基于相参RCS距离分布的抗箔条干扰方法

张德保，沈　鹏

(解放军91404部队,河北秦皇岛　066001)



基于相参RCS距离分布的抗箔条干扰方法

张德保，沈鹏

(解放军91404部队,河北秦皇岛066001)

为了提高反舰导弹对抗舰载无源干扰的能力,在分析箔条和舰船相参RCS(雷达散射截面)距离分布的属性特征及其差异的基础上,研究了利用这种差异对干扰和目标在可分辨情况下进行识别的方法;针对干扰和目标不可分辨情况,提出了通过RCS距离分布特性和耦合时移特性的差异来压制干扰、提高信干比的方法。

相参;RCS;特征识别;信干比

箔条因其使用方便、价格低廉和性能可靠等特点,在对抗反舰导弹中得到广泛应用。采用常规体制的反舰导弹末制导雷达的分辨率低,识别箔条和目标能力差,容易受到箔条的干扰。新体制末制导雷达广泛采用相参体制,分辨率高,目标识别和抑制干扰能力强,因而具有很好的抗箔条干扰优势[1-2]。箔条和舰船的相参RCS距离分布存在明显差异,可用于对舰船目标的识别和箔条干扰的抑制,以提高反舰导弹的抗箔条干扰能力。

1　可分辨情况下目标与干扰的识别

对于高分辨率雷达,目标的相参RCS距离分布含有丰富的目标细节特征信息,能揭示目标几何形状和物理结构的差异。对大量数据的分析发现,在稳定性、相关性及分散性等方面舰船目标与箔条干扰的相参RCS距离分布有明显差异。与箔条相比,舰船的相参RCS距离分布的稳定性更好、相关性更强,相关时间也更长。因此可通过从相参RCS距离分布中提取目标的细微特征及其差异,实现舰船与箔条的识别[2-3]。当舰船和箔条不同处于一个雷达分辨单元内,即雷达能将舰船和箔条分辨为两个目标时,就可以利用两者的RCS距离分布属性的差异来对其进行有效识别。

1.1RCS距离分布的峰值点位置熵

箔条干扰在重力和风力的共同作用下,其形状、体积快速变化,导致RCS距离分布的幅值和形状也迅速变化,稳定性差,且其RCS距离分布峰值在几个距离单元内分布较均匀。而舰船目标几何形状固定,因而在几个脉冲重复周期内其RCS距离分布峰值位置变化较小,稳定性较好,可用熵来表征这种距离分布峰值位置的差异[3]。

(1)

通过对RCS峰值点位置熵F的统计,可获得表征相参RCS距离分布的波形稳定性特征,可通过这种波形稳定性的差异来识别舰船目标和箔条干扰。

1.2RCS距离分布的相关系数

箔条云团中的偶极子在自身重力和大气运动的作用下,其空间取向一般处于随机状态,这样就造成其相参RCS距离分布的弱相关性和短相关时间。而对于舰船目标,由于其整体结构固化,其上的各散射单元固定,因而其相参RCS距离分布具有较强的相关性和较长的相关时间[4-5]。

实测获取的舰船和箔条归一化的相参RCS距离分布如图1所示,图中实线和虚线分别为第1次和第10次归一化的相参RCS距离分布,从图可以看出,舰船RCS距离分布的相关性明显比箔条强,所以可以通过对相近RCS距离分布的相关系数的特点和差异来鉴别舰船和箔条。

图1　舰船目标和箔条干扰的相参RCS距离分布

通常采取下面的模型计算两个系列的相关系数:

(2)

式中,xj、xk分别为第j和k个相参RCS距离分布,分别为j和k个相参RCS距离分布的均值。相参RCS距离分布的加权平均相关系数定义为

(3)

式中,M为相参RCS距离分布的个数,权值wi为

(4)

按式(2)、(3)计算出的加权平均相关系数体现了相邻RCS距离分布的相关程度,这种加权平均相关系数的差异也可用于对舰船目标和箔条干扰的识别。

1.3RCS距离分布的分散性

(5)

可以用相参RCS距离分布分散性D来描述目标的强散射点在目标上的分散程度。统计分析发现,舰船目标与箔条干扰的相参RCS距离分布的分散性存在明显差异,通过分散性的这种差异可以从箔条干扰中识别出舰船目标。

2　不能分辨情况下的信干比增强方法

对于雷达无法对干扰和目标进行分辨的情况,目标与干扰混杂在一起,此时可以通过提高距离分辨率来提高信干比,这是因为箔条和舰船的相参RCS距离分布特性对距离分辨率的敏感度存在明显差异。

2.1RCS对距离分辨率的敏感性

对于相参体制雷达,舰船目标和箔条干扰都是多散射体目标。舰船目标是由数个强散射中心和众多弱散射点形成,当雷达距离分辨率满足一定要求时,其强散射中心在距离上会被分辨出来,此时目标RCS距离分布的包络代表目标上各强散射中心的散射强度分布。但当雷达距离分辨率进一步提高时,目标上的强散射中心则不会继续发生分裂,此时目标的RCS距离分布的包络形状和幅度则没有大的变化。

箔条干扰中的箔条丝在空间上处于随机均匀分布状态,当雷达距离分辨率达到一定程度时,箔条散射丝被分裂到不同的距离单元上,雷达距离分辨单元越小,分辨单元中的箔条丝数量就越少,则分辨单元中的箔条总RCS就越小,造成整体相参RCS距离分布的幅度减小,舰船与箔条干扰RCS随距离分辨率变化的仿真结果见图2,从图2可以看出,箔条干扰的RCS随距离分辨率的提高而下降,而舰船目标则不同,当距离分辨率达到一定值后,其RCS基本上不随距离分辨率变化。这样当距离分辨率提高时,就造成相参体制雷达某些距离分辨单元中的目标RCS明显大于干扰,有效地提高了信干比,压制了干扰,使末制导雷达能从箔条干扰中完成对目标的检测和跟踪[6-7]。

图2　舰船和箔条干扰RCS与距离分辨率的仿真结果

2.2运动特性引起的耦合时移

舰船目标和箔条干扰具有完全不同的运动特征。箔条干扰丝的运动可分解为因其重力造成的下降运动、受风力影响的水平运动和在空气中的转动几部分,这几种运动共同作用的结果,使箔条丝的运动具一定程度的随机性,速度分布范围较宽,速度谱宽度也较宽[3-5]。而舰船的运动特性则完全不同,其各散射单元的运动速度则相对恒定,速度谱宽度较窄。两种目标的频谱特性如图3所示,从图可以看出箔条干扰的功率谱宽度明显大于舰船目标。当发生速度距离耦合时,舰船的散射点会从一个细化单元移动到另一个细化单元中,造成RCS距离分布幅度基本不变,但包络发生移动;而箔条干扰则不同,由于箔条丝运动速度不同,造成功率谱宽度增宽,使散射能量分散到更多的细化单元中,其整体RCS距离分布的幅度下降。这种由于舰船目标和箔条干扰运动特性的差异,同样造成相参体制末制导雷达的信干比增加,提高其在干扰中检测和跟踪目标的能力。

图3　舰船和箔条干扰功率谱特性

3　结束语

箔条干扰和舰船目标的相参RCS距离分布的峰值点位置熵、相关系数和分散性均存在明显差异,在目标和干扰可分辨情况下可利用这些属性特征差异对干扰和目标进行有效识别;箔条和舰艇相参RCS距离分布对距离分辨率的敏感性以及运动特性引起的耦合时移也存在很大差别,对于目标和干扰不可分辨情况下,利用这种差异可有效提高信干比,压制干扰的影响,提高抗干扰能力。

[1]高才才, 陈炜,张俊娥，等.地面雷达抗箔条干扰技术研究[J].信号处理,2010(7): 23-26.

[2]Murphey L M.Linear Feature Detection and Enhancement in Noisy Image Via Radon Transform[J].Pattern Recognition Letters，1986,4(4): 279-284.

[3]黄培康,林桂森,樊正芳,等.雷达目标特征信号[M].北京:宇航出版社,1993.

[4]〔美〕斯科尔尼克MI.雷达手册(合订本) [M].北京:国防工业出版社,1978.

[5]黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社,2005.

[6]朱保锋,郭改文.反舰导弹末制导雷达抗箔条干扰建模仿真研究[J].计算机仿真,2014,31(3):41-45.

[7]孙迎丰,曾维贵,田燕妮,等.抗箔条质心干扰新方法研究[J].弹箭与制导学报, 2014,34(6):169-172.

Anti-chaff-jamming Method Based on Coherence RCS Distance Distribution

ZHANG De-bao， SHEN Peng

(the Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China)

For advancing the capability to confronting the ship borne passive jamming of anti-ship missile,on the base of analysis to the characterizations of coherence RCS distance distribution and its differences of chaff and naval ship, the method that used the differences for identification under distinguishable condition are discussed; In view of the indiscernibility chaff and objective, the method uses the difference of coherence RCS characterizations and coupling for suppressive jamming, Enhancing signal-to-jamming.

coherence; RCS; feature recognition; signal-to-interference ratio

1673-3819(2016)04-0123-03

2016-03-29

2016-04-26

张德保(1961-),男,安徽宿松人,高级工程师,研究方向为电子对抗。

沈鹏(1983-)，男，硕士，工程师。

TN974；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.025