基于多普勒滤波器的多重MTI箔条干扰消除技术研究

董 杰，王法栋，刘宗福

（解放军92785部队，秦皇岛 066200）

0 引 言

复杂电磁环境下，电子对抗成为攻防双方争夺电子制胜权的主要手段。采用无源压制和无源欺骗式箔条干扰技术在复杂电磁环境下可以有效阻碍对方雷达目标探测和火力打击。在繁冗复杂的电磁干扰噪声中，分析辨别出有效目标的特征信号［1］，实现捕获、跟踪，进而采取相应打击措施进行摧毁，具有重要的实战意义。

文献［2］以目标回波与箔条干扰在多普勒维的差异为切入点，设计出了参数合理的多动目标检测（MTI）滤波器。文献［3］对MTI滤波器抗杂波干扰性能进行了谱分析，在其基础上优化设计了多普勒滤波器。频域分析、时域分析在抑制箔条云干扰技术中也有仿真实现［4-5］。基于多普勒滤波器的多重MTI技术能有效分离环境噪声、消除箔条干扰，得到多个目标速度信号。

1 箔条干扰原理

在电子对抗中，常采用箔条干扰或雷达吸波材料作为无源干扰欺骗技术手段。采用导电涂层的刚性纤维玻璃作为箔条材料，具有较大的雷达反射截面（RCS）数值和较小的射频反射体积。当单个箔条偶极子长度为雷达波长的一半时，产生最大的RCS数值［6］。在雷达分辨率内总的箔条RCS为：

式中：ND为总偶极子数；VR为分辨单元体积；Vcs为箔条带散射体积；Lbeam为天线波束下形状损耗。

由于单个杂波成分的相位和幅度为随机值，箔条云回波也呈现随机、热噪声性质。采用概率密度函数表示信号箔条比，其分布类型受箔条云自身特性、雷达工作参数和雷达视角等因子影响，则信号箔条比可表示为：

式中：S为回波信号；C为箔条云杂波信号；σ为目标RCS；σc为箔条云RCS；Rccr为箔条消除比。

2 多重MTI箔条干扰消除技术

2.1 原理分析

在中等脉冲重复频率上，关于箔条云质心的差分目标速度信号的检测和跟踪，可通过检测目标速度差的多普勒横向滤波器组合实现。建立灵敏度分析模型，由检测到的差分目标速度的理论阈值构建包含有箔条云影响因子的雷达参数方程。其中，箔条云成分参数包括杂波截面积、杂波谱宽、偶极子数量、杂波速度标准差；雷达有关参数包括频率、带宽、积累实践、脉冲重复频率（PRF）和信杂比。

实施过程中，使用1%～5%中等带宽、高脉冲重复频率雷达波形测量箔条云的距离范围、质心和速度率；使用中等带宽波形建立箔条云质心跟踪方程；采用10%以上带宽波形实现箔条云质心的带宽跟踪；设计动态目标多普勒横向滤波器，提供带宽质心跟踪特定速度增量的足额增益；并行处理多个动态目标多普勒滤波器，检测目标多普勒差相对于箔条云质心跟踪速度的差值，积分处理，得到检测目标。实施该抗干扰技术，雷达跟踪精度要高，雷达跟踪箔条云质心时要有较高的多普勒精度，滤波器要有必要的增益处理能力。

2.2 跟踪精度分析

当采用速度跟踪测量时，单脉冲热噪声误差为：

式中：τ为脉冲宽度；Rsnr为跟踪目标的信噪比。

采用差分通道的箔条信号比代替Rsnr，能在杂波中检测到目标，有：

图1为σf相对于Cchaff／S和τ的关系图，可分析出期望的多动态目标信号处理能力。

2.3 多重MTI多普勒滤波器设计

图1 单脉冲热噪声误差分析

图2 多重MTI算法结构图

3 数据处理和仿真

算例中，设定某部X波段雷达追踪多个箔条云中的导弹目标。该箔条云偶极子数量为1百万个，占据1km空间范围，采用高斯统计建模，设定67%的偶极子均匀分布在333m空间范围内。有效空间范围内雷达距离分辨单元之内包含的偶极子组合平均RCS为20.4dBsm，典型弹道导弹的前方位视角的RCS值为20dBsm。该条件下箔条云包围的典型导弹弹道中等带宽信号消除比约为40dB，采用8ms脉冲宽度和30dB箔条消除比，在X波段，单脉冲速度误差为0.015m／s。

假设箔条杂波速度为高斯型分布，取值1.8m／s时，满足奈奎斯特采样定律要求的最小脉冲重复频率240Hz，进而采用256点的快速傅里叶变换，每个滤波器覆盖全杂波速度的1／256；采用宽带跟踪波形，形成每个距离多普勒分辨单元包含15cm×0.03m／s的杂波信号。采用N脉冲相干滑动窗口进行优化，对杂波进行统计分析，自适应调整最优门限设计，获得低虚警率和高检测率。

图3为包围在-15dBsm的高斯白噪声中的目标散射体总回波信号的实部和虚部数值关系。在箔条干扰噪声的包围中，目标信号和欺骗干扰信号融合混淆，很难区分，噪声淹没目标信号。

图3 箔条云中多目标距离-多普勒图像

图4显示的是经动态目标检测后的距离-多普勒信号效果，能明显分辨出3个散射体特征信号。此时能区分不同速度特征的反射体，实现测速功能。

图4 经动目标检测后的图像

图5显示的是执行多重动态目标信号处理后整个顶部数据的显示结果。此时已将数据虚实矩阵进行转换。由于未将门限电平进行最优化处理，因而允许一些数值较高的虚警信号冒出，目标回波幅度明显减小，多重MTI信号处理器的处理增益相对于传统距离多普勒处理多出15dB。

图5 多重MTI算法后信号图像

4 结束语

针对电子对抗中箔条云的电子特性，分析其干扰形成原理和干扰噪声特性，采用多重MTI技术降低箔条云对探测动态目标的干扰影响，提高从复杂目标回波信号中甄别真实目标电磁特征的能力。通过算例仿真，分析验证了该方法的优良性能，具备一定的实际应用价值。

［1］ 胡航.现代雷达信号处理机若干关键技术的仿真研究［J］.电子测量与仪器学报，2004，18（S2）：909-914.

［2］ 徐光耀，郑娜，费惠佳.基于多重MTI算法的抗质心式箔条干扰研究［J］.弹箭与制导学报，2012，32（1）：192-194.

［3］ 洪丽娜，汪连栋，王立平，等.MTD雷达抗干扰性能分析［J］.火力与指挥控制，2004，29（S1）：71-73.

［4］ 侯文虎，侯慧群，吴宏超，等.箔条云干扰 MTI雷达的频域分析及仿真［J］.现代电子技术，2011，34（1）：52-56.

［5］ 舒欣，沈福民.时频分析技术在抑制箔条干扰中的应用［J］.西安电子科技大学学报（自然科学版），2001，28（5）：676-680.

［6］ Mahafza Bassem R，Elsherbeni Atef Z.雷达系统分析与设计（第2版）［M］.朱国富，黄晓涛，黎向阳译.北京：电子工业出版社，2009.