对自适应旁瓣对消雷达的宽带干扰研究

杨 慧,牟连云,曹军亮

（1.海军指挥学院,南京 211800；2.解放军92602部队,宁波 315031）

0 引 言

雷达自适应旁瓣对消（ASLC）系统中,当干扰为窄带信号时,主辅天线接收到的干扰信号是相干的（通道间的相关系数为1）,若干扰信号个数不大于辅助天线个数,通过自适应滤波主天线在干扰到达方向形成接收零点,抑制了干扰信号；但对于宽带干扰信号,因为在空间传播到达主天线上各个空间点之间存在时间差,所引起的信号复包络的变化比较大,会导致不同阵元接收的信号相关性减弱,这将导致阵列相关矩阵具有更多的特征值,在进行旁瓣相消运算时就会使天线的相消增益随着信号带宽的增加迅速地下降。

1 通道间相关系数的确定

首先给出相对带宽的定义。信号的带宽B与中心频率f0之比即通常所说的相对带宽,表示为a=B/f0。如定义接收机的中频f0=30 MHz,信号带宽B=0.9 MHz,则相对带宽为a=3%。

文献[3]将接收通道等效为低通滤波器,并由此导出了信号相关系数ρ的表达式。下面给出的是接收通道分别等效为高斯谱滤波器时的相关函数:

2 宽带干扰下的 ASLC系统加权系数计算

ASLC系统求解加权系数的方法很多,本文按照最小均方差准则（LMS）算法求解。

根据权值方程:

式中:ΦXX为天线阵列接收的总信号X（t）的自相关矩阵；rXd为X（t）与雷达信号的基准信号d（t）的互相关矢量。

计算过程中设定辅天线为无方向性天线且增益都为1,不考虑系统内部噪声。假设旁瓣对消系统有N个辅助天线,到达天线阵的有1个目标信号和p个干扰信号,目标信号和p个干扰信号的入射角分别为:φs、φjk（k=1～p）,那么有如下计算公式:考虑宽带干扰的情况,将接收通道等效为高斯谱滤波器时的相关函数,计算主通道与各辅助通道间的相关系数ρij以及各辅助通道之间的相关系数ρij,再将得到的接收通道相关系数带入下列公式进行计算,从而确定宽带干扰下的自适应加权系数:

3 对雷达旁瓣对消宽带干扰的效果分析

根据以上理论分析及公式推导,下面通过具体实例,借助Matlab进行数值计算,分析比较宽带干扰给旁瓣对消系统性能带来的影响。

求出宽带干扰下的ASLC系统权值后,若在不同的角度φ加干扰信号,可算出雷达接收的干扰功率,并且该功率随着 φ的变化而变化。为了计算分析方便,同时又能说明问题,设信号到达雷达天线的平均功率密度为1,干扰到达雷达天线的平均功率密度为30 dB,那么求出的接收功率就可以用来表示天线阵对干扰的方向增益。

不受干扰时雷达天线的方向图如图1所示。

图1 天线方向图

首先分析一种最简单的情况,如2所示:1个干扰对、1个辅助天线。设定干扰进入方向为1.75°,相对带宽为0.1%时,干扰进入方向的天线增益为-237.8 dB,相对带宽为 1%时,增益为-197.8 dB,改善了40 dB。可以得到结论:对单辅助通道的旁瓣对消系统而言,采用增加干扰信号带宽的方法可以明显削弱系统的对消性能。

图2 1个干扰、1个辅助天线

相对带宽固定为1%,增加辅助天线的数量,其他设置不变。图3所示为2个辅助天线的情况,在干扰进入的方向天线增益为-191.8 dB。

图3 1个干扰、2个辅助天线

图4所示为3个辅助天线的情况,在干扰进入的方向天线增益为-125.6 dB。分析比较可以看出,即使干扰源的数量小于辅助天线个数,宽带干扰也能使对消性能进一步恶化,并且辅助天线的数量越多,干扰效果越好。

图 4 1个干扰、3个辅助天线

图5所示为相对带宽为1%的宽带干扰,2个干扰信号、2个辅助天线的情况,干扰方向分别为1.5°、2°,干扰方向天线增益分别为 -104.5 dB 和-104.6 dB。与图3的结果比较可以看出,随着干扰源数量的增加,宽带干扰的效果变好。图6所示的是 3个辅助天线的情况 ,干扰方向为 1.5°、2°和 3°,干扰信号带宽为0.1%,在干扰方向处获得的天线增益有了进一步的提高。

图 5 2个干扰、2个辅助天线

4 结 论

图6 3个干扰、3个辅助天线

综合以上理论及数据分析,总结得出宽带干扰的特点:相对带宽越大,干扰效果越好；辅助天线数量越多,干扰效果越好；干扰源数量小于辅助天线的情况下,增加相对带宽,仍然可以获得干扰效果；干扰源数量的增加可以带来更好的干扰效果。因而在雷达对抗中,对干扰方而言,采用适当增加干扰信号带宽的方法对于取得良好的干扰效果是非常有益的。

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