王辉辉 袁子乔 张统兵

(西安电子工程研究所 西安 710100)

随着电磁环境日益复杂，干扰样式的灵巧变化，雷达抗干扰技术已经成为研究的重要内容。当有源干扰从雷达天线旁瓣进入时，由于旁瓣覆盖的空间范围比较大，因此容易造成雷达出现大量虚警，影响雷达对目标的检测性能。为消除从旁瓣进入的有源干扰，现在雷达一般采用旁瓣匿影(SLB) 和自适应旁瓣相消(ASLC)技术。SLB主要是抑制来自天线旁瓣的有源脉冲式或扫频干扰，利用检测通道与匿影通道天线增益的不同，对检测与匿影通道数据进行匿影门限判决，从而抑制假目标干扰。自适应旁瓣相消对于压制干扰具有较好的性能，但是对于占空比较低的脉冲式干扰，ASLC的性能恶化，甚至对消性能失效。杂乱脉冲干扰与雷达是异步的，经过脉压后在一个相干处理间隔中表现为连续性，从而抬高了噪声基底，对雷达检测造成严重影响。文献[4]通过对主通道和匿影通道均进行ASLC处理，然后将对消后的数据用于SLB处理．确保了后续的SLB处理不会产生过度匿影的问题，但是对于脉冲干扰，如果匿影通道的ASLC对消的不好，匿影通道的剩余干扰依然会遮蔽主通道的目标。文献[5]针对传统ASLC方法无法采集到脉冲干扰的有效数据问题，提出了基于主通道时域滑窗取能量最强点的快拍选择方法，解决了脉冲式干扰的快拍选择问题，但是滑窗能量计算量大，且容易取到杂波区。因此本文根据实际作战需求，提出一种旁瓣抗杂乱脉冲干扰的自适应相消方法，该方法结合主通道和匿影通道，通过自适应选择干扰快拍数据，实现了对脉冲干扰的实时跟随。该方法不损失对压制干扰的对消能力，同时能有效对抗旁瓣杂乱脉冲式干扰。

自适应旁瓣相消的基本原理是通过设置若干个辅助通道，辅助通道可以为辅助天线或者辅助波束形式，根据雷达系统来选择。利用主通道和辅助通道接收干扰的相关性，计算出自适应权系数，然后对辅助通道进行自适应加权求和，将主天线信号与求和输出对消使得输出的干扰信号差值最小，从而实现抗干扰。自适应旁瓣相消原理如图1所示。

首先求辅助通道的自相关矩阵为

(1)

图1 自适应旁瓣相消原理框图

其中*表示共轭运算；
()表示第辅助通道的第时刻的采样点；
为采样点数。为了防止矩阵奇异，需要对自相关矩阵进行对接加载，加载量为，则加载后的自相关矩阵为

=+

(2)

其中为单位矩阵。对主天线进行采样，并结合辅助通道干扰样本，求出主通道信号()与辅助通道的互相关矩阵为

(3)

根据式(4)计算自适应权值，为各辅助通道权系数矩阵:=[,,…,]，自适应权系数求取如图2所示。

=[,,…,]=

(4)

根据式(5)逐点进行对消得到主通道对消输出信号()为

(5)

图2 自适应权系数计算

本文以SLC_Fix表示普通自适应旁瓣相消方法，以SLC_Adp表示本文方法。SLC_Fix方法在固定波门内采集干扰数据，利用固定连续波门内的数据进行自适应权系数计算，为避免近区杂波对权系数计算的影响，波门位置选择在雷达作用威力的远区。对于压制式干扰，固定波门方法简单，易实现。但是对于脉冲干扰，固定波门内有可能不存在干扰，这样计算的权系数，不能将干扰对消掉，造成对消效果恶化。

为避免雷达杂波对干扰检测与定向的影响，在每一个相参处理间隔内增加一个休止区脉冲，在休止区内雷达关闭辐射，只进行接收，系统工作时序图如图3所示。为确保采集到的干扰快拍能够对本CPI内雷达威力的全覆盖，休止区长度需要包含脉冲重复周期(PRT)，同时还有有自适应权系数计算时间，因此休止区长度需要满足>+。休止区内首先进行干扰检测与定向，同时形成所需的主波束、辅助波束、匿影波束用于权系数计算，得到的对消权系数用于后面正常工作PRT的旁瓣相消处理。

图3 系统工作时序图

2.1 干扰源检测与定向

本文所提方法的辅助通道选择为辅助波束，辅助波束指向需要指向干扰位置，因此需要对干扰进行定向。根据空时等效性，首先对阵列空间采样数据进行空间傅立叶变换(DFT)，即可得到空间谱，空间谱幅值代表了不同方向上信号幅度的大小，而峰值位置则对应不同干扰的角度，因此根据谱峰位置即可推算出干扰信号的方向，该方法在小数据量时即可实现空间谱的快速更新，对于变化快、起伏大、随机性强的干扰，能实时获取干扰的方向。

干扰检测及定向处理如图4所示。在休止区内，对时间段内的各阵元数据全距离段数据进行DFT处理，对处理结果按照距离段进行非相参积累，然后对积累后的空间谱进行干扰检测与定向，这样不仅可以对压制干扰定向，而且可以对脉冲干扰定向。考虑到干扰机在短时间内方向变化不大，即使有小的变化，只要变化小于辅助波束宽度，对于对消效果的影响不大，因此当前CPI的定向结果可以作为下一个CPI的辅助波束的指向。

图4 干扰检测及定向

由于阵元个数决定了空间谱的谱线个数，单纯依靠DFT进行波达方向估计不足以满足测角精度要求。因此采用阵元域补零的方式来提高空域的采样率。实际工程处理时，通过对阵列输出数据进行补零处理，然后进行FFT处理，并对FFT处理后的结果进行求模处理，采用固定门限对干扰源进行检测，当检测到有干扰存在时，获取干扰谱峰所在位置，并根据谱峰位置与波达方向之间的关系，计算干扰方向，实现干扰方向的快速估计。

2.2 自适应快拍选取旁瓣相消法

由于DBF(数字波束形成)在自适应干扰对消方面具有更大的优势，因此阵列雷达一般先对接收信号进行DBF，形成不同波束，在对各波束进行干扰对消。在休止区内，对时间段内的各阵元数据进行DBF，分别得到主波束、辅助波束、匿影波束，辅助波束指向采用上一个CPI的干扰定向结果。主波束、辅助波束、匿影波束对应旁瓣相消系统中的主通道、辅助通道、匿影通道。雷达系统的主波束和匿影波束的关系如图5所示。

图5 主波束匿影波束方向图

由于杂乱脉冲干扰在距离上表现为随机性，因此如果按照普通方法取固定距离波门内的快拍数据，往往无法采集到有效干扰快拍，从而造成对消效果的恶化。因此针对杂乱脉冲式干扰需要对快拍进行选择处理。如图5所示，在旁瓣区域，匿影波束比主波束要大，因此从旁瓣进入的干扰，可以利用匿影波束和主波束关系来检测，同时判断干扰所处距离。为采集到杂乱脉冲的有效快拍，需要根据主波束和匿影波束的关系，进行自适应快拍选择。自适应快拍选取如图6所示。首先将主波束模值和门限系数相乘得到一个主波束门限单元，将匿影波束模值分别和主波束门限单元、固定门限进行比较，如果匿影波束最大，则表明该距离单元有干扰，锁存干扰所在的距离单元号，同时将该距离单元号对应的主波束、匿影波束、个辅助波束的原始数据进行缓存。对每个波束缓存的干扰快拍进行计数，干扰快拍总数为参与自相关、互相关计算的快拍个数，一般选择大于2倍的辅助波束个数即可，实际工程在计算满足实时要求的条件下，会适当的多选取一些。当干扰快拍大于时，新的干扰快拍将不再被接收，如果在时间内，采集的样本个数小于，则使用实际的样本数。当干扰快拍数达到要求或者自适应权系数计算时间片到达时，如果当前有干扰存在，则依次读出缓存的干扰快拍数据，然后送入权系数计算模块进行权系数计算。如果旁瓣没有干扰存在，则转入后续处理模块。

图6 自适应快拍选取旁瓣相消法

自适应快拍选取对消法步骤如下：

1)对休止区内雷达威力覆盖的所有阵元数据进行全距离段的FFT处理，检测干扰并确定方向；

2)根据上一个CPI的干扰定向结果，在休止区内形成主波束、匿影波束、辅助波束；

3)采用自适应快拍选取方法，从主波束、辅助波束选择对应干扰快拍；

4)用自适应选取的干扰快拍分别计算主波束与辅助波束的互相关矩阵、辅助波束之间的自相关矩阵，并根据式(4)计算对消权系数；

5)根据式(5)，用得到的权系数对工作区内的主波束、匿影波束进行对消；

6)进行后续处理。

SLC_Adp方法已成功应用于某型阵列雷达，在实际电子对抗试验中，SLC_Adp方法具有优秀的实战性能。实际对抗中，一部地面干扰机持续释放杂乱脉冲干扰，雷达实时采集阵元级的干扰快拍，对采集的数据进行分析，图7为雷达休止区内的各个阵元接收的回波信号，阵元间接收信号的一致性很好，但是杂乱脉冲在当前PRT出现的位置和幅度具有随机性。

图7 各阵元接收的干扰信号

图8为杂乱脉冲干扰多个距离段非相参积累的结果，积累后干噪比达到42 dB左右，与固定干扰检测门限进行比较，确定干扰存在后，搜索空间谱获得谱峰位置，再换算到对应角度，即为干扰方向，实测干扰方向为-2.036°。

图8 干扰源指向及检测门限

经DBF形成主波束、匿影波束和1个辅助波束，主波束指向9°，辅助波束干扰方向-2.036°。对消前主波束、匿影波束、辅助波束回波数据如图9所示，局部细化如图10所示。选择一个杂乱脉冲所存的距离单元进行针对性的分析，在距离单元号183处，辅助波束功率99.94 dB，主波束功率69.83 dB，匿影波束功率79.02 dB。辅助波束和主波束的功率差为30.1 dB, 辅助波束和匿影波束的功率差为20.9 dB。由图10可知从旁瓣进入的杂乱脉冲干扰，在主波束和匿影波束中能量较大，如果对消效果不好，主波束中干扰剩余较大，同时匿影波束会对主波束产生过度匿影。

图9 对消前回波数据

图10 对消前回波数据细化

用于计算权系数的采样快拍数选择：=32，对于SLC_Fix方法，波门选择远区的快拍，主、辅助波束指向不变，SLC_Fix方法对消后主波束回波的局部细化如图11所示，对消后匿影波束回波局部细化如图12所示。在距离单元183处，主波束回波对消后功率为66.09 dB，对消比仅为3.74 dB，主波束干扰剩余较大。匿影波束对消后为55.06 dB，对消比达到13.96 dB。由于匿影波束含有的干扰能量大于主波束，因此匿影波束对消有一定效果，主波束对消几乎失效，SLC_Fix方法的对消效果不理想。

图11 SLC_Fix方法主波束对消后回波

图12 SLC_Fix方法匿影波束对消后回波

采用本文的SLC_Adp进行对消处理，其他条件不变。SLC_Adp方法对消后主波束回波的局部细化如图13所示，对消后匿影波束回波局部细化如图14所示。在距离单元183处，主波束回波对消后功率为42.25 dB，对消比为27.58 dB，主波束回波对消到噪声水平。匿影波束对消后为47.77 dB，对消比达到31.25 dB。主波束和匿影波束的干扰均被很好消除，对消达到了很好的效果。

图13 SLC_Adp方法主波束对消后回波

图14 SLC_Adp方法匿影波束对消后回波

本文提出了一种自适应快拍选取的旁瓣相消方法，通过增加休止区采集干扰快拍，避免了杂波参与对消权系数的计算，同时结合主波束和匿影波束，将匿影波束作为自适应选取的一个门限，采集有效脉冲干扰快拍，并据此计算对消权系数进行对消处理。本方法改进了普通方法的缺陷，使其更加适应实战需求，提高了旁瓣相消的稳健性。该方法已成功应用于某型雷达中，取得了良好的效果。

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