基于示样脉冲循环转发的空时自适应处理干扰研究

鲍秋香

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



基于示样脉冲循环转发的空时自适应处理干扰研究

鲍秋香

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

研究了示样脉冲循环转发干扰对空时自适应处理(STAP)的干扰效果，分析了STAP技术的原理，建立了示样脉冲循环转发干扰的模型，论述了示样脉冲循环转发的干扰效果。仿真结果表明：STAP可以提取被强地杂波背景淹没的目标，而采用示样脉冲循环转发干扰时，STAP无法对目标信息进行正确的提取，干扰效果非常明显。

自适应处理；示样脉冲循环转发干扰；机载预警雷达

0 引 言

目前空时二维自适应处理(STAP)技术[1-3]已逐步从理论研究开始走向工程应用，美国新型预警机E-2D装备的APY-9雷达就已采用了STAP技术。针对STAP的干扰研究主要有欺骗干扰[4]、移频假目标干扰[5]、密集假目标干扰[6]和散射波欺骗干扰[7]等。这些文章都只是从仿真角度研究了各种干扰样式的干扰效果，而对经过STAP处理后的目标提取情况未做进一步分析。另一方面，由于预警雷达一般采用长脉冲发射，全脉冲干扰要求数字射频存储(DRFM)时间比较长，至少要能够覆盖最大的雷达信号脉宽，很难在短时间内做到干扰信号的收发隔离，不能对雷达形成快速有效的干扰，因此在实际电子战中的运用很受限制。而示样脉冲存储只存储输入信号中的一段，通常为首段，灵活性好。本文针对示样脉冲循环转发的干扰，研究其对STAP的干扰效果，并对经过STAP处理后的目标提取情况进行了对比分析，充分验证了干扰的有效性。

1 STAP技术的建模

一般来说，雷达是按距离门处理回波信号，因此在一个脉冲重复间隔(PRI)内进行L次采样，对应L个距离门单元，则经过N个空域采样和K个时域采样后，一个CPI内采样数据共L×N×K个，如图1所示。

图1 雷达回波采样示意图

为方便分析，引进雷达数据立方的概念，用三维数据块描述一个相干时间间隔内收集的回波数据，如图2所示。

图2 雷达数据立方

STAP算法就是对每个距离单元的慢时间/相位中心数据进行匹配滤波。设定感兴趣距离门为l，上面阴影部分对应的切片数据表示对N个天线单元和K个时刻的空时二维采样数据[8-9]：

(1)

式中：x(n,k)为第n个天线单元第k个时刻的空时二维采样数据。

Xl可改写为NK×1维矢量形式，即:

Xl=[x(1,1)x(2,1) …x(N,1) …

x(1,K)x(2,K) …x(N,K)]

(2)

从信号组成上分析，接收信号一般由目标信号S、杂波信号C、噪声信号n组成，但受到干扰时还会有干扰信号J,即:

(3)

该处理器可以描述为如下的数学求最优问题:

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：R=E[XXH],为由接收机数据所形成的协方差矩阵；V为期望的空时二维导向矢量。

(8)

式中：L为训练样本数；Xl为与待检测单元独立同分布的训练样本。

由于目标的角度和速度也是先验未知，所以通常情况下，空时自适应处理器需要计算很多权矢量以形成一个能够覆盖全部潜在目标的角度和多普勒频率的集合。图3为目标与杂波功率谱的空时三维分布和最优STAP的频响图。由图3可以看出，STAP处理后在信号方向有最强输出，而在杂波分布方向形成很深的凹口，杂波滤除效果非常明显。

图3 目标与杂波功率谱的空时三维分布和最优STAP的频响图

图4(a)为不采用STAP处理的目标提取结果，显然，目标位置无法辨识，这是由于地杂波太强；而采用STAP处理后的结果如图4(b)所示，可以看出，目标位置清晰可见。

图4 强杂波背景下对目标的提取结果

2 示样脉冲循环转发干扰

示样脉冲循环转发干扰信号的产生过程为：首先利用DRFM器件对雷达发射信号的前沿进行存储，得到脉冲前沿信号，然后将得到的脉冲前沿信号以一定的时间间隔为单位反复进行复制，得到一个周期性的脉冲前沿复制信号，最后以脉冲前沿复制信号为基础，分别给它们附加上不同的延时量，再将这些信号对应叠加起来，得到最后的示样脉冲循环转发干扰信号，如图5所示。

图6为示样脉冲循环转发干扰信号通过匹配滤

波器的结果，由图6(a)可以看出不加移频量情况下干扰形成4个假目标，干扰信号均滞后雷达回波，当加入一定量的移频后，干扰信号可以超前雷达回波。

图5 示样脉冲循环转发干扰信号的产生

图6 示样脉冲循环转发干扰信号通过匹配滤波器的结果

为了研究示样脉冲循环转发干扰对STAP的干扰效果，先对噪声干扰的效果进行仿真研究。图7为杂波、目标、噪声干扰的功率谱分布，图8为STAP处理后的功率谱分布。由图可以看出，噪声干扰在多普勒是白化的，经过STAP处理后，在噪声干扰对应的方位向形成很深的凹口，即将噪声干扰完成滤除。

图9为STAP处理后的目标提取结果。由图可以看出，当存在多个干扰时，STAP处理仍能从强杂波和强干扰下提取目标。

图10为示样脉冲循环转发干扰下STAP处理后对目标的提取结果，由图可以看出，示样脉冲循环转发干扰可以形成多个假目标，通过控制循环转发的次数和移频量可以达到欺骗雷达的目的。

图7 杂波、目标、噪声干扰的功率谱分布

图8 STAP处理后的功率谱分布

图9 STAP处理后对目标的提取结果

3 结束语

图10 示样脉冲循环转发干扰下STAP处理后
对目标的提取结果

骗干扰的效果。

[1] 郦能敬.预警机系统导论[M].北京:国防工业出版社,1998.

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[3] 王永良,李天泉.机载雷达空时自适应信号处理技术回顾与展望[J].中国电子科学报，2008，3(6):273-274.

[4] 唐孝国,张剑云,王珽.对空时自适应处理技术的欺骗干扰研究[J].航天电子对抗，2012，28(5):61-64.

[5] 薛冰心,张友益.基于频移假目标对机载雷达SATP技术干扰效果的研究[J].舰船电子对抗，2012，35(1):11- 59.

[6] 张昀，盛骥松，刘禹.基于密集干扰的机载雷达STAP技术的干扰研究[J].舰船电子对抗，2013，36(6):6- 8.

[7] 谌诗娃,张剑云,贺平,周青松.对空时自适应处理技术的散射波欺骗干扰研究[J].现代雷达，2016，38(1):76- 80.

[8]KLEMMRK.PrinciplesofSpace-timeAdaptiveProcessing[M].London:TheInstitutionofElectricalEngineers，2002.

[9] 王永良,彭应宁.空时自适应信号处理[M].北京:清华大学出版社，2000.

Study of Space-time Adaptive Processing Jamming Based on Sample Pulse Repeated Transmitting

BAO Qiu-xiang

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

This paper studies the jamming effect of sample pulse repeated transmitting jamming on space-time adaptive processing (STAP),analyzes the principle of STAP technique,establishes the model of sample pulse repeated transmitting jamming (SPRTJ),discusses the effect of sample pulse repeated transmitting jamming.The simulation results show that the target covered by strong ground clutters can be extracted through STAP,but the STAP target information can't be extracted correctly through the STAP when SPRTJ is used,so the jamming effect is very obvious.

adaptive processing；sample pulse repeated transmitting jamming;airborne early warning radar

2016-06-02

TN972.1

A

CN32-1413(2016)04-0007-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.002