外辐射源探测系统关键技术研究

吴 昊， 宁 勇， 薄 超

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

·工程应用·

外辐射源探测系统关键技术研究

吴 昊， 宁 勇， 薄 超

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

针对空中高价值目标的探测问题，给出了信号模型,并对外辐射源探测的关键技术进行了归纳。该研究可应用于无线电静默状态下的非协同探测定位系统，通过与电子侦察系统多传感器融合可进一步完善防空体系。

探测； 电子静默； 态势判断

0 引言

外辐射源探测系统本身不发射电磁波信号，而是依靠环境中已有的外部辐射源实现对目标的探测、识别、测量、定位与跟踪。依靠其被动探测的特点，外辐射源探测系统具有良好的抗干扰能力和很强的系统生存能力。此外，依靠其双基地几何配置以及辐射源信号的特性，外辐射源探测系统还具有较好的探测低空目标和隐身目标的能力。因此外辐射源探测系统是一种极具应用潜力的新体制探测系统，目前已受到广泛关注。

1 信号模型

外辐射源探测系统是收发分置的，几何配置如图1所示。该系统由参考通道和主通道构成。参考通道用于接收参考信号(直达波)，主通道用于接收目标回波信号，同时主通道还会不可避免地夹杂直达波与多径信号。

图1 外辐射源探测系统的几何配置图

直达波和多径信号无相对运动，因此多普勒为零，目标由于处于运动状态而附加多普勒信息。同时由于参考天线波束对准外辐射源，从旁瓣进入的多径和目标回波相对很弱，可忽略。基于以上分析，主通道和参考信号的数学模型为：

(1)

sref(t)=GArefd(t-τDref)+nref(t)

(2)

式中，d(t)为外辐射源信号，主通道中各个信号分量为：

1) 主通道直达波：GAd(t-τD)，GA和τD分别为主通道直达波信号强度和时延。

2) 参考通道直达波：GArefd(t-τDref)，GAref和τDref分别为参考通道直达波信号强度和时延。

5) 噪声：nR(t)和nref(t)为主通道和参考通道噪声信号。

2 关键技术

2.1 观测站布站与辐射源布站位置

外辐射源探测系统性能与观测站布站和辐射源位置有关。观测站应尽量设在电磁环境纯净区域, 周围无外辐射源同频段辐射源, 在观测方向上无遮蔽, 周围无强反射体。尽量不要布置在城市内, 因为城市存在大量的多径反射体与强干扰。

辐射源不应在主要观测方向, 即尽量选择在天线的背面和侧面的辐射源, 观测站与辐射源的距离最好在50～100km 之间。

2.2 雷达波对消技术

参考通道和主通道中的干扰信号对目标相干积累检测的影响包含以下两点：一是时频域平面出现虚假峰值，引起虚警；二是降低了目标输出信噪比。

在主通道直达波及杂波干扰抑制方面，通常基于直达波及杂波干扰与运动目标回波在空域和时频域所具有的如下两方面的不同特性：目标散射回波信号和直达波及杂波干扰的到达角不同；运动目标散射回波信号相对于参考信号具有多普勒频移，而直达波及杂波干扰信号仅是由参考信号不同幅度的衰减和时间延迟所形成。因此，相应的直达波及杂波干扰抑制方法主要包括空域抑制和时频域抑制等两大类。

1) 空域抑制方法

地物遮挡：利用接收机和照射源间存在的大型遮挡物(高山等)阻断照射源与接收站间的电波传播路径。该方法实现简单，适于试验使用；但对接收站地域配置要求较高，不利于接收站的机动部署；同时，如果地物完全隔断了直达波信号，还需要通过转发获取参考信号。

接收天线设计：利用高增益超低副瓣定向天线或采取自适应数字波束形成技术，形成天线零点指向辐射源。通过接收天线设计对直达波及杂波干扰进行抑制，可降低对接收机动态范围的要求。

2) 时/频域抑制方法

窄带滤波：利用目标回波信号与杂波干扰信号在频域上的不同分布，通过设置窄带滤波器滤除干扰。该方法一般仅适用于回波信号与杂波干扰信号频域可分的情形。

数字对消：利用参考信号与直达波及杂波干扰信号间的时域相关性，对经A/D变换后的数字信号采取自适应时频域信号处理技术，实现对回波通道杂波的抑制，如图2所示。该方法实现灵活，对环境的适应能力强，应用广泛。

图2 主通道信号频谱

2.3 带内干扰抑制

随着经济的快速发展, 可利用的外辐射源种类、数量和密度增长很快。这样对外辐射源探测系统造成了较大干扰, 大大影响了雷达的性能。抑制带内干扰的主要措施有:

1)选择适当的信号带宽和数字滤波器, 抑制相近频率辐射源的干扰;

2)采用盲信号分离技术对干扰信号进行抑制。

2.4 微弱信号的检测

如何将回波信号提取出来是该系统的关键。主要采用较长时间的相干积累技术, 在频域进行检测。具体步骤如下：

1) 将参考通道信号逐级时延，并与主通道信号相乘。

2) 对相乘后输出的信号进行求和处理，以获得更好的积累。

3) 对累加后的数据进行FFT，这样各个通道的输出实际是不同距离通道的多普勒分布。

图3给出了相干积累的流程，其中M为最大距离门。图4给出了仿真示意图。

图3 相干积累流程

3 结束语

实际应用中，随着电子战装备技术的发展，对静默目标检测精确定位技术的需求也日趋强烈。本技术研究的应用可以显著提升复合电子侦察系统适应不同类型目标的能力，为多传感器融合技术提供观测节点，为新型电子侦察系统发展提供支撑。研究成果不仅可用于地面组网对空探测，还可用于星载无源侦察定位系统，以提高适应空间复杂电磁环境的能力和连续目标监视能力。■

图4 微弱目标检测

[1] 苏卫民,顾红,张先义.基于外辐射源的雷达目标探测与跟踪技术研究[J].现代雷达, 2005,27(4):19-22.

[2] 薄超，吴昊，李文魁.基于远程预警雷达的临近空间无源相干定位系统[J].航天电子对抗，2016,32(6)：14-16.

[3] 张南,陶然,单涛,等.外辐射源雷达长时间积累目标探测性能分析[J].电子学报，2008,36(6)：1103-1107.

[4] 杨广平.外辐射源雷达关键技术研究[J].现代雷达，2008，30(8)：5-9

Research on key technologies of passive coherent location system

Wu Hao, Ning Yong, Bo Chao

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Aiming at the problem of aerial high value target detection, the signal model of passive coherent location system is given whose key technologies are summarized. The research can be applied to non-cooperative detection and location system in radio silence and make the air-defense system more perfect through fusing with multi-sensors of electronic reconnaissance system.

detection; electromagnetic silence; situation judgment

2016-06-20;2017-07-25修回。

吴昊(1985-)，男，博士，主要研究方向为航天电子侦察技术。

TJ76;TN972

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