DACR和MIMO雷达抗自卫压制干扰得益分析

杨英科，张宏伟，高红卫

（1.中国洛阳电子装备试验中心，洛阳471003；2.电子信息控制重点实验室，成都610036；3.北京无线电测量研究所，北京100854）

0 引 言

组网是现代雷达防御系统在空间、频率等区域采用分集思想进行信息感知、共享与挖掘，进而对抗日益激烈的电子侦察干扰、低空隐身突防和反辐射摧毁的重要举措，也是深入挖掘雷达作战潜能，提升多站雷达协同作战效能的重要保障。关于雷达组网技术的文献很多，其中文献［1］、［2］系统阐述了雷达组网的拓布结构、数据融合、节点配置、节点间通信、对抗性能评价等关键技术；文献［2］提出了数据级组网和信号级组网的概念；文献［3］提出了雷达网综合发现概率的概念，建立了雷达网综合发现概率数学模型，据此可对雷达网探测隐身目标的能力予以评估，为雷达网反隐身的实际应用和评估提供参考；文献［4］基于雷达方程，推导了任意虚警概率下的目标距离、雷达散射截面积、检测概率与脉冲积累数之间的关系，建立了一种高精度的雷达检测概率计算模型，根据该检测概率模型提出了评估雷达网综合检测性能的方法，既可用于对雷达网的优化部署，也可用于进攻方的突防路径规划等等。

关于雷达组网关键技术的研究多是聚焦于多雷达站数据级融合处理技术的研究，而计算技术、通信技术和电子技术的迅猛发展也为信号级的融合处理提供了可能，其典型的应用实例便是多输入多输出（MIMO）雷达和分布式相参雷达（DACR）。作为雷达组网技术的重要突破和发展方向，这些新体制的雷达组网技术以优越的电子对抗性能、检测性能引起了国内外专家的高度关注［5－9］。在国内，很多科研院所都在积极开展MIMO雷达的研究和开发工作［10］，近年来，部分科研院所也逐步开展了关于分布式相参雷达的研究和开发工作［11］。

1 基本想定

1.1 典型压制干扰样式

图1 MIMO雷达概念示意图

对雷达实施压制干扰的战术配置主要包括自卫式干扰和支援式干扰（包括随队、远距离和近距离支援等），比较经典的压制干扰包括调频、调幅、调相噪声压制干扰及其组合干扰等，还可根据干扰信号的带宽分为宽带噪声压制干扰、瞄准噪声压制干扰、扫频噪声压制干扰和梳状谱噪声压制干扰等。受航空突防平台空间、载重供电等方面的限制，同时随着硬件技术与计算技术的迅猛发展，近年来，国内的电子战专家又开发出了很多新的干扰样式，包括多假目标干扰、灵巧式干扰等，这里主要针对MIMO雷达和DACR对抗自卫式噪声压制干扰（不同雷达的噪声压制干扰分析方程相似）和多假目标干扰的性能进行分析和研究。

1.2 MIMO雷达和DACR

MIMO雷达与DACR既可纳入阵列雷达的范畴，继承和采用现有的很多先进的阵列雷达理论和技术进行研究，也可划入组网雷达的范畴，对其对抗各种侦察干扰、低空隐身突防和抗反辐射攻击的性能进行分析。在工作原理上，MIMO雷达的每个雷达单元采用相互正交的发射波形，且每个雷达单元在接收本雷达回波的同时，还接收其它单元雷达的回波，通过对所有发射波形分别同时进行匹配滤波接收处理，得到每个回波对应的相位与延时，进行接收相参合成；而DACR在接收相参模式的基础上，使每个雷达单元发射相同波形，并控制和调整多个单元雷达发射信号的时刻与相位，实现发射相参，其概念如图1、图2所示［13］。

2 单站雷达抗干扰性能分析与评价

对单站雷达的抗干扰性能进行试验与评价，目前主要是通过比对雷达在采取某措施前后其检测端的信号干扰功率比来实现。为了分析DACR和MIMO雷达对抗自卫式压制干扰的性能，可在相同的对抗态势下，通过比对与单站雷达检测端的信号干扰功率比进行分析。

（1）噪声干扰下单站雷达检测端的信号干扰功率比

图2 DACR概念示意图

在自卫干扰态势下，单站雷达检测端的信号干扰功率比可表示为：

式中：Pt为雷达的脉冲功率；Gt为雷达的发射天线增益；Gr为雷达的接收天线增益；σ为突防目标的雷达截面（RCS）；λ为雷达工作波长；R0为雷达与目标之间的距离；PJGJ为干扰有效辐射功率；GrJ为干扰方向的雷达接收天线电平（在自卫式突防干扰中存在Gr＝GrJ）；RJ为干扰机与雷达之间的距离（在自卫式突防干扰中存在RJ＝R0）；Br为雷达的信号带宽；BJ为干扰信号带宽；D0为脉压、快速傅里叶变换（FFT）等处理措施的信干比改善得益。

（2）多假目标干扰下单站雷达检测端的信号干扰功率比

在自卫干扰态势下，雷达接收机输入端和检测端的信号干扰功率比可表示为（由于多假目标可以获得雷达系统的各种相参性得益，因此，雷达接收机前端的信号干扰功率比基本上可以代表雷达检测端的信号干扰功率比）：

式中：NJ为一个脉冲宽度内的重叠脉冲数量（采用恒虚警措施的雷达对抗多假目标性能模型需要另外分析）。

3 DACR抗干扰性能分析

3.1 DACR抗噪声压制干扰处理得益分析

设DACR由N部雷达组成，相对于单站雷达而言，由于实现了空间发射功率相参合成，因此，在同等对抗态势下，DACR单个节点雷达接收机前端的信号噪声功率比可表示为：

另外，由于在相参合成处理中，对N个雷达节点的回波信号进行了相参合成处理，因此，DACR可获得N倍的信干比改善，在DACR检测端的信号噪声功率比可表示为：

根据式（1）、（4）可得，相对于单站雷达而言，DACR在对抗噪声压制干扰中，可获得N3的处理得益。

3.2 DACR抗多假目标干扰性能分析

DACR的特点是分别在发射和接收阶段进行1次N维的相参合成（区别仅仅在于发射中只存在信号功率相参合成的问题，没有干扰的合成问题）。基于这个特点，在分析DACR对抗多假目标的性能时，可以通过分别分析信号功率和干扰功率进行。

综合发射和接收过程中的2次信号功率相参合成，雷达检测端的信号回波功率可表示为：

由于干扰功率只参加了雷达接收的相参合成处理，因此，雷达检测端的干扰信号功率可表示为：

综合式（5）、（6）可得DACR检测端的信号干扰功率比为：

比较式（2）、（7）可得，相对于单站雷达而言，DACR在对抗多假目标干扰中，可以获得N2倍的信干比改善得益。

4 MIMO雷达抗干扰性能得益分析

4.1 MIMO雷达抗噪声压制干扰性能分析

设MIMO雷达由N部雷达组成，相对于单站雷达而言，在同等对抗态势下，MIMO雷达的单个节点雷达接收机前端的信号噪声功率比与单站的相同，可表示为：

由于MIMO雷达的特点是在接收中进行2次N维相参合成，因此，MIMO雷达可获得2次N倍的信干比改善得益，其检测端的信号噪声功率比可表示为：

根据式（1）、（9）可得，相对于单站雷达而言，MIMO雷达在对抗噪声压制干扰中，可获得N2的处理得益。

4.2 MIMO雷达抗多假目标干扰性能分析

MIMO雷达的特点是在接收阶段进行2次N维的相参合成，基于这个特点，在分析MIMO对抗多假目标的性能时，可以通过分别分析信号功率和干扰功率进行。

雷达检测端的信号回波功率为：

雷达检测端的干扰信号功率为：

根据式（10）、（11），MIMO 雷达检测端的信号干扰功率可表示为：

比较式（2）、（12）可得，相对于单站雷达而言，MIMO雷达在对抗多假目标干扰中可以获得N倍的信干比改善得益。

5 结束语

MIMO雷达与DACR雷达作为新体制的阵列雷达或组网雷达，在提升雷达检测性能、机动性能、抗侦察干扰性能、抗低空隐身突防和抗反辐射攻击方面表现出较为突出的优势。上文主要对2种体制的雷达系统在自卫式压制干扰环境下的处理得益进行了分析和研究，可为鉴定与评价相关的雷达系统或电子战系统性能提供支撑；同时，这2种体制的雷达中，还存在如何科学优化MIMO雷达的发射波形和发射方向图、如何提升MIMO雷达的测量精度、如何解决DACR雷达的栅瓣、如何解决高速高机动目标的跟踪与测量等问题展开深入研究。

［1］陈永光，李修和，沈阳.组网雷达作战能力分析与评估［M］.北京：国防工业出版社，2006.

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［10］保铮，张庆文.一种新型的米波雷达——综合脉冲与孔径雷达［J］.现代雷达，1995，17（1）：1－13.

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