副瓣匿影技术在雷达中应用

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  摘要:副瓣匿影(SLB)作为一种常见的抗干扰技术,因其简单且抗干扰效果良好而被广泛使用。副瓣匿影对于抑制从雷达天线副瓣进入的低占空比、高强度的脉冲干扰非常有效,最常见的应用范围就是抑制从雷达副瓣进来的假目标等欺骗式干扰。
  关键词:旁瓣匿影;自适应副瓣对消;欺骗式
  1 引言
  从降低天线副瓣干扰方面考虑,雷达抗干扰技术主要包括自适应副瓣对消技术和副瓣匿影技术。自适应副瓣对消是利用辅助天线接收的干扰信号来压低通过主天线或相控阵天线副瓣方向进来的定向干扰,但是不能抑制虚假目标转发式干扰,因此需要使用副瓣匿影抑制假目标干扰。
  2 雷达副瓣匿影的实现
  2. 1 雷达副瓣匿影实现的目的
  欺骗式干扰侧重于伪造真实回波,通过信号处理后形成虚假目标,与真实目标混合,使雷达丧失探测及跟踪真实目标的能力,即掩盖真实目标,制造虚假目标。
  副瓣匿影最初是用来抑制从天线副瓣进入的强杂波干扰,最后发展成为对从副瓣进入的脉冲干扰均适用的一种抗干扰措施。
  2. 2 雷达副瓣匿影实现原理
  副瓣匿影是一种对付副瓣干扰的技术。它使用一部增益小于主天线主瓣增益而大于主天线旁瓣增益的辅助天线,主、辅天线波瓣图如图1所示。
  图1中,A为主天线,B为辅助天线。天线A主瓣中信号增益比在天线B中的增益大。对于主天线旁瓣中任一处信号,天线B的增益比天线A的大。
  副瓣匿影主要由主辅两个独立通道组成,与副瓣对消不同,副瓣匿影采用主辅通道回波信号进行比幅,然后再利用选通的原理来抑制干扰。因此副瓣对消是消除干扰,副瓣匿影是阻止干扰进入。
  图2中,A、B 天线均与自己的接收机连接,主、辅通道接收到的回波信号同时送给比较器,在接收机的输出端比较两路信号的幅度电平。主通道处理主天线A接收的回波信号,辅助通道处理辅助天线B接收的回波信号。主通道输出的信号与辅助通道输出的信号经过比较器进行幅度比较,根据比较结果来决定是否关闭主通道的信号输出。当目标处于主瓣中时,目标在主通道中会产生一个较大信号,在辅助通道中产生一个小信号,此时选通电路会允许这个信号通过;当干扰处于副瓣中时,干扰在主通道中产生一个小的信号,但在辅通道中输出信号较大,于是选通电路将关闭主通道的信号输出,从而抑制干扰,实现副瓣匿影。
  3 副瓣匿影工程实现
  相控阵雷达首先完成多路接收通道的数字波束形成功能,形成若干个波束覆盖某一角度的仰角范围。由于通道的不一致性,影响波束形成的性能,严重时导致波束无法形成,因而需要进行雷达系统的接收校正和发射校正。对各个通道数据的幅度和相位进行校正一般由通用 DSP 器件完成,比如ADI公司的TS201芯片。輔助通道包括幅相校正、旁瓣匿影等处理的通道。通用 DSP 主要作通道校正处理,对校正系数、自适应对消权系数求解处理等内容。
  DBF 基本处理数学模型如下式:
  式中,为多路阵元通道回波信号;为通道校正系数;为加权系数,一般系数对称且为实数;为波束指向系数;为DBF合成以后的各波束数据。
  对DBF后的波束进行脉冲压缩处理,然后对主、辅通道的数据按照图2所述方法进行匿影处理。
  副瓣匿影会对检测概率产生影响,因此,在运用副瓣匿影时,希望能把真正的干扰信号消除,而又不能影响正常目标的检测。
  4 信号处理中Q副瓣匿影面临的问题
  在动目标显示(MTI) 雷达中,假定杂波抑制滤波器采用二次对消(即三脉冲对消),则 MTI 杂波抑制滤波器输出信号可写为;式中为当前雷达发射脉冲周期某个距离单元的回波信号幅值,为前一个雷达发射脉冲周期同一个距离单元的回波信号幅值,为前二个雷达发射脉冲周期同一个距离单元的回波信号幅值。显然,只要这三个周期同一个距离单元的回波信号都到达,且幅值相等(即为固定杂波干扰信号),则经过 MTI 杂波抑制滤波后,输出为零,即将固定杂波干扰抑制掉。如果在这三个周期中,正好某个周期的此距离单元出现副瓣匿影脉冲,则雷达主接收通道被关闭,于是就丢掉一个周期的回波信号。这时非但不能抑制掉固定杂波干扰,而且还会有输出,即产生一个假目标。
  对于动目标检测(MTD)雷达也面临与MTI相似的问题,对于每一个MTD通道进行处理时不希望匿影出现脉冲而主通道被关闭的情况。因此对全相参雷达可以避免出现上述问题,其发射信号和本振信号均是由同一个频率综合器产生的,而信号之间保持着严格的相位关系,只有这样,才能保证全相参。
  对于副瓣匿影和自适应副瓣对消兼容的问题,自适应副瓣对消主要是用于抑制压制性干扰,它不能消除脉冲式干扰,而脉冲压缩后的匿影系统恰恰是为了消除这种脉冲式干扰的。因此副瓣匿影与自适应副瓣对消可以很好的兼容。雷达系统的主天线旁放置的一系列辅助天线,在实现自适应副瓣对消的同时,也可以使用某一遮挡性较小的辅助天线供副瓣匿影使用。
  5 结束语
  一般情况下,匿影天线的增益要比主天线最强副瓣大2~3dB,这样就会使匿影通道上输出端信号幅度可能大于雷达主天线接收的信号加噪声的强度,这会导致原本可以通过恒虚假准则输出的微小信号被匿影掉,造成雷达的灵敏度降低。副瓣匿影抑制从雷达天线副瓣进入的干扰信号效果明显,而且如果副天线的增益选择得当也不会降低主瓣检测目标的能力,但它并不能消隐主瓣进入的干扰信号。副瓣匿影无法对付连续波或噪声干扰,这时就需要采用旁瓣对消技术。
  参考文献:
  [1] 周畅,汤子跃,朱振波.基于旁瓣匿影的抗密集假目标干扰研究[J].雷达科学与技术,2013年12月,第6期,599-604.
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