雷达接收机抗干扰技术研究述评

雷达接收机抗干扰技术研究述评

张江涛,孙海辉,段仁军

(91395部队，北京房山102443)

摘要：现代战场上的复杂电磁环境对雷达接收机的性能提出了更高的要求，使得接收机为抗干扰而设计的辅助电路大大增加.该文对目前雷达接收机采用的主要抗干扰方法进行了比较全面的总结和分析，并展望了雷达接收机抗干扰技术进一步的发展趋势.

关键词：接收机；抗干扰；增益控制

收稿日期：2015-05-10

作者简介：张江涛(1975—)，男，四川巴中人.工程师，主要从事航空电子技术研究.

中图分类号：TN955+.3文献标志码：A

0引言

现代战场上雷达的工作避不开复杂电磁环境的影响，复杂电磁环境是与战场电磁环境相对的概念，是指在敌方电磁进攻、军民用电子设备互绕、自然界电磁干扰等各种情况下，我方在战场上面临的由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的电磁环境.[1]

在雷达探测的过程中，由于天线一般为无源器件，主要功能是完成电磁波由空间电磁波和导行电磁波的转换，雷达接收机[2]成了面临考验的“前线部队”.本文旨在对雷达接收机部分的主要抗干扰措施进行总结和分析.[3]

1雷达接收机主要抗干扰措施

1.1邻近噪声自动增益控制

邻近噪声自动增益控制是用在脉冲跟踪雷达上的脉间、开环、快速自动增益控制技术，利用紧跟在信号脉冲前后的噪声信号来控制中放增益.[4]该技术的目的是减小噪声干扰、地物杂波以及无源箔条在雷达接收机里的有害影响.

1.2多选通门的自动增益控制

这是一种当雷达接收机输入端信号的幅度在规定的范围内变化时，能自动地在接收机输出端得到一个基本不变的信号电压的自动增益控制，为了检测反馈信号，在接收机的输入端应完成两次或多次自动增益控制取样，具体时间可在目标脉冲到来之前、到来期间、到来之后，或者在目标脉冲附近进行取样，或者在雷达最大作用距离上取样.无论是噪声还是信号，都可以被检测并用作反馈控制信号.

1.3前馈自动增益控制

前馈自动增益控制是一种脉冲雷达电子反干扰技术，它用来控制视频放大器由于干扰或地物杂波信号引起的过载，这些信号比雷达信号持续时间长得多.中放输出馈送到AGC支路放大器和检波器.AGC检波器的输出通过滤波器，然后以控制电压的形式加到主通道视频放大器，对视放的增益进行控制.滤波器时间常数做得比输入信号脉冲的宽度要大，避免实际雷达回波信号脉冲电平被削减.当功率和宽度都是足够大的干扰信号出现时，干扰信号经滤波器时间常数延迟后将被衰减.如果干扰脉冲的宽度与雷达脉冲的宽度相同，干扰脉冲将无损耗地通过滤波器.

1.4带凹口的自动增益控制

这是一种用在圆锥扫描雷达或其它幅度敏感雷达上的反干扰技术，以降低目标自带干扰机的自动增益控制欺骗干扰和抗工作比递减欺骗干扰的干扰效果.这种自动增益控制电路的频率响应要宽得多，并在环路中采用一个频带等于或大于雷达扫描频率的带阻滤波器.带阻滤波器在频率特性曲线上产生一个凹口.在锥扫角跟踪雷达，自动增益控制必须不影响雷达回波脉冲上的扫描频率调制幅度，因为幅度的变化包含了全部角跟踪信息.为此，自动增益控制回路的频率特性通常是低于扫描频率的，在这里，自动增益控制回路的频率特性刚好在超过雷达扫描频率的地方又开始了，并一直延续到高频端.要使自动增益控制欺骗技术有效，其选通频率必须在高于自动增益控制回路的工作频率范围上.

1.5反置检测器

这是一种能在接收机输出端自动获得基本不变信号电压的方法，即当雷达接收机输入端信号幅度在一定范围内变化时，通过采用接收机放大了的视频脉冲作为接收机第二检测器的反置而实现的.它是瞬时自动增益控制(IAGC)的一种类型，且其响应时间近似等于雷达脉宽.由于它能鉴别宽脉冲信号、展宽了的杂乱回波、箔条和连续波干扰．因而，它可减小强输入信号的响应.

1.6宽——限——窄电路

这是一种用于反扫频瞄准噪声干扰的反干扰技术，它在雷达接收机通常带宽的中频放大器之前，采用宽带中频放大器和限幅器加快由扫频干扰机的影响而引起的恢复时间.这将提供一些清晰的无干扰的雷达工作区.

1.7恒虚警率宽带——限幅——窄带电路

恒虚警率宽带——限幅——窄带电路是一种用于抗噪声干扰、无意干扰、减少雷达接收机饱和的雷达接收机技术.恒虚警率宽带—限幅—窄带电路由宽带中频放大器、限幅器、窄带中频放大器和检波器组成.窄带中频放大器的通带恰好是使输入信号通过所需宽度.宽带中频放大器和限幅器的两个通带比窄带中频放大器的通带大得多.通带比的典型值为10.

1.8限幅色散

这是一种雷达反干扰技术，它将降低宽脉冲干扰，而对雷达目标反射回波没有多大改变.这一技术将所接收的信号，利用一个扫描本振与其混频降到某一合适的中频电平.锯齿扫描变化范围比输入雷达脉冲宽度大得多.然后，中频信号输入到一个时间——带宽积约为1的压缩滤波器.压缩之后，信号恰好在信号峰值电平下被限幅.经限幅的信号然后通过互逆扩展滤波器反馈给检波器.因为此滤波器是对雷达脉冲宽度设计的，雷达脉冲将被重新构成，并且输出将很好地恢复输入雷达信号.但是，很宽的宽脉冲干扰或连续波干扰将会形成一个线性调频的脉冲，其带宽——时间积要比1大得多.

1.9快速自动增益控制

这是一种在信号幅度变化范围内，自动使搜索雷达接收机输出端的信号电压基本保持为恒定的方法.此时雷达接收机输入端的响应时间比雷达扫描时间或雷达扫过目标的时间要短，但比雷达脉冲宽度要长.快速自动增益控制有助于消除扫频干扰机以及噪声干扰机在雷达的平面位置显示器的选定方位上产生干扰的作用.

1.10快扫消隐

这是用以对抗周期性快速扫频干扰机的雷达反干扰技术，在扫频干扰扫过接收机带宽期间内，同步地消隐接收机内的干扰.一般情况下，干扰机频率变化形式是周期锯齿形，其最高和最低频率对应于被干扰雷达频率的极限.扫频干扰机是周期地扫过雷达的带宽，故仅在周期性停留的时间内产生干扰停留时间是干扰机的扫描速率和雷达中放带宽的函数.假如接收机能预先处理，如同周期地进行扫频干扰那样，那么接收机在这些停留时间内可消隐信号而避开干扰，同时记忆在消隐期间中所产生的实际目标信号.

1.11快时间常数

这种方法主要用在对数接收机中抗地物杂波干扰及反人为干扰，用来降低视频电路的低频响应.它可用一种简单的阻容微分电路的形式，如果微分电路的时间常数约等于雷达脉冲宽度，则从点目标返回的脉冲会通过，而从箔条云返回的信号、地杂波、慢速扫频干扰等与信号相比将保持平均值为零，并降低其有害效应，这种方法也被称为高视频电路.

1.12双门限检测

这是一种用于自动数据处理雷达系统的雷达技术，这种技术用两个门限电平在噪声或干扰环境中检测目标.雷达接收机的视频通过一门限检测器(第一门限)，只有那些高于预定门限的信号，才允许通过.这里输出的是脉冲.如果视频脉冲超过第一门限，这些脉冲被量化而产生标准脉冲，如果未超过第一门限，则输出为零.这些信号可相应地用1或0来表示.然后，输出由距离门区分为许多距离单元.每个距离门的输出被计数.如果n次扫描中最少有m个1，那么判决为存在目标.这种在n次检测中有m个输出便是第二门限.对目标检测，两个门限都必须达到.仅当超过两门限之后产生了足够的脉冲数，才能认为一个目标已被检测.这也称为二进制积累器、二进制滑窗检测器、重合检测器和n中超过m的检测.[5]

1.13序贯检测

这是雷达受到严重噪声干扰时采用的一种反干扰检测处理过程.检测采用三个或更多个门限电平，诸如(1)一个目标信号在显示器扫描线上刚刚可以辨别；(2)一个信号噪声比为5～15dB的微弱目标回波信号；(3)一个信号噪声比大于13dB的强目标回波信号.雷达几乎不考虑较高电平目标信号和中等电平信号，以便加速烧穿和对特定雷达进入截获状态.

1.14保护带恒虚警率电路

保护带恒虚警率是反噪声干扰技术，它可降低雷达接收机饱和效应，并对类似于目标的噪声信号(虚警)保持一恒定的噪声电平，使虚警率最少或控制虚警数.保护带恒虚警率电路的输入信号通过宽带放大器到达一滤波器组.信号滤波器有足够的带宽以通过输入信号，因此，信号将通过它而进入门限电路.低频和高频保护带滤波器分别被置于信号频率的下边和上边，保护带滤波器的输出取和之后控制检测信号的门限.当在输入端加有阻塞噪声干扰时，两个保护带被噪声干扰所充满，门限将上升，从而完成了恒虚警率作用.

1.15保护通道检测

这一技术的使用场合是雷达第一混频器的输入信号为连续波或慢扫噪声干扰的时候，它能在恰好高于或低于雷达载频的频带中检测噪声干扰信号，以便进行对消或者启用别的反干扰办法.输入的混合信号经混频后反馈给中频放大器，然后在常规中放和第二检波器中进行处理.混频器的另一路输出反馈给宽带中频放大器和限幅器，其输出信号反馈给高频中放通道和低频中放通道，每一个通道的输出经过各自的检波器又反馈给一个比较器，比较器的输出能用于电子干扰方式控制.不论是稍微偏离中心频率的连续波干扰信号或者是慢扫瞄准式噪声干扰信号都会相应地使信号连续地或周期地通过高中放和低中放而呈现出差别，两者中任何一个都会引起比较器的输出.

1.16覆盖脉冲通道

这是用于脉冲压缩跟踪雷达的一项反干扰技术.该反干扰逻辑电路是用来检测下列信号的：(1)正常通道中的信号电平低于跟踪门限；(2)在覆盖脉冲通道的输出端出现了强覆盖脉冲信号.这时逻辑电路把开关置于另一个位置，雷达利用覆盖脉冲通道收到的干扰功率密度的相对值、雷达参数、雷达位置、大气、地面条件等信息对干扰信号进行分析并调整发射信号.

1.17主瓣噪声对消

这种反干扰技术采用两个或多个分开的雷达接收位置，减弱目标方向上的和远距离的主瓣噪声干扰，其原理是基于两个位置接收到的目标信号不可能相关，而主瓣噪声干扰信号是相关的，因而可以从主雷达接收通道中部分地对消掉，这种技术有时称之为主瓣噪声对消器.

1.18积累

这是一种脉冲雷达接收机的反干扰和改善检测能力的技术，用以对付噪声和其它有关的干扰信号或友邻的干扰.它利用的基础是，对于相继的雷达脉冲周期，目标脉冲出现在相同，或近似相同的距离和相位上.在这种情况下，积累就意味着很多经过适当延迟的目标脉冲可以彼此叠加起来，以产生比分别处理的单个脉冲大得多的输出，从而得到更高的信噪比或信干比.有两种基本类型的积累，那就是非相干积累和相干积累.非相干积累是在视频脉冲或扫描期间，将相继信号脉冲或是指示器的标志信号相应地加起来；而相干积累是在中频周期间把相继信号加起来的方法.当然，随机噪声在处理时也相加，但其叠加作用远小于信号的叠加作用.

2总结与分析

接收机部分的抗干扰措施主要围绕增益控制、电路时间常数控制、门限调整、辅助通道配合和信号积累等展开，而增益控制往往与电路时间常数控制结合使用.

首先，在增益和电路时间常数控制方面，邻近噪声自动增益控制利用紧跟在信号脉冲前后的噪声信号来控制中放增益，主要目的是减小噪声干扰、地物杂波以及无源箔条在雷达接收机里的有害影响；多选通门的自动增益控制利用相对于目标脉冲不同时间点的采样来提供负反馈信号，无论是噪声还是信号，都可被检测并用作反馈控制信号，而且可以顺序或同时地采用这些控制信号；前馈自动增益控制和带凹口的自动增益控制主要针对不同自动增益控制欺骗方法对自动增益控制做了调整，当功率和宽度都是足够大的干扰信号出现时，干扰信号经前馈自动增益控制滤波器时间常数的延迟后将被衰减，带凹口的自动增益控制技术就不允许在其自动增益控制的工作频率范围内产生积累；反置检测器和快时间常数与我们比较熟悉的瞬时自动增益控制类似，由于反置检测器技术将使第二检波器的偏置处于截止状态，在某些情况下可能使信号脉冲失真，只有信号脉冲峰值处于第二检波器的正常工作模式范围内才能正常工作；宽—限—窄电路、恒虚警率宽带—限幅—窄带电路、限幅色散等主要针对的是宽脉冲干扰，更充分地体现了增益和电路时间常数控制的结合；宽带-限幅-窄带电路对抗扫频型干扰机是有效的，这是由调整限幅电平、选择专门的检测方法等措施来完成的；恒虚警率宽带—限幅—窄带电路的限幅电平一般调整到接收机噪声之下，所以在接收机中输入噪声的任何增加，如阻塞式干扰都不会影响限幅器的输出，假如阻塞噪声干扰与输入信号一道加到输入端，由于干扰噪声电平增大了，干扰信号就会和噪声分享对限幅作用的控制，不管噪声干扰变得如何强，限幅器输出仍然保持不变，并且所固定的检测门限电平仍是有效的，控制过程只在信号功率高于窄带干扰功率时才会发生，这样，接收机增益就可根据输入噪声电平而有效地控制，产生一个以信号噪声比代替信号的绝对电平为基础的检测过程；限幅色散的压缩滤波器将缩短脉冲宽度且使其幅度按照时间—带宽积因子增加，因此对抗连续波或比雷达输入信号长的脉冲输入更为有效；快速自动增益控制和快扫消隐通过调整增益控制与雷达扫描时间的关系来抑制一些干扰，快速自动增益控制有助于消除选定方位干扰的作用，而不必在其它方位上牺牲接收机的增益.

其次，门限调整方面，双门限检测通过设置第二门限进一步抑制了虚警概率，这主要利用的干扰信号在时延上的随机性，通过不同距离门的信号积累来滤除干扰；序贯检测采用舍强取弱的方式完成干扰比较密集情况下的目标检测，这种反干扰技术对扇形搜索的或跟踪的雷达在烧穿模式时使用是有利的.[6]

再次，辅助通道配合方面，保护带恒虚警率电路通过调整滤波器的带宽来降低虚警概率，在保护带中的噪声干扰电平被用来估算在信号频率中的噪声干扰电平；保护通道检测和覆盖脉冲通道则通过增加辅助检测的通道，以信息融合的方式来提高检测概率，雷达回波脉冲的频谱边带信号将在两个通道中产生相似的信号，比较器将无输出，如果系统不使用限幅，它能检测宽带噪声干扰而不能检测雷达回波脉冲，这是因为回波频谱两边带相关，而噪声干扰信号不相关的缘故；主瓣噪声对消在更广泛的意义下增加“辅助检测通道”，即利用其他雷达的信息来抑制噪声.

最后，信号积累利用目标回波在时域的相关性来提高检测效果，不但可以大大改善信噪比，而且还可以抑制某些干扰，为了不使强干扰脉冲通过门限选通电路，在处理之前还可先进行限幅.但是需要注意，如果脉冲比噪声大的话，积累还可能会损坏雷达抗非同步脉冲干扰机的性能，因为这时即使没有积累优点，在其它方面仍然是可检测和可处理的.脉冲干扰机通常使用低占空系数、高峰值功率输出管，来产生高电平的输出脉冲.理想的相干积累器的增益等于所积累脉冲的数目.非相干积累通常是在视频电平上，或是在显示器上进行，所以它也称为检波后积累.因为相干积累通常是在中频上进行，所以它也称为检波前积累.这两种情况所说的检波器是指雷达接收机的第二检波器.

3展望

目前，尽管雷达接收机的技术已经比较成熟，而且已经研制了许多抗干扰电路，但在复杂电磁环境下，由于激烈对抗条件下产生了多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，不可避免地会在电子设备间引起的相互影响和强烈干扰，接收机作为“迎战”这些信号的“前线部队”仍然需要在抗干扰方面做大量的研究工作.

第一，未来战场的信号环境密度预计最高可达150万脉冲/秒，相当于1800个电磁辐射源同时辐射的总和，[1]雷达接收机在这种高强度高密度的电磁环境中的生存问题首当其冲.经天线反干扰后，残存的干扰如果足够大，则将引起接收处理系统的饱和，接收机饱和轻则导致目标信息的丢失，重则烧坏接收机.因此需要根据雷达的用途研制相应的增益控制和抗饱和电路，目前已经采用的宽—限—窄电路等技术主要用来抗扫频干扰、宽脉冲干扰等.针对其他类型的干扰以及复杂电磁环境下应对高强度高密度信号的接收问题仍然没有很好地解决.

第二，接收机部分各种抗干扰电路的组合问题值得深入研究，我们的仿真实验结果表明，在加入每秒100万个脉冲干扰的情况下，加入宽—限—窄电路、邻近噪声自动增益控制、快时间常数和双门限等抗干扰电路之后，可以把对雷达反射截面积为5m2目标的检测概率提高20%.然而，实际设备的使用经验表明：复杂的电路结构和繁琐的功能组合容易导致设备的故障率提高，致使设备可靠性下降，而简单的功能电路又会缩小设备的适用范围.因而如何针对复杂电磁环境中的信号接收问题设置合理的抗干扰电路组合也需要做大量的实验.

第三，在有些情况中，现有的一些瞬时自动增益控制会使信号脉冲失真，因为它会使中频放大器偏置回到截止状态，以至仅在信号脉冲峰值时中频放大器才处于线性区.类似这样的问题在许多抗干扰措施中都存在，也就是说，某些抗干扰电路可能优化了干扰环境下的信号检测，但在某些情况下可能起到反作用，因而在研制抗干扰电路的同时还需要考虑如何提高抗干扰电路的鲁棒性.

第四，电磁脉冲炸弹等新式武器已经对雷达接收机的生存提出了新的挑战，如何采取有效的技术和战术防止这些新式电磁武器的攻击成为一个比较重要的问题，这对接收机保护电路的设计提出了更高的要求.

第五，现有的双门限检测和序贯检测为门限设置方法的研究提供了一些启示，在复杂电磁环境下，如何针对目标信号和干扰的差别对传统的门限计算方法进行改进以提高检测概率，也期待有新的思路和方法出现.

参考文献：

[1] 屈兵超，文若鹏. 现代战场复杂电磁环境[M].沈阳：白山出版社，2010：176-180

[2] 丁鹭飞.雷达原理[M] 西安： 电子科技大学出版社,2001：342-347.

[3] 弋稳.雷达接收机技术[M].北京：电子工业出版社，2006：276-281.

[4] 唐政，高晓光，张莹． 机载自卫有源压制干扰效果评估模型研究[J]．系统工程与电子技术，2008(2):236-239．

[5] 郝佳新，甘斌． 复杂电磁环境下防空雷达的探测模型研究[J]．计算机仿真，2009(6):33 - 37．

[6] 杨军,赵锋,宫颖．多空中干扰源与舰载雷达的对抗研究[J ]．电子学报,2007(9):1647 -1650.

[责任编辑范藻]

A Survey on Radar Receiver Anti-jamming Technology

ZHANG Jiangtao, SUN Haihui, DUAN Renjun

(91395 Unit of PLA, Beijing102443, China)

Abstract:This paper presents a survey on the anti-jamming technology of Radar receiver. These days, Radar receiver is required to improve its performance to adapt to the complex electro-magnetic environment formed in modern battlefield. For this more anti-jamming circuits are designed. We summarize the anti-jamming technology of Radar receiver. At last, further research directions are put forward.

Key words:Radar receiver; anti-jamming; gain control