旁瓣消隐技术在雷达中的应用

旁瓣消隐技术在雷达中应用1引言电子对抗在现代战争中的作用日趋重要，没有雷达抗干扰技术的雷达完全失去其发现测定敌人目标的功能。从降低天线旁瓣干扰方面考虑，雷达抗干扰技术主要包括旁瓣对消技术和旁瓣消隐技术，旁瓣对消器在有一个辅助天线的情况下抑制一个干扰源的效果非常好，但是不能抑制虚目标转发式干扰。因此,需要用另外一种电子反干扰(ECCM)技术对抗不同的干扰，也就是雷达旁瓣消隐技术。2雷达旁瓣消隐的实现2.1雷达旁瓣消隐实现的目的设计超低旁瓣天线是为了使雷达在旁瓣方向上被探测的概率为最小。采用超低旁瓣天线的雷达可实行空间选择，将干扰限制在主瓣区间;在其他角度范围内，雷达可正常工作，并可测定干扰机的角度信息，进而利用多站交叉定位技术来测出干扰机的距离数据。2.2雷达旁瓣消隐实现原理旁瓣消隐也是一种对付旁瓣干扰的技术。它使用一部增益小于主天线主瓣增益而大于主天线旁瓣增益的辅助天线(图1)。雷达旁瓣消隐(SLB)采用主通道和副通道两通道系统，与副瓣对消技术相类似，只是信号处理的方式不同。旁瓣消隐技术的工作原理是每个通道由收发天线、接收机、检波器和比较器组成，两路主、辅通道回波信号相减的原理进行幅度比较，然后再选通的原理来消除干扰的，以确定是否消隐主通道信号。主通道天线扫描雷达的天线连续扫描360度的方位角，通常有一个高增益的主瓣和许多增益递减的旁瓣。目标回波信号由主通道主瓣进入，一般主瓣最大增益比第一旁瓣最大增益大十几分贝到几十分贝，这主要是为了减少副瓣检测到目标的可能性，同时也减少通过副瓣到达的干扰信号。副天线通常采用弱方向性的全向天线，其增益大于主天线旁瓣的增益，但小于主天线主瓣的增益。如果不考虑噪声和波程差，主天线副瓣进入的干扰信号可以完全屏蔽掉，但由于存在噪声和主副天线的波程差，干扰信号往往不能完全屏蔽掉，但已经在很大程度上降低虚警概率。如图1所示，A天线主瓣中信号增益比在B天线中的增益大。对于主天线旁瓣中任一处信号，B天线的增益比A天线的大。AB图1A路接收机B路接收机比较器选通信号分析消隐脉冲产生器若A≠B图2图2中，A、B天线均与自己的接收机连接，主、辅通道接收到的回波信号同时送给比较器，在接收机的输出端比较两路信号的幅度电平。如果A路接收机中的回波信号的视频幅度大于B路接收机中的信号幅度，则雷达会正确得出如下结论：信号进入天线对准目标的接收机，尔后信号经过选通进入信号分析电路：如果A路接收机中回波信号视频幅度小于B路接收机中回波信号视频幅度，则产生一消隐触发脉冲加到消隐脉冲产生器，并由消隐脉冲产生器产生一具有适当宽度的副瓣消隐脉冲加到选通器，当消隐脉冲出现时，即表示雷达受到从副瓣进入的干扰，这时选通器被关闭，则副瓣干扰被消隐掉，否则消隐脉冲不出现，则选通器始终被打开，主信道接收到的回波信号被送去正常的检测和显示。当采用这种雷达抗干扰技术时，即当雷达A天线即主天线接收弱小回波信号的幅度可能小于辅助天线接收到的干扰信号的幅度时，则选通器被关闭，雷达丢失掉对小目标检测显示的机会。旁瓣的脉冲信号的幅度比B路接收机中信号幅度小，于是到不了信号分析电路和雷达显示器。在这种情况下，对主波束目标探测的唯一危害是当旁瓣产生的一个脉冲与主波束中一个真实目标信号同时刻到达雷达时，但发生这种情况的可能性很小。因为相对于雷达来说，主波束目标和旁瓣产生源在两处不同的位置上。3旁瓣消隐工程实现低副瓣天线和旁瓣消隐技术是新体制雷达的一项抗干扰措施，为降低发射波束的副瓣，在仰角方向上采取了加权，这样可以更有效地对付反辐射导弹；采用了相干多普勒处理和自适应数字动目标显示技术，低波束覆盖用动目标显示，下视用多普勒滤波，高波束位置用边瓣零值消除地杂波。D触发器D触发器校正电路DBF数据库求模D触发器D触发器波束形成DSPD触发器D触发器...脉冲压缩幅相监测通道旁瓣消隐通道输入输入图3图3为旁瓣消隐在信号处理系统中的工程实现框图。图中波束形成插件主要完成30路接收通道的数字波束形成功能，形成10个波束覆盖35度的仰角范围。由于通道的不一致性，影响波束形成的性能，严重时导致波束无法形成，因而需要进行雷达系统的接收校正和发射校正，这项工作也是在波束形成插件完成。多路接收机进行波束合成之前，首先需要对各个通道数据的幅度和相位进行校准，这个校准的计算工作由通用DSP器件完成。通用DSP器件在校准期间将各个接收机输出的幅度和相位记录下来，经过一定计算后形成各个接收通道校正需要的系数。DSP将波束指向和加权系数等系数合成，形成波束形成的系数，供数字波束形成实时处理采用。辅助通道包括幅相监测、旁瓣匿影等处理的通道。通用DSP主要作通道校正处理，对校正系数、自适应对消权系数求解处理等内容。DBF基本处理数学模型如式（1）10)()()(10KkkSkWCXkBNnnnnn（1）式中，X为多路阵元通道回波信号；C为通道校正系数；W为加权系数，一般系数对称且为实数；S为波束指向系数；B为DBF合成以后的各波束数据。最后将旁瓣消隐通道和主通道一起进行合成后送到后续脉冲压缩处理单元。4目标显示雷达与SLB兼容问题在动目标显示(MTI)雷达中，假定杂波抑制滤波器采用二次对消(即三脉冲对消)，则MTI杂波抑制滤波器输出信号可写为CBAU2；式中C为当前雷达发射脉冲周期某个距离单元的回波信号幅值，B为前一个雷达发射脉冲周期同一个距离单元的回波信号幅值，A为前二个雷达发射脉冲周期同一个距离单元的回波信号幅值。显然，只要这三个周期同一个距离单元的回波信号都到达，且幅值相等(即为固定杂波干扰信号)，则经过MTI杂波抑制滤波后，输出为零，即将固定杂波干扰抑制掉。如果在这三个周期中，正好某个周期的此距离单元出现旁瓣消隐脉冲，则雷达主接收通道被关闭，于是就丢掉一个周期的回波信号。这时非但不能抑制掉固定杂波干扰，而且还会有输出，即产生一个假目标。普通脉冲雷达探测和跟踪低空、超低空入侵的目标较为困难，这是雷达“四大对抗”中的一个重大课题。为此需要研制全相参雷达。对全相参雷达而言，其发射信号和本振信号均是由同一个频率综合器产生的，而信号之间保持着严格的相位关系，只有这样，才能保证全相参。旁瓣消隐是抗从副瓣进入干扰的有效技术，而MTI技术则是全相参MTI雷达抑制固定杂波干扰的有效技术。因此，要想同时使用,就必须解决二者的兼容问题。在进行旁瓣消隐与MTI兼容设计时，必须解决两个问题：一是当产生旁瓣消隐脉冲时，应连续产生1n(n为对消次数)个周期的消隐脉冲，闭锁1n个周期回波的输出。二是消隐脉冲出现时，对应的那个距离单元才被连续闭锁1n个周期，其它距离单元不受影响。5结束语旁瓣消隐系统防止从雷达天线副瓣进入的干扰信号效果明显，而且如果副天线的增益选择得当也不会降低主瓣检测目标的能力，但它并不能消隐主瓣进入的干扰信号。在存在噪声和波程差的情况下，只能消隐部分干扰信号，改善的效果可以由改善因子体现出来。信噪比和固定相移对改善因子有影响。旁瓣消隐技术无法对付连续波或噪声干扰，这时就需要采用旁瓣对消技术。雷达之所以具有很强的抗干扰和抗杂波的能力，是因为其天线具有很低的旁瓣电平且装有旁瓣消隐或旁瓣对消的附加通道以及对干扰源的跟踪可实现天线方向图自适应调零。由于相控阵天线由独立辐射单元或子阵列所组成，所以它在电子对抗环境下可得到最佳的自适应天线方向图。相控阵雷达的数字波束形成接收机是采用数字技术实现瞬时多波束及实时自适应处理的装置。它在形成瞬时多波束的同时，能对干扰源自适应调零并得到超高分辨率和超低旁瓣的性能，因而能非常有效地对付先进的综合性电子干扰。此外，相控阵雷达的波形和闭锁时间可以根据杂波环境要求进行调整。因此，相控阵无疑是一种极为优良的雷达反对抗体制。