基于频率波形分集的近程雷达组网干扰抑制策略

尹伟 洪永彬 鲁振兴

摘  要：随着无人机威胁的逐渐增大，利用传统中远程雷达完成城市、山地等复杂地形区域无人机探测所需代价极高。利用近程雷达组网完成区域覆盖成为一个重要技术方向，然而大量雷达组网的实现还需要解决雷达间的互相干扰问题。文章介绍了雷达组网的蜂窝分布模型与干扰信号形式，然后提出综合采用频率分集、波形分集与信道抑制的干扰抑制策略，对不同等效距离的干扰进行抑制，并给出了典型参数下干扰抑制策略分析。

关键词：雷达组网;干扰抑制;频率分集;波形分集

中图分类号：TN957.51      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）05-0090-03

Interference Suppression Strategy for Short Range Radar Network Based on Frequency Waveform Diversity

YIN Wei，HONG Yongbin，LU Zhenxing

（The 54th Research Institute of CETC，Shijiazhuang  050081，China）

Abstract：With the increasing threat of unmanned aerial vehicles（UAV），the traditional medium and long range radar has a high cost for UAV detection in complex terrain areas such as cities and mountains. It is an important technical direction to use the short-range radar network to complete the area coverage. However，the mutual interference between radars needs to be solved for the realization of a large number of radar network. This paper introduces the cellular distribution model of radar network and the form of jamming signal，and then puts forward the jamming suppression strategy of combining frequency diversity，waveform diversity and channel suppression to suppress the jamming of different equivalent distances，and gives the analysis of jamming suppression strategy under typical parameters.

Keywords：radar network;interference suppression;frequency diversity;waveform diversity

0  引  言

隨着无人机技术的发展，无人机对城市、山地等复杂地理环境下的重要目标的威胁也逐渐增强[1，2]。而大型雷达在上述环境中对无人机等低空目标进行空域覆盖与有效探测的费效比极低，利用日渐成熟的小型雷达进行组网探测成为一种极为经济的选择。然而，小型雷达作用距离有限，覆盖大范围区域需要大量雷达组网，雷达易产生互相干扰。

本文基于大型雷达干扰抑制的经验进行了小型雷达组网干扰抑制策略研究。首先介绍了雷达组网的蜂窝分布模型，然后分析了雷达组网干扰的形式。基于上述分布模型与干扰形式，进行了干扰抑制策略的研究，综合考虑了频率分集、波形分集与信号抑制等多种手段，并基于典型的雷达性能进行了干扰抑制分析。

1  雷达组网与组网干扰

1.1  雷达组网

用于进行干扰分析的雷达组网形式可以参考通信领域的蜂窝组网模型。蜂窝组网模型包括中心激励与定点激励两种形式。中心激励形式下，站点部署于正六边形的中心，每个站点采用全向天线完成作业范围的覆盖;顶点激励形式下，站点部署于正六边形的互相间隔的三个顶点上，每个站点采用三个120°定向天线系统实现圆形作用范围的完全覆盖[3]。两种方式下，布站间距结构完全相同，主要差别在于天线照射的方式上，为了便于分析，采用中心激励方式。定义站点的作用范围半径为R，则相邻站点的间距为R，单个站点的覆盖面积（六边形）可以表示为：

（1）

为了减少相邻站点的同频干扰，蜂窝组网通常还采用频率复用的方式，将使用不同频率的小区组成区群，然后通过区群的复制完成更广区域的覆盖，区群可以保证实现相邻区群的同频小区间的距离是一样的。

若雷达作用距离为2 km，作用高度低于1 km，则雷达在1 km高度上的作用半径最短，为R= km。根据蜂窝组网形式，雷达组网站点间距为d=R=3 km，单个雷达站点可以覆盖的区域面积为A=4.5≈7.79 km2。以北京市区为例，北京市四环内区域面积约为17.5 km×17.5 km≈306 km2，需要约39个雷达站点;五环内区域面积约为25 km×25 km≈625 km2，全部覆盖需要约80个雷达站点;六环内区域面积约为47 km×47 km≈2 200 km2，全部覆盖需要约283个雷达站点。

1.2  雷达组网干扰

根据干扰雷达与接收雷达频率的异同，雷达组网条件下的干扰可以分为同频干扰与异频干扰。根据雷达重复周期的差异，同频干扰又可分为同频同步干扰和同频异步干扰，同频同步干扰反映在雷达显示屏上的干扰画面为占有一定宽度的同心圆或缓慢移动的螺旋形，而同频异步干扰在雷达显示器上的画面为向外扩展的花瓣[4]。通常认为，同频干扰强度大于异频干扰强度，同步干扰强度大于异步干扰强度。因此在雷达组网抑制中需要尽量将同频、同步干扰分别转换为异频、异步干扰。

1.3  等效干扰距离分析

单站雷达中，雷达发射信号经过目标反射后返回雷达接收机，经过距离压缩处理后，在目标距离处形成较高的信号强度。而在雷达组网中，来自其他雷达的信号直接到达或经过目标反射到达接收雷达后，经过距离压缩，在一个等效干扰距离上形成干扰信号。根据以上基本原理，分析雷达干扰信号所在的等效干扰距离特性，可以为后续的雷达组网干扰抑制策略制定提供理论支撑。

仿真蜂窝组网形式的雷达站点分布。选取中心位置站点为第0组雷达，按照与中心站点的位置差距将其他站点进行排序分组，组内的站点与中心站点的距离相同。则在25 km×25 km范围内存在14组雷达站点，如图1所示。

基于以上雷达分组，分析雷达组网条件下的反射波干扰信号距离。设定第0组雷达为发射/接收雷达，第1～14组雷达为发射雷达，设定目标位于以第0组雷达为中心的25 km×25 km的区域内，分析不同组的发射雷达的发射信号经过目标反射后达到接收雷达的等效距离，即等效干扰距离，结果如表1所示。

2  雷达组网干扰抑制策略

目前，针对雷达组网干扰可以采用的技术手段包括：雷达频率分集、信道滤波抑制、波形分集抑制等。干扰波受到干扰雷达站点分布、干扰目标距离分布的影响，等效干扰距离范围大，因此，可以根据不同的干扰距离采用不同的干扰抑制措施。针对近距干扰，雷达组网站点间可以采用频率分集方式利用频点差异抑制双基地雷达属性的干扰信号，体现在雷达组织上，则为相邻的多部雷达使用不同频点，形成频率复用区群;针对雷达作用距离外、雷达量程内的干扰信号，采用波形复用方式将同频同步干扰转化为同频异步干扰，降低干扰信号影响，体现在雷达组织上，则是多个频率复用区群使用不同的波形参数形成波形复用区群;针对超出雷达量程的远距离干扰信号，采用信道滤波抑制的方式，滤除量程外干扰信号。在本节采用雷达探测距离为2 km、量程为7 km的参数进行干扰抑制策略分析。

2.1  频率分集区群

蜂窝组网下，区群内包含的站点个数可用两维站点数表示，可以表示为[3]：

N=a2+ab+b2                                  （2）

其中，a與b为两个相同频点小区的两维站点个数。

根据分析结果，为保证干扰信号不进入雷达作用距离，则需满足使用相同频点的雷达对应的最小干扰距离大于雷达作用距离。若雷达作用距离为2 km，则第2组雷达干扰距离≥2.6 km，即可采用与第0组雷达相同的频点，此时两维站点个数为a=b=1，区群内站点个数为3。但是考虑到站点个数为3的形状不便于复制实现波形分集区群，因此可以使用a=2，b=0的区群结构，区群内站点个数为4。区群形状如图2所示，编号为区群内部雷达站的编号，六边形区域为雷达站点的蜂窝覆盖范围。第3组雷达（干扰距离≥3 km）可以采用与第0组雷达相同的频点。

2.2  波形分集区群

在作用距离范围内雷达间的互相干扰通过频率分集的方式加以抑制，作用距离外、雷达量程内的同频干扰可以通过波形分集的方式进行抑制。波形分集的抑制方法通常为调整脉冲重复周期，将同频同步干扰转换为同频异步干扰。原则上只要2个重复周期之差大于距离分辨率对应的时延，就可将同频同步干扰转换为同频异步干扰。由于同频异步干扰脉冲间在距离上不相关，利用该性质可对同频异步干扰进行强有力地抑制和剔除。

若雷达作用距离为2 km、雷达量程为7 km，则波形分集区群对应的等效干扰距离为2 km～7 km，对应第2～10组雷达，则第11组雷达可以采用与第0组雷达相同的频率与波形。对于第11组雷达，其两维站点个数为a=5，b=0。但是，无法通过对N=3或4的频域分集区群进行复制形成N=25的区群结构，因此可以考虑采用更大规模的区群满足频率分集区群复制要求。

通过对N=4的频域分集区群进行9次复制可以形成N=36的区群结构，如图3所示。

图3中不同的图案表示了不同的波形参数，不同数字表示不同的频率参数。通过对该区群复制可以完成更大范围的覆盖。N=36的区群结构中，第15组雷达（等效干扰距离≥9 km）可以采用与第0组雷达相同的波形。实际使用中可以采用更大规模的波形复用区群，加大同频同步干扰的等效距离，降低同频同步干扰强度。

通过以上分析，可以通过频率分集区群、波形分集区群的嵌套形成基础的覆盖单元，雷达组网所需的频点个数为4个，波形个数为9个。

2.3  信道抑制

对于超出量程的干扰回波，雷达通常可以利用接收信道的能力进行抑制[5，6]。例如，对于脉冲雷达而言，干扰回波的距离对应于时域的回波时延，可以通过控制回波窗关闭的时间或者控制时间灵敏度对超出量程的干扰回波进行抑制。对于连续波雷达而言，干扰回波的距离对应于频域的差拍频率，可以通过控制低通滤波器的截止频率对超出量程的干扰回波进行抑制。通常抑制程度可达60 dB以上，可以满足对雷达间干扰抑制的需求。

4  结  论

针对大量近程雷达组网情况下的雷达间相互干扰问题，本文介绍了雷达组网的组网形式、干扰信号形式，并给出了综合频率分集、波形分集与信道抑制的干扰抑制策略，针对典型的雷达参数给出了对频率分集区群、波形分集区群、信道抑制程度的分析，可以为近程雷达组网探测提供理论分析方法，支撑近程雷达组网应用。

参考文献：

[1] 甄云卉，路平.无人机相关技术与发展趋势 [J].兵工自动化，2009，28（1）：14-16.

[2] 陈镜.无人机蜂群作战特点与对抗体体系设想 [J].无线电工程，2020，50（7）：586-591.

[3] 张辉，曹丽娜.现代通信原理与技术（第2版） [M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[4] 姚景顺，杨世兴.海上编队舰载雷达之间同频干扰的消除方法 [J].现代雷达，2007（6）：13-16.

[5] 斯科尼克.雷达系统导论（第3版） [M].左群生，译.北京：电子工业出版社，2010.

[6] 张光义，赵玉洁.相控阵雷达技术 [M].北京：电子工业出版社，2006.

作者简介：尹伟（1985—），男，汉族，河北石家庄人，工程

师，博士，研究方向：雷达系统设计与信号处理;洪永彬（1983 —），男，汉族，山东菏泽人，高级工程师，博士，研究方向：雷达系统设计、低慢小目标雷达探测识别技术;鲁振兴（1984—），男，汉族，山东聊城人，高级工程师，博士，研究方向：反无人机雷达技术。