雷达自适应旁瓣对消抗干扰性能分析

舰船电子对抗

SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASURE

Vol．４２No．５

Oct．２０１９

雷达自适应旁瓣对消抗干扰性能分析

(空军预警学院,湖北武汉４９乌鲁木齐８１．３００１９;２．３９７５,３０００５;

)９辽宁大连１３．３２５３,１６０２３

２３

,祝　飞１,林　强１,李　飞１,

摘要:雷达自适应旁瓣对消技术是抗有源压制式噪声干扰的有效措施之一,对从天线旁瓣进入的高占空比或者连续

的干扰信号具有良好的对消效果.针对有源噪声干扰条件下,对雷达自适应旁瓣对消系统的抗干扰性能进行了理论和仿真分析,提出信干噪比增益作为系统抗干扰性能的改进指标,并分别设置不同的干扰条件进行仿真验证,仿真结果表明该指标具有可行性.

关键词:自适应旁瓣对消;抗干扰性能;干扰对消比;信干噪比增益:/DOI１０．１６４２６．cnki．cdzdk．２０１９．０５．００３jj

()中图分类号:TN９７３􀆰２　　　　　　　文献标识码:A　　　　　　　文章编号:CN３２Ｇ１４１３２０１９０５Ｇ００１１Ｇ０５

AntiＧamminerformanceAnalsisofRadarAdativeSideＧlobeCancellationjgPyp

(,;;１．AirForceWarnincademWuhan４３００１９,China２．Unit９３９７５ofPLA,Urumi８３０００５,ChinagAyq

１２１１３,ZHUFeiLINQianLIFeig,

,

,

:AbstractTheadativesideＧlobecancellationtechniueofradarisoneoftheeffectivemeasurestopq,confronttheactiveblanketnoiseamminwhichhasgoodcancellationeffectonthehihdutclejggycyerformanceofradaradativesideＧlobecancellationsstemunderactivenoiseamminonditionisppyjgc

,analzedbeansofthetheorndsimulationthesinalＧamminＧnoiseratiogainisputforwardyymyagjgasanimrovedindexofantiＧamminerformanceofthesstem,anddifferentamminonditionspjgpyjgcsinalＧamminＧnoiseratiogaingjg

aresettoverifhesimulation．Thesimulationresultsshowthattheindexisfeasible．yt

:;;;KeordsadativesideＧlobecancellationantiＧamminerformanceamminancellationratiopjgpjgcyw,orcontinuousammininalscominromtheantennasideＧlobe．InthispaertheantiＧamminjgsggfpjg

)３．Unit９３２５３ofPLA,Dalian１１６０２３,China

０　引　言

消比很大.但是,在实现对消的过程中,其性能会受到主辅通道响应一致性、对消样本采集、主辅天线间

２Ｇ３]

,距、辅助天线数目等因素的影响[使得对消性能

抗有源干扰技术,已在雷达上得到了广泛的应用,是一种有效的空间对抗措施.通常,雷达天线的主瓣很窄,且很高,具有较强的方向性,所以有源干扰信号从天线主瓣进入的概率较小;而天线的旁瓣很宽,干扰信号极易从旁瓣进入,当雷达处于强有源干扰环境时,干扰信号将淹没目标信号,从而导致雷达不

]１

.理论上,能正常工作[自适应旁瓣对消技术能够

自适应旁瓣对消(作为一项比较成熟的ASLC)

严重下降.实际达到的对消比较理论值低很多,只

[]

有２一般只能做到１０~３０dB,５~２０dB４.

采用干扰对消比(作为评价自适应旁瓣对CR)

５]

.消系统性能的指标,已经得到大家广泛的认可[

实践证明,干扰对消比确实能够反映ASLC系统抗干扰性能的优劣.但是,它也具有一定的局限性,因为它没有考虑有用信号和其它噪声信号.因此,本文提出以信干噪比增益作为评价ASLC系统抗干

达到很好的对消效果,理想相参旁瓣对消电路的对

收稿日期:２０１９０５２９

１２

扰性能的指标.

舰船电子对抗　　　

本文首先介绍了自适应旁瓣对消的基本原理及

第４２卷　

加权系数的求解方法,以干扰对消比作为性能指标进行了仿真分析;给出信干噪比增益公式,采用信干噪比增益作为评价A并SLC系统的改进性能指标,噪声调相干扰３种干扰样式进行仿真验证.仿真结果表明,将信干噪比增益作为评价ASLC系统的性能指标是合理的.

对其合理性分别设置射频噪声干扰、噪声调频干扰、

２　权值算法的分析及仿真

环算法.在雷达休止期内(即雷达最大量程的末端,该距离段在雷达的有效探测范围之外,可以避免采,样样本中含有目标信号)取１计算６个有效采样值,

自相关矩阵^M和互相关系数^S,其中:

T∗^(M＝(X１,X２)X１,X２)T∗^(S＝(X１,X２)X０)

)采样矩阵求逆(算法是一种广泛采用的开SMI

()１()２

　雷达自适应旁瓣对消原理

自适应旁瓣对消的目的是自适应地对消从天线

旁瓣进入的具有高占空比甚至是连续的噪声干扰

(天线和多个辅助天线组成NLI

)信号.为对付多个旁,主天线接收的信号包括瓣干扰,系统由一个主来自主瓣的目标信号和从旁瓣进入的干扰信号,辅助天线同样接收目标信号和干扰信号,但可以看作是全向天线,其与主天线旁瓣的相当.采用一定的自适应算法,通过对从辅助天线进入的信号进行自适应加权,使得辅助天线接收到的干扰信号与主天线旁瓣进入的干扰信号等幅反向,从而达到自适应对消旁瓣干扰的目的.

ASLC的实质就是对辅助通道的输出信号加权求和,再由主通道输出信号减去辅助通道加权求和后的信号.因此,问题的关键是找到一个合适的加权系数的计算方法,使对消效果最佳.权值实现方法可分为闭环法和开环法两大类.闭环法具有自修正特性,不要求元件具有大动态范围和高线性度特性,十分适合模拟实现,但其收敛速度较慢;开环法不存在收敛问题,但通常要求元件的动态范围大、精度高,而这些只能用数字方法实现.随着数字技术

的发展,开环法得到了广泛应用[

６

]瓣对消原理如图１所示.

.开环自适应旁图１　开环自适应旁瓣对消原理

　　按照公式Wot＝^M－１^S求解权值WWY２,完成Y＝X:

p１加权对消输出,０－(W１􀅰X１＋W２􀅰X　　２为了保证旁瓣对消的滤波性能,

在同一波位所)(３

)有重复周期应考虑选用同一组权值,因此应增加权值的平滑功能,类似于杂波图的建立.根据不同的方位扇区、不同的波位,存储平滑权值,在波位起始提前将上一圈存储的该方位、该波位的权值读出使用.其工作原理如图２所示.

图２　SMI算法工作原理

在休止期有限的时间内,要进行样本数据采集、权值计算、辅助通道数据域权值乘法累加等过程;因此,算法的计算复杂度和权值的稳定性对对消性能的影响至关重要.

假设雷达发射脉冲宽度为期１００,脉冲重复周转/１０００H宽度共需采集min,则休z,主瓣波束宽度为止期的时间长度３􀆰为５°４,μ雷达天线转速s

,每个波束６对ASLC１５系统进００个回波样本.５０μs

行仿真,主天线阵元数为辅助天线阵元数为２,雷达工作波长为°０􀆰５m,阵元２０,

间距为所示.

０􀆰２５m,干扰方向为２０.仿真结果如图３在图看出,经过旁瓣对消后３中,通过对比对消前后天线方向图可以

,在主天线方向图成了较深的干扰凹口,将－由此方向进来的干扰－２０dB的旁２瓣０°方位形抑制到被而从主天线波束进来的目标信号几乎不受影响５０dB以下,

有效地抑制,[

７]

采用S,满足休止.期时间的要求MI算法的计算时间为.

１１６μs１第５期

祝飞等:雷达自适应旁瓣对消抗干扰性能分析

１３

在计算时,经常先测量出未采用旁瓣对消时干扰信号的幅度,再测量采用旁瓣对消后干扰信号的幅度,最后计算二者的比值,用分贝表示,从而得到实际工程中的干扰对消比.

进入雷达系统的不仅有干扰信号和目标信号,图　　３　ASLC天线方向图

理论上,

对消后信干比总的变化量近似为:I＝D１F为主、

辅通道误差方差－１

(DF２

(４)式中:)

.理论表明,旁瓣对消的相关受限于通道误差(包括采样误差).设通道幅度相位误差为上式可知,信干噪比改善近似为５％,则由上较好的效果大致在通过上面的分析知道１８dB的水平２６d.

B.目前工程,旁瓣对消在一定程度上

可以抑制从旁瓣进来的干扰,其存在的缺点:一是引进新的噪声,至少增加一倍的噪声功率,降低信噪比,影响弱目标信号的检测;二是由于主、辅通道随机误差的存在,了对消的效果.

　对消比指标的分析

一般采用对消比来衡量,

定义为:

ASLC系统对消性能RC＝１０lgJ/S()式中:J号功率S/J′S表示采用旁瓣对消前的干扰功率/

S′５J和信之比;J′′和信号功率S′之比/S′表示旁瓣对消后的干扰功率

;

对消比RC相当于系统采用旁瓣对消抗干扰措施后,干信比提高的倍数.

由于主天线远高于辅助天线,采用旁瓣对消后,信号的功率基本不变,因此对消比又可表示为:RC＝１０lg

J()　　J′６即旁瓣对消前干扰功率与旁瓣对消后干扰功率的比值,此时只用对消前后干扰功率的变化来描述对消性能,因此常称作干扰对消比.

在实际工程中,由于信号功率不方便测量,而信号幅度却可以很容易在示波器等仪器中得到,所以

还有噪声信号,该噪声源位于雷达内部和外部环境中.它与有源干扰信号的相同点是都能遮盖或淹没有用信号,降低雷达检测信噪比,增大雷达检测目标的难度,但是它比有源干扰信号的强度要弱很多,且是时刻存在于雷达整个工作期间,无法被有效滤除.

雷达采用抗干扰措施后,此类噪声功率基本不变,因此,干扰对消比同样没有考虑噪声功率的变化.利用Matlab工具,

通过仿真旁瓣对消前后干扰功率和噪声功率的变化,验证干扰对消比指标的合理性.

仿真设置:主天线阵元数为数为２,雷达工作波长为０􀆰５２０m,

辅助天线阵元从高斯分布􀆰２５m,干扰方向为,采样数为２０结果如图４、图５所示.

１５°,干噪比为００,采用S４,阵M０I,干元算法扰间样距.式为

仿真服图４　对消前后干扰及噪声幅度

图图４所示为旁５　对消前后干扰幅度

瓣对消前的干扰幅度和噪声幅

度,以及旁瓣对消后的干扰幅度和噪声幅度.经过

０３J１４

对消后,干扰被有效抑制,剩余的是噪声.

舰船电子对抗　　　

图５所示为旁瓣对消前后的干扰幅度.经过旁

第４２卷　

瓣对消后,输出干扰功率几乎为零.仿真结果为:当表明ASLC系统对高斯干扰信号具有很好的对消效果.

的仿真结果列入表１中.

干噪比(等于４干扰对消比RC＝３JNR)０时,６dB,

现将干噪比(与干扰对消比RC之间关系JNR)

表J１NR与RC之间的关系

２５

JRNCR((dB)０􀆰０

　J９８６􀆰１５０

１２０

RNCRd((ddBBB))

)２５３􀆰０５９３０３􀆰５１５５８４􀆰６８２０５􀆰０

６２　３５􀆰０５９４５􀆰５８信干噪比增益指标分析与仿真

述.A然而SLC系统的性能可以用干扰对消比RC来描

,干扰对消比作为ASLC的性能指标有一定的局限性,它没有完整体现出旁瓣对消的性能,因为它是在不考虑信号和噪声的条件下定义的,不能完全反映对目标信号的改善情况.雷达抗干扰的目的是提高对目标信号的检测能力,一定程度上,信干噪比越高,对目标信号的检测能力越强,发现距离越远.因此,采用信干噪比增益作为评价,即信干噪比增益为系统旁ASLC系统的性能指标将更加合理瓣对消后主通道输出的信号功率与干扰和噪声功率比减去对消前主通道输入的信号功率与干扰和噪声功率比的值.公式如下:

GSJN＝RSJNoutP－RSJNin

()RSJNout＝

Psa

ja＋Pn

(７８

)RSJNin＝

PPsb

:Gja(９)式中SJN为信干噪比增益;R＋SPn

JNout、RSJNin分别为旁

瓣对消后和对消前主通道输出的信号与干扰和噪声功率比;Psa为对消后的信号功率;Pja为对消后的干扰功率;Pn为噪声功率;Psb为对消前的信号功率.

仿真设置:主天线阵元数为数为２,２０,

辅助天线阵元为􀆰２干扰方向为雷达工作波２长,干信比为为０􀆰５m,阵元间距为

干扰和噪声调相干扰１５５m００,,干扰样式分别为射频噪声干扰０°３０,采、样噪声调频快拍数由图６可见,旁瓣对消前．仿真结果如下:

,雷达天线接收的信号

混杂在一起,目标信号淹没在干扰和噪声信号里,无法识别和检测目标.采用旁瓣对消后,天线主通道

图输出的信号如图６７　旁瓣对消前信号幅度

所示.

图７　对消后主天线输出信号

４０第５期

祝飞等:雷达自适应旁瓣对消抗干扰性能分析

１５

具有良好的对消效果.经过旁瓣对消后,信号幅度大大降低,干扰信号被有效地抑制,目标信号得以保留,并且容易识别和检测,以便于后续的进一步处理.

,情况,其中１个干扰源时,干扰方向为２０°２个干扰,源时,干扰方向分别为２和－２０°０°２个干扰源时干扰为同一种样式.仿真结果在表２中列出.

仿真结果显示,ASLC系统对３种噪声干扰均

一个干扰源位于２方向　　在噪声调频干扰下,０°

,时,改变干信比(得到不同的信干噪比增益,JSR)将结果列于表３中.

JSR(dB)JSR(dB)

－２０２０

表３　JSR与GSJN之间的关系

３􀆰７２

３􀆰７２３０－１０

３􀆰７８２７􀆰５５４００

此仿真分别设置了１个干扰源和２个干扰源的

GSdB)JN(GSdB)JN(

５􀆰８２３６􀆰５１５０

１０

１１􀆰６４１９􀆰８７

表２　不同干扰样式的信干噪比增益

干扰样式１个干扰源

G２个干扰源SJN

GSJN

射频噪声１１３９􀆰６５１２８􀆰噪声调频噪声调相

　　１４􀆰􀆰８５５０

２４８６０􀆰􀆰６０３４

理论表明,

信干噪比增益与干扰机功率和带宽有密切的关系.通过仿真发现,信干噪比增益与干扰机功率成线性比例关系,干扰机功率越大,带宽越宽,信干噪比增益越大,如图８所示.

图８　信干噪比增益与干扰机功率和带宽的关系

　　由表G３可以得出,当SJN就是目标信号本身的功率值JSR低于０dB时,

即干扰很弱时,.

　结束语

本文在简要阐述雷达自适应旁瓣对消原理的基

础上,通过仿真分析,验证了ASLC系统抗有源干扰的有效性,并以干扰对消比为指标分析了其对消性能.最后,将信干噪比增益作为改进指标,进行了详细的分析和仿真验证.结果表明,将信干噪比增益作为评价旁瓣对消系统的抗干扰性能指标,具备合理性和有效性.在实际中,还存在很多影响对消性能的因素,必须充分考虑这些因素带来的影响,才能保证良好的对消性能.参考文献

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成．５