同型雷达的抗同频干扰动目标显示处理*

2011-06-08陈正禄

雷达与对抗 2011年4期

李阳，杨兴，张鹏，陈正禄＊＊

(1.海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京 210003；2.南京船舶雷达研究所，南京 210003)

1 引言

同型雷达间产生的同频干扰会严重影响雷达的技术与使用性能。鉴于雷达频率管制，变频措施的应用受战术限制，另一方面在近距内高功率直达干扰信号致使受扰雷达的接收通道饱和，受扰雷达在频带内应用变频措施抗同频干扰基本无效。因此，舰载雷达编队抗同频干扰优先采用时域方案，将同频干扰信号异步化，再用优化的基于模板匹配的反异步处理等抗同频干扰信号处理算法消除同频干扰［1-2］。

大部分舰载两坐标脉冲压缩雷达采用边扫描边跟踪体制，既担任警戒搜索任务，同时又为武器系统提供目标指示。由于存在地物杂波、海杂波等干扰信号，雷达通常需要进行动目标显示处理，以此抑制杂波，提高运动目标的检测性能。此类动目标显示雷达的技术状态较一般监视雷达复杂，抗同频干扰技术难度大得多，主要表现在两个方面:一是参差工作、动目标显示处理会扩展异步剩余，导致抗同频干扰效果下降；二是反异步处理若采取“挖去”法，回波的相参性能会被破坏，MTI 改善因子下降。因此，同频干扰条件下雷达工作方式的设置和动目标显示处理需要优化。本文介绍一种雷达抗同频干扰与动目标显示兼容技术，可在不影响雷达技战术指标的情况下，通过改变雷达的工作方式和信号补偿处理，提高雷达抗同频和动目标显示处理的兼容能力。

2 雷达工作方式的优化

雷达的动目标显示，其本质是利用凹口滤波器抑制地物和低速目标，保留高速运动目标。均匀重复周期雷达处于脉冲工作状态时将产生盲速，动目标显示雷达在检测“盲速”范围内的运动目标时将会产生丢失或极大降低其检测能力。为解决盲速问题，通常采用两个以上重复频率交替工作，即采用重复周期参差的方法来推远盲速，改善动目标显示处理时“盲速”对运动目标的影响。为提高对无源、有源干扰的综合抗干扰能力，部分雷达相干脉冲数较多，采用高参差阶数、优化设计的时变加权滤波器，能获得参差情况下较佳的杂波抑制能力。但是，动目标显示处理和参差工作方式会强化同频干扰的影响。这是因为正常目标回波在相干周期内距离上“不动”，而异步信号在脉间是“移动”的。因此，异步信号不但无法对消，而且由于动目标显示处理需要同一距离单元上多个重复周期的回波数据进行运算，n 阶滤波运算后一个异步干扰将会扩展成n个异步干扰，参差工作导致干扰进一步加剧。

为将同频干扰异步化，同型雷达的重复周期需要错开，当雷达数量较多时，不管雷达的重复周期如何优化，多部雷达引起的干扰在时间轴上总会重叠，干扰重叠必然导致“反异步”处理效果下降，反干扰剩余变大。对动目标显示雷达来说，干扰剩余的增大影响较大。因此，在抗同频干扰条件下必须对雷达的工作方式和信号处理进行优化。具体原则是:在满足指标要求的前提下，降低雷达参差阶数和杂波滤波器阶数。抗同频干扰条件下降低参差阶数和滤波器阶数，主要关心第一盲速及对地物、海浪等杂波的抑制能力，必须通过仿真来确定雷达的重复周期、参差参数和滤波器结构，并通过实际试验确认改变后雷达的主要技术指标是否满足要求。仿真和实践表明，优化的编队周期设计后，抗同频干扰条件下应用三参差二次对消器是一个较好的选择，既能减弱抗同频干扰剩余，又能保持一定的杂波抑制能力。

(1）盲速

三参差设计易满足第一盲速为2 倍马赫。

(2）杂波抑制

设雷达工作在S波段。某6 阶横向FIR 滤波器的幅频特性如图1所示，相同重复周期、相同工作频率条件下二次对消器的幅频特性如图2所示(横轴为用雷达重复频率归一化后的值）。

分析FIR 滤波器、二次对消器的幅频特性可知，6阶横向FIR 滤波器对海浪杂波(σv=1 m/s）MTI 系统改善因子理论值I≥47 dB，二次对消器的I≥40 dB；对地物杂波(σv=0.2 m/s）MTI 系统改善因子理论值I≥55 dB，二次对消器的I≥50 dB。二次对消器对地物杂波、海浪杂波及一定谱宽的慢速运动杂波的抑制能力和高阶FIR 滤波器相比有一定的下降，但在大部分情况下仍满足动目标显示处理的需求。

图1 FIR 滤波器的幅频特性

图2 二次对消器的幅频特性

综上所述，雷达的工作方式可以根据同频干扰情况灵活选择。当同频干扰严重时，雷达工作于抗同频工作方式，采用三参差、简单二次对消器进行MTI处理。此时，一定谱宽的运动杂波抑制能力虽然有所下降，但由于降低了雷达参差周期数和滤波器阶数，异步扩展被弱化，在满足动目标显示的同时取得了较好的抗同频干扰效果。当没有抗同频干扰或干扰较弱时，雷达可以不作此处理，以获得参差情况下较佳的杂波抑制能力。

需要指出的是，随着雷达工作频段的提高，简单二次对消器抑制慢速杂波的能力下降，此时滤波器需要重新设计，选择低阶滤波器阶数以兼容雷达抗同频干扰。

3 相参补值处理

当临近同型雷达数量较多时，同频干扰现象比较严重，正常目标和同频干扰信号叠加，目标信号变成一个异常大信号，被判为异步信号“挖去”，将破坏正常目标的相参性能，地物、海浪等杂波的抑制能力下降。为补偿反异步带来的目标相参性能恶化，被判为异步信号的当前目标信号不再简单置零，而是在同一距离单元上进行补偿，将等待“挖去”的信号用上一周期的回波替代，经过补值处理的目标回波相参性能得到改善，MTI 改善因子相较简单“挖去”得到明显提高。

设雷达工作波长为0.1 m，则0.2 m/s的杂波的对应fd=4 Hz，1 m/s的杂波的对应fd=20 Hz。

三脉冲二次对消器的传输函数为

二次对消器原理框图如图3所示。

设某一距离单元上的回波数据分别为当前周期ein0、前1 周期ein1、前2 周期ein2和前3 周期ein3。

二次对消器的运算正常只需要ein0、ein1、ein2这3个周期的数据，在反异步工作如果采用简单“挖去”，ein0、ein1和ein2的值可能被置零；如果作补偿处理时，ein0、ein1、ein2可能分别被ein1、ein2、ein3替代。表1 给出了异步信号被置零和作补偿处理时0.2 m/s的地物杂波和1 m/s的海浪杂波的抑制度。为说明问题，三脉冲中只有一个脉冲数据被替代。