双极化对末制导雷达抗干扰能力影响∗

解永亮 韩 伟 范加武

（91404部队43分队 秦皇岛 066001）

1 引言

目前，反舰导弹末制导雷达在抗干扰能力方面仍存在一些不足，主要表现在：对目标与箔条形成的混合体难以快速识别；受多路径效应、目标反射特性等影响，导致目标回波幅度起伏大，影响对目标的稳定跟踪；角反射体干扰和舰船目标特征不易区分，识别概率较低。研究发现对雷达信号进行双极化处理，是末制导雷达提高抗干扰能力的一种有效的技术途径。极化信息是除频率、幅度、相位以外，描述电磁波矢量性的又一重要信息，极化滤波、极化增强、极化鉴别等抗干扰技术作为时域、频域、功率域等常规抗干扰技术的补充，能够有效对抗多种干扰样式。可以预见，发展“时-频-极化”域一体化的抗干扰技术必将成为雷达抗干扰领域的主流发展方向［1］。

2 双极化原理概述

电磁波在传播时，电场矢量在水平平面内和垂直平面内均有分量，被称为电磁波的极化现象。常规雷达对目标回波信号的检测只利用幅度信息，只要目标回波幅度在起伏过程中超过由背景噪声或杂波所决定的门限，就有可能被检测到，即有一定的检测概率。而电磁波照射到目标上时，由于目标的形状、结构和材料的不同，会对发射电磁波产生不同的极化扭转效应［2］，目标回波和杂波中包含有各自不同的极化信息，加以利用后可以实现在一定的信噪比情况下提高目标的检测概率；或者说，在一定的目标检测概率下，可以使所需的信杂比降低。因此增加极化检测技术有助于雷达对微弱目标的探测，双极化雷达通过极化检测方式可以先将一部分干扰滤除，更有利于干扰背景下目标的检测；同时，基于干扰信号与目标回波在极化域的特征差异，通过增加极化域判别，从而提高雷达的抗干扰能力及目标识别能力。

描述极化效应的基础理论是极化散射矩阵。主动雷达系统发射某种极化状态的入射波，然后接收同种或者不同种极化状态的反射回波。常用的发射—接收极化状态有以下四种：HH为水平发射，水平接收；HV为水平发射，垂直接收；VH为垂直发射，水平接收；VV为垂直发射，垂直接收。交替发射同时接收模式工作时，交替发射两种正交的极化波，在发射的间隙，极化状态正交的两副天线同时接收，这样任意相邻两次接收的回波，就是所期望的四种极化组合（HH、HV、VH、VV）的目标回波。现在考虑一个沿天线方向传播的线极化平面波，它照射到目标上，任意方向的线极化分解为水平和垂直两个正交的极化分量，分别用和表示水平极化和垂直极化电场，其中T表示发射天线产生的电场，下标H和V分别代表水平方向和垂直方向，一般在水平照射场的作用下，目标的散射场将由水平极化散射场和垂直极化散射场组成，并且有

式中：aHH表示水平极化入射场产生水平极化散射场的散射系数；aHV表示水平极化入射场产生水平极化散射场的散射系数。

同理，在垂直照射场作用下，目标散射场也有两部分：

式中：aVH表示垂直极化入射场产生水平极化散射场的散射系数；aVV表示垂直极化入射场产生水平极化散射场的散射系数。

上述散射成分中，水平散射场可被水平极化天线所接收，垂直散射场可被垂直极化天线所接收，所以有

3 极化检测

在末制导雷达跟踪过程中，对于噪声压制类干扰或能量很高的欺骗干扰来说，干扰进入目标的检测单元时，抬高了目标的检测背景，目标的信噪比下降，从而使目标不能被正常检测，无法进行下一步的识别。通过极化检测可以改善上述问题，极化检测是利用雷达回波中的极化信息来改善雷达对目标的检测能力，从而为下一步的极化识别提供条件。

目前采用修正后的张量极化检测器，检测前将积累后同极化回波与交叉极化回波的功率对消作为极化检测器的输入，再参与极化检测判决。由于空间随机取向的箔条以及圆极化或斜极化的有源干扰均表现为同极化与交叉极化能量相当，而舰船目标的同极化分量远大于交叉极化分量，因此，采用极化对消处理后，干扰回波的能量大部分被对消掉，有效抑制干扰，提高信干比［4］，有利于雷达对目标的检测。

下面通过数据仿真，给出了典型干扰情形下，R-D二维检测（基本型检测方法）与极化检测方式下目标的检测效果对比结果。图1中在噪声压制干扰背景下，原始检测后目标2丢失，经过极化处理后目标1、目标2均正常检测出来，通过数据仿真分析得出，极化检测可以提高目标在有源干扰背景下的信干比，同时对机内噪声背景下的目标信噪比也有改善。

4 典型干扰与舰船目标的极化特征差异

针对末制导雷达的典型干扰，按干扰效果来划分，干扰样式大体可划分为压制式和欺骗式两类。压制式干扰包括有源噪声调制干扰和无源箔条干扰等；欺骗式干扰包括无源诱饵（冲淡箔条、角反射体等）和有源假目标干扰。下面根据试验结果对箔条干扰、角反射体干扰和有源干扰的极化特征与舰船目标存在的差异进行分析。

图1 噪声压制干扰背景下检测结果对比图

4.1 箔条干扰

箔条云在空中的运动规律可以认为是随机的，雷达接收到箔条云反射回波的垂直极化、水平极化分量基本相同，具有较强的去极化性，理论上它能够干扰各种极化特性的雷达，而舰船目标的去极化特性较弱；另外，箔条云的极化散射矩阵是由大量服从独立同分布的箔条极化散射矩阵的相干合成，箔条云团的极化散射矩阵不仅与单个箔条有关，同时还与箔条云的空间分布有关，箔条云在空间中径向分布的改变也将导致散射矩阵的起伏，而舰船目标的极化散射特性相比箔条稳定的多。因此，通过对舰船和箔条干扰极化散射特性差异的分析研究，可以进行箔条干扰的识别及对抗。

图2是雷达分别跟踪舰船和箔条干扰的数据，箔条干扰的极化参数稳定性明显比舰船差。

4.2 角反射体干扰

角反射体通过镜面反射作用将电磁波从入射方向反射回去，当入射波是线极化时，雷达接收到的同极化反射波的分量高，一般情况下其散射的同极化波比正交极化波大很多，去极化特性与舰船目标相当甚至更弱；另外，角反射体干扰的极化特性也与角反射体的姿态有关，其极化比分布于整个极化域，在某些角度下（如二面角的边沿），角反射体具有较强的去极化特性，同时漂浮在海上的角反射体相对舰船较小，受海浪起伏等因素的影响更大，从而引起干扰极化特性的变化，此时角反射体干扰极化特征参数的稳定性较舰船目标差一些。

图2 雷达跟踪舰船和箔条干扰数据对比图

图3是一组角反射体干扰数据，此时干扰的去极化特性较弱，与舰船的极化参数取值较为相似，较难区分。

图3 雷达跟踪角反射体干扰数据图

4.3 有源干扰

有源诱饵为提高干扰成功率，一般采用圆极化或斜极化的工作方式［5］，雷达用线极化进行发射时，接收到的干扰信号共极化回波与交叉极化回波相当，而舰船目标的共极化回波比交叉极化回波要强。因此，通过共交极化比可区分有源干扰和舰船目标。

图4是雷达分别跟踪有源干扰与舰船的数据，雷达跟踪有源干扰与跟踪舰船时的极化参数差异显著。

5 仿真识别结果

基于典型干扰与舰船目标在极化域的特征差异，可以有针对性的制定末制导雷达抗干扰措施。针对不同的干扰类型，通过对外场数据的处理和分析，给出了高速数据仿真的极化识别结果，下面分别对不同干扰情况下的原始回波数据和极化处理后数据进行对比分析。

图4 雷达跟踪舰船和有源干扰数据对比图

5.1 箔条干扰

质心箔条施放后，箔条与舰船在多普勒和距离向重合，干扰与目标成为混合体，从时、频域较难区分。采用极化滤波方式进行处理后，箔条干扰象素点被剔除，报出混合体中目标位置的点。原始回波及极化识别结果见图5。

图5 质心箔条与舰船混合体原始回波及极化识别结果

冲淡箔条干扰施放后形成多个假目标干扰，如果达到雷达目标检测门限，时频域判别后容易造成误识别，但此时干扰的极化特征与舰船有所差别。图6所示数据通过多帧极化滤波可以将箔条干扰剔除。

图6 冲淡箔条极化识别结果

5.2 角反射体干扰

上文在角反射体与舰船目标的极化特征差异论述中分析过，由于角反射体干扰与舰船的极化参数取值较为相似，较难区分。但在末制导雷达抗干扰数据处理中，对角反射体干扰回波的极化信息进行数据识别算法改进，仍可以对角反射体干扰进行识别。图7给出了中数据识别算法改进前后的识别结果对比，图中纵坐标代表属性识别结果，7代表干扰，5代表疑似，3代表舰船，在改进后的仿真结果中增加了9代表金属角反射体干扰。从图中可以看出，原始时频域识别下将角反射体识别为干扰的概率很低，基本上报舰船属性，而增加极化识别后，能够将金属角反正确识别为干扰。

5.3 有源干扰

有源干扰的时频域特征与舰船相似，从时、频域特征上看，转发干扰与目标较难区分，回波幅度一般较高，有时在距离或多普勒向进行拖引，容易导致雷达跟错目标或抬高背景从而丢失目标，影响目标的正常检测和跟踪。利用极化检测及极化识别处理后，能够有效剔除有源干扰，留下舰船目标点。图8为有源干扰背景下原始回波与极化识别结果对比。

图7 角反射体干扰原始识别与数据识别算法改进对比图

图8 有源干扰背景下原始回波与极化识别结果对比图

6 结语

末制导雷达抗干扰决策中，目标散射信号中的极化信息同目标回波的幅度、相位、频率、波形等信息一样，是非常有用的信息，它在抗有无源干扰、目标信号滤波和增强、目标检测和目标识别中有着巨大的潜力。极化参数是描述电磁波的重要参数之一，它描述了电磁波的矢量特征，不同目标对入射电磁波的极化有不同的散射极化，本文通过不同干扰与舰船的极化特征差异对比可以得出，舰船目标的去极化特性较弱，而其他典型干扰除角反射体去极化特性与舰船目标差异较小外，均表现出与舰船目标明显的极化特征差异，通过试验数据仿真结果可以发现，采用双极化处理能够有效提高末制导雷达抗干扰能力。