舰载雷达干扰分析及反对抗措施

2010-08-10杨俊

舰船电子对抗 2010年3期

杨俊

（船舶重工集团公司723 所，扬州225001）

0 引言

电子干扰已成为现代雷达面临的“四大威胁”之一，雷达要想在复杂的电子环境中获得生存必须具有较强的抗干扰能力。舰载雷达是当今舰载系统的重要组成之一，是海上电子战的重要信息来源。没有抗干扰能力或只有单一抗干扰手段的舰载雷达在实际战争中几乎没有生存能力。雷达在经历了几十年的发展后，其技术性能和作战指标得到了显著提高。当今时代以精确制导武器占优，电子对抗贯穿整个海战的立体化战场中，舰载雷达同样面临着综合电子干扰、低空／超低空突防、高速反辐射导弹和隐身飞机轰炸等威胁。战争的胜利将属于电子战中占优势的一方，可以肯定，在未来海战中，舰载雷达所面临的电磁环境将是十分严峻的。

舰载雷达所面临的干扰主要是有源噪声干扰、无源噪声干扰。本文将对一些干扰进行分析，并提出相应的抗干扰措施。

1 干扰信号的分析

1.1 有源噪声干扰

噪声干扰也叫杂波压制干扰，它是对雷达进行有源干扰的一种手段。虽然目前雷达采取了许多抗噪声措施，但是一旦噪声的载波频率与雷达工作频率一致时，杂波信号被雷达接收，噪声就会像妖魔似地把信号切割和淹没，雷达很难摆脱这种性质的有源干扰。为了有效地在杂波背景下进行雷达信号检测，先决条件是对杂波性质的掌握，了解各种干扰对雷达接收机的概率分布，以便寻找到抑制干扰的有效方法。本文仅讨论几种典型的噪声模型。

（1）射频噪声的概率分布

射频噪声的概率分布服从正态分布，其概率密度为：

式中：u0为均值；σ为射频噪声方差。

射频噪声通过窄带线性放大器的输出也为正态分布，其数学模型为：

但包络x为瑞利分布：

相位φ（t）在（－π，π）内均匀分布。超过门限k的虚警概率Pf为：

通过以上分析，射频噪声的干扰作用是以强的噪声覆盖信号，并且在接收机中产生强干扰压制弱信号的现象，在电路中表现为，强干扰信号使得检波器产生一个附加偏压，使信号检波的工作点不能工作在最佳状态。因此当出现强干扰信号时，雷达接收机过载，显示屏上表现为扇形暗区，从而无法观察和发现干扰区域内的目标；此外在雷达目标检测中出现点迹混乱和航迹错误，以致无法实现目标跟踪。

（2）噪声调幅干扰的概率分布

设干扰载频为fj，干扰带宽为Δfj，雷达中频为fc，中频带宽为 Δfc，则当fj＝fc，输出为正态分布时，接收机中放输出干扰包络的概率密度为：

当fj－fc＝Δf／2 时输出亦为正态分布：

当fj－fc＞Δf／2 时输出为瑞利分布：

由以上分析可知，噪声调幅干扰包括载波及旁频成分，旁频成分即起伏噪声，干扰信号中对遮盖目标信号起主要干扰作用；载波则有正弦波干扰的效果，它使回波光标跳动、波形失真，对信号有一定的压制作用，强的干扰也会造成接收机过载。

1.2 无源噪声干扰

无源干扰是一种干扰体本身不辐射电磁能量的干扰。它包括雨、海浪及地物等杂波干扰。大多数无源杂波常常呈现瑞利分布特性，但是箔条干扰、海浪杂波的概率分布如果用瑞利分布或莱斯分布来描述，杂波幅度的概率密度分布误差度比较大，普遍采用韦布尔分布更为确当，其概率密度为：

式中：η为形状标度参数；▽为强度参数。

2 杂波信号处理

根据上面的分析，干扰信号主要呈现正态分布、瑞利分布、韦布尔分布特征。对于正态分布一般采取归一化处理，其数学模型表达式为：

通过门限k的虚警概率为：

由式（9）、（10）可知，干扰的分布服从正态分布，但实际情况下，其σ是有一定谱宽的。为了理论分析，本文所讨论的均假设σ基本不变，因此输出的虚警概率仅与门限k有关，与杂波信号的强度无关。

瑞利噪声通过对数放大器后，数学模型表示为：

式中：A为对数起点；B为放大器增益。

则变换后概率密度函数为：

归一化处理后其概率密度为：

超过门限k的虚警概率为：

由上式得知虚警概率只与检测门限的高低有关，而与输入干扰信号强度无关。

对海浪杂波的处理，由式（8 ）可知，P随η变化而变化，因此仍用对瑞利分布噪声干扰处理的办法进行处理，通过门限k时，检测的虚警概率为：

同样，k一定时，输出的虚警概率恒定，与η▽无关。根据以上分析可知，杂波强度的起伏和门限有关，因此只要适当设计参数，使杂波起伏部分的功率小到一定量级，就可提高对有用信号的检测能力。

3 反对抗措施

抗干扰措施不仅包含了抗干扰技术的改进，也包含了舰载雷达在战术上合理配置和运用等措施。

3.1 抗有源干扰措施

对于这类干扰，采用频率捷变技术和脉冲压缩技术是对抗积极干扰的有效方法，力图使干扰频率处于雷达接收机的通带之外，使干扰不能通过接收机，从而得以滤除。

在存在有源干扰情况下，雷达性能（雷达作用距离等）将会降低，甚至丧失正常工作能力。考核雷达抗有源干扰能力的2 个可以定量分析的重要指标是：雷达抗主瓣干扰自卫距离和抗副瓣干扰自卫距离。前者是指当敌方干扰信号从雷达天线波束主瓣区域进入雷达天线时，雷达仍能检测目标的最大距离；后者是指当干扰信号从雷达接收天线副瓣区域进入时，雷达仍能检测目标的距离。若干扰信号的功率为Pj，干扰信号带宽为Bj，干扰机天线的增益为Gj，则按照雷达方程的推导过程，不难得出雷达抗主瓣干扰自卫距离Rmj为：

式中：Pav为雷达发射机平均功率；Gt为雷达发射天线增益；t0为雷达对目标的总观察时间，t0＝nTr；Lt为雷达发射天馈线的插入损耗；E／N0为信号能量与噪声能量之比，E为信号能量，N0为噪声功率密度，即单位带宽内的噪声功率，亦即噪声能量。

由式（16）可以看出，要提高雷达抗主瓣干扰自卫距离，从雷达本身看应提高雷达发射机的平均功率，降低发射馈线损耗，提高雷达发射天线增益和延长目标的观测时间。

采用脉冲压缩技术是通过发射宽的脉冲以增加发射信号的能量，从而增加雷达的作用距离。大时宽带宽积信号由于频带宽，工作比高，因而从频域或时域上侦察干扰它都较困难，具有较好的抗干扰性能。采用频率捷变、频率分集技术，由于频率捷变能在脉组间和脉间发射频率，脉间捷变雷达的中心频率是在变频带宽内随机变化或按计算机程序变化，敌方无法根据发射的脉冲频率预知下一个脉冲频率，迫使敌方干扰机采用宽带干扰，即增加式中的Bj以降低其干扰功率谱密度，有利于提高抗主瓣干扰自卫距离。根据式（16）同样可以推导出抗副瓣干扰自卫距离Rsj为：

式中：Rj为位于雷达接收天线副瓣区域的干扰机与雷达间的距离；gs为雷达接收副瓣在干扰机方向的副瓣电平，gs＜1 ；ts为雷达用于搜索完预定空域Ω所用的时间。

由式（17）可以看出，干扰机所在方向的雷达天线的副瓣电平越低，Rsj越大；雷达搜索空域越小，搜索时间越长，Rsj越大。由于接收天线副瓣区域很大，因此降低接收天线的近区副瓣、远区副瓣以及天线背瓣电平对提高Rsj有重要意义。

3.2 抗箔条、云、雨、海浪杂波干扰措施

为了抗箔条、云、雨杂波干扰，选择对数放大器作为接收机中放，数据处理部分采用灵敏度时间控制（STC）增益控制电路、手动增益控制电路和杂波处理电路。为避免雷达接收机因噪声对抗、杂波和箔条对抗出现的饱和，通常采用动态范围很宽的对数放大器，这是因为对数接收机在整个动态范围内，其输出视频与输入的射频信号幅度的包络近似成对数关系。对于云、雨、海浪杂波干扰，用STC 电路、手动增益控制电路和杂波处理电路来解决。其基本原理是利用目标和杂波产生的不同多普勒频移，数据处理采用了多种滤波器组，滤去固定杂波而取出运动目标的回波，从而大大改善了在杂波背景下检测运动目标的能力，并提高了雷达的抗干扰能力。