箔条假目标干扰极化识别与抑制技术

章力强， 李相平， 陈 信

（1．91576部队，浙江 宁波315020；2．海军航空工程学院电子信息工程系，山东 烟台264001；3．92919部队，浙江 宁波315020）

0 引言

箔条干扰是应用最早、最广的无源假目标干扰［1］，其干扰机理是通过在空中投放大量随机分布的箔条，形成箔条云假目标以迷惑、削弱敌方雷达等电子设备。在反舰导弹制导雷达的搜索阶段，敌方通过施放箔条假目标干扰，在目标舰船周围几公里范围内形成多个反射截面积比舰船目标大几倍甚至几十倍的假目标，诱导反舰导弹制导雷达错误的将箔条假目标判断为真实舰船目标，发出错误指令，控制跟踪系统跟踪箔条假目标，最终诱导反舰导弹脱靶。现有的抗箔条假目标干扰方法主要有高分辨雷达、脉冲压缩技术、动目标显示（MTI）、多普勒频移、动目标检测（MTD）等［2］。对于反舰导弹制导雷达来说，这些措施有的不适用，有的实际效果不理想，因为制导雷达的体积受到弹头的限制，同时海面目标的运动速度与箔条云随风漂移的速度几乎相当，大型舰艇的航速一般不超过20 m／s，而海面七级风的风速为（13．9～17．1）m／s，八级风的风速为（17．2～20．7）m／s，与舰船目标速度属于同一数量级［3］，二者相对于雷达的径向速度取值范围具有很大重叠，因此速度判决法对于反舰导弹制导雷达抗箔条假目标干扰不适用。为提高反舰导弹在干扰环境中的命中精度，必须探索其它途径来提高制导雷达的抗箔条假目标干扰能力［4］。

极化特性是电磁波除幅度、频率、相位信息以外的第四特征，现有对极化信息在制导雷达抗干扰中的应用研究还较少，箔条假目标和舰船目标有明显不同的去极化特性［5］。根据这一特点，本文研究了一种新的反舰导弹制导雷达抗箔条假目标干扰方案，定义极化比为干扰鉴别量，利用箔条假目标与舰船目标极化比特性差异来识别与抑制箔条假目标干扰，分析并优化设计了箔条假目标干扰极化识别与抑制方案，为研究高性能的反舰导弹制导雷达提供了新思路。

1 箔条云的极化特性

箔条从抛散到形成稳定干扰前有多种运动方式，现就典型情况讨论箔条云的极化特性，建立坐标系如图1所示。设θt为入射电磁波与Z轴之间的夹角，θ为箔条与Z轴之间的夹角，φ为箔条在XOY平面内投影与X轴之间的夹角。

图1 箔条极化坐标系

箔条均匀分布，大部分水平下降，同时伴有微小的震动，此时θ0≤θ≤π－θ0，0≤φ≤2π，则可以得到箔条云的垂直和水平散射截面积分量分别为［6－7］

图2 极化比变化图

2 舰船目标的极化特性

对于非相参双极化制导雷达来说，设舰船目标的RCS为σ，σ 符合Swerling IV 模型［8］，则其概率密度函数（PDF）为

式中：σ为目标起伏的RCS平均值，非相参双极化接收通道相互独立，所以两正交接收通道对应回波幅度的PDF分别为［9］

则ρs的数学均值和方差分别为

极化比ρs的期望和方差随αs的变化曲线如图3所示。

图3 舰船目标极化比均值方差曲线

从仿真结果可知，舰船目标的极化比普遍大于8 dB，即舰船等大曲率复杂目标和箔条云假目标干扰在极化比上具有明显区别。现有的一些测量也证实了这一估计：

a）在9．37 GHz时船的极化比ρ＝σVV／σVH＝19 d B；

b）在15 GHz时船的ρ＝σVV／σVH＝20 dB；

c）在30 GHz时船的ρ＝σVV／σVH＝25 d B。

利用最小二乘法对以上测试数据进行数据拟合，其结果如图4所示。

图4 舰船目标极化比测试值

从拟合曲线可以看出，舰船目标的极化比与雷达工作频率成正比关系。在雷达发射垂直极化波时，舰船目标的极化比在12 d B以上［10］。而箔条假目标的极化比普遍8 dB以下，因此箔条云与海面舰船目标的极化比有明显差异，从而提供了一种识别与抑制箔条假目标干扰新方法，无疑该方法特别适合于在各种反舰导弹制导雷达上使用。

3 假目标干扰极化识别与抑制技术

通过前面小节的分析可知，舰船目标和箔条假目标干扰的极化比存在明显差异，根据这一差异，设计反舰导弹制导雷达箔条假目标干扰极化识别与抑制方案，其原理框图如图5所示。

方案中假设主极化天线发射垂直极化波，发射机的部分射频能量耦合到两接收通道的平衡混频器，其中一个接收通道与常规制导雷达接收系统相同，具有一个垂直极化接收天线；另一个接收通道是辅助接收通道，它具有一个水平极化接收天线。

方案中控制模块可以采用FPGA来实现，它具有集成度、可靠性、精度高，灵活性好等优点，能较好的满足本方案的需求。两个接收通道的检波器输出加到极化比识别与抑制模块进行比较判别，其流程如图6所示。

图5 制导雷达箔条云假目标识别系统原理框图

图6 极化比识别与抑制流程

Th为极化比判别门限，其大小可以根据实际情况设置，考虑到舰船目标的极化比一般大于12 dB，而箔条假目标干扰的极化比一般小于8 dB，所以Th一般设置为（8～12）dB。为提高识别与抑制性能，采用双门限检测方法进行比较识别，根据式（9）进行单次识别检测［11］：

当没有箔条干扰时，从目标反射回来的是主极化分量，主极化通道接收后经混频放大送到包络检波器进行检波，而正交极化通道接收的回波分量很少，所以其极化比ρ远大判决门限Th。

在一个检测周期内当回波脉冲积累数N2大于积累标准M2时，判断目标为舰船，送出控制信号，控制制导雷达由搜索状态转入跟踪状态。而当接收到的是箔条假目标反射回来的信号时，箔条干扰的回波中同时含有水平、垂直两种极化分量，并分别进入两路接收通道，经混频、放大、检波后加到极化比识别与抑制模块进行比较识别。由于箔条回波的主极化分量和正交极化分量基本相当，因此其极化比ρ小于判决门限Th。

在一个检测周期内当回波脉冲积累数N1大于积累标准M1时，判断目标是箔条假目标，禁止制导雷达转入跟踪，雷达继续搜索，直到搜索到目标为止。

由于反舰导弹空间有限，因此对制导雷达的体积有严格的限制，图7是改进的制导雷达箔条假目标极化识别与抑制方案原理框图。

图7 箔条假目标极化识别系统的改进形式

采用微带双极化天线作为收发天线，这样就不需要两个独立天线，可以减小制导雷达的天线体积，同时将辅助接收通道合并到主极化接收通道，通过开关控制接收通道依次接收处理正交双极化天线接收信号，开关的通断由控制模块产生控制信号进行同步控制。

假设主极化为垂直极化，天线发射垂直极化波，在T1脉冲周期内，控制模块控制开关将接收通道与主极化接收天线连接，接收信号经过混频、放大、检波后得到σVV，下一个脉冲周期T2，控制模块控制开关将接收通道与正交接收天线连接，接收信号经过混频、放大、检波后得到σVH，此时控制模块控制极化比识别与判决模块计算极化比ρ。采用双门限检测，当ρ≥Th时，判断此时目标为舰船，舰船目标累积数N2＋1；当ρ＜Th时，判断此时目标为箔条干扰，箔条干扰累积数N1＋1，假设一个检测周期发射12个脉冲，取M1＝M2＝5，当N2≥M2时判断目标为舰船，送出控制信号控制制导雷达由搜索转入跟踪，当N1≥M1时判断目标为箔条干扰，送出控制信号控制制导雷达继续搜索，禁止转入跟踪。

4 总结

舰船目标和箔条假目标干扰的速度在同一数量级，因此常规的抗箔条假目标干扰方法在反舰导弹制导雷达中不适用，必须寻找其他的方法来克服制导雷达抗箔条假目标能力不足这一缺陷。舰船目标和箔条假目标干扰在极化特性上的差异一直没有得到应有的重视，涉及到它的研究很少，舰船目标和箔条假目标具有不同的去极化特性。鉴于此，本文研究了一种新的抗箔条假目标干扰方法，因其简单且易于实现，特别适合于在反舰导弹制导雷达上使用。

通过仿真证实了箔条假目标和舰船目标具有明显不同的去极化特性，优化设计了适用于反舰导弹制导雷达使用的箔条假目标干扰极化识别与抑制方案，为研究高性能的制导雷达提供了新思路。

［1］ 李敬．箔条弹干扰原理与形成机理［J］．舰船电子对抗，2003，26：15－19．

［2］ 黄绍令．雷达抗箔条干扰［J］．飞航导弹，1992，（7）：24－28．

［3］ 孙见彬．天线变极化技术抗无源质心干扰技术研究［J］．电子对抗，1992，22（6）：34－37．

［4］ 张远新，江言林．反舰导弹抗干扰技术发展和运用［J］．飞航导弹，2008，（8）：34－36．

［5］ 庄钊文，肖顺平，王雪松．雷达极化信息处理及应用［M］．北京：国防工业出版社，1999．

［6］ 沈允春，谢俊，好刘庆．箔条的雷达截面积［J］．系统工程与电子技术，2005，32（7）：136－139．

［7］ 康立学．反舰导弹抗箔条无源干扰研究［D］．西安：西安电子科技大学，2003．

［8］ 黄培康，殷红成，许小剑．雷达目标特性［M］．北京：电子工业出版社，2005．

［9］ Sinha A，Kirubarajan T，Bar－Shalom Y．Maximum Likelihood Angle Extractor for Two Closely Apaced targets［J］．IEEE Trans－on AES．2003，38（1）：183－203．

［10］L．D．Olin，F．D．Queen．Dynamic Measurement of Radar Cross Section［J］．Proc，IEEE．1965，53：132－145．

［11］张明友，吕明．信号检测与估计［M］．北京：电子工业出版社，2007．