一种雷达强杂波区副瓣对消技术

和 芯 周书堂 王宇颢 张建明 伍进进 李 飞

(1. 武汉滨湖电子有限责任公司 武汉 430205；2.陆军装备部驻武汉地区第二军事代表室 武汉 430205；3.陆军研究院炮兵防空兵研究所 北京 100012)

0 引言

雷达天线副瓣对消技术是雷达系统抗干扰的主要技术措施之一[1]。副瓣对消使用的是一种自适应空域滤波技术，它使得在时频域不能分开而在空间上可以分离的干扰和目标的组合信号，在自适应滤波技术处理后得到最小的干扰剩余，而目标信号基本不受到损失。副瓣对消是现代雷达所必需的一种抗干扰手段，它极大地扩展了时频资源有限的战场电磁环境的可用度，保证了雷达系统在有干扰环境下的有效威力范围不会显著缩减。

在进行低空探测时，雷达面临强地杂波的影响，在杂波区，传统的副瓣对消性能会受地杂波影响而大幅下降，导致雷达在杂波区难以对抗有源干扰[2]。地杂波的空间特性复杂，平均功率高，导致副瓣对消的权值求解条件被破坏，权值计算产生偏差，副瓣对消效果变差[3]。

文献[4]、文献[5]分析了地杂波的幅度分布特性、空间分布特性，对地杂波的模型和产生方法进行了研究。文献[6]对副瓣对消进行了原理分析和仿真试验，文献[7]通过仿真分析研究了地杂波对副瓣对消性能的影响。

本文提出一种强杂波区副瓣对消方法来解决地杂波对副瓣对消性能的影响，并通过实际测试验证其有效性。

1 地杂波环境下副瓣对消

1.1 副瓣对消基本模型

雷达副瓣对消的基本原理是利用辅助天线接收干扰信号，根据干扰信号的方位及强度，通过自适应加权，使得干扰输出功率最小，达到消除副瓣干扰的效果。副瓣对消流程如图1所示。

图1 传统副瓣对消流程

设X为辅助通道接收到的干扰信号，W为加权系数，Y为主通道接收的信号，则对消输出V0可表示为

V0=Y-WHX

(1)

副瓣对消的最优权值计算准则是令干扰剩余功率E{|V0|2}最小，令

σ=E{|V0|2}

(2)

式(2)中RXY=E(XY*)，RXX=E(XXH)。

当σ的导数为零时，可求得其最小值，此时对应的权值系数WOPT为最优权值，即

(3)

可求得

(4)

此时干扰剩余为

(5)

1.2 地杂波对副瓣对消的影响

在进行低空目标探测时，雷达辅助天线在接收干扰信号的同时也会接收到地杂波，由于地杂波空间分布范围广，特性复杂，必然会影响到副瓣对消效果。

设主通道接收到的干扰信号为Jm，杂波信号为Cm，辅助通道接收到的干扰信号为Ja，杂波信号为Ca，则最优权值为

(6)

考虑到辅助通道接收信号中干扰信号平均功率远大于杂波信号平均功率以及干扰信号和杂波信号不相关，式(6)可简化为

(7)

式(7)中W0为无干扰信号时的最优权值。

设无杂波时的干扰对消比为CG0，则在杂波区的干扰对消比CG可表示为

(8)

图2 不同干杂比时CG与CG0的关系

2 强杂波区副瓣对消方法

考虑到地杂波对副瓣对消效果的影响，我们提出一种强杂波区副瓣对消方法，这种方法是对主通道和辅助通道的回波先分别进行MTD处理，再对每个多普勒通道分别进行副瓣对消处理。由于MTD在副瓣对消前进行，因此地杂波被抑制，降低地杂波对后续的副瓣对消处理的影响，解决杂波区副瓣对消效果下降的问题。

雷达低空副瓣对消流程如图3所示，首先对DBF波束和辅助波束分别进行MTD处理，再对不同多普勒通道分别进行副瓣对消，最后综合输出检测结果。由于目标回波与杂波通常处于不同的多普勒通道，通过对不同多普勒频道的主、辅通道信号分别对消，可最大程度避免地杂波对副瓣对消效果的影响。

图3 强杂波区副瓣对消流程

2.1 强杂波区副瓣对消仿真

在干扰与地杂波组合环境下进行强杂波区副瓣对消算法的仿真，设置两个干扰源，方位分别为-80°和80°，干扰功率76dB，在30°到60°方向存在地杂波，平均功率62dB，天线方向图如图4(a)所示，时域图如图4(b)所示。由于杂波的存在，传统副瓣对消方法无法将干扰对消。通过强杂波区副瓣对消算法对消后的天线方向图如图4(c)所示，时域图如图4(d)所示，由于先进行了MTD，降低了地杂波对副瓣对消的影响，两个干扰可被有效消除。

图4 传统副瓣对消与强杂波区副瓣对消效果对比

2.2 强杂波区副瓣对消试验

为验证强杂波区副瓣对消算法的有效性，通过某型雷达的外场抗干扰试验，对强杂波区副瓣对消算法进行了验证。在干扰环境下，目标于20km处进行向站飞行。目标进入角度为325°方向，高度300m。干扰机放置于雷达正北0°方向，功率谱密度1000W/MHz，相当于EA-18G距离雷达300km做干扰。在20°到30°方向距雷达10km到15km范围，270°到330°方向距雷达15km到20km范围有强地杂波分布。副瓣对消前，雷达P显如图5(a)所示，无法发现目标；进行强杂波区副瓣对消处理后，雷达P显如图5(b)所示，雷达可正常发现低空杂波区目标并进行连续跟踪，说明强杂波区副瓣对消算法在杂波区对干扰完成了有效抑制。

图5 强杂波区副瓣对消试验P显图

3 结束语

在低空探测时，雷达面临地杂波与干扰同时存在的情况，传统的副瓣对消方法的性能会因地杂波影响而大幅下降，导致雷达在杂波区难以对抗有源干扰。本文提出一种强杂波区副瓣对消方法，对回波先进行MTD处理再分通道进行副瓣对消，降低地杂波对后续的副瓣对消处理的影响。通过实际测试，该方法可有效降低地杂波对副瓣对消性能的影响，解决雷达在低空探测时无法有效对抗有源干扰的难题。