雷达低截获波形抗主瓣干扰技术研究与试验

晏艺翡 苏军海 李英军

(中国电子科技集团公司第二十研究所 西安 710068)

0 引言

随着作战装备类型的不断丰富和电子战装备水平的不断提升，战场复杂电磁环境已贯穿于陆、海、空、天、网多维作战空间的全过程，其电磁信号主要呈现出能量密集、种类繁多、动态变化等特点。面对如此复杂多变的战场电磁环境，雷达装备为了准确定位目标、提高防空预警能力，同时降低自身的可截获概率，也迫切需要提高其抗干扰性能。

在实际作战场景中，主瓣干扰广泛存在且威胁巨大。以典型的防空作战场景为例，进攻方参与突防电子干扰的力量包括：电子战飞机远程支援式干扰、突防飞机随队干扰、弹载自卫转发式干扰及随队干扰等方式，用于干扰不同功能的雷达。目标搜索指示雷达面临着远距离支援噪声压制干扰、相参压制式干扰、复合干扰等影响，使雷达距离探测性能下降，目标预警时间缩短，检测性能恶化；跟踪雷达面临着密集假目标干扰、速度/距离拖引欺骗式干扰等影响，将使目标跟踪与射击诸元测量精度恶化，破坏火控系统发射拦截弹的条件和制导信息。这些典型的干扰形式大多可直接作用于雷达的波束主瓣内，对雷达造成致命威胁。更严重的是，近年来基于数字射频存储器(DRFM)的干扰机可以做到快速转发、快速测频，对火控雷达的威胁急剧提升。这也就意味着一旦承担近区防空任务的火控雷达被干扰而失去作战效能，我方装备和人员都将被置于极度危险的境地。因此，雷达的主瓣抗干扰能力已成为确保雷达战场生存及探测性能的决定性因素。

已有的典型主瓣抗干扰方法常采用设计窄凹陷的空域滤波器的方法，如：子空间投影法[1]、阻塞矩阵法[2]。但在实际工程中，阻塞矩阵法需要提前预估干扰的来波方向，子空间投影法需要估计杂波协方差矩阵且对矩阵进行特征分解。因此，先验估计的准确性对后续的对消影响巨大，同时即使估计较为准确，空域滤波的方法也会造成波束主瓣能量的严重折损。

本文的主体思路依托于雷达与电子干扰的动态博弈过程，一方面结合雷达的工作特点、干扰机的工作原理对雷达工作时序、工作模式、发射波形等进行多域联合优化设计；另一方面基于环境感知获取当前电磁环境下的干扰信号分布，结合干扰威胁等级判断，选择干扰信号能量薄弱的频段发射低截获概率波形，以此实现雷达对干扰的主动防御。从而构建了一个从电磁环境侦察感知[3]、干扰信息获取、抗干扰策略调度到多域联合捷变波形设计与产生，直至复杂波形信号与数据的雷达抗干扰工作闭环，其总体思路如图1所示。

图1 动态分集波形抗主瓣干扰技术系统工作流程图

基于上述设计思路，首先从理论分析的角度，通过仿真试验分别对干扰信息的获取、测量、分类方法；低截获波形[4]的多域均衡参数设计；基于复杂捷变波形的杂波抑制及全相参信号处理方法进行了详细的仿真分析，如图2所示。确定了技术路径，得出了算法稳定性的边界条件。

图2 多域联合优化低截获波形抗主瓣干扰技术算法及软件设计集

1 干扰信息获取

1.1 干扰信号侦察

为提高雷达抗干扰过程中采用策略的针对性和有效性，必须能有效获取雷达当前工作带宽内的干扰环境信息。针对防御雷达的工作特性，拟采用宽带信道化接收技术对超宽频带范围内的信号进行侦察接收，如图3所示将侦察的频率范围划分为若干个子信道，同时以μs量级作为处理周期对每个子频带进行信号的信号带宽、信号时宽、峰值功率和峰值时间等参数的连续测量。最终利用各子频带的参数测量结果进行子带间特征融合，借助“参数决策树分类器”获取干扰的分类[5]。此外，为了使雷达在与干扰机博弈的过程中占据主动地位，要求其能够估计出干扰机的侦收时间窗并做出标记和预测。宽带实时干扰环境感知的结果为本项目后续工作的开展奠定了基础，并在很大程度上影响了抗干扰决策以及雷达整体抗干扰性能。

图3 侦察分系统原理框图

1.2 抗干扰决策

在获取干扰的类型及主要参数(带宽，中心频率等)之后，决策模块就可以根据干扰感知信息对雷达所使用的发射波形进行选择调度。基于宽带侦察通道干扰侦测分析结果，同时充分利用雷达超宽带和中高重频特性，针对不同干扰样式(阻塞式、扫频式、瞄频式、切片转发以及密集假目标干扰等)及干扰机工作模式制定了一套自适应抗干扰决策方法：

当判定干扰机处于干扰状态时，雷达会在干扰机工作频段内发射诱饵信号，以延长其反应时间，同时在每个诱饵脉冲之后设置“真实”工作脉冲，其工作频率与诱饵信号频率间隔较大，且“真实”工作脉冲为脉间频率/码域分集形式。

2 波形参数优选及产生

建立一套完备的分集波形库，是该系统充分发挥时/频/空/码域联合捷变动态波形调度抗干扰的前提。结合海用防御雷达的平台特点及干扰机的工作原理，充分利用雷达信号的多维度资源，从时域、频域、空域、码域等维度加大雷达发射波形的分集自由度[6]，同时通过仿真定量分析发射波形带宽/时宽/重频/积累周期的制约关系，设计兼具干扰对抗、杂波和多路径抑制、目标跟踪能力的多类别复杂波形集合。

图4 分集波形库设计原则

具体而言，多域联合捷变波形[7]的设计具备很好的灵活性，具体体现在以下方面：

1)时域：一方面考虑基于雷达目标探测需求决定雷达的工作体制(LFM或PD)及波形时序参数(PRF、脉宽、脉冲个数等)；另一方面还可以考虑调频斜路非线性变化等的时域调制方式。

2)频域：脉间捷变频甚至脉内分块捷变频。

3)码域：脉内随机相位编码。

4)空域：极化散射特性、空域滤波器。

3 多域捷变波形信号处理

对于上述波形的信号处理，应重点考虑非线性调频脉压、随机相位编码多普勒容限、空域滤波需先估计干扰来向，脉间捷变频稀疏反演运算量巨大等实际问题，除此之外，还需密切围绕海用作战环境，充分考虑海杂波带来的挑战。

针对上述信号处理面临的问题，本文提出了一种针对海用防御雷达的干扰环境目标快速跟踪方法：

首先结合多域捷变波形的特点构建完备的海杂波特征空间，用于强杂波的对消和抑制；进而结合矩阵化参数匹配的思想，估计出目标的相位偏移及目标参数，进而得到目标回波的相位补偿矢量，最终完成全相参积累。信号处理算法[8]的核心思想如图5所示。

图5 分集波形全相参算法主体思路

图6和图7展示了脉间频率+编码捷变波形的相参处理仿真过程和结果，从图中可以看出该算法可以实现编码的压缩和脉间捷变频波形的相参积累以及目标检测。

图6 有杂波下的目标二维搜索仿真结果图

图7 杂波抑制后相参积累

在完成相参积累、目标检测等处理后，以此获得目标的距离和速度信息。进一步，目标点迹结果被送入数据处理分系统，由数据处理分系统完成目标点迹跟踪。

4 样机搭建及试验

为验证多域联合捷变波形抗主瓣干扰闭环设计方法的有效性，以总体方案及各分模块的研制为基础，搭建了侦察模块、波形产生模块、信号处理组合，并将这些新模块用于一套现有防御雷达样机的改造，构建了抗干扰雷达原理实验样机，如图8所示。

图8 整机搭建款图

在分机调试和整机调试完成之后，借助无人机载干扰机充当目标及干扰源1，车载电子干扰吊舱为干扰源2搭建试验环境，如图9所示。

图9 抗干扰试验搭建示意图

利用上述样机试验，完成了有源干扰条件下的分集波形的目标检测验证。无人机载干扰机及车载电子干扰吊舱可同时释放不同类型的主瓣干扰，包括：窄带瞄频、宽带阻塞、扫频噪声、切片转发、密集假目标、密集卷积干扰。

图10中显示了无人机载干扰机及机载电子对抗靶标(车载)分别释放切片转发及窄带瞄频干扰时，显示界面的瞬态结果；其中，切片转发式干扰的起始频率与终止频率测量结果显示在界面上，峰值功率为35个系统功率单元；窄带瞄频干扰的起始频率为与终止频率显示在界面上，峰值功率为53个系统功率单元。且从显示界面的左面柱状图亦可直观看出两个干扰的类型、所处频带、能量大小的分布。同时可实时显示了抗干扰决策功能模块依据侦查模块测得到干扰信息决策出的雷达下一帧工作模式、重频、波形跳频图案、掩护脉冲的频点等信息。如图10中下一帧的重频选择9.4μs、选择工作模式5、起始频点为1号射频频点、跳频序列选用13号序列、掩护脉冲频点均为6号射频频点。也给出了决策出该帧的下一帧抗干扰策略结果所需的时间，为1.31ms，达到快速决策的要求。

图10 试验结果图——干扰信息获取及抗干扰决策结果

图11展示了显控界面上实时变换的目标跟踪结果。包括目标距离、速度、方位角度、俯仰角度即目标四维参数。

图11 试验结果图——干扰环境下目标跟踪结果

5 结束语

本文对一套抗干扰改造样机的设计方法及样机验证结果进行了总体性的论述。开创性地从基于环境反馈的动态低截获波形调度角度出发，突破多域联合捷变波形参数优选及产生技术、干扰环境感知技术，编码捷变频信号快速全相参信号处理技术，最终实现干扰的快速分类、规避，进一步在实现杂波抑制的处理下实现目标的快速检测与稳定跟踪。同时，也以自适应闭环的抗干扰策略决策为智能抗干扰[9]的初步实践手段，为日后的决策树优化和基于干扰小样本的快速决策技术奠定了基础。