舰载雷达自适应匿影方法研究

王有朝

（海军驻扬州723所军事代表室，扬州225001）

0 引 言

舰艇是最复杂、电磁环境最恶劣的武器平台。随着水面舰艇的发展，舰艇装备的电子设备种类、数量和功率不断增加，天线数量越来越多。在有限的空间内存在着大量雷达、通信和电子干扰的高功率发射机，实现空间隔离几乎不可能，这些发射机辐射的电磁信号几乎覆盖整个无线电频谱，同时，上层建筑本身就是多个电磁信号散射体，这些散射体具有极其复杂的形状和不同的体积，能以各种可能的方式产生阻挡、传导、反射、散射、绕射和再辐射电磁能量，使得舰船电磁环境更加复杂，由此引起的全舰电子设备间的相互电磁干扰十分严重。

电子侦察系统是舰船上工作频率范围最宽的接收设备，其电子侦察接收机的工作频率范围已经涵盖了通信频段、雷达频段和激光频段，同时由于其工作频域、空域是宽开的，所以侦察接收机往往受到同船的电磁辐射信号的干扰，影响到对同船外的辐射信号的接收和处理。目前水面舰艇采取的电磁兼容管控措施主要是从空域、能域、时域和频域四方面入手［1，2］，由于侦察设备在频域、空域上的宽开要求，在时域上采用脉冲匿影方法抑制信号干扰成为电磁兼容管控的重要措施之一。本文在分析了固定脉宽匿影方式不足的基础上，提出了综合自适应脉宽匿影方法，并对工作原理、流程及最长延时进行了研究和探讨。

1 固定脉宽的雷达信号匿影方法

1.1 固定脉宽匿影的工作原理［2，3］

匿影的基本工作原理是在同平台雷达发射脉冲信号前，用该雷达设备实时传送的导前于其每个雷达发射脉冲的同步匿影触发脉冲，触发匿影波门形成电路来产生宽度可人工调变的匿影波门信号，控制侦察接收机在匿影波门开启的时间内不工作，从而消除同平台脉冲雷达信号对侦收性能的影响。匿影的工作时序原理如图1所示。

图1 匿影的工作时序原理框图

为了实现有效的匿影，匿影触发脉冲应有导前它的雷达发射脉冲触发，一般应有一定的提前量，用于适应电缆传输延时的需要。匿影触发脉冲还应具有一定的宽度、极性和脉冲前沿特征，匿影脉冲应有一定的脉宽，以抵消同平台上层建筑、邻近反射物体、海面反射和电缆传输的延迟时间内电子侦察系统侦收到的同平台雷达反射信号。匿影信号的宽度计算公式为：

式中：t0为匿影触发信号导前于脉冲雷达发射脉冲的时间，一般为0.5μs左右；Wr为雷达发射脉冲宽度；td为由于雷达信号反射延时而导致的脉冲展宽宽度，通常td＝2R／c，R为舰船平台与造成雷达信号反射的反射物之间的最远距离，c为电磁波的传播速度，即3×108m／s，td一般大于3μs。

1.2 固定脉宽的雷达信号匿影的局限性

匿影方法虽然可以有效消除同平台雷达信号对侦察设备性能的影响，但带来的副作用是使电子对抗系统的侦收时间受到限制，降低了电子对抗系统截获外界雷达信号的概率，因此应尽量减小匿影脉冲宽度。根据式（1）可知，提前触发时间t0是考虑电缆延时在设计中赋予的，确定后保持不变，而td为由于雷达信号反射延时而导致的脉冲展宽宽度，反射来源有海面、上层建筑及周围码头岛屿环境，除上层建筑状态确定后，一般不会发生变化，而海面后向散射造成的杂波度受到风向、风速、海流、雨等气象和海况变化的影响，舰艇是移动的平台，其周围码头岛屿环境也会发生变化，同时随着雷达技术的发展，多模式、多功能雷达如相控阵雷达不断投入使用，其雷达脉宽也是可变的，因而固定匿影脉宽不能满足侦察匿影需要，使用最宽脉宽造成侦察机影响太大，使用最小脉宽造成侦察机匿影不彻底，需要能够适应环境、海情、雷达模式不断变化的雷达信号自适应匿影方式。另外，在使用过程中，当匿影部件出现故障时，通用匿影部件需要在一定海况下，进行匿影时间实船调整，互换性差，维修、保障时间长。

2 雷达信号自适应匿影方法

2.1 工作原理

随着大规模可编程集成电路的广泛使用，匿影时序电路可用现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑器件（PLD）实现［4，5］，可以通过数字控制方式不断调整延时或匿影脉冲宽度，匿影脉冲宽度为时钟周期的整数倍，精度为1个时钟周期，为数字自适应控制匿影脉冲宽度提供了技术支撑。信号自适应匿影原理框图如图2所示。

图2 雷达脉信号自适应匿影原理框图

由图2可知，在近海情况下，岛屿码头是重要雷达信号反射体，当雷达天线扫掠或指向到这些反射物时，造成匿影脉冲宽度较大，而其它方位仅由海浪反射引起，匿影脉冲宽度较小，因此匿影脉冲宽度与雷达天线指向有关，有必要将雷达天线指向引入控制过程。图2中雷达主控计算机与侦察设备主控计算机之间接口用于传送雷达辐射的载频、重复频率、脉冲宽度、天线指向通过数据，雷达调制电路与匿影装置接口用于将匿影触发脉冲送匿影装置的匿影时序电路，侦察设备与匿影装置接口用于传送雷达天线指向真方位、脉冲宽度和调整匿影脉冲宽度的指令，全球定位系统（GPS）接收机与侦察设备接口用于传送本舰地理信息，匿影装置有3种工作状态：调整匿影宽度工作状态下，根据侦收同平台雷达结果自动调整匿影宽度，直至刚好收不到同平台雷达信号，正常工作状态下，按照调整好的参数实施匿影；微调工作状态下，定时进行触发，对匿影参数进行微调，状态转移如图3所示。

图3 匿影装置工作状态转移图

2.2 工作流程

在调整匿影宽度的工作状态下，雷达向外辐射，侦察装置根据侦收结果向匿影装置发出匿影脉宽调整指令。根据公式（1），由于雷达脉宽和触发脉冲提前量可预先知道，匿影宽度调整主要体现在td调整上，假定td的最大值为tdmax，时间调整分辨率为tδ，调整匿影宽度工作流程如下：

（1）雷达开机时，将雷达触发脉冲天线指向实时送匿影装置；

（2）雷达将雷达载频、重复频率、脉宽送侦察设备，将脉宽送匿影装置；

（3）根据GPS和海图信息，判定海域情况，计算岛屿真方位并设定方位匿影的起始角度，计算设定延时时间td＝tdmax／2，tdmax＝tdmax／2；

（4）tdmax＞tδ，则启动匿影时序，向侦察设备询问雷达侦收情况，反之转入正常工作状态；

（5）若侦收到雷达信号，则td＝td＋tdmax／2，tdmax＝tdmax／2；反 之 ，则td＝td－tdmax／2，tdmax＝tdmax／2，转入（4）。

微调匿影宽度工作流程如下：

（1）定时事件时间到，向侦察设备询问雷达侦收情况；

（2）若能侦收到雷达信号，执行（3）；反之，则转入（5）；

（3）td＝td＋tδ，启动匿影时序，向侦察设备询问雷达侦收情况；

（4）若收到，则转入（3），反之，进入正常工作状态；

（5）td＝td－tδ，启动匿影时序，向侦察设备询问雷达侦收情况；

（6）若收到，td＝td＋tδ，启动匿影时序，转入正常工作状态，反之，转入（5）。

2.3 最大延时的确定

侦察接收机接收近物反射的过程与收发分置双基地雷达相似，根据双基地雷达方程，可得到侦察接收机接收到海面、附近建筑物反射的雷达信号功率为：

式中：pt，Gt，Rt分别为雷达的发射功率、天线增益及反射物与雷达的距离；Gr为侦察天线增益；σ为反射物的雷达截面积；λ为雷达波长；Rr为侦察天线与反射物的距离。

由于侦察设备与雷达安装于同一载体，所以有Rt＝Rr，代入式（2）可得侦察机可以接收到的同平台雷达经近物反射信号最远距离为：

式中：pmin为侦察灵敏度。

在开阔海面情况下，雷达在扫掠过程中，侦察机接收的本平台雷达信号主要来自上层建筑反射和海面海浪的后向散射，其中海面海浪的后向散射受到海域、海情影响，不考虑雷达、侦察天线安装位置不同带来的归一化反射面积影响，当侦察设备方位上宽开接收，最小分辨单元由雷达决定，因此雷达最小分辨单元有效反射面积为：

式中：θ为雷达方位波束宽度；τ为雷达脉宽；c为光速；σ0为归一化反射面积，它与雷达入射角、风速、风向等有关，根据文献［6］，目前没有明确的解析式表示。

计算最长匿影延时的目的是为设计时序控制电路控制位字数位和延时分辨率提供依据，并为在线判断匿影功能失效提供准则，不失实际意义，在求最大匿影目标距离时，取各种气象、海况下海面归一化反射面积最大值，同时假定：

由于入射角较小，雷达发射天线增益、侦察接收天线增益取最大值，结合式（2）、（4）、（5），得到对侦察接收产生影响的海面杂波最远距离为：

在濒岸海域情况下，雷达在扫掠过程中，侦察机接收的本平台雷达信号还来自附近岛屿、码头反射，影响到侦察设备的信号接收、处理和显示，必须在特定岛屿、码头对应的真方位进行较长时间匿影，才能消除扫掠过程中在侦察机范围的反射影响，从图2可得出，当侦察天线对附近岛屿、码头形成的张角小于侦察机测向分辩力时，侦察机只是在一个方位收到信号，为避免匿影时间过长，可以认为影响很小，达到可以接受程度，即：

式中：DΔ为侦察设备测角分辨率。

所以最长延时为：

3 结束语

由于没有考虑到海面杂波受到气象条件和海况的影响，在特定气象和海况调整匿影时间的固定时延匿影方法，在使用中会出现匿影时间过长、过短影响侦察接收的性能。综合自适应匿影方法，考虑了濒岸海域情况，将方位信息引入匿影功能，同时采用自适应闭环控制方法，在实际使用环境下，自动调整匿影延时，最大限度减小本舰雷达设备对侦察设备的影响，保证侦察功能充分发挥，同时，综合自适应匿影方法，能提高备件互换性，减少维修时间，并能够在线判定匿影功能是否有效，因此具有较强的应用价值。

［1］黄清云，夏惠诚，徐亚光.舰艇电磁兼容管控效果分析［J］.指挥控制与仿真，2010（6）：21－23.

［2］王强，黄暄.舰船电磁环境对电子对抗系统作战性能的影响［J］.舰船科学技术，2007（3）：87－90.

［3］李忠良.舰船雷达侦察设备的匿影方法［J］.电子对抗，2000（1）：12－18，41.

［4］徐瑞荣，孙靖.单板匿影模块的实现［J］.舰船电子对抗，2006（1）：47－50.

［5］卢野，张巍，范永金，张佳音.激光匿影器的设计［J］.光电技术应用，2007（6）：37－40.

［6］Skolnik Merill I.雷达手册［M］.第3版.北京：电子工业出版社：584－598.