识别二次雷达自适应抗干扰措施研究

康振梅

(中国西南电子技术研究所，成都 610036)

0 引 言

识别二次雷达设备为敌我双方交战时用于分辨敌方、友方的一种特殊设备，要求反应灵敏、应答准确。如果询问、应答设备被电磁信号干扰，不能及时正确地询问、应答，影响了火控设备对敌我方的判断，很容易造成战场误伤或贻误战机。传统的识别二次雷达系统应答设备采用全向天线接收、全向天线应答发射,在全向接收询问信号的同时也会接收到外部干扰信号，影响应答设备正常工作。全向发射的应答信号也易被截获/转发，还会造成对周边其他询问平台信号占据或串扰干扰。询问、应答任意一方受影响都会造成功能失效。本文从分析系统内外干扰入手，针对干扰及信号被截获转发后对系统影响，提出一种合理有效的措施以提高识别二次雷达系统对抗内外干扰的能力。

1 系统干扰分析

识别二次雷达系统在战场环境下会受到系统内外干扰信号影响而降低使用效能。常见的干扰方式有敌方有意大功率压制干扰、扫频式干扰、占据式干扰、截获转发欺骗干扰、系统内部串扰等等。

大功率压制干扰及扫频式干扰采用大功率发射机对应答设备实施干扰，在一定作用距离范围内导致应答设备处于接收饱和状态，不能正常响应我方询问平台给出既定的应答信号，应答设备所处平台被误判为敌方或不明，在严酷激烈的战场环境中我方误伤摧毁的概率高。

占据式干扰是敌方在截获到我方询问平台的询问信号后，在短时间内以极高的重复频率转发，使干扰范围内的应答设备被占据，应答设备在完成限定次数的应答处理后则对我方平台的询问不予应答，功能失效。

应答设备收到干扰机询问信号后无法判别是否己方询问，会应答发射大量应答信号，造成对我方询问平台的串扰，降低我方询问平台的识别检测概率，从而导致对我方多个平台设备的识别错误。应答设备在对高重复频率的干扰询问信号应答时会暴露自身平台的信息，易被敌方平台检测识别进而被摧毁，丧失生存战斗能力。图1为占据干扰及串扰战场示意图。

截获转发欺骗干扰是指在敌我双方交战过程中，采用全向天线的应答设备用于响应我方询问的应答信号不仅被己方询问设备接收，也被敌方平台侦收设备截获。截获的应答信号在加密时隙内可被直接转发用于响应我方询问设备的询问，造成对敌方目标的误判，认敌为友，贻误对敌机的火力打击，如图2所示。

2 应答设备自适应波束设计

传统的识别二次雷达应答设备采用单一信道的全向天线，在全向接收询问信号时无法抑制外部空间固定方位压制、占据干扰，也不能根据询问平台方位自适应定向应答。针对以上问题本文提出了一种采用小型相控阵天线的应答设备，采用阵列信号DOA估计技术、自适应滤波及自适应波束形成定向应答技术实现对干扰信号的抑制，同时降低了应答信号被截获转发的概率，提升了系统抗干扰性能。

2.1 设计思路

针对空间固定方位压制干扰和高频次的欺骗询问信号，应答设备可以用接收波束自适应滤波技术在干扰方向形成零深，抑制干扰信号，应答设备可以继续接收处理其他方位的询问信号，提升了应答设备的生存能力。为降低应答信号被截获概率，应答设备可根据阵列信号DOA估计得到的询问来波方位进行自适应调整发射波束，自适应形成特定波束指向询问方应答发射，大大降低其他方位敌方平台截获应答信号的概率。系统原理框图如图3所示。

2.2 系统组成

识别应答设备是被动响应设备，需快速实时响应询问方的询问给出应答信号，确保我方平台的正确识别。为确保应答设备的实时性要求，应答设备应采用独立天线、信道和信号处理单元。结合平台实际安装要求，本方案中天线采用空间占用相对小的8阵元圆环数字相控阵天线，覆盖360°全方位。

自适应抗干扰应答设备分为天线及处理主机两部分。处理主机实现综合控制、自适应波束控制、信号处理等功能。天线由天线辐射单元、T/R组件及数字收发模块组成。处理主机的自适应处理单元根据天线接收的空间信号自适应调整波束参数，实现系统抗干扰及辐射隐蔽效果。图4为设备组成框图。

2.3 系统工作原理流程

识别二次雷达应答设备工作流程如图5所示。

2.3.1 干扰抑制

如果空间有干扰时分为两种情况：

(1) 干扰信号方向与询问来波方向一致，则干扰信号势必影响对询问信号的正确解码。但是，该情况基本不会出现，敌方和我方平台不会来自同一方位，该情况不予分析。

(2) 干扰信号与询问信号方向不一致，则天线接收的信号经下变频送至DBF模块进行比幅测向。当收到的信号特征被判别为干扰信号后，则DBF根据干扰来波方向进行自适应加权。方向图在干扰方位形成波束零深，对干扰信号进行抑制，保证其他方位询问信号能够正常接收处理。应答设备在接收询问信号时自适应干扰抑制工作示意图如图6所示。

2.3.2 自适应波束定向应答

应答设备常态处于接收状态。天线辐射单元接收全方位空间信号，经T/R组件下变频至中频后送数字收发模块进行采样、滤波，经电-光转换后通过光纤通道送至舱内转换为电信号后进行自适应波束形成处理，为每路信号加权获取全向信号进行询问信号解码处理。同时，对收到的8路信号进行DOA测向获取询问信号来波方向；在询问译码成功后信号处理进行应答编码，自适应DBF模块根据询问信号方位及询问信号能量信息进行自适应功率控制和自适应波束加权。加权后的基带信号上变频后经天线辐射后空间合成为定向应答波束。此时应答信号波束指向询问来波方向，应答信号功率根据询问平台参数自适应调整，其他方位平台及敌方侦收干扰设备收到的应答信号概率大大降低，减少了对我方平台系统内部干扰，降低了被侦收截获的概率。

本文中应答设备装于舰载平台，在对来自45°方位的海面或空中询问信号进行应答时，其应答发射波束形成示意图见图7。图中阴影区域为应答发射波束合成使用的天线单元。

存在干扰的方位一般有敌方平台存在。为防止旁瓣辐射信号被敌方侦收，根据战场实际应用优化应答波束同时在干扰方位形成零深，可进一步降低应答信号被敌方截获后实施欺骗干扰的概率。应答波束自适应指向询问方也降低了信号在应答波束外其他方位被侦收截获的概率，降低了对我方其他询问平台异步干扰的影响。

以8阵元圆环天线为例，询问机相对于应答机的方位角为90°，干扰方向为25°和150°。利用空域自适应波束形成技术形成的波束零深和定向应答波束的仿真结果如图8。

3 效能分析

为定性定量分析系统的低截获概率，根据施里海尔(Schleher)提出的截获因子α的概念：

(1)

其中，Ri为截获平台接收机的最大侦收检测距离，侦收机的参数是未知不可改变的，故假定Ri一定；Rr为雷达最大探测作用距离。根据自由空间中雷达探测距离方程：

(2)

其中，Gt为雷达发射天线增益，Gr为雷达接收天线增益，Et为雷达发射功率，λ为雷达发射波长。由此可见截获因子与雷达发射天线增益、雷达发射功率的四次方根成反比，即雷达天线主瓣增益越大，旁瓣增益越小，发射功率越小，截获因子越小。

本文给出的实现方案中采用了8阵元天线，形成的干扰抑制波束凹陷和应答发射波束将近40°，还未达到精准的波束指向。可根据平台安装条件增加应答设备天线阵元和收发信道数量。自适应形成的应答波束干扰零陷更深，指向询问机的主瓣波束更窄。自适应调整应答发射功率可进一步改善低截获性能、提高抗干扰能力。本文通过类比法分析自适应波束技术的应答设备辐射隐蔽，低截获性能。

假设采用传统全向天线波束增益为G1，自适应定向应答波束增益为G2，全向天线辐射至空间总能量为

定向应答天线辐射至空间总能量为

由图9中可见，E1远大于E2，采用自适应定向波束应答技术可有效提高系统低截获性能。

4 结束语

采用本文设计的自适应抗干扰应答设备，通过自适应接收波束零深设计，可有效实现对定向压制占据干扰的抑制，实现对我方平台询问的有效应答。通过自适应调整应答信号发射功率及定向波束发射应答信号，可降低应答信号被截获的概率，减少转发欺骗应答对系统工作影响，从而提高二次雷达系统抗干扰性能，提高目标敌我属性判断的正确性，提升设备作战效能。