达信干比的方法。

1 雷达接收功率比的定义

雷达接收功率比是指回波信号所占时域的信号平均功率,与该区域前后等宽时域信号平均功率的比。其定义如下:

设N T(N为雷达重复周期数,T为雷达重复周期)时间内的第i周期回波信号所占时域为回波时域,时间宽度为发射信号脉宽τ;第i周期回波时域前τ/2至其前沿、后τ/2至其后沿两个时域为干扰时域,两个时间宽度的和为τ。则有:Ph/Pg称作雷达接收功率比。

式中,ti为第i周期发射信号前沿至回波时域前沿,即回波前沿的延时;s(t)为目标回波信号,g(t)为干扰信号,h(t)=s(t)+g(t)为回波和干扰的混合信号。

对于一定的雷达,其发射信号宽度τ是已知的;在已知目标距离的条件下可精确得到延迟时间ti;在雷达实际工作环境中通过采集雷达接收信号可得到h(t)和g(t)信号。根据雷达接收功率比表达式编制数据处理软件,可得到Ph/Pg。因此Ph/Pg具有外场实际工作环境下的可测性,简称外场可测性。

2 典型干扰样式下的雷达信干比的关系式

从干扰对雷达的干扰机理考虑,干扰样式可分为四类,一是干扰与回波保持重叠,如噪声干扰和杂波干扰;二是干扰与回波不重叠,如用于冲淡战术的假目标干扰;三是干扰与回波随机性重叠,如杂乱脉冲干扰;四是干扰与回波部分重叠,如用于质心战术的假目标干扰。四类干扰样式与信干比的关系如下:

1)对于第一类干扰样式,由于回波信号与干扰信号为线性叠加,且可以证明回波时域与干扰时域的平均干扰功率相同。由雷达接收功率比的表达式可得:

2)对于第二类干扰样式,由于回波与干扰不重叠,即回波时域内仅仅存在回波信号,没有干扰信号。由雷达接收功率比的表达式可得:

3)对于第三类干扰样式,由于干扰脉冲在回波时域和干扰时域出现概率相同,且NT远大于干扰脉冲出现周期,则两者的平均干扰功率相同。由雷达接收功率比的表达式可得:

4)对于第四类干扰样式,干信比与真假目标信号的重叠时间有关,设重叠时间为Δτ,重叠比率为Δτ/τ。由雷达接收功率比的表达式可得:

上述四种信干比关系式中,第一种与第三种相同,这是由于两个时域的平均干扰功率相同;而第二种是第四种Δτ=0时的一个特例,这是由于Δτ=0时回波与干扰不重叠。需要说明的是,Δτ=τ时表明干扰信号全部处于回波时域内,干扰时域没有干扰信号,表明上述关系式没有意义。

3 雷达信干比测量方法

雷达信干比的外场测量装设备布局见图1。

图1 外场测量装设备布局

图中,雷达及其架设平台位于岸边或海上实际工作环境中,开机搜索或跟踪目标;舰船或飞机等目标在干扰装备的掩护下,在海上或空中运行。所需主要设备及其主要功能如下:

1)干扰装备或干扰模拟器,用于产生舰载自卫式、舷外式或支援式干扰,其典型干扰样式包括杂波干扰、杂乱脉冲或质心和冲淡式假目标干扰等。

2)GPS定位及其数传设备,分别装于目标和雷达处,用于测量雷达、目标的位置,并通过数传设备交换数据解算得到目标距离,提高测量精度。

3)信号采集设备,装于雷达处,用于装订发射信号宽度和实时录取目标距离,产生回波时域前沿ti,实时采集回波时域和干扰时域内雷达接收机输出中频信号。

4)数据处理设备,装于雷达处,用于接收信号采集设备装订、录取的各种参数和采集的回波时域和干扰时域内中频信号,并解算得到雷达接收功率比和雷达信干比数据。

数据处理设备依据雷达接收功率比表达式和雷达信干比关系式编制软件模块,在获取所需参数或数据条件下解算雷达接收功率比和雷达信干比。

雷达信干比的测量程序如下:

a)雷达、目标和干扰装备按实际作战程序,双方实施对抗;

b)在对抗态势下实时采集和存储目标距离和雷达接收机输出信号;

c)实时解算回波时域前沿ti、宽度和干扰时域宽度;

d)解算雷达接收功率比;

e)解算雷达信干比。

4 实验室实测数据及分析结果

通过测量雷达接收功率比这个中介参数获取雷达干信比是适合外场实际环境的新的测量方法。为检验该方法的正确性,以末制导雷达为测试对象,利用目标模拟器和干扰模拟器等标准设备形成目标回波信号和噪声、杂乱脉冲以及假目标等典型干扰信号,在实验室内进行了对比性测试,其测量结果如表1。

实测数据分析结果如下:

a)在已知干扰状态的情况下,干信比测量精度与干扰样式无关;

b)NT长度对测量精度有显著影响,需要合理选择NT长度;

表1 测量结果

c)受雷达接收机线性动态范围的影响,信干比绝对值越大,测量精度越差。

选择线性动态范围较大的专用雷达接收机,取NT长度为回波相关时间,可大大提高测量精度。上述实测数据表格中,N T长度取100m s,测量误差小于0.2dB,说明了本文提出的信干比测量方法的可行性。

5 结束语

实际工作环境中的雷达信干比测量是雷达研制需要解决的重要课题,本文提出的测量方法可以在不改变雷达工作状态和实际环境条件的情况下实施,因此具有广泛的应用前景。这种测量方法的有效性在于中介参数-雷达接收功率比的外场可测性。虽然人们提出过雷达接收功率比的基本概念,但没有给出其精确定义。本文提出了雷达接收功率比的表达式,在此基础上建立了适合各种典型干扰样式的信干比关系式,并对其进行了对比性验证。实验室测试结果表明,所测典型干扰样式条件下的关系式是正确的,进而初步证明了雷达接收功率比的定义的正确性和准确性。鉴于雷达实际工作环境的复杂性,仍需在外场实际条件下作进一步验证。■

[1] Skolnik M I.雷达手册[M].电子工业出版社,2003.

[2] 丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].3版.西安电子科技大学出版社,2002.

[3] 范布朗特.应用电子对抗[M].解放军出版社,1985.