基于辅助天线的变极化干扰对消算法研究*

杨 忠,白渭雄,付孝龙,江孟惠

(1 空军工程大学防空反导学院,西安 710051; 2 94746部队,南昌 330000)

基于辅助天线的变极化干扰对消算法研究*

杨 忠1,白渭雄1,付孝龙1,江孟惠2

(1 空军工程大学防空反导学院,西安 710051; 2 94746部队,南昌 330000)

针对雷达无法对抗变极化干扰的问题,提出了构建全极化辅助天线提取干扰极化状态,从而实现极化对消的方法。分析了快变极化干扰的接收问题,并建立模型,理论推导了对慢变极化干扰的对消算法。仿真结果表明,该算法对慢变极化干扰可取得较好的效果。随着极化变化速度的加快,其干扰效果类似噪声压制干扰,故无法准确提取干扰的极化状态,难以实现对消。

快变极化;慢变极化;极化对消;抗干扰

0 引言

极化作为电磁波在空域、时域和频域之外的第四维特征,其应用也在日趋广泛。在天线不具备变极化能力之前,为了保证干扰机对不同极化雷达的适用性,干扰机一般选用圆极化或45°线极化。随着雷达变极化能力和极化滤波技术的发展,对固定极化干扰的对抗效果已经有了显著提升[1]。而变极化干扰以其对天线探测性能的特殊影响[2-3]得以快速发展。由于干扰极化信息的变化,使常规的极化滤波算法[4-5]因不能及时更新干扰极化权值,从而无法工作[6]。变极化干扰和噪声压制干扰相结合[7],使得普通雷达无法对抗,压缩目标发现距离;和转发式干扰相结合[6],会使雷达产生类似噪声的假目标,降低目标检测概率。

1 变极化干扰原理分析

由极化理论可知,任何一种极化都可以分解为两个相互正交的线极化波之和,如最一般情况下的椭圆极化波,其电场分量方程如下:

(1)

可见,椭圆极化波可分解为两个线极化波,其电场矢量方程如下:

(2)

变极化干扰,就是指干扰机将干扰信号通过功率分配网络进行分路调幅,再分别进入移相网络进行调相,而后通过两个极化正交的单极化天线将信号辐射出去,在空中进行极化合成。

图1 变极化干扰机原理组成框图

2 变极化干扰样式

2.1 快变极化干扰

(3)

(4)

Jun=J‖+J⊥

(5)

式中:

由此可知,快变极化干扰的干扰效果类似于噪声压制干扰,且存在一半的功率损失。此时无法实现干扰极化对消。

2.2 慢变极化干扰

慢变极化干扰是指干扰的极化变换周期相对于雷达探测周期缓慢变化,一般认为干扰极化在单个PRI持续时间内不起伏[9-10]。由于雷达发射信号的脉冲重复周期一般远大于脉冲宽度,因而根据雷达探测周期,可选用大于回波最大延时时间到下一探测脉冲发射时刻,记为T1。因此,在T1时间内,将只有干扰信号的存在[11]。基于此,可构建全极化辅助天线[12],取出干扰信号的水平极化分量EH和垂直极化分量EV,在T1时计算干扰的极化比ρJ,而后可在雷达工作期T2内实现极化对消。雷达工作时序如图2所示。

图2 雷达干扰对消时序图

其中T为脉冲重复周期,T1为权值计算时间,T2为对消时间。

3 构建数学模型

es(t)=Ks·S·hr·s(t)

(6)

eJ(t)=KJ·hJ·J(t)

(7)

所以在T1时间内,主天线接收信号为:

(8)

辅助天线接收信号为:

在T2时间内,主天线接收信号为:

(11)

辅助天线接收信号为:

在T1时间内计算干扰的极化度:

(14)

在T2时间内进行干扰的极化对消运算:

(15)

由式(15)可知,对消后输出信号中消除了干扰信号,目标回波能量不受影响,但引入了噪声。在强干信比的情况下,此方法是有效的。

4 仿真分析

图3 慢变极化状态下干扰对消输出

图4 干扰极化变换速度对对消结果的影响

图5 快变极化干扰与压制噪声干扰的功率比值

由仿真结果可知:

1)在慢变极化干扰下,主天线中的干扰分量可被完全对消,验证了算法的有效性。图3中,主天线为垂直极化,干扰是由水平极化开始变化,故在起始段干扰信号作用不明显。

2)随着干扰极化变化速度的加快,由T1到T2的时延导致对干扰极化估计的偏差量将无法忽略,对消结果越来越差。

3)对消结果中会周期性的出现使干扰增强的结果,且其周期也在缩短。因为时延量的存在使得在某些特殊时刻,计算出的对消权系数反而会使干扰增强;但因极化变换速度的增大,其持续时间也在不断缩短。

4)当极化变换周期变换到一定程度后,即所谓快变极化干扰,此时将无法实现干扰对消。与相同条件下的噪声压制干扰比较可以发现(图5),快变极化干扰的干扰效果类似于噪声压制干扰。

5 结束语

文中对快变极化干扰效果给出了证明,对慢变极化干扰提出了构建全极化辅助天线实现极化对消的方法。通过仿真分析,不仅验证了算法的有效性,也给出了干扰极化变换速度对干扰效果的影响趋势。文中对变极化干扰及对抗领域的工程实现具有一定的指导意义。

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ResearchonVariablePolarizationInterferenceCancellationAlgorithmBasedonAuxiliaryAntenna

YANG Zhong1,BAI Weixiong1,FU Xiaolong1,JIANG Menghui2

(1 Air and Missile Defense College,Air Force Engineering University,Xi’an 710051,China; 2 No.94746 Unit,Nanchang 330000,China)

Considering the fact that radar could not resist variable polarization interference,a method was proposed to extract interference polarization state by constructing fully polarized auxiliary antenna to realize the polarization cancellation.The reception problem of fast varying polarization interference was analyzed,and the model was established,then the cancellation algorithm of slowly varying polarization interference was derived theoretically.The simulation results showed that the proposed algorithm could achieve good effect on slowly varying polarization interference.With the increase of the polarization speed,the jamming effect was similar to the noise suppression interference,so it could not extract the polarization state of the interference accurately,and it was difficult to realize the cancellation.

fast varying polarization; slowly varying polarization; polarization cancellation; antiinterference

10.15892/j.cnki.djzdxb.2017.02.038

2016-04-11

杨忠(1991-),男,安徽阜阳人,硕士研究生,研究方向:信息对抗理论与技术。

TN957

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