空域分段旁瓣对消对抗灵巧干扰的仿真

杨越　陈钟　李青

摘要：文章通过阐述灵巧类干扰的特点，指出了传统旁瓣对消方法在应对此类干扰时的不足，并基于此提出分段的改进方法使其能有效应对灵巧类的干扰。为了适应实际雷达系统的需要，分段策略予以分析和说明，通过详细的仿真实验证明了该改进方法应对灵巧类干扰的有效性。

关键词：灵巧干扰；灵巧噪声干扰；时域分段；旁瓣对消

0.引言

抗有源干扰依然是现代战争中雷达需要应对的挑战。随著PD雷达信号处理手段的完善，传统的白噪声压制式干扰的优势正在被削弱，而能利用雷达发射信号衍生得到的灵巧类别的干扰正在走向实战。因此，研究这种新体制干扰的抗干扰手段显得非常必要。

雷达抗有源干扰的思想无非是要么不被干扰机截获，要么就在时、频、空、极化、编码域中的一者或多者联合的情况下能将干扰与有用信号区分开，从而达到抗干扰的目的。

在图1中，Y为雷达主通道的阵列信号，A为DBF的导向矢量，d为DBF后的主通道待对消信号，x为辅助通道的阵列信号，W_xo为自适应旁边对消系数，X_n为辅助通道加权后的滤波器输出，ε为最终的旁瓣对消输出。

在工程实现中，为了防止目标被对消掉和保证对消效果，因此干扰样本的选取往往是雷达量程远端的洁净区。但这却不适用于猝发式的灵巧类干扰。原因在于所选取的训练样本不能保证其中所含的干扰样本的有效性。其次，若使用非封闭式的收敛算法，由于滤波器收敛的暂态时间较长，而这将严重影响到旁瓣对消的性能。

2.分段旁瓣对消算法

针对传统旁瓣对消面对灵巧类干扰的问题，本文提出了一种分段式的旁瓣对消干扰方法。分段式旁瓣对消的思想是在整个距离段上分段取样进行旁瓣对消。由于采用低增益的天线阵元，使得主瓣方向的目标在辅助通道所构成的子空间内投影分量较少，从而确保在对消后的目标损失远小于干扰的损失。

分段式旁瓣对消依然采用传统旁瓣对消的准则，但实现方法上须采用封闭式的算法，以保证结果直接收敛到稳态。工程上可以采用直接矩阵求逆算法（SMI）或信号子空间算法等改进型算法实现。

分段旁瓣对消计算权系数时的数据块划分方法如图2所示，其横轴表示距离单元，数据块划分用数字标示。使用标示为偶数的数据块计算各自对应的对消权系数W_xo。为了以示区别，用不同方向的斜线表示相邻的偶数数据块得到的权系数是不同的。相邻的奇数数据块不用计算权系数，而是直接使用其左右相邻的偶数数据块得到的权系数。例如奇数块3数据等分为左右各1份，用数据块2生成的权系数对消数据块3左边的一份数据，用数据块4生成的权系数对消数据块3右边的一份数据，于是得到了奇数数据块最终的对消数据结果。而偶数数据块则直接使用其自身生成的权系数进行一次数据对消。

由于灵巧干扰为了在全距离单元进行压制，使得本文提出的分段旁瓣对消样本块划分方法可有效获取干扰样本信息。在灵巧噪声干扰的情况下，虽然干扰猝发的起始距离单元是随机的，但为了尽可能获得脉压的增益，干扰信号是x（n）与J（n）的卷积，其长度不小于x（n）的长度。通过合理的分配数据块的长度N（例如块长度小于等于x（n）长度的一半），依然可以保证对消效果。因此，本文提出的分段旁瓣对消反复既减少了求取自相关矩阵的计算量，又保证了对消效果。

3.仿真分析

仿真雷达水平机械扫描时受灵巧干扰时的情景，参数设置：雷达转速6r/min，PRI 2.56ms，信号带宽2MHz，LFM信号长度256点，回波长度4096点，干扰方向-40°和20°，干噪比35dB，目标方向-8°，径向速度12m/s，信噪比-30dB，主天线3dB波束宽度2.8°，辅助天线为3元阵，MTD使用32点FFY，4点划窗。通道间的幅相误差为1dB和5°的标准正态分布。

图3（a）是在雷达转动到-8°时，仅有白噪声和目标进入雷达主瓣时的脉压时域结果。可以看到目标回波位于1258距离单元，未归一化的相对强度为95.43dB，噪底电平峰值约为88dB。

图3（b）是图3（a）的基础上加入密集灵巧干扰后的脉压时域结果。可以看到目标回波完全被干扰压制。干扰峰值约为120dB。

图3（c）是图3（b）在1258距离单元进行MTD的频域结果。可以看到目标的多普勒信息完全被灵巧干扰掩盖，无法检测到目标。图中的横线表示该距离单元当前多普勒的均值。

图3（d）是对密集灵巧干扰对消后的脉压时域结果。对比图3（a）可以看到，时域回波的噪底电平峰值约为88dB，无明显干扰剩余，目标回波强度有0.3dB的减弱。

图3（e）是对图3（d）进行MTD的频域结果。可以看到由于干扰被对消，该距离单元的目标多普勒信息被明显的显现，而且整个多普勒的均值较图3（c）约有6dB的提升。

仿真雷达水平机械扫描时受灵巧噪声干扰时的情景，参数设置：雷达转速6r/min，PRI 2.56ms，信号带宽2MHz，LFM信号长度256点，回波长度4096点，干扰方向-40°和20°，信干比0dB，干扰为每个PRI内发射和一个随机距离单元的灵巧噪声干扰，目标方向-8°，径向速度12m/s，信噪比-30dB，主天线3dB波束宽度2.8°，辅助天线为3元阵，MTD使用32点FFT，4点划窗。通道间的幅相误差为1dB和5。的标准正态分布。

图4（a）是在雷达转动到-8°时，仅有白噪声和目标进入雷达主瓣时的脉压时域结果。可以看到目标回波位于1258距离单元，未归一化的相对强度为95.43dB，噪底电平峰值约为88dB。

图4（b）是图4（a）的基础上加入灵巧噪声干扰后的脉压时域结果。可以看到由于干扰使用了信号的波形作为载体，使得脉压对干扰的抑制是透明的。需要说明的是灵巧噪声干扰在每个PRI内所处的距离单元是随机的。当前一个干扰波形正好将目标回波脉压后的时域波形掩盖。干扰强度约为103dB，强于目标回波脉压峰值。

图4（c）是图4（b）在1258距离单元进行MTD的频域结果。可以看到目标的多普勒信息并未完全被灵巧干扰掩盖。这是由于干扰出现的距离单位是随机的，在目标所在方位进行MTD过程中的相邻若干PRI内，目标并未在每个PRI都被干扰掩盖。虽然如此，干扰的随机初相及幅度扰动依然会破坏目标的相干积累，加大了目标的漏警概率。

图4（d）是对灵巧噪声干扰对消后的脉压时域结果。对比图4（a）可以看到，时域回波的噪底电平峰值约为88dB，无明显干扰剩余，目标回波强度有0.6dB的减弱。

图4（e）是对图4（d）进行MTD的频域结果。可以看到由于干扰被对消，该距离单元的目标多普勒值较图4（c）约有10dB的提升。

4.结束语

本文提出一种分段式的旁瓣对消干扰方法，意在解决猝发式的灵巧类干扰。仿真结果表明该方法以较小的目标信噪比损失为代价获取较大的干扰对消效果，验证了本方法的有效性。