周 暢，朱振波，湯子躍

（1.空軍預(yù)警學(xué)院研究生管理大隊，湖北武漢430019；2.空軍預(yù)警學(xué)院空天預(yù)警裝備系，湖北武漢430019）

0 引言

針對對空情報雷達(dá)實施電子干擾是軍用飛機(jī)常用的突防手段。由于雷達(dá)天線波束寬度的典型值約為1～2°，所以雷達(dá)天線旁瓣寬度遠(yuǎn)大于主瓣寬度，且目標(biāo)回波與干擾信號的入射方向不一定相同，故大部分干擾信號從天線旁瓣進(jìn)入雷達(dá)中。脈沖壓縮體制雷達(dá)通常采用自適應(yīng)旁瓣對消（ASLC）和旁瓣匿影（SLB）來對抗旁瓣干擾。ASLC對抗連續(xù)壓制性干擾效果較好，而SLB則主要用于消除脈沖式干擾，包括窄脈沖強(qiáng)噪聲信號、脈沖轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙性干擾信號等。

國內(nèi)外學(xué)者對SLB技術(shù)研究較多，但主要是在理論分析層面［1－8］，而針對脈壓雷達(dá)的SLB具體工作模式的研究卻未見涉及。本文闡述了SLB系統(tǒng)的基本原理，著重針對脈壓前、后匿影兩種工作模式下的雷達(dá)抗干擾性能和探測性能進(jìn)行研究，對不同干擾環(huán)境下的SLB工作模式適用性進(jìn)行對比分析。仿真結(jié)果驗證了理論分析與推導(dǎo)的正確性。

1 旁瓣匿影的基本原理

圖1 脈沖壓縮雷達(dá)的旁瓣匿影結(jié)構(gòu)

基本的脈沖壓縮雷達(dá)的SLB結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要由主輔天線、接收機(jī)、檢波器、匿影判決和檢測回路組成。

SLB系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)對應(yīng)的匿影邏輯圖如圖2所示。可以看出，在給定門限的基礎(chǔ)上，目標(biāo)信號被檢測的條件是（sa＜Fsm，sm＞Y），其中sm表示主通道輸出信號幅度，sa表示輔助通道輸出信號幅度，F(xiàn)表示匿影門限，Y表示檢測門限。

圖2 旁瓣匿影結(jié)構(gòu)邏輯圖

根據(jù)雷達(dá)信號處理流程中SLB技術(shù)實現(xiàn)方式的不同，可以將脈沖壓縮雷達(dá)SLB的工作模式分為脈壓后匿影與脈壓前匿影兩種。不同的匿影工作模式具有不同的匿影性能和適用性，下面進(jìn)行具體分析。

2 脈壓后匿影

脈壓后匿影是脈沖壓縮雷達(dá)SLB系統(tǒng)的主要工作模式，由于脈沖壓縮后提高了雷達(dá)的距離分辨力，能夠?qū)r域中混疊的目標(biāo)信號和干擾信號區(qū)分開來，因此，脈壓后匿影需要滿足兩項指標(biāo)要求：1）只存在目標(biāo)信號時，其檢測概率足夠高；2）只存在干擾信號時，其匿影概率足夠高。

為簡化問題，本文目標(biāo)起伏模型定為Sweling－0型，噪聲為零均值高斯白噪聲，則經(jīng)過線性包絡(luò)檢波后，主、輔通道接收信號包絡(luò)的概率密度函數(shù)為［9］：

式中，sm＝s′mδ－1，sa＝s′aδ－1，dm＝d′mδ－1，da＝d′a·δ－1。其中s′m、s′a分別為主、輔通道接收信號包絡(luò)幅度值，sm、sa分別為主、輔通道接收信號包絡(luò)的歸一化幅度值，d′m、d′a分別為主、輔通道中檢測目標(biāo)回波信號的幅度，dm、da分別為主、輔通道中檢測目標(biāo)回波信號的歸一化幅度，δ為主、輔通道噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，即主、輔通道噪聲標(biāo)準(zhǔn)差相同。

2.1 脈壓后匿影理論分析

1）只存在信號條件下的檢測概率

結(jié)合圖2中的邏輯圖可以看出，對目標(biāo)信號來說，在SNR相同的條件下，由于匿影門限的存在，一部分超過檢測門限的信號被匿影，因此采用SLB結(jié)構(gòu)后，檢測概率較未采用SLB結(jié)構(gòu)時減小。若要求在只存在信號條件下的檢測概率足夠高，則檢測概率損失應(yīng)盡量小。

為了衡量檢測概率損失對雷達(dá)性能的影響，本文引入相對檢測概率損失PD＿Loss的概念，具體表示為：

式中，PD、P′D分別表示采用、未采用SLB結(jié)構(gòu)時的檢測概率。

結(jié)合圖2，利用式（1）中的函數(shù)，目標(biāo)信號落入檢測區(qū)的概率PD為：

引入Marcum Q函數(shù)［8］，并代入式（2）中進(jìn)行化簡，可得：

而未采用SLB時的檢測概率為：

因此，將（4）、（5）代入（2）中可以得到相對檢測概率損失PD＿Loss。

2）只存在干擾條件下的匿影概率

同理，結(jié)合圖2和式（1），可以得到匿影概率的表達(dá)式：

2.2 脈壓后匿影性能分析

設(shè)匿影門限F＝1，虛警概率Pf＝10－6，進(jìn)行仿真實驗并分析脈壓后匿影的相關(guān)性能。只存在目標(biāo)信號時，主通道信噪比SNR與相對檢測概率損失PD＿Loss的關(guān)系如圖3（a）所示。只存在干擾信號時，輔助通道干噪比JNR與匿影概率PB的關(guān)系如圖3（b）所示。

結(jié)合圖3可以看出，SNR越高，相對檢測概率損失PD＿Loss越低；JNR越高，匿影概率PB越高。據(jù)此，若干擾方采用欺騙性干擾，則脈壓后時域混疊的目標(biāo)信號與干擾信號分離，且SNR和JNR均增大，SLB系統(tǒng)的工作性能提高；若干擾方采用壓制性干擾，雖然脈壓后SNR提高，但由于噪聲干擾信號未能壓縮，時域中仍然與脈壓后的目標(biāo)信號混疊，因此容易造成匿影，丟失目標(biāo)。綜上所述，脈壓后匿影比較適合對抗欺騙性干擾。

圖3 脈壓后匿影性能影響因素分析

3 脈壓前匿影

脈壓前匿影主要針對寬脈沖進(jìn)行匿影判決。一個雷達(dá)回波需進(jìn)行多次匿影判決（判決次數(shù)取決于脈沖寬度T和采樣頻率fs），若判決匿影的次數(shù)多，則經(jīng)過脈沖壓縮后的回波能量損失大；反之，則損失較小。

當(dāng)敵方施放壓制性干擾時，強(qiáng)干擾存在的距離單元被匿影，弱干擾存在的距離單元被保留，因此被保留距離單元上的目標(biāo)信號經(jīng)脈沖壓縮后仍有增益，在抑制干擾的同時又能夠提高目標(biāo)信號的信噪比，所以脈壓前匿影比較適合對抗壓制性干擾。

3.1 門限設(shè)置

對于噪聲壓制性干擾來說，脈壓前匿影的目的主要是使最大噪聲干擾幅度降低到門限值以下，因此門限設(shè)置比較關(guān)鍵。以射頻噪聲干擾為例，脈壓前匿影的門限設(shè)置可以采用以下兩種方式：

1）若能夠估計脈壓前目標(biāo)回波信號SNR，可推導(dǎo)得到目標(biāo)信號的取值范圍為（－St，St），又輔助通道的干擾信號幅度Sj可通過測量已知，則輔、主通道幅度比值范圍為（Sj／（Sj／K＋St），Sj／（Sj／K－St）），其中K為輔助天線與主天線副瓣的幅度增益差。

在高斯分布射頻噪聲干擾條件下，輔助通道干擾信號幅度Sj與輔、主通道幅度比值sa／sm的關(guān)系如圖4所示。由于脈壓前后噪聲功率不變，若要求脈壓后的干擾信號幅度衰減到檢測門限以下，則脈壓前干擾信號幅度也必須要衰減到門限值以下。

設(shè)檢測門限為Y，將Sj＜Y代入輔、主通道幅度比值范圍中，得到匿影判決條件為sa／sm＞Y／（Y／K＋St），即若檢測輔、主通道信號幅度比滿足此條件，則進(jìn)行匿影。

圖4 Sj與sa／sm的關(guān)系

2）第一種門限設(shè)置方法的實質(zhì)是使得匿影后Sj＜Y，若目標(biāo)信號的SNR未知，可直接檢測輔助通道干擾信號的幅度Sj，若超過檢測門限，該距離單元進(jìn)行匿影，匿影判決條件為sa＞KY。

3.2 脈壓前匿影性能分析

假設(shè)目標(biāo)信號的信噪比為SNR，回波采樣點數(shù)為N，則N＝Tfs，其中T表示脈沖持續(xù)時間，fs表示采樣頻率；干擾信號的干噪比為JNR，采樣點數(shù)為M，則M＝Tjfs，其中Tj表示干擾脈沖持續(xù)時間。脈壓前目標(biāo)信號與干擾信號的位置關(guān)系如圖5所示。

圖5 目標(biāo)、干擾脈寬關(guān)系

由于3.1節(jié)中的門限設(shè)置能使壓制性干擾信號的最大幅度降低到門限以下，因此可將脈壓后目標(biāo)信號的相對功率損失Loss作為脈壓前匿影的性能評價指標(biāo)Loss定義為：

式中，P表示無干擾時脈壓后目標(biāo)信號功率，PLoss表示干擾條件下脈壓后目標(biāo)信號功率。

在噪聲干擾條件下1000次蒙特卡洛仿真得到的結(jié)果如圖6所示。其中，圖6（a）表示重合寬度（脈壓前干擾信號與目標(biāo)信號）占目標(biāo)信號回波脈沖的百分比與相對功率損失P~Loss的關(guān)系；圖6（b）表示主通道JNR與相對功率損失P~Loss的關(guān)系?？梢钥闯?，在目標(biāo)信號參數(shù)相同的條件下，E~Loss主要與兩個因素有關(guān)：1）脈壓前干擾信號與目標(biāo)信號重合的脈沖寬度，記作W，即圖5中陰影部分所示。W越大，在相同的匿影概率下，匿影點數(shù)越多，ELoss越大。2）干擾信號的JNR。根據(jù)匿影判決條件sa／sm＞Y／（Y／K＋St）可知，JNR越大，匿影概率越大，ELoss越大。

圖6 脈壓前匿影性能影響因素分析

4 仿真與抗干擾性能分析

仿真實驗1：發(fā)射脈沖持續(xù)時間T＝10μs，信號帶寬B＝10MHz，采樣頻率fs＝2B；天線主瓣比第一副瓣增益高出α＝30dB，干擾入射方向輔助天線比主天線副瓣增益高出β＝2dB，虛警概率Pf＝10－6；目標(biāo)信號從主瓣進(jìn)入，且4個目標(biāo)回波位置分別為10500m、11000m、12000m、13000m，主通道目標(biāo)信號脈壓前SNR＝－5dB；干擾機(jī)產(chǎn)生2個假目標(biāo)干擾信號，位置分別為11500m和13500m，輔助通道欺騙干擾信號脈壓前JNR＝5dB。

在以上仿真參數(shù)條件下，雷達(dá)采用兩種不同SLB工作模式時的抗干擾性能比較結(jié)果如圖7所示。

圖7 欺騙性干擾條件下的脈壓前后匿影性能比較

可以看出，采用脈壓前匿影的工作模式，由于10500m處目標(biāo)信號脈沖與干擾脈沖重合區(qū)域較小，匿影點數(shù)較少，而其余位置的目標(biāo)回波與干擾脈沖重合區(qū)域較大，匿影點數(shù)較多，因此只有10500m處的目標(biāo)超過檢測門限；而采用脈壓后匿影的工作模式時，由于脈壓后目標(biāo)和欺騙干擾在距離上分開，目標(biāo)能夠被正常檢測，但是對于11500m和13500m處的假目標(biāo)，由于匿影規(guī)則生效而被有效濾除。

仿真實驗2：發(fā)射脈沖持續(xù)時間T＝10μs，信號帶寬B＝10MHz，采樣頻率fs＝2B；天線主瓣比第一副瓣增益高出α＝30dB，干擾入射方向輔助天線比主天線副瓣增益高出β＝2dB，虛警概率Pf＝10－6；目標(biāo)信號從主瓣進(jìn)入，且4個目標(biāo)回波位置分別為10500m、11000m、12000m、13000m，主通道目標(biāo)信號脈壓前SNR＝－5dB；干擾機(jī)從10000m的距離上開始釋放窄脈沖射頻噪聲干擾，輔助通道干噪比JNR＝60dB，干擾脈寬Tj＝5μs。

在以上仿真參數(shù)條件下，雷達(dá)采用兩種不同SLB工作模式時的抗干擾性能比較結(jié)果如圖8所示。

圖8 壓制性干擾條件下的脈壓前后匿影性能比較

可以看出，采用脈壓后匿影的工作模式，在干擾被匿影的同時目標(biāo)信號也被濾除了，達(dá)到了干擾效果；而采用脈壓前匿影的工作模式，雖然信號能量有損失，但是由于信號與干擾脈沖重合區(qū)域較少，目標(biāo)信號仍然能夠超過檢測門限而被檢測到。

5 結(jié)束語

本文基于SLB系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和基本原理，針對脈沖壓縮雷達(dá)脈壓前、后匿影兩種工作模式，分析了雷達(dá)的抗干擾性能和檢測性能，并結(jié)合不同的干擾環(huán)境進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明脈壓前匿影較適合對抗壓制性干擾，而脈壓后匿影對抗欺騙性干擾效果更佳。但是，兩種模式對抗復(fù)合干擾，即多種干擾樣式并存的干擾，效果均不夠理想。因此，如何將兩種工作模式結(jié)合起來抗干擾是下一步研究的方向?！?/p>

［1］ 李俠.現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2000：341－350.

［2］ Maisel L.Performance of sidelobe blanking systems［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1968，4（2）：174－180.

［3］ David A，Shawn S.Sidelobe Blanking with Integration and Target Fluctuation［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2002，38（3）：1023－1037.

［4］ David A，Nathan R.Sidelobe blanking with expanded models［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2011，47（2）：790－805.

［5］ Demaio A，F(xiàn)arina A，Gini F.Performance analysis of the sidelobe blanking system for two fluctuating jammer models［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2005，41（3）：1082－1091.

［6］ Shnidman DA，Toumodge SS.Sidelobe blanking with integration and target fluctuation［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2002，3（38）：1023－1037.

［7］ 夏涌，楊輝，劉磊山.基于FPGA的旁瓣匿影工程化實現(xiàn)［J］.空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報，2007，21（4）：286－288.

［8］ 陳霄恒.脈沖壓縮雷達(dá)旁瓣匿影干擾技術(shù)研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2011.

［9］ 楊萬海.雷達(dá)系統(tǒng)建模與仿真［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007：70－72.