现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第7章.ppt

7 1干扰的主要类型7 2遮盖性干扰7 3欺骗性干扰7 4无源干扰7 5雷达抗干扰的主要措施7 6低副瓣 超低副瓣天线技术7 7副瓣对消 SLC 7 8旁瓣消隐 SLB 7 9频率捷变7 10基于谱特征的箔条干扰识别方法 第7章干扰与抗干扰技术 雷达对抗是电子对抗的一个重要组成部分 它由两个方面组成 一方面 敌对双方采取各种手段获取对方的雷达信息和部署情报 进而扰乱和破坏对方雷达的正常工作 通常把前者称为雷达侦察 而把后者称为雷达干扰 另一方面 敌对双方采取种种措施隐蔽己方雷达的信息和部署 并设法使己方雷达消除或减弱对方干扰的影响 通常把前者称为雷达反侦察 而把后者称为雷达抗干扰 现代雷达必须具有良好的抗干扰措施 否则在现代战争复杂的电磁环境中将无法发挥作战效能 雷达的干扰和抗干扰是一对矛盾的两个方面 有雷达就有干扰 有干扰又必然有抗干扰 一种新型雷达的出现就会引出一些新的干扰技术 而新的干扰技术又必然促使新的抗干扰措施的产生 从而促使干扰技术和抗干扰技术向前发展 所以 干扰与抗干扰是相对的 没有不能干扰的雷达 也没有不能对抗的干扰 任何雷达都是可以干扰的 任何干扰也都是可以对抗的 随着雷达技术的发展 雷达的干扰和抗干扰将会出现更加复杂 更加激烈的对抗局面 干扰严重影响雷达的工作 主要体现在 1 使雷达接收机饱和 妨碍雷达正常工作 2 极大地降低雷达的威力范围 3 检测到大量假目标 使雷达航迹数据处理计算机过载 本章首先介绍雷达干扰的类型和特征 然后介绍雷达的常用抗干扰措施 重点介绍抗干扰的信号处理方法 如旁瓣对消 旁瓣匿隐等 及其性能 简单介绍频率捷变抗干扰技术 最后介绍反舰导弹末制导雷达基于谱特征的箔条干扰识别方法 广义地讲 雷达干扰是指一切破坏和扰乱雷达及相关设备正常工作的战术和技术措施的统称 雷达干扰的分类方法很多 如图7 1所示 主要分为四类 7 1干扰的主要类型 1 按照干扰能量的来源分类按照干扰能量的来源可将干扰信号分为两类 有源干扰和无源干扰 1 有源干扰 是指由辐射电磁波的能量产生的干扰 人为的有源干扰是利用专门的发射机 有意识地发射或转发某种电磁波 以扰乱或欺骗敌方电子设备的一种干扰 2 无源干扰 是指利用非目标的物体对电磁波的散射 反射 折射等现象产生的干扰 人为的无源干扰 就是采取一定的技术措施 改变电磁波的正常传播条件 造成对电子设备的干扰 常用的无源干扰有箔条干扰 角反射体 拖挂在舰船外侧的舷外干扰 图7 1雷达干扰的分类 2 按照干扰的人为因素分类按照干扰的人为因素可将干扰信号分为两类 有意干扰和无意干扰 1 有意干扰 是指由人为因素而有意产生的干扰 2 无意干扰 是指由自然界或其它因素无意识产生的干扰 例如电离层对高频地波雷达的干扰 本书将电波传播路径中客观存在的无意干扰归为杂波 并在第6章做了介绍 3 按照干扰的作用机理分类按照干扰信号的作用机理可将干扰分为两类 遮盖性干扰和欺骗性干扰 1 遮盖性干扰 又叫做压制性干扰 是使敌方电子系统的接收机过载 饱和或难以检测出有用信号的干扰 最常用的方式是发射大功率噪声信号 或在空中大面积投放箔条形成干扰走廊等 2 欺骗性干扰 是指使敌方电子设备或操作人员对所接收的信号真假难辨 以至产生错误判断和错误决策的干扰 欺骗干扰的方式隐蔽 巧妙 且多种多样 欺骗干扰效果示意图如图7 2所示 图7 2欺骗干扰效果示意图 4 按照雷达 目标 干扰机的空间位置关系分类图7 3所示为雷达 目标 干扰机的空间位置关系 按照雷达 目标 干扰机的空间位置关系 可将干扰信号分为远距离支援干扰 SOJ 随队干扰 ESJ 自卫干扰 SSJ 和近距离干扰 SFJ 图7 3雷达 目标 干扰机的空间位置关系分类 远距离支援干扰 SOJ 干扰机远离雷达和目标 通过辐射强干扰信号掩护目标 它的干扰信号主要是从雷达天线的旁瓣进入接收机 一般采用遮盖性干扰 随队干扰 ESJ 干扰机位于目标附近 通过辐射强干扰信号掩护目标 它的干扰信号是从雷达天线的主瓣 ESJ与目标不能分辨时 或旁瓣 ESJ与目标可分辨时 进入接收机 一般采用遮盖性干扰 掩护运动目标的ESJ具有同目标一样的机动能力 空袭作战中的ESJ往往略微领前于其它飞机 在一定的作战距离上还同时实施无源干扰 出于自身安全的考虑 进入危险区域时的ESJ常由无人驾驶飞行器担任 自卫干扰 SSJ 干扰机位于目标上 干扰的目的是使自己免遭雷达威胁 它的干扰信号是从雷达天线主瓣进入接收机 一般采用欺骗性干扰 有时也采用遮盖性干扰 SSJ是现代作战飞机 舰艇 地面重要目标等必备的干扰手段 近距离干扰 SFJ 干扰机到雷达的距离领先于雷达到目标的距离 通过辐射干扰信号掩护后续目标 由于距离领先 干扰机可获得宝贵的预先引导时间 使干扰信号频率对准雷达频率 主要采用遮盖性干扰 距离越近 进入雷达接收机的干扰能量越强 由于自身安全难以保障 SFJ主要由投掷式干扰机和无人驾驶飞行器担任 遮盖性干扰 又称为压制性干扰 就是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号 阻止雷达检测目标信息 它的基本原理是 任何一部雷达都有外部噪声和内部噪声 雷达对目标的检测是在这些噪声背景中以一定的概率准则进行的 7 2遮盖性干扰 一般来说 如果目标信号功率S与噪声功率N相比 信噪比S N 超过检测门限D 则可以保证在一定虚警概率Pfa的条件下达到一定的检测概率Pd 认为可发现目标 否则便认为不可发现目标 遮盖性干扰就是使强功率干扰进入雷达接收机 尽可能降低信噪比 造成雷达对目标检测的困难 7 2 1遮盖性干扰的分类遮盖性干扰按照干扰信号中心频率fj 干扰带宽Bj相对于雷达接收机中心频率f0 带宽Br的关系 分为瞄准式干扰 阻塞式干扰和扫频式干扰 图7 4给出了几种遮盖性干扰的示意图 图7 4瞄准式干扰 阻塞式干扰和扫频式干扰示意图 1 瞄准式干扰一般瞄准式干扰满足 7 2 1 瞄准式干扰需先测出被干扰雷达的工作频率f0 再把干扰机频率调整到f0上 保证以较窄的Bj覆盖Br 这一过程称为频率引导 瞄准式干扰的主要优点是在Br内的干扰功率强 是遮盖性干扰的首选方式 其缺点是对频率引导的要求高 有时甚至是难以实现的 2 阻塞式干扰阻塞式干扰一般满足 7 2 2 由于阻塞式干扰Bj相对较宽 对频率引导精度的要求低 频率引导设备简单 此外 由于其Bj宽 便于同时干扰频率分集雷达 频率捷变雷达和多部不同工作频率的雷达 其缺点是在Br内的干扰功率密度低 3 扫频式干扰扫频式干扰一般满足 7 2 3 即干扰的中心频率fj是以T为周期的连续函数 扫频式干扰可对雷达造成周期性间断的强干扰 扫频范围较宽 也能干扰频率分集雷达 频率捷变雷达和多部不同工作频率的雷达 扫频式干扰的扫频频率 或扫频速率 应大于雷达的脉冲重复频率 同时 考虑到雷达系统的反应时间 扫频速度不能过快 即干扰频带扫过接收机带宽的时间应大于或等于接收机的响应时间 约等于接收机带宽的倒数 扫频式干扰兼备了窄带瞄准式干扰和宽带阻塞式干扰的特点 通过动态扫描干扰频带 提高了干扰的功率利用率 扫频式干扰的优点是在较宽的频带上 获得高功率密度的干扰 但其缺点是干扰具有不连续性 应当指出的是 实际干扰机可以根据具体雷达的载频调制情况 对上述基本形式进行组合 如形成多频点瞄准式干扰 分段阻塞式干扰 扫频锁定式干扰等 7 2 2遮盖性干扰的效果度量干扰效果表现为雷达或含有雷达的作战系统由于受到干扰而造成的作战性能的下降 以某种合理 定量的方法描述此作战性能的下降称为干扰的效果度量 因此 干扰的效果度量是作战双方都十分关心的重要问题 选择何种指标衡量雷达或含有雷达的作战系统在电磁环境下的作战性能一直是人们讨论的热点 根据遮盖性干扰的原理 目前对雷达本身作战性能的度量指标主要确定为检测概率Pd 即在保持虚警概率不变的情况下 实施遮盖性干扰前后Pd的绝对或相对变化 由于Pd是信噪比的函数 所以也将这种遮盖性干扰的效果度量方法简称为功率准则 含有雷达的作战系统很多 对它的干扰效果的度量方法统称为作战效能准则 当然该准则还需要根据具体作战系统 作战目的进行指标的具体化 如空袭作战的突防概率 攻击的有效概率 飞机生存概率等 本书着重讨论功率准则 根据奈曼 皮尔逊准则 Pd是S N的单调函数 其中S和N分别表示雷达接收机输出端 通常为中放输出端 的目标回波信号功率和高斯噪声功率 功率谱对应于线性系统响应 当进入雷达接收机的干扰信号为非高斯噪声时 只要知道相同虚警概率下高斯噪声干扰所需的干扰功率乘以一个修正因子 就可以得到非高斯噪声干扰所需的功率 此外 可以通过一定的技术手段和设备对Pd进行实际的统计测量 也可通过对S N的功率调整对Pd进行控制 因此 功率准则具有良好的合理性 可测性和可控性 根据检测原理 S N越低 Pd越小 有时尽管N已经很大 但只要Pd 0 在理论上 雷达对目标总有一定的发现可能 因此 从遮盖性干扰机设计的观点 要求Pd 0显然是不合理的 根据作战实际 国内外普遍将Pd 0 1作为遮盖性干扰有效的标准 并将此时雷达接收机输出端干扰信号功率Pj与目标回波信号功率Ps的比值定义为压制系数Ka 即 7 2 4 这里Ka是干扰信号调制样式 干扰信号质量 接收机频率特性 信号处理方式等的综合性函数 将功率准则应用于雷达的威力范围 则将干扰机能够有效干扰的区域称为有效干扰区Vj 并以对Vj的综合评价函数E Vj 作为干扰系统综合干扰效果的考核标准 7 2 5 式中W V 为空间评价因子 表示对于不同空间位置有效干扰的重要性 7 2 3噪声干扰噪声干扰机发射一种类似噪声的信号 使敌方雷达接收机的信噪比大大降低 难以检测出有用信号或产生误差 若干扰功率过大 接收机会出现饱和 有用信号完全被淹没 实现电磁压制作用 噪声干扰的信号频谱较窄时 可以形成窄带瞄准式干扰 当噪声干扰的频谱很宽时又会形成宽带阻塞式干扰 可以用来干扰频率捷变雷达或同一频带内的多部雷达 噪声干扰从信号形式上又可分为射频噪声干扰 噪声调幅干扰 噪声调频干扰 噪声调相干扰 噪声脉冲干扰和组合噪声干扰 1 射频噪声干扰射频噪声干扰可以表示为 7 2 6 式中Un t 为瑞利分布噪声 j t 为相位函数 服从0 2 均匀分布 且与Un t 独立 0为载频 它远大于J t 的谱宽 所以J t 是一个窄带高斯随机过程 通常是低功率噪声通过直接滤波和放大产生的 2 噪声调幅干扰噪声调幅干扰是用噪声对射频信号调幅产生的 可表示为 7 2 7 式中U0 w0和j0分别为射频信号的幅度 中心频率和初始相位 调幅噪声Un t 是一个均值为零 方差为分布区间为 U0 的广义平稳随机过程 j0服从 0 2 均匀分布 噪声调幅干扰信号及其频谱如图7 5所示 图7 5噪声调幅干扰信号示意图 3 噪声调频干扰噪声调频干扰是用噪声对射频信号进行频率调制而产生的 可表示为 7 2 8 式中 U0 w0和j0分别为射频信号的幅度 中心频率和初始相位 调频噪声信号u t 为一个零均值的广义平稳随机过程 KFM为调频系数 j0服从0 2p均匀分布 噪声调频干扰信号及其功率谱如图7 6所示 图7 6噪声调频干扰信号示意图 4 噪声调相干扰噪声调相干扰是用噪声对射频信号进行相位调制产生的 可表示为 7 2 9 式中U0 w0和j0分别为射频信号的幅度 中心频率和初始相位 调相的噪声u t 为零均值广义平稳随机过程 KPM为调相系数 j0服从0 2p均匀分布 当信号J t 的有效相移为调制噪声功率的均方根值 较小时 调相信号的能量主要集中在载波频率上 载频之外的其它频率分量的能量很低 不适宜作为遮盖干扰信号 当有效相移足够大时 载频之外的其它频率分量的功率较大 近似为噪声调频干扰的情况 适宜作为遮盖干扰信号 5 噪声脉冲干扰噪声脉冲干扰是指时域离散的随机脉冲信号 其幅度 宽度和时间间隙等参数都是随机变化的 噪声脉冲干扰可以采用限幅噪声或伪随机序列对射频信号调幅的方法来产生 6 组合噪声干扰噪声脉冲干扰和连续噪声调制干扰的统计特性是不同的 如果在连续噪声调频干扰的基础上随机或周期地附加噪声脉冲干扰 或交替使用噪声脉冲干扰和连续噪声调制干扰将形成组合噪声干扰 组合噪声干扰是非平稳的 会明显增加抗干扰的难度 欺骗性干扰可应用于雷达 通信 光电等领域 但重点应用在雷达和光电制导武器这类用于指示 跟踪目标的电子装备上 7 3欺骗性干扰 压制性干扰是通过降低雷达接收机信噪比使其难以发现目标 欺骗性干扰则是着眼于接收机的处理过程 使其失去测量和跟踪真实目标的能力 即欺骗性干扰要达到的目的是掩蔽真正的目标 通过模拟真实信号 并加上合适的调制方式 制造 出假目标 经天线进入到要干扰的雷达系统中 使敌方雷达不能正确检测真正的目标 或不能正确地测量真实目标的参数信息 从而迷惑和扰乱敌方系统对真实目标的检测和跟踪 由于目标的距离 角度和速度信息表现在雷达接收到的各种回波信号与发射信号在振幅 频率和相位的相关性中 不同的雷达获取目标距离 角度 速度信息的原理不尽相同 而其发射信号的调制样式又是与其采用的技术密切相关的 因此 实现欺骗干扰必须准确地掌握雷达的工作方式和雷达发射信号的调制参数 才能制造出 逼真 的假目标信号 达到预期的干扰效果 7 3 1欺骗性干扰的分类为了方便对欺骗性干扰分类 首先定义以下参数 设V为雷达对各类目标的检测空间 对于具有四维 距离 方位 仰角和速度 检测能力的雷达 V可以表示为 V Rmin Rmax min max min max fdmin fdmax Simin Simax 7 3 1 式中Rmin Rmax min max min max fdmin fdmax Simin Simax分别为雷达的最小和最大检测距离 最小和最大检测方位 最小和最大检测仰角 最小和最大检测的多普勒频率 最小检测信号功率和饱和输入信号功率 理想的点目标T仅为V中的某一个确定点 7 3 2 式中R fd St分别为目标所在的距离 方位 仰角 多普勒频率和回波功率 雷达能够区分的V中两个不同点目标T1 T2的最小空间距离 V称为雷达的空间分辨率 7 3 3 其中 R fd分别称为雷达的距离分辨率 方位分辨率 仰角分辨率和速度分辨率 一般雷达在能量上没有分辨能力 因此其能量的分辨率与检测范围相同 在一般条件下 欺骗性干扰所形成的假目标Tf也是V中的某一个或某一群不同于真实目标T的确定点的集合 即 7 3 4 对欺骗性干扰的分类主要采用以下两种方法 1 根据假目标Tf与真实目标T在V中参数信息的差别分类按这种分类方法进行分类 主要有5种 如表7 1所示 其中Rf f f Sf分别为假目标Tf在V中的距离 方位 仰角 多普勒频率和功率 表7 1欺骗性干扰根据假目标Tf与真实目标T在V中参数信息的差别分类 2 根据Tf与T在V中参数差别的大小和调制方式分类1 质心干扰当真 假目标的参数差别小于雷达的空间分辨率 即 时 雷达不能区分Tf与T为两个不同目标 而将真 假目标作为同一个目标来检测和跟踪 这时雷达检测和跟踪结果为位于真假目标参数的能量加权质心 重心 处 即 7 3 5 式中S是真实目标的回波信号功率 Sf和Tf是假目标的回波信号功率和在检测信号V中的位置 2 假目标干扰当真 假目标的参数差别大于雷达的空间分辨率 即 时 雷达能够区分Tf与T为两个不同目标 但可能将假目标作为真实目标检测和跟踪 从而造成虚警 也可能没有发现真实目标而造成漏报 大量的虚警还可能造成雷达的检测 跟踪和其它信号处理电路的过载 3 拖引干扰拖引干扰是一种周期性地从质心干扰到假目标干扰的连续变化过程 典型的拖引干扰过程如式 7 3 6 所示 7 3 6 在停拖时间段 0 t1 内 假目标与真实目标出现的空间和时间近似重合 雷达很容易检测和捕获 由于假目标的能量高于真实目标 捕获后AGC电路将按照假目标信号的能量来调整接收机的增益 以便对其进行连续测量和跟踪 在拖引时间段 t1 t2 内 假目标与真实目标在预定的欺骗干扰参数上逐渐分离 且分离的速度v 在雷达跟踪正常运动目标时的速度响应范围内 直到假目标与真实目标的参数的差异达到预定的程度 Vmax 7 3 7 由于在拖引前已经被假目标控制了接收机增益 而且假目标的能量高于真实目标 所以雷达的跟踪系统很容易被假目标拖引开 而抛弃真实目标 拖引段的时间主要取决于最大误差 Vmax和拖引速度v 在关闭时间段 t2 Tj 内 欺骗式干扰关闭发射 使假目标Tf突然消失 造成雷达跟踪信号突然中断 在一般情况下 雷达跟踪系统需要滞留和等待一段时间 AGC电路也需要重新调整雷达接收机的增益 如果信号重新出现 则雷达可以继续进行跟踪 如果信号消失达到一定的时间 在雷达确认目标丢失后 才能重新进行目标信号的搜索 检测和捕获 关闭时间段的长度主要取决于雷达跟踪中断后的滞留和调整时间 图7 7为拖引干扰的后拖和前拖的拖引过程 1 仅有回波 波门跟踪在回波中心线上 2 受干扰 波门偏向干扰信号 3 波门被干扰信号拖走 丢失目标 4 波门被干扰拖至最远 干扰突然消失 波门重新搜索 波门出现在回波处 图7 7波门的拖引过程示意图 7 3 2距离欺骗干扰对脉冲雷达距离信息的欺骗主要是通过对接收到的雷达照射信号进行时延 调制和放大并转发来实现的 由于单纯距离质心干扰造成的距离误差较小 所以对脉冲雷达距离信息的欺骗主要采用距离假目标干扰和距离波门拖引干扰 1 距离假目标干扰距离假目标干扰也称为同步脉冲干扰 设R为真实目标所在距离 经雷达接收机输出的回波脉冲包络时延tr 2R c Rf为假目标所在距离 则在雷达接收机内干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延应为tf 2Rf c 当其满足Rf R R时 便形成距离假目标 如图7 8所示 图7 8对脉冲雷达距离检测的假目标干扰 通常 tf由两部分组成 即其中是由雷达与干扰机之间距离Rj所引起的电波传播时延 tf则是干扰机接收到雷达信号后的转发时延 在一般情况下 干扰机无法确定Rj 所以是未知的 主要控制时延 tf 这就要求干扰机与被保护的目标之间具有良好的空间配合关系 将假目标的距离设置在合适的位置 避免发生假目标与真实目标的距离重合 因此 假目标干扰多用于自卫干扰 以便于同自身目标配合 实现距离假目标干扰的方法很多 主要有采用储频技术的转发式干扰机 采用频率引导技术的应答式干扰机和采用锯齿波扫频技术的干扰机 2 距离波门拖引干扰距离波门拖引干扰的假目标距离函数Rf t 可用式 7 3 8 表述 其中R为目标所在距离 v和a分别为匀速拖引时的速度和匀加速拖引时的加速度 7 3 8 将上式转换成距离波门拖引干扰的转发时延 tf为 7 3 9 最大拖引距离Rmax为 7 3 10 干扰机针对接收到的一个雷达回波信号 先发射一个对其放大的复制信号 使雷达跟踪回路跟踪干扰信号 然后干扰信号以均匀或连续递增的速度增大时间延迟 雷达的跟踪波门逐渐远离真正的目标 在合适的时间 停止干扰信号 造成雷达丢失目标 最后测得的目标位置产生很大的误差 整个拖引过程如图7 9所示 这种欺骗干扰方式称做距离波门拖引 RangeGatePull Off RGPO 为了捕获到波门 距离波门拖引一般需要0 6dB的干信比 实现距离波门拖引干扰的基本方法有 射频迟延法和射频储频法 图7 9干扰对距离波门的拖引过程示意图 7 3 3速度欺骗干扰1 速度波门拖引干扰如果干扰机在转发的目标信号上调制一个伪多普勒频移 用于模拟真实目标的多普勒特征 使干扰信号进入雷达速度跟踪波门 由于干扰信号的功率大于真实目标回波的功率 雷达自动增益电路跟踪干扰信号 然后干扰信号的多普勒频率逐渐远离真实目标的多普勒频率 雷达速度跟踪波门将逐渐远离真实目标 合适的时间停止干扰信号 造成雷达丢失目标 雷达将重新进入搜索状态 这就是速度波门拖引 VelocityGatePull Off VGPO 如图7 10所示 对半主动式的制导雷达实施速度波门拖引欺骗干扰 如果将速度波门拖入强地杂波频率上 可使导引头跟踪到地杂波上 起到很好的躲避攻击的效果 图7 10对速度波门的拖引过程示意图 在实施速度波门拖引时 必须确定合适的拖引速度 一般来说 干扰信号的多普勒频率fdj t 的变化过程如下 7 3 11 最大的拖引速度取决于雷达速度跟踪电路的设计 相对安全的方法是判断雷达所跟踪目标的主要类型 目标相对于雷达的最大加速度 一般不是出现在直线加速方向 而往往出现在转弯过程中 因此 目标最大的转弯速率一般是设计雷达跟踪电路的依据 也是实施速度波门拖引欺骗的依据 图7 11给出了VGPO干扰机的基本组成 接收天线收到对方雷达信号 通过下变频和窄带跟踪滤波 得到包含多普勒频移信息的雷达信号 根据速度欺骗的原则制定相应的速度拖引程序 通过多普勒产生器生成多普勒频率调制信号 控制移频调制 产生相应的干扰信号 并上变频到载频 干扰机发射天线将大功率的干扰信号照射到对方雷达接收天线上 实现速度欺骗干扰 图7 11速度波门拖引干扰机的基本组成 2 假多普勒频率干扰假多普勒频率干扰的基本原理是根据接收到的雷达信号 同时转发与目标回波多普勒频率fd不同的若干个干扰信号频移使雷达的速度跟踪电路可同时检测到多个多普勒频率 若干扰信号远大于目标回波 由于AGC响应大功率的信号 将使雷达难以检测fd 并且造成其检测跟踪的错误 假多普勒频率干扰的干扰机组成如图7 12所示 与速度波门拖引干扰时的主要差别是需要有n路载频移频器同时工作 以便同时产生多路不同移频的干扰信号 图7 12产生多路假多普勒频率干扰的干扰机组成 3 多普勒频率闪烁干扰多普勒频率闪烁干扰的基本原理是在雷达速度跟踪电路的跟踪带宽 f内 以T为周期 交替产生fdj1 fdj2两个不同频移的干扰信号 造成雷达速度跟踪波门在两个干扰频率之间摆动 始终不能正确 稳定地捕获目标速度 由于速度跟踪系统的响应时间约为其跟踪带宽 f的倒数 所以交替周期T选为 7 3 12 多普勒频率闪烁干扰的干扰机组成同速度波门拖引干扰 其中由干扰控制电路送给载频移频器的调制信号是分时交替的 4 距离 速度同步欺骗对只有距离跟踪或只有速度跟踪能力的雷达 单独采用距离欺骗或速度欺骗即可奏效 但是 对于具有距离 速度两维信息同时测量跟踪能力的雷达 只对其进行一维信息欺骗 或二维信息欺骗参数矛盾时 就可能被雷达识破 从而使干扰失效 因此对于具有距离 速度两维信息同时测量跟踪能力的雷达 如脉冲多普勒雷达 就需要距离 速度同步欺骗 即在进行距离拖引干扰的同时进行速度波门欺骗干扰 在匀速拖引和加速度拖引时的距离时延 trj t 和多普勒频移fdj t 的调制函数分别如下 7 3 13 7 3 14 在欺骗的任意时刻 拖引的时延和多普勒频移具有同一运动特征的对应关系 7 3 4角度欺骗干扰距离拖引欺骗和速度拖引欺骗只能在有限程度上破坏跟踪雷达对目标的跟踪 因为 即使在距离拖引和速度拖引实施过程中 跟踪雷达依然能够获得干扰发射机准确的角度跟踪数据 除非此过程中产生了角度误差 雷达才会进入重新搜索截获状态 因此 为了使欺骗干扰有效 必须同时使用角度欺骗干扰 现代雷达大多采用单脉冲测量技术 对于单脉冲跟踪雷达 由于单脉冲跟踪雷达跟踪的是目标回波相位波前的等相面 前面几种欺骗方法失效 于是产生了一种交叉眼干扰 CrossEyeJamming 这种干扰是指当干扰机在侦收到雷达信号后 分别从分离一定距离的两个发射机发射干扰信号 而且两者相位相差180 使得在雷达天线处形成一个扫了一定角度的相位波前 由此破坏单脉冲雷达的角度跟踪 但这种干扰方法要求干扰机的两个发射天线分开一定距离 所以只能用在较大的载机或平台上 无源干扰主要是使侦察接收系统降低对目标的可探测性或增强杂波 无源干扰与有源干扰相比较 无源干扰的最大特点是所反射的回波信号频率和雷达发射频率一致 使接收机在进行信号处理时 7 4无源干扰 无法用频率选择的方法消除干扰 此外 无源干扰还具有如下特点 能够干扰各种体制的雷达 干扰的空域大 干扰的频带宽 无源干扰器材制造简单 使用方便 干扰可靠等 无源干扰本身不产生电磁辐射 但包含能吸收 反射或散射电磁波的干扰器材 如金属箔条 涂敷金属的玻璃纤维或尼龙纤维 角反射器 涂料 烟雾 伪装物等 降低雷达对目标的可探测性或增强杂波 使敌方探测器效能降低或受骗 干扰的效果轻者使正常的规则信号变形失真 荧光屏图像模糊不清 影响观测 重者荧光屏上图像混乱 甚至一片目标 接收机饱和或过载 根据实施方法和用途不同 无源干扰技术包括反射器 箔条干扰 假目标和诱饵等 下面重点介绍箔条干扰 箔条干扰是最早 应用最广泛的雷达对抗措施 历次战争都已经证明它是导弹末制导雷达非常有效的干扰手段 极大地降低了导弹攻击命中率 特别对低距离分辨率雷达干扰效果尤为明显 箔条大多使用半波长的振子 这种振子对电磁波的谐振 散射最强 材料最省 箔条干扰的实质是在交变电磁场的作用下 箔条上感应交变电流 根据电磁辐射理论 这个交变电流要辐射电磁波 即产生二次辐射 从而对雷达起无源干扰作用 在空间大量随机分布的箔条 所产生的散射对雷达造成干扰 其特性类似噪声 遮盖目标回波 箔条的使用方式有两种 一是在一定空域中大量投掷 形成宽数千米 长数十千米的干扰走廊 以掩护战斗机群的通过 这时 雷达分辨单元中 箔条产生的回波功率远大于目标的回波功率 雷达便不能发现和跟踪目标 另一种是飞机或舰船自卫时投放箔条 这种箔条快速散开 形成比目标大很多的回波 而目标本身作机动运动 这样雷达不再跟踪目标而跟踪箔条 箔条能够同时对不同方向 不同频率的多部雷达进行干扰 但是对具有速度处理能力的雷达 连续波 动目标显示 脉冲多普勒雷达等 来说 其干扰效果会下降 箔条干扰的技术指标包括箔条的有效反射面积 频率特性 极化特性 频谱特性 衰减特性 遮挡效应以及散开时间 下降速度 投放速度 粘连系数 体积和重量等 这些指标受各种因素影响较大 一般根据实验来确定 1 箔条的有效反射面积箔条干扰是大量随机分布的箔条振子的响应的总和 箔条总的有效反射面积等于箔条数乘以单根箔条的平均有效反射面积 而单根箔条的反射面积与其长度有关 研究表明 当箔条的长度相当于被干扰雷达工作波长的一半并处于谐振状态时 箔条具有最大的雷达反射面积 此时单根箔条的平均有效反射面积为 7 4 1 设被掩护目标的有效反射面积为 t 则所投放的箔条弹内的N根箔条散开后形成的箔条云的总有效反射面积 N应不小于被掩护目标的有效反射面积 即 7 4 2 因而可得箔条数N为 7 4 3 考虑到箔条本身的损坏及投放后相互之间的影响 N一般取为 7 4 4 2 箔条的频率响应为了得到大的有效反射面积 通常采用半波长振子的箔条 但半波长箔条的频带很窄 只有中心频率的15 20 为了增加频带宽度 可以采用两种方法 一是增大单根箔条的直径或宽度 但是带宽的增加量有限 且容易带来重量 体积和下降速度等问题 二是采用不同长度的箔条混合包装 为了便于生产 每包中箔条长度的种类不宜太多 以5 8种为宜 3 箔条干扰的极化特性短箔条在空间投放以后 由于本身所受重力和气候的影响 在空间将趋于水平取向且旋转地下降 这时箔条对水平极化雷达的回波强 而对垂直极化雷达信号反射很小 为了使箔条能够干扰垂直极化的雷达 可以在箔条的一端配重 使箔条降落时垂直取向 但下降速度变快 并且在箔条投放一段时间以后 箔条云出现两层 上边一层为水平取向 下边一层为垂直取向 时间越长 两层分开的越远 但在飞机自卫情况下 刚投放时 受飞机湍流的影响 箔条取向可以达到完全随机 能够干扰各种极化的雷达 长箔条 长度大于10cm 在空中的运动规律可以认为是完全随机的 能够对各种极化雷达实施干扰 箔条云的极化特性还与雷达波束的仰角大小有关 在90 仰角时 水平取向的箔条对水平极化和垂直极化雷达的回波差不多 但在低仰角时 对水平极化雷达的回波比对垂直极化雷达的回波要强得多 4 箔条云的时间特性箔条云的形成时间是从发射箔条弹起到箔条云形成后达到战术要求规定的雷达散射截面所经过的时间 箔条弹被发射到空中刚爆炸后 箔条云密度逐渐减小 雷达反射截面积逐渐增大 其空间分布是不均匀且时变的 这个阶段的箔条称为 未成熟箔条 经过一段时间的扩散 箔条云密度逐渐趋于稳定 空间分布比较均匀 有效反射截面积差不多达到最大 此时的箔条称为 成熟箔条 这时的箔条云才真正具有干扰力 5 箔条云的频谱特性箔条从被投放到成为成熟的箔条云团是一个扩散过程 由于箔条云是由数目繁多且速度随机分布的单个箔条构成 所以对整个箔条云团的扩散速度的计算只能在统计意义下进行 箔条云投放空中后 通常认为其整体的扩散运动主要是由重力影响造成的下降运动和单个箔条的转动以及受风速影响产生的水平运动共同构成的 通常箔条云的垂直下降运动和单个箔条的转动对箔条云的频谱宽度贡献很小 箔条云团的频谱宽度主要取决于它的水平扩散运动 受当时环境中风速变化的影响箔条云团的水平速度分量总是有一定的分布 而且不同的箔条由于受到的雷达照射角度不同 产生的多普勒频移也不相同 这些因素引起了箔条云频谱的展宽效应 大量文献资料中指出 当箔条云成熟之后 在相对较短的时间内 箔条云的扩散过程可以近似看作是一个平稳过程 箔条云团在扩散过程中的速度分布可采用高斯分布概率密度函数来近似描述 7 4 5 其中 vc是箔条云的速度 vc是箔条云的平均速度 c为速度的均方根值 反映了箔条云速度由于受当时环境各方面因素影响的速度起伏分布水平 vc主要决定箔条云的频谱中心位置 而谱宽则取决于 c 如果 c越大则箔条云的频谱宽度也越宽 6 箔条的战术应用在现代战争中 箔条的应用主要有 1 用于在主要攻击方向上形成干扰走廊 以掩护目标接近重要的军事目标 或制造假的进攻方向 2 用于洲际导弹进入大气层时形成假目标 3 用于飞机自卫 舰船自卫时的雷达诱饵 现代雷达必须采用有效的抗干扰措施 针对欺骗性干扰 一般采用波门保护 记忆 外推 短时间 静默 等抗干扰措施 雷达抗干扰技术主要有 1 低副瓣 超低副瓣天线技术 从天线结构和工艺的角度 设计低副瓣 超低副瓣天线 减小从副瓣进来的干扰信号的功率 7 5雷达抗干扰的主要措施 2 旁瓣对消 针对连续波干扰 增加若干个辅助天线 利用辅助天线与主天线接收的干扰信号的相关性 在雷达工作的休止期采集干扰信号的样本 并计算权值 通过对辅助天线接收信号加权求和后再与主天线接收信号相减 从而达到抑制干扰的目的 3 旁瓣消隐 也称旁瓣匿隐 针对脉冲干扰 利用辅助天线 匿隐天线 接收信号的强度与主天线接收的信号强度进行比较 从而达到抑制干扰的目的 4 自适应干扰置零 针对阵列天线 在数字波束形成过程中 在干扰方向形成 零点 使得阵列在干扰方向的增益为零 即通过空域滤波 从而达到抑制干扰的目的 5 频率捷变 针对一些存储 转发式干扰 需要对接收的雷达信号进行调制后再发射出去 需要一定的延时 因此 可以通过频率捷变的工作方式达到抑制干扰的目的 6 脉间波形捷变 过去雷达只采用单一波形 容易受到干扰 现代雷达的波形产生灵活 可以在每个脉冲之间发射不同的波形 这样有利于对抗转发式假目标干扰 7 基于谱特征的箔条干扰识别方法 针对海面目标为了防止反舰导弹的攻击 经常施放箔条干扰 由于箔条干扰在风和重力作用下多普勒谱存在展宽的现象 因此 可以通过增加相干积累时间 利用箔条干扰的谱特征来识别是箔条干扰还是目标 除自适应数字波束形成的干扰置零技术将在第10章 相控阵雷达与数字阵列雷达 中介绍外 其它抗干扰技术将在本章后续几节中进行介绍 7 6 1截获因子与低截获概率雷达低副瓣 超低副瓣天线技术是属于实现低截获概率 LowProbabilityofInterception LPI 雷达的一种技术途径 LPI理论的探索始于20世纪70年代末 1983年英国伦敦大学的J RForest首次引入LPI雷达方程 从那以后 世界各国都在探索LPI雷达 LPI雷达可定性地理解为 雷达在探测到敌方目标的同时 敌方截获到雷达信号的概率最小 7 6低副瓣 超低副瓣天线技术 如图7 13所示 为躲避截获接收机的侦察 雷达的探测距离Rr必须比截获接收机的截获距离RI远 为了定量分析低截获概率雷达的LPI性能 施里海尔 D CSchleher 提出了截获概率因子 的概念 7 6 1 其中 RI为侦察接收机能发现雷达辐射信号的最大截获距离 Rr为雷达对侦察接收机平台的最大探测距离 从截获概率因子 的定义可以看出 当 1时 电子侦察设备的截获接收机可以检测到雷达的存在而雷达不能发现截获接收机平台目标 此时侦察设备占优势 雷达有被干扰和摧毁的危险 而当 1时 雷达能发现截获接收机平台目标而截获接收机不能检测到雷达的存在 此时雷达占优势 这种雷达被称为LPI雷达或 寂静 雷达 越小 雷达的LPI性能越佳 但需要说明的是 LPI雷达是针对某种截获设备而言的 对另一种截获设备就不一定是LPI或 寂静 的了 图7 13雷达 目标与截获接收机之间的关系 下面用具体的公式推导来讨论截获因子与雷达相关参数的关系 从中分析影响截获因子的主要因素 自由空间中雷达作用距离方程为 7 6 2 其中Pt为雷达的发射功率 Gt为雷达发射天线的增益 Gr为雷达接收天线的增益 为发射信号的波长 为目标的雷达反射截面积 Lr为雷达的损耗因子 Sr为雷达接收机的灵敏度 自由空间中侦察接收机截获雷达信号的距离方程为 7 6 3 其中LI为平台侦察接收机的系统损耗因子 SI为平台侦察接收机灵敏度 GI为侦察天线增益 GrI为雷达发射天线在侦察平台方向上的增益 对于收发共用天线的雷达系统Gt Gr 当给定雷达的最大作用距离Rrmax值时 把式 7 6 2 和式 7 6 3 代入式 7 6 1 可得到截获因子 7 6 4 7 6 2低副瓣 超低副瓣天线技术在现代雷达系统中 为了提高雷达的探测性能和目标参数测量精度 通常雷达天线主波束宽度都很窄 因此 侦察系统要想从雷达天线主波束方向截获雷达信号是很困难的 侦察截获的概率也很低 但是 除了很窄的主波束外 雷达还有占相当大辐射空间的天线旁瓣 这为侦察系统提供了侦察截获雷达信号的有利条件 由式 7 6 4 可得 7 6 5 低截获概率设计对雷达天线旁瓣电平提出了很高的技术指标 在天线理论上 天线副瓣电平低于 30dB者称为低副瓣天线 低于 40dB者称为超低副瓣天线 雷达天线旁瓣电平越低 则侦察系统要想达到相同的侦察距离就必须提高侦察接收机灵敏度 这就增加了侦察系统的设计制造难度 式 7 6 5 中 Gt是雷达天线的增益 说明雷达主瓣增益的增加可以获得截获因子 的改善 GI是平台侦察接收机天线在被侦察雷达方向的增益 当雷达旁瓣或副瓣被截获时 约正比于雷达副瓣增益的平方根 因此降低副瓣增益可以改善截获因子 假如雷达副瓣增益 第一副瓣电平 为 30 40dB 那么就可为 提供15 20dB的改善 从时空域上讲 雷达天线主瓣增益越高 副瓣电平越低 波束宽度越窄 那么为敌方截获雷达提供的时间就越短 从而截获概率就越低 7 7 1SLC的工作原理自适应天线旁瓣对消是一种常用的雷达抗有源干扰的技术 雷达接收天线的主瓣很窄 且增益很高 具有极强的方向性 所以有源干扰信号从接收天线的主瓣进入的概率较小 而天线的旁瓣很宽 则干扰信号极易从接收天线的旁瓣进入 为了抑制干扰 通常旁瓣增益都很低 但当雷达处于极强的有源干扰环境时 干扰信号可能淹没目标信号 从而导致雷达不能正常工作 7 7副瓣对消 SLC 旁瓣对消器就是利用辅助天线接收的干扰信号来压低通过主天线或相控阵天线旁瓣方向进来的定向干扰 在雷达接收天线 以下称为主天线 的附近安装若干个辅助天线 辅助天线的主瓣很宽 增益与主天线的平均旁瓣相当 为弱方向性或无方向性天线 当存在旁瓣干扰时 主天线接收的干扰信号的幅度与辅助天线接收的干扰信号的幅度相当 由于各天线的空间位置不同 所以接收的干扰信号的相位存在由波程差导致的固定相移 利用各天线接收的干扰信号 通过一定的自适应算法 得到N个辅助天线的加权系数Wi i 1 2 N 辅助天线信号经加权求和后 再与主天线接收的干扰信号相减 使得主通道的干扰输出功率最小 从而达到干扰对消的目的 当干扰变化时自适应地调整权值 保持干扰输出功率最小 典型的旁瓣对消系统如图7 14 a 所示 辅助天线的加权系数通常是在雷达的休止期采样一些干扰的样本数据 然后利用适当的算法计算而得 可以认为从辅助天线接收到的所需目标信号分量与主天线的相比可以忽略不计 同时 目标信号持续时间远远小于SLC的自适应时间 因此 目标信号不失真地通过SLC系统 而在时间上连续不断的干扰信号则被对消器的自适应过程大大地降低了 增加辅助通道的目的就是接收与主天线副瓣中的干扰一样的信号用于对消干扰 辅助天线必须放置在离雷达天线相位中心相当近的地方 以保证其获得的干扰信号取样与雷达天线副瓣接收的干扰信号的相关性 这就要求雷达天线的相位中心与辅助天线的相位中心的间距d除以光速须远远小于雷达频带B以及干扰频带BJ两者中的小者的倒数 即同时需注意 辅助天线的数量必须大于等于需抑制的干扰个数 辅助天线可以是离散的多个天线 也可以是相控阵天线的一组接收单元 对于相控阵天线 辅助天线可以集成在主天线阵中 如图7 14 b 尽量减小天线之间的电磁耦合可保证低的副瓣电平 辅助天线置于主天线的中心 缩短了主天线与辅助天线的相位中心的间距 因而大大增加了主通道和辅助通道内干扰信号之间的相关性 辅助天线的另一个要求是3dB波束宽度应覆盖主天线的副瓣区域 这样放置在主天线周围的辅助天线便形成与主方向图副瓣形状相匹配的方向图 为了达到低副瓣 需对口径进行加权 使得某些副瓣变宽 同样要求辅助天线应放置在主天线的中间或周围 图7 14SLC的工作原理及相控阵的SLC 对于相控阵天线有两种不同的方法形成辅助通道 一种方法是单个或一组辐射单元与一个RF接收机相连 如图7 14 b 所示 相应的低增益输出形成一个通往SLC的辅助通道 辅助单元必须非规则放置以避免辅助阵列产生栅瓣 另一种方法是辅助单元在两个干扰方向上形成波束 每个波束形成网络的输出送入每个RF接收机 形成SLC的辅助通道 第二种方法只对干扰方向附近起作用 因而其静态方向图变形很小 相反 在第一种方法中由于修改了整个静态方向图副瓣结构 故干扰信号数越多 方向图变形越大 当然 为了形成指向干扰的波束就必须获得足够多的有关干扰来波方向角度的信息 对辅助通道的输出信号加权求和 再从主通道输出信号中减去辅助通道加权求和后的信号 使主通道的干扰输出功率最小 其中的问题就在于如何找到一个合适的控制加权系数的方法使对消效果最佳 由于在雷达主通道和辅助通道中的干扰信号是随机的 因而适合采用线性预测理论来分析 假设X为主天线接收的信号 Y为N个辅助天线接收信号的N维矢量 7 7 1 利用主 副天线接收的干扰信号的样本 估计主 副天线接收的干扰信号X与Y之间的协方差矩阵M及N维互相关矢量R为 7 7 2b 最佳加权矢量根据最小均方误差准则确定 系统输出Vo的均方预测误差等于输出剩余干扰的功率 即 7 7 3 其中最佳权矢量为一常数 衡量SLC的性能一般用干扰对消比 JCR 表示 它定义为无SLC时与有SLC时输出干扰的功率之比 7 7 4 7 7 2SLC的主要类型从工程实现角度看 SLC主要有三种类型 模拟式旁瓣对消 数字式旁瓣对消 模数混合式旁瓣对消 模拟式旁瓣对消是雷达早期的抗干扰技术 下面只介绍后两种旁瓣对消技术 1 数字式旁瓣对消随着数字信号处理芯片的迅速发展 数字式旁瓣对消技术也有了迅速的发展 数字式旁瓣对消技术主要是主天线和辅助天线接收的干扰信号通过A D变换器和正交变换器 把模拟信号转换成数字信号 在数字域进行旁瓣对消处理 最终得到对消输出 其原理框图如图7 15所示 旁瓣对消的最优权值计算将在下一节介绍 图7 15数字式旁瓣对消原理框图 2 模数混合式旁瓣对消与全模拟式或者全数字式的旁瓣对消系统相比 模数混合式旁瓣对消系统具有一定的优势 所以在某些特定的场合或特殊的要求下 需要用到模数混合式旁瓣对消 模数混合式旁瓣对消的基本原理是 主天线接收到的干扰信号和辅助天线接收到的干扰信号首先在模拟处理模块进行前端处理 比如滤波 放大 限幅等 之后用A D对其进行高速采样 然后在数字处理模块进行权值计算 数字处理模块就是采用直接矩阵求逆 SMI 算法或最小均方误差 LMS 算法计算权值 并将计算的权值转换成衰减控制量和相移控制量后传送给模拟处理模块 通过数控衰减器和数控移相器对辅助通道的干扰信号进行加权处理 包括衰减和相移 最后在模拟对消器中与主通道的信号进行求和对消 得出最终的对消输出 模数混合式旁瓣对消的原理框图如图7 16所示 在数字域主要完成权值的计算 这种模数混合式旁瓣对消可以在辅助天线接收通道增加一个反相器 这样一个辅助天线就有两个接收通道 增加了自由度 图7 16模数混合式旁瓣对消原理框图 设主天线接收的干扰信号为X 辅助天线接收的干扰信号为Y1 Y2 YN 主天线信号到达数字信号处理模块时为Xs 由于在辅助天线接收通道增加一个反相器 所以辅助天线信号到达数字信号处理模块时为主天线信号到达对消器时为Xd 辅助天线信号到达数控移相器时为根据SMI算法 对消器的最优权值为 7 7 5 式中 Wopt为最优化权值 辅助通道信号的自相关矩阵为辅助通道信号和主通道信号的互相关矢量为对Wopt量化得到Wopt的幅度Aw Aw和相位jw jw 转化为衰减控制量和相移控制量后传送给模拟处理模块 通过数控移相器和数控衰减器对辅助通道接收的干扰信号进行加权运算 最终在对消器模块求得误差信号为 7 7 6 式中分别表示辅助通道及其反相通道接收的干扰信号经过数控移相器移相后的信号 模数混合式旁瓣对消相对于数字式旁瓣对消而言 省去了对消输出转换成模拟信号时的上变频过程 因为数字式旁瓣对消后的信号均为数字信号 对于后级需要用到模拟信号来处理的系统非常适用 但是 模数混合式旁瓣对消对主通道信号和辅助通道信号到达数字处理模块以及到达对消器的一致性要求很高 现代雷达大多采用数字式旁瓣对消或模数混合式旁瓣对消 以对消副瓣方向的干扰 7 7 3SLC的自适应权值计算方法实施SLC自适应权值计算方法主要有两类 开环法 也称直解法 闭环或反馈控制技术 一般来说 闭环法比开环法简单方便 由于闭环法具有自修正特性 因而不要求元件具有大动态范围和高线性度特性 故闭环法非常适合模拟实现 但是 闭环法也有很大的局限 为了稳定工作 其收敛速度受到很大限制 相反 开环法不存在收敛问题 但是通常要求元件的动态范围大 精度高 而这些只能靠数字方法实现 当然 闭环法也可以用数字电路实现 这时数字精度的要求大大降低了 图7 17和图7 18分别为开环自适应旁瓣对消原理框图和闭环自适应旁瓣对消原理框图 图7 17开环自适应旁瓣对消原理框图 图7 18闭环自适应旁瓣对消原理框图 1 开环法 直解法 下面以N辅助天线的旁瓣对消系统为例 进一步说明开环旁瓣对消的基本工作原理 图7 14 a 不含连线a 所示为N辅助天线的开环自适应旁瓣对消的原理框图 图中X表示主天线接收的信号 Y Y1 Y2 YN T表示辅助天线接收的信号 W W1 W2 WN T表示加权系数 Vo表示对消输出 用数学表达式可表示为 7 7 7 上式表明 对消剩余就是由主天线信号减去权矢量和辅助天线信号的内积 而对消的目的是使对消剩余功率最小 此准则就是最小均方 LMS 准则 用统计表示为即 7 7 8 其中E 表示统计期望 表示辅助通道和主通道的互相关函数矩阵 表示辅助通道的自相关函数矩阵 对于输入的平稳信号 式 7 7 8 中的 是权矢量W的二次型函数 因此 是一个凹形超抛物体曲面 它具有唯一的极小点 均方误差 的梯度可以由式 7 7 8 对权矢量进行微分得到 即 7 7 9 若 0 就可得到最佳权矢量Wopt 即 7 7 10 当式 7 7 10 中的自相关矩阵RYY为非奇异阵时 Wopt可表示为 7 7 11 对消剩余功率最小时的剩余干扰信号为 7 7 12 式 7 7 11 就是著名的Wiener Hopf方程 由此式求出的最优权值能保证干扰对消的剩余功率最小 直解法就是直接求解干扰协方差矩阵 这就避免了特征值分散的问题 特征值的分散限制了闭环算子的收敛能力 例如直解矩阵求逆算子 其中协方差矩阵首先由快速采集到的足够多的数据估算出 然后采用适当的求逆算法进行矩阵求逆 典型的直解法有Gram Schmidt算法 2 闭环法闭环即反馈控制技术 是通过逐渐改变加权系数来达到干扰最佳对消效果 这种方法虽然简单 但收敛速度较慢 常用的一种反馈方式是LMS反馈技术 图7 14 a 含连线a 所示为N辅助天线的闭环自适应旁瓣对消的原理框图 图中X表示主天线接收的信号 Y Y1 Y2 YN T表示辅助天线接收的信号 W W1 W2 WN T表示加权系数 Vo表示对消输出 LMS自适应滤波器和维纳滤波器一样 是以均方误差最小作为其最佳滤波准则 根据式 7 7 8 均方误差 与自适应滤波的权系数W之间的关系为 7 7 13 如果以时刻j的误差平方作为同一时刻瞬时均方误差 j的估计 那么 ej 2对于Wj的梯度 用表示 于是有 7 7 14 最陡下降法是Widrow和Hoff两人在20世纪50年代提出的求最佳权矢量的简单而有效的一种递推方法 最陡下降法就是下一个权矢量Wj 1等于现在的权矢量Wj加一个正比于梯度估计值的负值的变化量 即 7 7 15 将式 7 7 14 代入式 7 7 15 得到 7 7 16 式中 为控制迭代步长的参数 的取值范围为为辅助通道的自相关函数矩阵RYY的迹 即对角元素之和 7 7 4SLC的性能分析一般用对消比 对消增益 CG来衡量旁瓣对消的性能 它相当于信干比提高的倍数 其定义为 7 7 17 式中n为主天线接收的干扰信号 nr为经过相消处理后的干扰输出 则对消比就是对消前和对消后的干扰功率之比 首先分析只有一个辅助天线时的对消性能和干扰相关性之间的关系 假设辅助天线1接收的干扰为n1 权系数取最佳值 则对消器的输出为 7 7 18 根据式 7 7 11 可得到这时的对消比为 7 7 19 观察式 7 7 19 可知 分母中的第二项是主辅天线接收干扰的互相关系数r 因此旁瓣相消的性能取决于主辅两通道干扰的相关性 最佳对消增益与两路干扰的互相关系数具有以下关系 7 7 20 从式 7 7 20 中可知 SLC的对消性能取决于主天线和辅助天线所接收到的信号间的相关系数 相关系数的值越接近1 SLC性能就越好 相关性的降低会导致相消性能变差 下面考虑两辅助天线时的对消性能和干扰相关性之间的关系 假设辅助天线1 2接收的干扰分别为n1和n2 对消剩余可表示为 7 7 21 最佳权系数为则最佳对消比为 7 7 22 其中 01 02和 12分别表示主天线与辅助天线1 2以及辅助天线之间的相关系数 且 01 10 02 20 12 21 实际雷达系统中影响自适应天线旁瓣对消性能的因素有很多 主要有 由AD变换产生的量化噪声 主 辅通道内的通道噪声 主 辅通道的不一致性 干扰带宽的影响 下面仅以单辅助自适应天线旁瓣对消结构为例 讨论数模变换产生的量化噪声对旁瓣对消性能的影响 模拟信号量化会产生量化误差 量化误差的影响可以借助于加性噪声信号来进行分析 一般可以把量化的取样值表示为 7 7 23 式中x k 为取样值 e k 为量化误差 如果对取样值采取舍入处理 可以认为e k 是与信号互不相关的白噪声过程 其概率分布在量化误差间隔内是均匀分布的 而且均值me 0 方差b为量化位数 假设辅助天线输入干扰信号为n1 经过量化后的信号可以看成是原信号与量化噪声之和 即 同样 主天线输入干扰可表示为其中e是与e1独立同分布的白噪声 假设n与n1为全相关 即相关系数为1 的两个零均值平稳过程 则与的相关系数为 7 7 24 将式 7 7 24 代入式 7 7 19 并经化简可近似得 7 7 25 由式