相控阵雷达抗主瓣干扰技术研究

　　谭壬仁　王　乾

　　（中国船舶第七二三研究所，江苏 扬州 225100）

　　摘要：自适应波束形成技术是相控雷达的关键技术，能够最大化接收信号，并且防止旁瓣干扰。但在干扰由天线方向主瓣进入时，此技术性能会显著降低，对雷达检测性能造成极大影响。对于雷达主瓣干扰抑制问题，文章从当前抗主瓣干扰方式进行分析，主要是主动对抗及被动抑制两方面，重点探究相控阵雷达抗主瓣干扰技术。

　　关键词：自适应波束形成技术；相控阵雷达；抗主瓣干扰　　文献标识码：A　　中图分类号：E92

　　文章编号：2096-4137（2023）07-126-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2023.07.35

　　当前，雷达逐渐渗透至人们生活的各个方面，例如民航空中管制、气相雷达、测速雷达、倒车雷达等，而应用最为广泛的是相控阵雷达（PAR），其作用距离能够达到几千公里，反应迅速，抗干扰性能强。与以往机械扫描雷达凭借天线进行扫描相比，PAR 是利用计算机对各阵元电流相位进行控制，转变波束方向，做到全方位扫描。PAR 能够灵活迅速地转变波束方向与形状，构成不同独立控制的波束执行各种功能，与普通雷达相比有着极强的生命力。

　　1　主瓣干扰概述

　　主瓣干扰是指雷达主瓣所受的干扰对比目标回波，在能量方面有一定优势，但是，一些干扰在空域、时域与频率等层面都与真实目标回波信号极为相近，难以在处理环节充分消除。而抗主瓣干扰实际就是提升雷达回波，使雷达不能在干扰条件下精准识别到信号。针对伪装性主瓣干扰来讲，干扰信号和目标回波信号存在相同特点，在空域方面二者也处在雷达主瓣波束当中，使雷达很难在可靠信度假目标当中精准获取切实目标，更多虚拟目标也能够损耗PAR 的相关资源。另外，在预警探测系统雷达面对支援或主队式等干扰情况，雷达本身很难得到对方准确间距及速率等信息，此种内容的缺少让主瓣干扰抑制方案的实效性面临一定挑战。

　　2　相控阵雷达抗主瓣干扰技术

　　雷达抗干扰层面能够把抗主瓣干扰技术分成两方面，即主动对抗与被动抑制，前者重点体现在雷达截取能力低与欺骗、干扰战斗设备，后者体现在信息整合分析过程中全面的主瓣干扰辨识与剔除法。雷达对抗是非完整信息进行对弈的过程，对于主瓣干扰的两种方法算法同样适合副瓣，具有一定的关联性。

　　2.1　主动对抗抗干扰

　　2.1.1　频率捷变

　　捷变频的雷达通常能够假装固雷达，唯有在重要情况下才采取捷变频。雷达波频率逐渐转变，可提高信息截获、检测、识别与性能数据获取的难易级别。因此，雷达工作频率在一定范畴内快速变化，可强迫干扰设备把干扰频率发射至雷达运用的总体带宽，会显著降低干扰功率强度进行抗宽带阻塞干扰。干扰机可以在一定频带中出现白噪音，而阻塞宽带干扰频谱在覆盖范围内通常出现弱区，这是由于干扰频带未能平均分布造成，运用适应性能较强的捷变频，也是干扰分析和发射的选择，可及时检测到薄弱处的频率，同时运用该频率进行发射。此外，回答式干扰设备可以对雷达开展距离拖引干扰，但其对频率捷变仅仅做到后拖，无法做到前拖。由于干扰机把接收的雷达信号延迟进行转发，通过干扰下周期脉冲目标回波信号，使后续脉冲频率出现转变，所以并没有干扰效用。捷变频频率是基于随机形式展开变化，发出的信号转入邻近雷达探测识别的频率机会并不高，所以，可以减少相邻雷达互相干扰，实现抗同频异步干扰。

　　2.1.2　频率分集阵（FDA）

　　PAR 发射信号与FDA 所发射的载频信号有所差异，故引进另外相位项，和频差与距离有关，让波束指向在距离方面不能处于恒定状态，因此，FDA 有距离依赖性。目前， FDA 雷达在此方面有一定优势：① FDA 雷达波形烦琐，干扰设备具有一定的困难性，在空间方面指定空域生成主瓣发射，干扰设备接收较少的能量，进而做到较低的截获。 ② FDA 雷达有多个方面的天线方向图，对于目标与干扰源一样的情况下，通过相应的处理计算方法，能够做到主瓣虚假干扰的有效抑制。

　　2.1.3　相参捷变频

　　在加强雷达对抗条件的生存性能时，提升雷达探测辨识力是当前雷达技术的关键发展趋势。相参捷变频波形具有一定发展空间：首先，相参能发挥累积增益的主要优势；其次，捷变频能使雷达在抵御对抗方面具有显著优势。因此，此技术是后续雷达发展最具竞争实力的波形体制。相参体系的雷达信号可以储存回波中的多普勒信息，稳定性高于非相参接收体系，进而可以经过脉冲相位方面准确预估目标运行速率，防止有源干扰，还可做到整合带宽的高分辨率间距像。通过不断分析研究，具有此种性能的捷变频雷达已是当前主要发展趋势，得到广泛运用。

　　2.1.4　射频掩护

　　射频掩护是全面体现雷达行为特点的抗干扰方式，具有便捷、抗干扰能力良好的特性。电子战技术设备凭借自身能够精准获取雷达发射信号的特性，对各类雷达干扰都应精准、实时的进行侦察与引导。所以，雷达会明确构建繁琐威胁信号，导致侦查引导的不足，是最具高效的主动性抗干扰技术。雷达的设计理念是针对设备干扰信号资源与一些干扰设备干涉的不足发出虚伪信号，实现对实际检测信号进行掩护，欺瞒干扰监测信号，引导干扰波形明确掩护信号，使得雷达实际探测信号不会受到干扰或尽可能少受干扰。掩护信号效用原理是针对战斗设备获取监测和干扰过程。在侦查设备监测高危信号波形时，会引领干扰系统进行波形高功率影响，如此，能直接决定掩护信号的应用原则以及设计标准。掩护信号做到对战斗设备进行欺骗的3 个重要方面是：①工作时序方面，掩护信号并没有落后实际探测信号，可确保电子战侦查接收机率先获取掩护信号；②掩护信号时域与频域方面有一定的强度，确保威胁性高出实际探测信号，进而可以率先确定；③掩护信号和实际信号在时域、频域与波形域等方面有一定的隔离性，是最低程度的掩护信号和探测信号间的干扰。

　　2.1.5　智能抗干扰

　　通过专项侦查设备，对干扰机各项数据进行分析，由此构建抗主瓣干扰措施，按照干扰机威胁性识别原则，对欺骗性信号蓄意发射，影响干扰机辨识；按照干扰相关规律设置雷达运行模式，使雷达具有良好的抗干扰性能，即智能雷达。此类型雷达的抗干扰特点，重点是自动辨识干扰种类，同时自动运用抗干扰对策，做到干扰抵制。智能抗干扰机重点表现在几个层面：①以宽带侦查与窄带通道干扰条件认知性能； ②以雷达整体设计抗干扰性能；③以干扰类型辨识干扰对策，调整处理方式。此雷达抗干扰方式，不能凭借单一算法或单一系统技术进行处理，而应依据雷达系统技术整体协调进行处理。在抗干扰设计标准下，基于更高层级处理的雷达抗干扰难点，对天线、接收与信号处理各环节展开抗干扰设计，构建良好的抗干扰机制。

　　2.2　被动抑制抗干扰

　　2.2.1　自适应波束形成（ADBF）

　　ADBF 技术可以对空间转变的干扰条件给予及时反馈，自动化在干扰上构成零陷，不但可以清除干扰信号，还可以确保目标信号的有序接收。其重点问题是某个标准下探究的阵列加权矢量，其包含：MMSE 准则、MSINR 准则与MNV 准则。在主瓣干扰条件下，ADBF 技术在主瓣中生成零陷，还会造成副瓣电平上升、主波束形变与波束指向移动，从而造成SINR 显著降低。并且出现对干扰与目标在波束主瓣当中无法辨识的场景。ADBF 不但可以抑制干扰信号，还可以抑制目标回波信号，因此，此项技术不能对抗自卫式干扰。

　　2.2.2　阻塞矩阵预处理法（BMP）

　　BMP 是针对ADBF 技术处理主瓣干扰过程中呈现的波束变化等不足提出的，其本质是经过BMP 对接收的数据信息进行相应的预处理，从而对主瓣干扰进行有效控制。再通过预处理完成后所获得信息展开ADBF，此时接收的数据当中只有目标与副瓣干扰信号，由于信号与主瓣干扰对协方差阵计算的特性值不会产生影响，所以，得出的自适应数值在波束产生时便不会在主瓣上构成零点，降低信号相消与主波束形变的情况发生。BMP 可以有效处理ADBF 造成的主波束形变与波束移动等情况，但波束形成的峰值一定存在，可经过ADBF 方式展开补偿优化。因为BMP 是通过邻近天线展开相消，有效防止主瓣干扰，即对数据信息展开降维。即便降维有助于阵列信号方法的运用，但也会导致其阵列自由性的丧失。

　　2.2.3　特征投影矩阵预处理法（EPB）

　　EPB 本质是以阵列数据协方差矩阵特性的处理，清除雷达接收信号的主瓣干扰。阵列天线接收信息包括干扰、信号与噪音，通过阵列数据形成协方差矩阵，同时把特征值依次排列。由于干扰能量远远高于信号与噪音，因此，可把干扰源数量特征值相应的特征向干扰子空间发展。而特征子空间投影法在空间谱预估层面对强干扰信号展开清除，并且阵列自由度不会有损失。但在干扰源数量信息欠缺时，如果干扰特征数量过少，则干扰对消不完全；干扰特征值过多，则会把信号对消清除。此外，此种方式最关键的基础是干扰、信号与噪声毫不关联，并且EPB 主瓣峰值移动状况仍旧存在，可利用自适应波束保形方式展开改进。

　　2.2.4　盲源分离（BSS）

　　BSS 是在未知源信号与传递通道数据的条件下，按照源信号汇总特征，只通过观察信号恢复与源信号分离过程，其算法包含FastICA 与JADE。① PAR可按照数字波束生成技术，以多波束与差波束及主辅信道3 类模型，形成多方位观察信号。②经过取出平均值做到全部源信号与协方差矩阵的统一，然后对观测信号展开预白化处理，清除观测信号间关联性。 ③经过白化后数据的四阶量矩展开JADE 或FastICA 获得分离矩阵，对源信号进行恢复。因此，BSS 应是精准的干扰源个数先验信息。

　　BSS 分离成效和目标、干扰间的来向差相关，对非目标方向干扰均有良好的成效。但伴随着来相差逐渐降低，分离成效随即变差，因此，对自卫式主瓣干扰来讲，BSS 不能更好地获取信号。此外，国内有关人士提出自适应正交虚极化主瓣干扰抑制方式，此种方法计算量低，还能获得良好的干扰抑制比。

　　3　结语

　　综上所述，文章对相控阵雷达主瓣干扰概念与抑制问题进行阐述分析，在主动对抗与被动抑制层面分析当前雷达抗主瓣干扰技术，阐述最新发展，研究有关算法思路及其问题。此外，以往雷达设计过程中通常重视探测工作，未来，雷达设计要把防干扰当作设计关键指标，基于雷达体系限制被动设计防干扰算法转变成抗干扰技术及其需求，积极引导雷达设计，如此才可以更具主动性，从而实现烦琐电磁条件下的探测需求。

　　作者简介：谭壬仁（1992-），男，湖南郴州人，中国船舶第七二三研究所助理工程师，研究方向：装备工程。

　　参考文献

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　　（责任编辑：肖央然）