對自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)的抑制零陷方法研究?

尤 逸 盛驥松

（1.江蘇科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院 鎮(zhèn)江 212003）

（2.中國船舶重工集團公司第七二三研究所 揚州 225001）

1 引言

相控陣列天線是由一個個小型的收發(fā)天線單元組成的一個整體的天線，每個小型的天線單元通過對信號進行加權(quán)來形成完整的天線方向圖函數(shù)。陣列天線接收信號的過程實際就是一個空域濾波的過程，每個天線單元和子陣相當(dāng)于一個空域濾波器。通過對干擾信號來波方向的估計，自適應(yīng)的改變子陣的權(quán)值，使空間濾波器在干擾方向上具有更低的響應(yīng)，在信號來波方向有良好的響應(yīng)，這一過程就是所謂的自適應(yīng)調(diào)零的過程。自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)是相控陣雷達發(fā)展過程中發(fā)展出的一種抗干擾技術(shù)，通過在干擾信號方向改變權(quán)值，產(chǎn)生零陷抑制干擾信號的進入來減少干擾信號對實際信號所帶信息判斷的影響［13］。

自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)的研究通常是基于實驗室的理想環(huán)境下進行的研究，在實際過程中未考慮實際環(huán)境情況影響［1］。經(jīng)典的自適應(yīng)波束形成算法假設(shè)目標(biāo)信號、干擾信號、噪聲信號之間相互獨立，不相干。由于數(shù)字儲頻技術(shù)的發(fā)展，干擾信號能夠快速、高保真的復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)雷達信號，這對波束自適應(yīng)形成在干擾方向產(chǎn)生零陷的過程有一定的影響。本文以線性調(diào)頻信號為期望信號，對線性調(diào)頻信號進行間歇性采樣以及前沿復(fù)制兩種干擾信號樣式從用相干信號以及不相干信號兩個情況出發(fā)，對自適應(yīng)調(diào)零算法進行干擾研究分析［4］。

2 自適應(yīng)波束形成

數(shù)字波束形成是有目的性的在某一方向上形成一定的波束以通過所需要的信號，同時降低旁瓣抑制其他方向的干擾信號進入。通過采用適當(dāng)?shù)臋?quán)值對各個子陣輸出進行加權(quán)，來在期望方向上進行疊加進而形成一個性能較為良好的主瓣波束并減少旁瓣響應(yīng)抑制干擾信號從旁瓣進入雷達進行干擾。自適應(yīng)波束形成是采用一定準則，在此準則下通過算法自適應(yīng)的產(chǎn)生最優(yōu)的權(quán)向量來適應(yīng)變換的環(huán)境情況［11～12］。

自適應(yīng)波束形成的關(guān)鍵之處在于選用不同的準則來確定自適應(yīng)的權(quán)值。主要常用的準則有：線性最小方差（linearly constraint minimum variance criterion，LCMV）準則、最小均方誤差（mean square error，MSE）準則、最大信噪比（signal noise ratio，SNR）準則、最大似然比（likelihood ratio，LH）準則、最小噪聲方差（noise variance，NV）準則等。在一定條件下，它們是等價的［9］。

3 干擾信號樣式分析

線性調(diào)頻信號［2～3］是雷達中較為常見的雷達信號，其數(shù)學(xué)表達式為

圖1 （a）K＞0，（b）K＜0

3.1 間歇性采樣干擾信號分析

間歇性采樣信號即對一個信號進行固定時間間歇采樣而產(chǎn)生的一種新的信號形式的方法［6～8］。令線性調(diào)頻信號（LFM），脈沖寬度為T，每隔Ts時間（Ts＜T）對LFM信號進行間歇性采樣，采樣時長為τ（τ＜Ts），最終得到N個LFM信號的窄脈沖。N=［T/Ts］，“［］”為取整符號，表示N為對T/Ts進行取整。若T/Ts為整數(shù)則N=T/Ts若T/Ts不是整數(shù)則N=T/Ts+1。圖2為一個T=100μs的LFM信號在Ts=10μs、τ=2.5μs的間歇采樣后得到的信號波形，其共有N=10個脈沖。

圖2 LFM信號經(jīng)間歇采樣后的信號

3.2 前沿復(fù)制干擾信號分析

前沿復(fù)制信號是將一個信號起始部分進行復(fù)制并加以組合成為一種新的信號形式［5，10］。取一個線性調(diào)頻信號，脈沖寬度為T，取整個信號的前Ts時間長度（Ts＜T）進行復(fù)制。復(fù)制N次后將N個信號組成一個新的信號，N=［T/Ts］，“［］”為取整符號，表示N為對T/Ts進行取整。若T/Ts為整數(shù)則N=T/Ts若T/Ts不是整數(shù)則N=T/Ts+1。圖3為一個T=100μs的LFM信號，對信號前Ts=10μs部分進行復(fù)制N=10次并重新組成的新的信號波形。

4 兩種干擾信號干擾效果仿真分析

4.1 間歇采樣干擾

間歇采樣干擾即使用間歇采樣信號作為干擾信號，線性調(diào)頻信號（LFM）作為回波信號進行自適應(yīng)波束形成，波束形成算法采用了線性最小方差（LCMV）算法，在干擾信號方向產(chǎn)生自適應(yīng)的零陷。為便于分析，我們?nèi)∶}沖寬度T為采樣頻率Ts的整數(shù)倍，因此，N=T/Ts為整數(shù)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：目標(biāo)方向為10°，干擾方向為-30°。回波信號為線性調(diào)頻（LFM）信號，脈沖寬度為100μs，帶寬為20MHz，反射面積（RCS）為0.51。干擾信號為間歇采樣信號，采樣信號也為線性調(diào)頻（LFM）信號，脈沖寬度為100μs，帶寬為20MHz信號進行仿真分析，反射面積（RCS）為0.8。采樣頻率Ts為10μs，采樣時長τ為2.5μs，信號形式如圖2所示。最終仿真結(jié)果如圖4所示此時干擾信號為間歇采樣信號，其帶寬為20MHz，此時干擾信號與回波信號為相參信號但干擾信號RCS較回波信號大。

圖3 LFM信號經(jīng)前沿復(fù)制后的信號

圖4 干擾信號帶寬為20MHz時間歇采樣干擾仿真圖

4.2 前沿復(fù)制干擾

前沿復(fù)制干擾即使用前沿復(fù)制信號作為干擾信號，線性調(diào)頻信號（LFM）作為回波信號進行自適應(yīng)波束形成，波束形成算法仍然采用線性最小方差（LCMV）算法，在干擾信號方向產(chǎn)生自適應(yīng)的零陷。方便分析，我們?nèi)∶}沖寬度T為復(fù)制時長Ts的整數(shù)倍。這樣，干擾信號脈沖寬度就與原信號相同。具體仿真參數(shù)如下：目標(biāo)方向為10°，干擾方向為-30°?；夭ㄐ盘柵c上述信號相同為線性調(diào)頻（LFM）信號，脈沖寬度為100μs，帶寬為20MHz，反射面積（RCS）為0.51。干擾信號為前沿復(fù)制信號，其所復(fù)制原信號也為線性調(diào)頻（LFM）信號，其脈沖寬度為100μs，帶寬為20MHz、100MHz兩種信號分別進行仿真分析，反射面積（RCS）為0.8。復(fù)制時長Ts為10μs，復(fù)制次數(shù)N=10，信號形式如圖3所示。最終仿真結(jié)果圖如圖5所示，其中，圖（a）為前沿復(fù)制干擾信號帶寬為100MHz時的仿真圖，圖（b）為前沿復(fù)制信號為20MHz時的仿真圖。

圖5 干擾信號帶寬為20MHz時前沿復(fù)制干擾仿真圖

4.3 仿真結(jié)果分析

圖6為經(jīng)典的最小方差（LCMV）算法自適應(yīng)波束形成仿真圖。其中，回波信號為線性調(diào)頻（LFM）信號，干擾信號為隨機噪聲信號。具體參數(shù)為：目標(biāo)方向為10°，干擾方向為-30°?；夭ㄐ盘柮}沖寬度為 100μs，帶寬為 20MHz，反射面積（RCS）為0.51。

圖6 經(jīng)典LCMV波束形成算法仿真圖

綜合圖4、5、6進行分析，經(jīng)典的LCMV波束形成算法在10°方向形成了主瓣波束，并在-30°方向形成了較深的零陷。當(dāng)干擾信號為間歇采樣信號時，在10°方向依然能夠產(chǎn)生主瓣波束，但是在-30°干擾方向并未形成良好的零陷；同理，當(dāng)干擾信號為前沿復(fù)制信號時，在-30°干擾方向也未能夠形成零陷。我們將間歇采樣干擾信號與前沿復(fù)制干擾信號所形成的波束仿真圖進行對比發(fā)現(xiàn)，在-30°的干擾信號方向上，間歇采樣干擾信號相較于前沿復(fù)制干擾信號均有更高的波束增益，因此，相比而言前沿復(fù)制信號作為干擾信號可能比間歇采樣信號有更好的干擾效果。定量分析具體數(shù)據(jù)比較如表1所示。

表1 三種干擾信號類型在干擾方向上的波束增益比較

5 結(jié)語

在電子對抗中，自適應(yīng)波束形成技術(shù)使得對雷達的干擾難度大大增加，且在進一步研究抗干擾能力的過程中不斷發(fā)展。本文首先介紹了間歇采樣和前沿復(fù)制兩種干擾信號的形式，并進一步對兩種干擾信號形式進行了仿真分析。由仿真圖可以看出，間歇采樣干擾信號與前沿復(fù)制干擾信號均對自適應(yīng)波束形成有一定的干擾效果，且前沿復(fù)制干擾信號對自適應(yīng)調(diào)零過程一職零陷的產(chǎn)生效果更為良好，對如何抑制自適應(yīng)調(diào)零過程產(chǎn)生零陷有一定的參考價值。