喷气式飞机JEM调制对雷达测距精度影响分析

马理想 李阳 黄佳

（南京国睿防务系统有限公司 江苏省南京市 210039）

1 引言

为了同时获得较高的距离分辨能力和较大的目标回波信噪比，脉冲压缩技术在现代雷达中获得了广泛的应用。在多种脉冲压缩信号形式中，线性调频信号(LFM）由于具有成熟的产生和处理技术，具有良好的脉冲压缩性能，同时具有较宽的多普勒容限等优点，使得LFM 信号在雷达波形设计中得到了普遍的应用。

基于LFM 信号的雷达在对喷气式飞机探测时，飞机喷气涡扇内高速旋转的叶片会对雷达回波产生调制（JEM），给回波信号带来多普勒频率偏移，使得脉冲压缩滤波器失配，而且由于涡扇叶片多散射点的存在，使得目标距离维度和多普勒维度扩展严重，最终导致目标测距不准，因此分析该问题的具体影响以及改进措施能够对雷达测距性能带来提升，具有很强的实用价值。

2 JEM对测距影响的基本原理

相对于雷达工作的信号波长，雷达探测目标较大，雷达探测的各个散射中心之间的相互作用比较小，可将其散射视为线性局部过程，即目标总的回波信号是各个独立散射中心回波信号的简单线性叠加。喷气式飞机涡扇部件的每一个叶片可视为一个独立的散射中心，旋转部件的所有桨叶散射回波的线性叠加就构成了目标回波的JEM 调制分量，JEM 调制分量与目标本身的散射回波线性加和，便构成了完整的雷达回波，以上便是目标回波产生JEM 调制特征的机理。

常规JEM 特征的复包络信号如下[1-3]：

其中幅度分量为：

相位分量为：

式中，kb为比例系数；N 为桨叶数目，L 为有效桨长；λ 为雷达波长，θ 为雷达视线和旋转平面的夹角，是桨叶旋转初相角，为t 时刻的旋转角，fr为桨叶旋转的频率；对其进行傅里叶变换可得JEM 频域特征，得到JEM 的单边调制谱个数：

JEM 调制产生的谱宽为：

由于现代雷达探测波形多采用线性调频信号，在防空领域，当探测对象为喷气式飞机时，喷气发动机涡扇桨叶对探测信号的散射会对雷达回波信号产生明显的调制（JEM 调制），在后续对雷达回波信号进行匹配滤波时，由于调制频率的存在，会带来目标距离上的走动，如下式所示。

其中，δR 为多普勒频率为f0的散射点引起的距离走动，τ 为当前雷达探测线性调频信号的脉宽，β 为探测信号的带宽。

将式（7）带入式（6）可得最大距离走动为：

3 实际回波分析

图1(a)、1(b)所示为目标背向雷达飞行时，回波信号未受到JEM 调制的影响时的时频域分布情况。图1(c)、1(d)所示为雷达探测喷气式目标时，在目标面向雷达飞行时，回波信号在受到喷气涡扇JEM 调制时，在时频域的分布情况。

图1：有无JEM 调制特征的雷达回波情况

图1(a)给出了喷气式飞机在背离雷达飞行过程中的回波情况，此时雷达无法照射到飞机喷气式涡扇上，所以雷达回波为单一目标频谱的回波信号，图1(b)是此时回波的距离维度信息，可以看出距离维目标单一，没有扩展，雷达测距精度较高。

图1(c)给出了喷气式飞机面向雷达飞行过程中的回波情况，此时雷达能够照射到飞机喷气式涡扇上，可以明显的看出目标频谱被JEM 所调制，频谱扩展较大，图1(d)是此时回波的距离维度信息，检测出来的回波距离门扩展较多，约600m 的宽度，此时雷达测距产生了较大误差。

实验用喷气式目标，进入时飞行时，使用线性调频信号时宽400us，带宽5MHz，目标进气口直径约1280mm，目标叶片数量为52 个，目标朝向雷达法线方向，所以θ=0，根据公式（5），可得JEM 谱宽为26.7kHz。

根据公式（8）可得多普勒距离维展宽理论值为640.8m，和实际回波距离展宽情况相吻合。

4 解决思路

（1）由公式（8）可知，当目标特性一定时，螺旋桨叶片对雷达回波的调制，会带来目标真实距离的扩展，扩展大小主要取决于所用LFM 调频斜率倒数k 越小，则JEM 特征对距离走动的影响越小，因此可以通过减小脉宽或增大带宽的方式降低JEM 调制特征的影响。

（2）另外可选择多普勒容限较窄的编码波形对目标进行跟踪，此时在做匹配滤波之后，JEM 调制分量由于滤波失配，输出自然就被抑制，使得目标本身回波受到较小影响，从而保证了雷达距离测量的精度。

5 总结

本文根据雷达探测螺旋桨飞机时产生的测距精度较差问题进行了分析探讨，分析了其产生机理，另外通过雷达真实回波数据和理论值进行了对应验证。并给出了降低JEM 调制特征对雷达测距性能影响的思路，为以后同类型目标探测雷达的波形设计提供一定的参考。