某机载雷达抗副瓣干扰的改进方法

李文君 刘明忠 白 桦 高留洋

(中国洛阳电子装备试验中心 河南济源 459000)

某机载雷达抗副瓣干扰的改进方法

李文君 刘明忠 白 桦 高留洋

(中国洛阳电子装备试验中心 河南济源 459000)

某机载雷达采用的ΣΔ-STAP方法能较好地对抗一个主瓣干扰和ΔA波束非零点副瓣干扰，但当干扰从ΔA波束副瓣零点方向进入时，主瓣分裂，对抗效果差。结合雷达实际特点，本文提出一种改进的ΣΔ-STAP方法，方法利用和、差和保护三个通道进行二维自适应处理。仿真结果表明，该方法能够很好对抗副瓣零点干扰，并且误差稳定性增强。

ΣΔ-STAP，副瓣干扰，改善因子

0 引言

某机载雷达主要用于模拟国内外典型机载火控雷达用于检验被试雷达对抗装备的干扰效果，其有空/空、GMTI和SAR等多种工作模式，投入靶场运用以来，在前期各项试验任务和训练演练任务中发挥了重要作用。在前期靶场任务中，经常进行干扰对抗装备对该雷达实施有源干扰。抗有源干扰的常规措施是窄波束、低副瓣，大功率口径积等[1]，但这些技术的实现一般受到器件稳定性以及加工工艺限制，牵涉雷达体制，工程实现比较复杂。常用的处理方法抗干扰措施主要有自适应零点、副瓣匿影、点迹过滤等[2]。因此对多通道雷达来讲，自适应阵列处理方法(STAP)能在空域形成零点，是常用的抗有源干扰的方法。

某机载雷达采用的是ΣΔ-STAP方法，空域自由度为2，是简化的自适应处理方法，工程实现相对比较简单。该方法能较好地对一个ΔA波束非零点副瓣干扰和主瓣干扰，但当干扰从ΔA波束副瓣零点方向进入时，主瓣分裂，对抗效果差[3]。本文结合雷达装备实际特点，合理利用保护通道，提出一种改进的ΣΔ-STAP方法。结果表明，改进后雷达抗干扰能力增强，一定程度上可提高某雷达在电子战中的性能。

1 改进的ΣΔ-STAP方法

ΣΔ-STAP方法对从差波束非零点副瓣区域进入的干扰具有较好的抑制效果，但是不能抑制差波束副瓣零点干扰。某机载雷达为抑制奇异点杂波，设有保护天线。本文结合雷达的实际特点对ΣΔ-STAP方法进行改进，提出一种利用保护通道(G)作辅助通道，与Σ、ΔA波束一起进行空时二维自适应处理的方法，相当于增加了一个处理通道，空域自由度变为3。

图1是保护天线与主天线的几何关系图，图中间上方的G代表保护天线，雷达保护天线的位置对仿真结果影响不大。

图2是Σ、ΔA波束和保护通道的天线方向图，ΔA波束在主瓣指向上响应很低，保护通道(G)的增益小于阵列天线主瓣增益，但比副瓣增益要高一些，保护通道(G)和主天线增益比一般远小于1。

改进的ΣΔ-STAP方法是对和、方位差及保护三个空域通道分别进行MTI、FFT和时域自适应处理[4]。

将和(Σ)、方位差(ΔA)波束与保护(G)通道在相邻三个多普勒通道的输出排成矢量，记为：

(1)

空域导向矢量SS=[1,0,α]T；时域导向矢量ST=[e-jφT(fd),1,ejφT(fd)]T，总导向矢量为S=SS⊗ST，⊗表示Kronecker直积。

W为加权矢量，RX=E(XXH)为杂波协方差矩阵，那么滤波器的输出就是y=WHX，输出信干杂噪比为：

SJCNRo=|E(y)|2/var(y)=|WHS|2/WHRXW

(2)

则自适应求解应满足如下条件：

(3)

根据线性约束最小方差准则[5]，其最优解为：

Wopt=R-1XS/(SHR-1XS)

(4)

2 抗零点副瓣干扰仿真分析

如图3所示，假设天线阵面与飞行方向的夹角是90°(前视阵)，天线的俯仰扫描角为0°，波束主瓣指向和飞行方向夹角是30°，则主瓣指向与阵面夹角为60°。干扰方向和天线阵面的方位夹角[6][7]定义为干扰角度。本文考虑干扰从0°到180°方向即从正面进入的情况。在天线坐标系内57°到63°角域为主瓣覆盖区，其它方向为副瓣区。

仿真条件为：天线阵为平面阵，脉冲重复频率PRF=30KHz，杂波在多普勒域无模糊，相干脉冲积累数为34，工作波长为0.03m，载机飞行速度150m/s，CNR=50dB，JNR=20dB。本文重点研究来自零点副瓣(干扰方向来自36°)干扰时的情况。分别对ΣΔ-STAP方法和我们改进后的方法进行仿真分析比较。

图4为ΣΔ-STAP方法的空域自适应方向图，从图中可以看出在36°处能形成凹口，但为对抗零点方向干扰，此时差波束在综合方向图时所占权值较大，主瓣会产生分裂。

图5为ΣΔ-STAP方法改善因子曲线，无误差时ΣΔ-STAP改善因子比常规处理稍好，但比无干扰时下降约25dB。说明ΣΔ-STAP对抗从36°方向(零点副瓣)干扰效果较差。另外，可以看到，到存在不同幅相误差时，改善因子也有较大的改变，说明ΣΔ-STAP方法稳定性不高。

图6为改进的ΣΔ-STAP方法的空域自适应方向图，可见主瓣不再分裂。因为干扰从ΔA波束副瓣零点进入时，保护通道起了更大作用，而差通道的权重变小，主瓣不再分裂。在36o处形成了凹口，改进的方法能够对抗从ΔA波束副瓣零点方向进入的干扰。幅相误差对方向图中的凹口深度影响很小，因为此时保护通道起主要作用，而保护通道的增益受天线幅相误差影响很小。

图7是改进的ΣΔ-STAP方法改善因子曲线，在清晰区，该方法能完全将干扰对消掉，虽然在副瓣杂波区与无干扰时相比改善因子降低了15dB左右，但比常规处理仍有10dB改善，与ΣΔ-STAP相比有5dB改善，阵元幅相误差对改善因子影响不大，这也是因为保护通道的关系，说明改进后的ΣΔ-STAP方法能对抗ΔA波束副瓣零点干扰，且对误差的稳定性比较好。

3 结束语

某机载雷达采用的ΣΔ-STAP方法对抗零点副瓣干扰时，由于主瓣分裂，抗干扰效果差。本文结合某机载雷达实际特点，提出了一种基于和、方位差和保护三个空域通道的改进方法。仿真结果表明，改进后的方法能防止主瓣分裂，有效对抗零点副瓣干扰，且对幅相误差的稳定性增强。

[1] 王永良, 李天泉.机载雷达空时自适应信号处理技术回顾与展望[J]. 中国电子科学报，2008,3(6):273-274.

[2] 唐斌，赵源，等.雷达抗有源干扰技术现状与展望[J]. 数据处理与采集，2016,31(4):623-639.

[3] 李刚，李文君,等. ΣΔ-STAP对抗有源干扰性能的分析[J].兵工自动化，2015，1(34):32-35.

[4] 叶玲平；张良；孙晓闻. ΣΔ-STAP和ΣΔG-STAP抗有源干扰的性能比较[J].现代雷达，2007,8(29)：48-51.

[5] Richard Klimm. Principles of space-time adaptive processing (3rdedition)[M]. Lucknow: Institution of electrical technology, 2006:59-60.

[6] 马汇淼，马林华,等.STAP技术在有源干扰环境下的运用方法[J].空军工程大学学报，2012,13(3):65-69.

[7] 王彤. 机载雷达简易STAP方法及其应用[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2001.

ImprovementMethodforSuppressingSidelobeJammingofAirborneRadar

Li Wenjun, Liu Mingzhong, Bai Hua, Gao Liuyang

(Luo Yang Electronic Equipment Test Center of China, Jiyuan, Henan 459000)

ΣΔ-STAP used by an airborne radar can suppress jamming from one main-lobe and side-lobe (not at zero) of ΔA beam. But if the jamming is from zero-point direction of ΔA beam, main lobe will split and anti-jamming performance is bad. According characteristic of the airborne radar, an improved ΣΔ-STAP method is proposed based on Σ, ΔA and protection channels. Simulation results show that the improved method can suppress jamming from the zero-point direction of ΔA beam and impact of amplitude-phase error on performance stability got reduced.

ΣΔ-STAP; sidelobe jamming; improvement factor

2017-03-22

李文君(1989-)女，工程师。研究方向为抗干扰技术。

TN973

A

1008-8652(2017)03-047-03