基于极化编码的抗同频干扰技术

赵艳秋

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



基于极化编码的抗同频干扰技术

赵艳秋

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

介绍了极化编码调制技术的基本概念和原理，对16组同型雷达进行了编码设计，讨论了其互相关和自相关特性，最后给出了极化捷变频雷达系统的处理模型。

极化编码；互相关；自相关；抗同频干扰

0 引 言

电磁波携带的目标信息中包含着环境信息，除了频率、幅值和相位以外，还有极化信息可以利用。极化在雷达目标的检测、抗干扰和分类识别等方面都有着很大的潜力。1982年，Cohen和Sjoberg报道了一种实验型的脉内极化捷变雷达系统，该系统在子脉冲基础上对发射脉冲进行右旋和左旋圆极化编码，接收时基于极化信息进行脉冲压缩[1]。

电子对抗中可以利用电磁波和天线的极化特性，进行干扰与反干扰。因而极化对抗技术是电子对抗的一种重要技术，能提高对敌方信息装备的干扰效果和己方信息装备的反干扰效果。极化对抗技术分为极化干扰技术和极化抗干扰技术。

一般来说，只要将雷达的接收天线改变成与干扰电波极化方式正交，即可在很大程度上抑制干扰，雷达可正常工作。当用2个极化正交的信号以适当的复数加权合成等效极化状态以抑制干扰时，采用的电路称为极化滤波器。

1 码形概述

极化编码调制技术是指在发射端用多相码对射频载波的极化方式进行调制，以获得极化编码的信号。为实现在雷达接收端的相关检测，需要对回波信号进行极化解码和压缩滤波处理。这种新型的极化编码调制信号的波形在功率和分辨力的提高上与传统的压缩技术相类似[2]。

对于二相极化编码，调制信号可以写成：

(1)

(2)

式中：EH(t)为电场的水平分量；EV(t)为电场的垂直分量；Eia(t)为电场的幅度；εn为极化信号的极化角，对于垂直极化，εn=π/2，对于水平极化，εn=0。

用虚部表示垂直分量，实部表示水平分量，则该电场矢量可用复数表示为：

(3)

显然上式和一般相位编码(PCM)信号的复数表达式相似。若Eia(t)选取脉冲函数，则eiεn相当于极化调制函数。

在选取垂直、水平线极化的条件下，使发射的各个脉冲的极化方式在垂直和水平线极化之间捷变，即εn在π和0之间变化，由此便产生了极化编码信号。极化还有左椭圆极化和右椭圆极化，如果用4种极化状态交替，相当于四相编码，其4项分别是{0°，90°，180°，270°}或用exp(jθk)表示成{1，j，-1，j}。由于四相码的主副比与其原型二相码近似，这里只讨论二相码。

选取一种常用的二相码——伪随机码序列，设其长度为N，则在发射端发射N个脉冲，对这些脉冲进行极化编码，极化方式依次按伪随机序列设置。若伪随机序列为13位Bark二相码，则二相码相位与极化调制的对应关系如表1所示。

表1 13位Bark二相码相位与极化调制的对应关系

2 参数取值与码形容量

为了简化分析编队中的多部雷达之间的抗同频干扰问题，暂不考虑脉间的编码及处理问题，只考虑脉内的编码。脉内采用基于二相伪随机序列的极化编码方式。

基本的参数取值为：信号带宽B=5MHz；脉冲宽度T0=12.6μs。

为了获得较多的码型容量，拟采用Gold码序列。在伪随机码序列的长度N不太大时(例如3)，m序列只有2个;N=5时，m序列只有6个。对于同一个n(反馈的级数)来说，Gold序列族中序列的个数比m序列的个数多很多,如表2所述。

表2 同级的m序列和Gold序列的个数

采用n=6(码长2n-1=63)的Gold序列,则总的码型容量为65个，从中选取16个作为研究分析的码型，表3是所选16组码型的其中4组码型的具体数值。

表3 脉内极化捷变的编码表(16组码型中的4个码型)

3 自相关特性与互相关特性

经仿真得出16组码型的自相关和互相关的图，如图1～图8所示。由于有120个图，所以只挑了其中几组。

图1 雷达1自相关

图2 雷达2自相关

图3 雷达3型自相关

图4 雷达4自相关

图5 雷达1-雷达2的互相关

图6 雷达1-雷达3的互相关

图7 雷达1-雷达4的互相关

图8 雷达1-雷达5的互相关

由于有16组码型，互相关结果中只列出码型1和其余4种码型的互相关，其余组的互相关与其类似。

在自相关结果中，自相关的最大值是36dB，副瓣一般在22dB以下，因此自相关的主副比只有14dB；在互相关结果中，互相关峰值一般在24dB以下。只比自相关峰值36dB小12dB。

可见，虽然Gold码序列可以获得较多的码型容量，但其自相关和互相关的主副比均较高。

4 极化捷变雷达系统处理模型

根据电磁波极化编码调制与处理的基本原理，图9示出了极化捷变雷达系统的处理模型。该处理模型由双极化天线、双极化发射和接收处理支路等部分组成。

在发射支路，根据系统PN极化编码发生器，分别产生水平与垂直极化的激励信号，送往相应的功率放大器，再经环形器或收发开关送往相应的水平或垂直极化天线发射出去。

接收支路中，双极化天线将接收到空间中的水平、垂直极化电磁波经环形器送往接收支路，分别经下变频及模数转换后，根据当前PN极化编码对数字回波序列进行极化相关处理，最后根据相关结果作信号检测。

图9 极化捷变雷达系统处理模型

上述的极化捷变雷达系统处理模型已较常规的雷达体制复杂，若仅考虑简单的变极化方式，则如图10所示。

图10 简单变极化雷达系统模型

在简单变极化雷达系统中，依靠微波极化开关来控制电磁波的辐射极化特性，极化转换系秒级的慢变化。极化方式只考虑水平或垂直2种方式，其正交隔离度可达30dB以上[3]。

5 编队同型搜索雷达综合抗同频干扰措施研究

在占用雷达系统时间资源相同的情况下，Gold码序列可以获得较多的码型容量，但自相关主副比较低，难以保证雷达自身的探测性能，如何抑制主副比是一个需要进一步研究的问题[4-5]。

若将简单变极化方式与线性调频、非线性调频方式综合起来使用，可以保证较好的主副比和互相关抑制比，获得4～8部同型、同频、同时开机的码型容量。典型的码型如表4所示。

表4 极化及非线性调频综合抗干扰码型

[1] 宋立众，蒋明，孟宪德，乔晓林.极化捷变LFM脉冲压缩信号的相关检测[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2004，20(6)：671-674.

[2] 乔晓林，宋立众，谢新华.极化编码脉压雷达信号的相关检测[J].系统工程与电子技术，2003，25(5)：550- 553.

[3] 曾清平，李锐，郭亨远.变极化技术反干扰的效能分析[J].现代雷达，2001，23(5)：72-76.

[4] 张志辉，宋花荣.m序列与Gold序列比较[J].信息技术，2000(6):69-71.

[5] 黄成才，王慕坤.Gold系列码性能分析[J].哈尔滨理工大学学报，2007，12(4):29-32.

Anti-common Frequency Interference Technology Based on Polarization Coding

ZHAO Yan-qiu

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

This paper introduces the basic conception and principle of polarization coding modulation technology,performs the coding design to 16 groups same-type radars,discusses their cross-correlation and auto-correlation characteristics,finally puts forward the processing model of polarizing frequency-agile radar system.

polarization coding;auto-correlation;cross-correlation;anti-common frequency interference

2015-04-10

TN958.3

A

CN32-1413(2016)04-0011-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.003