随机步进频引信近距泄漏抑制方法研究

张学斌， 周明宇， 王 荣， 程妹华

（1.海军驻上海地区航天系统军事代表室，上海200233；2.上海无线电设备研究所，上海200090）

0 引言

从近十年的战争发展趋势来看，高超声速武器、强防护武器利用低空或者超低空飞行实施低空突防，破坏敌方防御系统，然后展开全方位、多层次攻击，已经成为一种屡试不爽的常见战术手段［1］。这就要求防空导弹引信具备低空作战条件下精细化探测目标的能力，基于精细化探测的信息实现对目标的高效毁伤。频率步进引信通过对载频离散调制合成很宽的系统带宽，获得距离维高分辨的效果，其系统瞬时带宽低、数据运算量小，且可以通过增加信号脉宽来提高平均功率，解决了极窄脉冲存在的峰值功率限制问题［2］。随机步进频引信是频率步进引信的一种，由于发射信号载频的随机性，它还具有优秀的抗干扰能力，即具备复杂战场环境下精细化探测目标的能力。

防空导弹大多要求引信小盲区或无盲区探测，近距泄漏会影响到引信的小盲区或无盲区探测能力，因此本文对随机步进频引信近距泄漏抑制方法进行研究。

1 随机步进频引信探测能力分析

随机步进频引信发射的信号为一串载频随机跳变的窄带矩形脉冲（设有N 个脉冲），脉宽为T，窄带脉冲载频为fi=f0+xiΔf，其中xi为范围（0～N—1）内整数的随机排列。对这串脉冲的回波信号与其载频相应的本振频率进行混频，再对这N个脉冲混频后的结果进行IDFT处理，这样综合得到的脉冲宽度可达T/N，距离分辨率提高 （N—1）倍［3］。

图1为频率随机步进雷达发射信号的步进示意图，发射信号表达式为

模糊函数是分析系统分辨能力、模糊度、测量精度以及杂波抑制能力的有效数字工具［4］。对于频率随机步进信号，不同脉冲间频率近似正交，模糊图主要集中在中心模糊带，即内。模糊函数如式（2）所示。

从式（2）可以看出，脉冲间频率随机跳变，不会在模糊图上产生“斜刃”现象，中心模糊带除了原点，能量分布更趋于均匀，即模糊图更趋于图钉型。图2为频率随机步进脉冲串信号模糊图（中心带条），图3为τ—χ切面图（ξ=0），图4为等高线图。计算时参数为：Δf=5 MHz；N=64；T=100 ns；Tr=1μs。从图2至图4中可以看出，随机步进频脉冲串信号模糊图近似图钉型，没有距离速度耦合现象，且时延分辨率为1/（NΔf）；其速度模糊以1/Tr出现。

2 近距泄漏对探测能力影响分析

引信收发天线之间不会完全隔离，发射信号由引信发射天线直接泄漏进接收天线，由于泄漏信号与本振信号完全相关，经过信号处理之后会在近距成虚假目标像，从而造成引信虚警。

为了定量地分析近距泄漏对系统探测能力的影响，假设一个随机步进频引信系统各项参数：步进频率Δf=2.5 MHz；步进阶数N=64；脉冲重复周期Tr=1μs；最大作用距离10 m；目标RCS为1 m2（本文所述目标RCS均按此值计算）；最大距离RCS为1 m2目标回波峰值功率为—90 d BW，即启动灵敏度为S=—90 d BW；发射功率Pt=5 d BW；收发天线隔离度为I=65 d B。发射功率减去收发隔离度即为近距泄漏信号功率，为—60 d BW，比引信启动灵敏度高30 d B。10 m处目标回波信号、近距泄漏信号以及目标回波叠加近距泄漏信号如图5所示，图中信号相对于目标回波叠加近距泄漏信号最大值归一化。从图5中可以看出，10 m处目标回波信号已经被近距泄漏信号完全淹没。

对相对距离为10 m、相对速度为1 000 m/s的目标回波进行处理，得到的综合波形如图6所示，近距泄漏（相对距离为0.5 m、相对速度为0 m/s）的综合波形如图7所示，目标（相对距离为10 m、相对速度为1 000 m/s）回波叠加近距泄漏综合得到的波形如图8所示，综合波形均相对于目标叠加近距泄漏综合波形的最大值归一化。

对比图6和图7，可以看出近距泄漏信号聚焦峰值远远大于目标峰值，受到随机步进频信号较大底噪的影响，近距泄漏信号经过处理后的综合波形底噪比目标峰值高14 d B，即引信作用距离降低14 dB以上。从图8中可以看出，目标已经完全被近距泄漏信号的底噪淹没。

经过上述分析，近距泄漏会引起随机步进频引信底噪淹没目标回波信号，造成引信近距启动性能极大降低。

3 随机步进频引信近距泄漏抑制方法

对于一个相对距离为R，相对速度为v的目标回波进行匹配接收，按照脉冲重复周期采样后得到的信号为［5］

式中：A为信号幅度，与回波功率相关；fc为发射信号载频；c为光速；xi为伪随机序列码；i为采样周期序号；Tr为脉冲重复周期。

由于近距泄漏信号相对距离很小，相对速度可近似为0 m/s，式（3）中采样信号相位的第三项和第四项可以忽略，第二项系数也很小，近距泄漏信号按照脉冲重复周期采样，经过序列重排将伪随机序列排为顺序序列后，信号频率很低。图9为近距泄漏采样信号频谱，从图中可以看出，近距泄漏的能量集中在低频部分。

在弹目遭遇时，弹目相对速度远大于0 m/s，即式（3）中采样信号相位的第三项和第四项不可以忽略，即目标回波采样信号的能量不集中在低频部分。因此，可以对序列重排之后的信号先经过高通滤波再进行速度匹配对消，将近距泄漏信号滤除。图10为近距泄漏信号滤波后频谱（相对未滤波前信号频谱幅度最大值归一化），图11为近距泄漏信号滤波后综合波形（相对未滤波前目标叠加近距泄漏综合波形的最大值归一化），与前文近距泄漏未滤波的频谱与综合波形对比可以看出，近距泄漏被抑制33.8 d B。

相对距离为10 m、相对速度为1 000 m/s的目标回波叠加近距泄漏的信号经过高通滤波处理之后，综合波形如图12所示（相对最大值归一化），从图中可以看出，近距泄漏被抑制后，目标不被近距泄漏的底噪淹没，可以从综合波形中提取目标距离、速度信息。

4 结束语

随机步进频引信具备较好的距离分辨率和速度分辨率，且没有距离速度耦合现象，具备良好的目标成像能力。但是，受到近距泄漏信号的影响，随机步进频引信的底噪会淹没目标回波信号，导致引信近距启动性能极大损失。基于近距泄漏信号与目标回波信号在频谱上的不同特征，本文采用先经过高通滤波再进行速度匹配对消的方法滤除近距泄漏信号，根据仿真结果，抑制度达33.8 dB。经过抑制后，目标回波信号不再被近距泄漏的底噪淹没，可以从综合波形中提取目标距离、速度信息。