基于多重MTI算法的抗质心式箔条干扰研究*

徐光耀，郑 娜，费惠佳，徐 海

（1 91336部队，河北秦皇岛 066300；2西北工业大学软件与微电子学院，西安 710072）

0 引言

水面舰艇受到的主要威胁来自于反舰导弹，而质心式箔条干扰无疑是目前水面舰艇反导的一种简便而有效的方法。

反舰导弹末制导雷达对抗质心式箔条干扰主要受以下几个因素的制约[1]：受体积及重量的限制，抗质心式箔条干扰的硬件可行性受限；工作时间较短，对干扰的反应时间要求高；信号处理通常以时域处理为主，其跟踪精度及分辨率有限。随着末制导雷达信号处理软硬件技术的迅速发展，采用高速的数字化处理方法可以实现复杂算法，这使得通过信号处理对抗箔条式质心干扰成为可能。文中通过研究质心式箔条干扰对末制导雷达的影响机理，以目标回波与箔条干扰在多普勒维的差异为切入点，在分析了常规MTI滤波器的基础上采用了多重MTI算法，并应用Matlab软件仿真了多重MTI算法对质心式箔条干扰的改善效果。

1 质心式箔条干扰分析

1.1 质心式箔条干扰的战术应用

通常质心式箔条干扰的施放时机是在末制导雷达跟踪阶段，目标舰得到末制导雷达的位置信息后立即发射箔条弹，迅速形成一、二个巨大RCS（雷达截面积）的箔条干扰云。箔条云要与目标舰处在末制导雷达天线波束的同一个分辨单元，这样末制导雷达天线就指向于目标舰和箔条云的能量质心（即等效能量中心）。图1是质心式箔条干扰的示意图。

在实际作战过程中，实施有效的质心式箔条干扰，需满足以下几个基本条件[2]：箔条云在距离上位于反舰导弹末制导雷达的距离分辨单元内；箔条云在方位和俯仰上位于反舰导弹末制导雷达波束范围内；箔条云有足够的滞空时间，以保证反舰导弹末制导雷达能够跟踪到箔条与舰船的质心，确保干扰的有效性。

图1 质心式箔条干扰示意图

1.2 质心式箔条干扰的模型

箔条云由大量具有大RCS值小RF反射体的偶极子散射体组成，近来大部分箔条由具有导电涂层的更刚性的纤维玻璃制成。当单个箔条偶极子的长度为雷达波长的一半时，箔条具有最大的RCS，在雷达分辨体积内的总箔条RCS为：

其中：ND为总的偶极子数；VR为雷达分辨单元体积；VCS为箔条散射体积；Lbeam为箔条云的雷达天线波束形状损耗。

单个散射体具有随机的相位和幅度，因此箔条云回波的相位和幅度通常也是随机的，并且具有类似热噪声的性质。由于这些特点，箔条通常用高斯分布的概率密度函数来统计描述[2]。

1.3 抗质心式箔条干扰

针对上述质心式箔条干扰的原理和特点，抗质心式箔条干扰主要有以下几个途径：

1）导引头体制抗质心式箔条干扰，一些具有低截获、高分辨率的末制导雷达，如脉冲压缩多普勒体制的末制导雷达具有抗质心式箔条干扰的能力[4]，这种方法研究投入大、周期长、技术复杂；

2）目标识别算法抗质心式箔条干扰，通过目标回波与干扰在小波变换不同尺度的不同表现形态，利用灰色关联度可进行干扰下的目标检测[5]，这种方法算法较复杂，对处理器性能要求高，区分目标和箔条的精度有限；

3）信号处理角度质心式箔条干扰，在末制导雷达信号处理阶段，通过采用相应的处理算法，滤除干扰的影响，实现目标检测。这种方法投入小，实现简单，但对硬件的处理速度及实时性要求高。

文中采用的多重MTI算法主要是从信号处理的角度，利用信号与干扰在多普勒维的差异，消除干扰保留回波信号，从而跟踪真实目标。

2 多重MTI算法实现原理

多重MTI算法的设计思想来源于专门消除杂波的常规MTI滤波器，通过常规MTI滤波器使回波信号在特定的多普勒频率处有足够的增益，并行处理多个MTI滤波器在目标回波与干扰在多普勒维的差异来消除干扰的影响。

2.1 常规 MTI滤波器[3]

常规的MTI滤波器可以采用延迟线对消器来实现，下面以三脉冲对消器作简要分析，原理如图2所示。

图2 三脉冲对消器

三脉冲对消器的冲激响应和功率增益分别如式（2）、式（3）所示：

三脉冲对消器的频率响应曲线如图3所示。

图3 三脉冲对消器的归一化频率响应

可知，常规MTI滤波器可以消除位于f＝0或者多普勒频率为雷达重频fr整数倍处的杂波。但随着对消脉冲数的增加，阻带凹口会变宽，对一些功率谱较宽的杂波，如质心式箔条干扰，通带的幅频响应平坦性差，而且对多普勒频率fd≠ifr＋f／2的目标回波信号带来一定的损失。

2.2 多MTI算法原理

多MTI滤波器的设计是通过设计动目标显示多普勒横向滤波器组，对于特定多普勒频率处提供足够的增益，再并行处理多个MTI多普勒滤波器，以检测舰船相对于箔条云的多普勒频率差，当在正确的多普勒频率差处积分时，可以检测出目标而消除质心式箔条干扰。多MTI滤波器覆盖从0到末制导雷达重频fr频率范围内的N个MTI滤波器组，能够实现超过常规MTI的性能。其权值为：

其中，索引k在0到N－1之间，对应于N个MTI滤波器组，传递函数为：

因此，其幅频响应为：

文中在算法实现过程中第一级MTI采用的是三抽头MTI，并行处理MTI的个数N＝8，其方框图和对应的幅频率响应如图4、图5所示。

图4 多MTI算法的方框图

可见，多MTI滤波器每个子滤波器占据大约1／N的杂波和信号带宽，可以消除更多的杂波，并能准确区分多普勒频率差异。所以多MTI滤波器的组合性能远超过没有利用多普勒信息的单延迟线对消器。

图5 MTI滤波器（N ＝8，重周125μs）的频率响应

3 仿真结果分析

在上述对于质心式箔条干扰模型和多重MTI算法分析的基础上，通过与实际可比的算例对处理效果进行了仿真。假设一部X波段的反舰导弹末制导雷达，分辨单元300m；箔条云包含1百万个偶极子，占据1km距离范围；目标的RCS为5000m2，多普勒频率为100Hz；信号处理采样率为100MHz，抽取率50，回波脉冲数144个。图6给出了淹没在箔条云中的单个目标回波信号的距离－多普勒（144×32）二维图像，图中目标回波信号完全无法和干扰区分开来，目标回波与干扰的信干比大约为7dB。

图6 未处理的回波信号的距离－多普勒图像

只采用常规MTI滤波器的结果如图7所示，对于质心式箔条干扰基本没有改善。

采用的多重MTI算法处理后的回波信号如图8所示。

图7 常规MTI处理后的回波信号的距离－多普勒图像

从结果看采用多重MTI算法处理后，目标回波与干扰的信干比约为18dB，箔条干扰基本消除，由此而造成的目标回波的幅度损失约为2～3dB。总之，可以得出结论，采用多重MTI算法对于质心式箔条干扰有较好的改善效果。

图8 多MTI处理后的回波信号的距离－多普勒二维图像

4 结束语

多重MTI算法是从信号处理的角度考虑抗质心式箔条干扰的问题。文中给出了多重MTI算法的实现框图，并通过Matlab软件仿真了常规MTI及多重MTI算法对于质心式箔条干扰的影响。仿真结果表明，多重MTI算法对于质心式箔条干扰具有较好的改善效果。立足实际应用，下一步研究的重点是该算法的具体实现及其实时性问题。

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[4]蒲书缙，邹波，高路，等.脉压多普勒末制导雷达抗质心式箔条干扰技术[J].制导与引信，2008，29（4）：10－12.

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