基于雷达回波数据的箔条杂波特性提取与应用研究∗

（中国人民解放军91336部队 秦皇岛 066000）

1 引言

箔条干扰是反舰导弹作战过程中面临的一种常见干扰手段。装备试验鉴定工作中，箔条干扰既是反舰导弹末制导雷达抗干扰试验项目，又是舰艇电子对抗反导作战试验的必要环节，箔条干扰对抗过程成为反舰导弹攻防对抗作战研究的热点和焦点［1～2］。受限于外场试验组织难度大、成本高、时间周期长等因素，反舰导弹末制导雷达抗箔条干扰试验样本数通常较小，难以直接满足装备试验需求。

仿真试验是外场试验一种有益的补充手段，但可信度问题是仿真试验手段推广应用过程中面临的主要障碍。随着高速数据采集技术的不断成熟和发展，工程上已经开始应用于采集雷达中频回波数据［3］。雷达中频回波数据，包含目标及干扰在时域、空域、频域、能域的多维信息，通过适当处理可以较为全面地描述目标及干扰特性。基于这一思路，本文针对箔条干扰动态变化过程的仿真建模问题，对真实试验过程采集的原始雷达回波数据进行分析处理，形成一种基于多散射中心的箔条杂波描述方法，可支撑外场实测数据的逼真回放，提高仿真试验结果可信度。

2 雷达信号处理及特征提取

在反舰导弹末制导雷达抗箔条干扰试验中，雷达回波高速数据采集设备一般同时录取雷达发射信号、和路回波信号、方位（俯仰）差路回波信号。其中，发射信号作为参考信号，支撑回波信号的脉冲压缩处理；和路回波信号经过脉冲压缩和相参积累处理后，可检测目标距离、多普勒（径向速度）信息；和路、差路回波共同用于目标角度信息测量。雷达回波信号处理原理框图如图1所示。

图1 雷达回波信号处理原理框图

2.1 脉冲压缩［4～5］

在现代相参雷达信号处理中，不仅需要雷达信号的幅度信息，还需要准确的相位信息。零中频复数信号可以完整描述雷达信号的幅度信息和相位信息，工程上通常采用正交相位检波获得雷达信号的同相分量xI(t)和正交分量xQ(t)，它们共同构成零中频复数信号

式中，a(t)表示信号幅度，φ(t)表示信号相位。

通过零中频复数信号表示雷达信号，可以方便描述雷达信号处理的各个环节。

脉冲压缩处理，本质上就是将一个具有非线性相位谱特性的大时宽带宽积信号通过一个匹配滤波器，该滤波器的相频特性与输入信号实现相位共轭匹配，使得输出信号信噪比最大化。实现脉冲压缩可以在时域进行，也可以在频域进行。其中频域数字脉冲压缩可以利用离散傅里叶变换的快速算法（FFT和IFFT）提高运算效率，工程中被广泛应用。频域脉冲压缩算法可简述如下。

设零中频雷达回波信号为si(n)，匹配滤波器脉冲响应为h(n)，那么滤波器输出就是二者的卷积：

变换到频域，则可表示为

而滤波器传递函数H(k)可通过雷达发射信号频谱S(k)的复共轭获得。工程上，频域脉冲压缩方法可由图2描述。

实际应用中，由于信号本身的特性影响，或者工程上的非理想实现，都会造成脉冲压缩距离副瓣较高，通常采用多种副瓣抑制滤波器进行失配处理，降低副瓣。

2.2 相参积累

多个脉冲周期的信号积累分为相参积累和非相参积累两种。相参积累是对中频信号或者在零中频对信号复包络进行的，M个幅度相等的中频脉冲信号同相相加，输出脉冲幅度将增加M倍，相应的脉冲功率增加M2倍，而噪声是随机的，M个独立同分布的随机噪声脉冲相加的结果是噪声功率增加M倍，所以相参积累的结果使输出信噪比改善M倍［4］。

图2 频域脉冲压缩原理框图

相参脉冲串的相参积累，可以通过离散傅里叶变换实现。设雷达每个探测周期从发射同步脉冲开始将处理全程分为N个距离单元，则相邻M个探测周期的接收信号构成M×N的数据矩阵，将第n个距离单元、相邻M个探测周期的脉冲串信号xn(m)(0≤m≤M-1)做L≥M点离散傅里叶变换，即

就实现了第n个距离单元、相邻M个探测周期脉冲串信号的相参积累。采用同样处理方法，可以实现全程各距离单元脉冲串信号的相参积累。

以某末制导雷达跟踪海面单个舰船目标为例，脉冲压缩及相参积累典型结果如图3所示。

图3 雷达回波信号处理结果

完成相参积累后，可以在距离—多普勒二维平面上确定目标位置（幅度较大的位置），目标所处距离单元坐标反映目标与末制导雷达之间的距离；目标所处多普勒单元坐标则反映目标与末制导雷达之间的径向速度。因此，对相参积累结果进行幅度检波，就能够同时得到目标的距离、径向速度和回波幅度信息［6］。

3 角度信息提取［7～9］

对于和、差式单脉冲测角体制的末制导雷达，通过雷达回波和路信号、差路信号的归一化处理，就可以得到角误差信号。角误差信号反映了目标相对雷达天线轴的方位（俯仰）角。由于方位角和俯仰角的提取方法一致，不失一般性，本文以方位角为例介绍测角原理。

振幅和差式测角原理是在同一角平面内发射两个相同但部分重叠的波束，将其接收信号进行和差处理。如果目标处于两波束的重叠方向（称为等信号方向），则两波束收到的信号强度相同，否则一个波束收到的信号强于另一波束收到的信号。单脉冲和差比幅测角公式为

其中，δ为角误差，Σ和Δ分别为和、差信号的幅度，φ为和、差信号的相位差。在理想的单脉冲系统中，Δ、Σ两个矢量之间的相位差为0°或180°，二者形成的单脉冲复比只有实部。然而在实际系统中，由于噪声、干扰等诸多因素的影响，使得单脉冲复比可能同时具有实部和虚部。为了解决这一问题，工程上通常对单脉冲复比进行取实部处理。

将复比表示成I、Q形式，即

则和、差单脉冲复比的实部可表示为

式中，Δ*、Σ*分别表示Δ、Σ的复共轭。

通过对每一强散射点进行角度测量，就可以在三维空间完整描述箔条位置、姿态及散射特性的变化过程。以某次箔条干扰为例，通过数据处理可得如图4所示的箔条散射中心分布情况。

对于一组脉冲串回波信号，通过雷达回波信号处理以及和差单脉冲测角处理，就可以得到箔条多个散射中心的完整描述。在时间上连续处理多组雷达回波数据，就可以得到箔条多散射中心的动态变化时间序列，实现了时域上的过程描述。

图4 箔条及舰船多散射中心分布图

4 应用方向分析

完整的箔条多散射中心模型，可以支撑反舰导弹攻防对抗过程相关理论研究和作战仿真推演［10～12］，具体可以确定以下应用方向。

1）干扰对抗效果深度分析评估。传统试验评估仅使用末制导雷达输出的行为信息，事实上是忽略了单次试验过程中诸多宝贵的试验信息，因而评估不够深入，知其然而不知其所以然。通过回波数据提取箔条杂波和目标回波的对比关系，可以清晰地复现末制导雷达工作过程，有助于准确把握末制导雷达信息处理流程中各个环节对整体抗干扰能力的贡献度，实现对末制导雷达抗干扰能力更加全面、客观的综合评估。另一方面，对于箔条干扰实施方，可以通过分析准确把握干扰战术意图的实现程度，从而为优化战术使用奠定基础。

2）作战试验推演。常规的末制导雷达试验以岸基架设和船载动态为主，试验过程中末制导雷达与目标舰船的相对距离变化不大，而实际导弹作战是快速逼近目标的动态过程，因而需要将试验结果推演到反舰导弹动态逼近过程。通过箔条干扰过程的建模描述，就可以支撑开展相同入射角条件下的动态推演。随着试验数据样本的增加，还可以进一步提炼形成经验模型，准确描述不同入射角、不同自然环境条件下的箔条干扰过程，支撑大样本的作战试验推演和战法研究。

3）等效替代试验。在末制导雷达方面，可以将箔条干扰模型（或数据）直接注入同频段的其它雷达装备，检验其信息处理能力、抗干扰能力。在舰艇反导方面，可以将舰船目标多散射点替换为其他舰艇的一维距离像，模拟试验该舰艇实施箔条干扰后的自我保护能力。

5 结语

以试验记录的原始雷达回波数据为基础，通过雷达信号处理提炼形成箔条杂波多散射中心模型，可以实现对箔条干扰过程的完整描述，有效支撑干扰对抗作战过程分析推演的多项相关研究内容。随着雷达技术的发展，极化信息开始用于末制导雷达抗干扰，下一步可以将极化信息补充到模型描述中，实现更加完善的箔条干扰过程描述，支撑仿真试验推演。