相控阵雷达快速工艺准备与优化系统关键技术研究
徐海洲++许厚棣
[摘 要]本文主要针对日益变化的战场环境以及干扰装备、干扰技术的发展，分析国外雷达装备采取的抗干扰措施，针对各种干扰威胁从空域、时域、频域、能量域以及信号处理、数据处理等多维度进行论证分析，最后对几种有效的抗干扰手段进行了深入研究。
[关键词]干扰技术；抗干扰措施
中图分类号：TN974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0116-02
一、概述
现代战争中，在电子战装备呈现出高度集成化、综合化和智能化的发展趋势，通过机载或者弹载电子干扰平台，可以在全空域、全频域和全时域产生高强度、多样式和有针对性的电子干扰，从而实现对雷达产生干扰、破坏和欺骗效果，严重影响雷达系统的探测性能[1]。
面对日益复杂的电磁环境，雷达必须具备足够的电子反对抗手段才能提升雷达的作战性能以及在复杂战场环境下的生存能力。本文首先对干扰类型及其常见的使用方式进行分析，对国外典型雷达装备采取的抗干扰措施进行了简单的介绍，并针对各种干扰威胁从空域、时域、频域、能量域以及信号处理、数据处理等多维度进行论证分析，最后对几种有效的抗干扰手段进行了深入研究。
二、干扰分类及其应用分析
根据干扰的来源类型，干扰方式可以分为有源干扰和无源干扰，有源干扰包含噪声压制式干扰和欺骗式干扰，无源干扰包含人为的箔条干扰和自然界的地杂波、云雨杂波。
根据作战目的，按照干扰机的作战平台以及其与雷达的空间位置关系，可将有源干扰分为支援干扰和自卫干扰（SSJ）。支援干扰又可分为远距离支援干扰（SOJ）、随队干扰（ESJ）、近距离支援干扰（SFJ）等。
1.自卫干扰（SSJ）
自卫干扰是作战飞机、弹道导弹或军舰为掩护自己免被敌方雷达发现和跟踪，利用自带干扰设备进行的干扰。现代新型机载自卫干扰机，具有脉冲欺骗和连续波噪声两种干扰模式，兼具欺骗性和压制性两种干扰功能，采用了先进的功率管理单元，可同时干扰16～32部雷达辐射源，并具有可重编程能力，能对抗新出现的雷达威胁。
2.远距离支援干扰（SOJ）
SOJ是指电子干扰平台在距敌方前沿较远的区域对敌方信息获取及传输系统实施干扰压制，以掩护己方攻击的作战行动。具有干扰功率大、干扰时间长、干扰频带宽等特点，在现代战争中广泛运用，一般采用压制性干扰。
3.随队干扰（ESJ）
ESJ是电子干扰平台伴随作战兵器一同编队运动所实施的一种支援式干扰，是空袭作战常用的基本作战样式之一。掩护目标的ESJ具有同目标一样的机动能力。ESJ的优点是其干扰位置的几何布局更有利些，有可能实现主瓣干扰，因而可使其干扰效果最佳。
4.近距离支援干扰（SFJ）
SFJ即干扰机到雷达的距离领先于目标，通过辐射干扰信号掩护后面的目标。由于距离较近，SFJ通常由投掷式和无人机担任。根据干扰原理，干扰距离减少十倍，则干扰强度增大100倍。可见同样的干扰功率，近距离干扰系统的SFJ可以比SOJ产生高得多的干扰强度[3-4]。
三、抗干扰技术研究
抗干扰技术具体措施包括：频率、波束、波形等雷达基本参数捷变或自适应捷变技术、功率合成、恒虚警处理、大动态线性检测器、低截获概率技术、脉冲压缩技术、极化信息处理技术、扩谱技术、超低副瓣天线技术、相干副瓣对消技术、多种发射波形设计技术、数字波束形成技术等。
针对主瓣压制性干扰，在干扰频带较窄的情况下，雷达可采取的抗干扰措施为频率捷变、功率对抗、射频掩护脉冲、跟踪脉冲频率步进；在干扰频带很宽的情况下，雷达可采取的有效抗干扰措施为功率对抗。针对主瓣欺骗式干扰，雷达可采取的抗干扰措施为随机扫描、频率捷变、波形捷变、干扰剔除、数据滤波技术等。针对副瓣压制干扰，雷达可采取的抗干扰措施为超低副瓣数字波束形成和自适应零点形成。针对副瓣欺骗式干扰，雷达可采取的抗干扰措施为超低副瓣数字波束形成和副瓣匿影。针对无源干扰，雷达可采取的抗干扰措施为干扰剔除、自适应虚警控制、数据滤波技术等[2-4]。
（一）国外典型雷达装备采取的抗干扰措施
1.AN/FPS-117雷达
AN/FPS-117系列雷达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，下视采用多普勒滤波，高波束位置用边瓣零值消除地杂波。
2.HR-3000（HADR）三坐标多功能防空雷达
HR-3000采取的抗干扰措施包括：频率捷变、编码脉冲波形、多个脉冲宽度和多脉冲重复频率，采用低副瓣的笔形波束；采用自动门限控制、目标探测校准以及副瓣匿影技术使剩余杂波不进入系统；特设“烧穿”工作模式和自动频率选择工作模式使雷达能在强电磁环境下工作；MTI和MTD能够抑制杂波和无源金属箔片干扰。
3.3DELRR雷达
3DELRR采取的抗干扰措施包括：超低副瓣、动目标显示和脉冲多普勒处理等抗干扰技术；采用有源电扫阵列技术所特有的抗干扰手段，包括大时宽-带宽、数字/自适应波束形成、时空自适应处理、接收同时多波束形成、确定性置零技术等。
4.Master-M雷达
Master-M采用的抗干扰措施包括：采用窄波束、脉冲压缩、脉间和脉组自适应捷变频、超杂波检测、最小干扰频率选择、可编程发射扇区静默等技术；通过将波束空间捷变、波形时域捷变、频率随机捷变与分集三者有机结合；可利用干扰分析模式在整个频率范围内对外界干扰源进行分析，并显示每个频点受干扰的强度；采用先进的中脉冲重复频率反杂波技术，能有效地克服强地杂波和气象杂波干扰；采用快慢门限恒虚警CFAR、副瓣匿影和MTI、PD等方式自適应地进行反无源、有源杂波干扰处理；采用独特的雷达点迹过滤技术，可以在强压制干扰和大批量欺骗目标情况下实现全自动录取功能。
（二）相控阵雷达抗干扰技术研究
超低副瓣、副瓣匿影、自适应零点形成、频率捷变等抗干扰措施已在常规雷达中普遍应用，这里就不再重点介绍。
1.随机扫描技术
采用随机扫描技术主要是反侦察和对抗欺骗式干扰，对抗欺骗式干扰的前提是密集假目标分布比较稀疏。雷达系统所有波位采用随机相扫的方式完成目标搜索，在一定周期内实现空域覆盖，同时又让某一空间固定位置扫描帧之间没有确定关系，即雷达搜索帧周期是随机变化的。采用脉间频率捷变、波形捷变结合随机扫描技术，大大降低了雷达被电子侦察设备侦察的概率，同时又让有源欺骗干扰难以施展。
常规顺序两维扫描方式波位排序如图1所示：
随机扫描波位排序如图2所示：
2.复杂波形
欺骗式干扰机通过侦收雷达发射信号，分析后进行转发，转发的假目标与真实目标同时进入雷达接收机，影响雷达实际探测能力。通过复杂波形可以增加干扰机信号侦察分析、分选关联的难度。复杂波形具体搭配准则如下：
系统实际工作中会根据探测距离范围任意组合工作参数，假设在每个距离范围都有种波形，假设种波形对应的发射重频为（），对应的占空比为（），对应的脉冲宽度为（），对应的脉冲数为（），搜索到目标的预估距离值R，令，则根据以下公式：
得出相应的发射重频、脉冲宽度，将所得结果带入雷达方程
求得脉冲数，式中为搜索到目标的预估距离值，为峰值功率，为脉冲宽度，为发射增益，为接收增益，σ为目标截面积，为发射方向系数，为接收方向系数，为工作频率，为折合至天线输入端的等效噪声系数，为接收机等效噪声系数，为检测力因子，为带宽校正因子，L为系统损耗，在求得上述参数后加上相应波形调制方式形成对应距离段的发射波形，多种信号波形采用伪随机序列排布，尽量保证脉冲间的波形变化，可以大大降低被截获的概率。
3.基于幅度偏差系数的干扰剔除
幅度偏差系数是用来表征信号平稳度的物理量。基于幅度偏差系数的干扰剔除方法可以用来对抗来自主瓣的欺骗式转发干扰，利用该方法可以有效区分真实目标和假目标，再根据目标的速度和距离相关性进行综合抗干扰。
通过脉间幅值变化量来估计幅值调制特征是一个很好的思路。定义幅值偏差系数为：
式中：幅度均值和方差分别为
，
从式中可知，幅度偏差系数是一个相对量，值越大，表明幅度的标准差偏离均值越大，即回波幅度波动较大，干扰机对目标回波的调制分量在整个回波中占据较大的成分，表明干扰机对目标回波的调制是显著的；反之，若值越小，表明回波中以平稳的目标回波分量为主。因此幅度偏差系数反应了干扰机以及目标的稳定度。选择幅度偏差系数特征参数来表达回波的幅度调制特征，具有较好的相对不变性，且都反应了目标以及干扰机的复雜程度，可以直接用于目标以及干扰机的分类。
4.数据滤波技术
数据滤波技术主要用来对抗欺骗式干扰，主要是利用雷达目标点迹的帧间相关特性，假目标与目标点迹统计特性的差异，目标的运动特性等信息，结合目标检测前跟踪技术（TBD）、航迹自动起始技术和雷达探测目标模型进行综合处理，实现对雷达探测原始点迹数据的自动过滤。在较高虚警和较强干扰环境下，有效地将目标点迹从虚警和干扰背景下过滤出来，实现对目标的自动起始和稳定跟踪。数据滤波技术与传统数据处理技术相比，大大改善雷达的画面质量，同时在较高虚警、较强干扰的环境中能有效地将目标点迹从复杂的背景中分离出来并实现稳定跟踪。
5.基于谱特征的干扰识别和剔除
地面雷达常采用MTI/MTD技术抑制箔条干扰，但是由于箔条干扰在风和重力作用下其多普勒谱存在展宽现象，因此，为了鉴别是目标还是干扰，一种有效的方法是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。
利用箔条云团的频谱展宽抗箔条干扰方法的流程如下。信号处理机首先完成回波信号的谱分析、CFAR等处理，得到回波的功率谱，根据这些超过门限的谱线个数得到回波的谱宽。记某时刻谱线最强的回波信号出现在距离单元和多普勒单元分别为、的检测单元内，然后对处于不同重复周期距离单元为的回波信号，在多普勒维上以为中心开始对它两边过虚警门限的谱线个数进行计数，得到的便是当前检测出的回波的谱宽，再将与谱宽门限进行判决比较，如果超过门限，则判定为箔条云，否则认为是飞机。对于谱宽门限，在初始时刻预置为，在检测过程中，对判定为箔条云的谱宽进行加权处理，作为新的门限，使谱宽门限具有自适应调整能力。
四、结论
现代雷达面临的复杂电磁干扰环境使得抗干扰技术已经成为雷达设计的主要内容，并贯穿于雷达系统设计、工作模式设计、信号处理和数据处理的每个环节中。通过空域、时域、频域以及数据处理方法的灵活运用，最大限度抑制干扰，保证雷达系统稳定可靠地工作。
参考文献
[1] 王跃鹏.现代雷达电子对抗技术.舰船电子对抗，2005（2）：3-5.
[2] 赵健.基于复杂电子环境的雷达对抗技术.科技论坛，2014（1）：59，257.
[3] 臧家亮，黄亮.复杂电磁环境下舰载雷达面临的生存威胁的分析与研究[J].科技风，2009（18）.
[4] 王峰.雷达智能化抗干扰体系研究.现代雷达，2014（1）：80-82.
