雷達(dá)抗干擾技術(shù)綜述

雷達(dá)抗干擾技術(shù)綜述

1雷達(dá)干涉技術(shù)在雷達(dá)發(fā)展的歷史上，干擾與干擾總是伴隨著一個(gè)共同的沖突，相互依存和促進(jìn)。隨著干擾手段的不斷增強(qiáng),雷達(dá)抗干擾技術(shù)也一直在發(fā)展之中?，F(xiàn)代雷達(dá)的新技術(shù),也越來(lái)越集中地體現(xiàn)在雷達(dá)抗干擾的性能上。提高雷達(dá)的抗干擾能力是雷達(dá)面臨的重要課題。2極化域干擾處理技術(shù)當(dāng)前,國(guó)外抗干擾技術(shù)的研究主要在時(shí)域、頻域、空域、極化域以及多域聯(lián)合等范圍展開(kāi)。新的抗干擾技術(shù)不斷出現(xiàn),如基于空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理的各種改進(jìn)算法,基于波形設(shè)計(jì)的多載波相位編碼信號(hào)形式等技術(shù)。諸如分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列分析、系統(tǒng)辨識(shí)等理論也正在應(yīng)用于抗干擾技術(shù)的研究。在世界各國(guó)中,美國(guó)處于研究領(lǐng)域的前沿。典型的雷達(dá)如美國(guó)空軍的E-3C預(yù)警機(jī)裝備AN/APY-2雷達(dá)。該雷達(dá)工作于S波段,全方位覆蓋,具有脈沖和脈沖多普勒兩種體制和五種工作方式。同時(shí)還采用了高脈沖重復(fù)頻率、低副瓣天線和先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)等,從而使該雷達(dá)具有良好的抗干擾能力、高可靠性。極化域抗干擾處理方面,在全極化域各種自適應(yīng)變極化抗干擾算法的研究與應(yīng)用取得了較快的發(fā)展。美國(guó)S波段RADAC的極化跟蹤雷達(dá)采取多種虛擬極化處理,實(shí)現(xiàn)了極化抗干擾和極化特征測(cè)量功能。美國(guó)X波段脈沖內(nèi)極化捷變雷達(dá)(IPAR),以左旋圓極化和右旋圓極化作為正交極化基,進(jìn)行極化編碼脈沖壓縮,提高雷達(dá)的抗干擾和目標(biāo)檢測(cè)能力。近幾年,國(guó)外正在加緊開(kāi)發(fā)雷達(dá)高新技術(shù)來(lái)提高雷達(dá)的抗干擾能力。包括正在開(kāi)發(fā)新型機(jī)載相控陣天線技術(shù),如美國(guó)的橫列定向型相控陣天線和“靈巧蒙皮”共形相控陣天線,以色列的“費(fèi)爾康”共形相控陣天線和瑞典正在研制的“相似平衡術(shù)”雙面相控陣天線等。此外,還正在開(kāi)發(fā)雙波段(s和UHF)技術(shù)和數(shù)字波束形成技術(shù)等,從空域上提高雷達(dá)抗干擾能力。又如性能更為先進(jìn)的新一代對(duì)空情報(bào)雷達(dá)通過(guò)從體制、參數(shù)選擇和附加措施三個(gè)方面來(lái)進(jìn)一步提高電子防御能力。典型的有:美國(guó)的ARSR-4和ASTAR雷達(dá)系列,法國(guó)的TRS-2140(Flair)以及西班牙的“倫塞”三坐標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)。這些雷達(dá)都綜合采用了一系列新技術(shù)、新體制,如全相參、全固態(tài)、超低副瓣天線、數(shù)字波束形成、捷變頻、脈壓及大時(shí)寬-帶寬等先進(jìn)技術(shù);兼有數(shù)種新技術(shù)體制的優(yōu)點(diǎn),如堆積波束、相控陣等;發(fā)射機(jī)將增加一系列輸出功率管理系統(tǒng),以便自適應(yīng)于各種作戰(zhàn)環(huán)境;參數(shù)選擇有波形可變、脈寬可變、重頻可變、極化可變以及自適應(yīng)發(fā)射頻率選擇、瞬時(shí)寂靜、反輻射誘餌等。通過(guò)運(yùn)用上述措施,雷達(dá)搜索目標(biāo)的有效性和生存能力大大提高。隨著國(guó)內(nèi)雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的新技術(shù)被成功應(yīng)用,致使雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能得到很大的提高。但是與國(guó)外相比還存在很大的差距。3雷達(dá)干擾技術(shù)隨著雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的新技術(shù)被成功應(yīng)用,致使雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能得到很大的提高。同時(shí)雷達(dá)的干擾手段不斷增強(qiáng),雷達(dá)抗干擾技術(shù)也一直在發(fā)展之中。各種新技術(shù)、新方法不斷應(yīng)用于雷達(dá)抗干擾中。雷達(dá)抗干擾措施可分為兩大類(lèi):1)技術(shù)抗干擾措施;2)戰(zhàn)術(shù)抗干擾措施。技術(shù)抗干擾措施又可分為兩類(lèi):一類(lèi)是使干擾不進(jìn)入或少進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)中;另一類(lèi)是當(dāng)干擾進(jìn)入接收機(jī)后,利用目標(biāo)回波和干擾的各自特性,從干擾背景中提取目標(biāo)信息。這些技術(shù)措施都用于雷達(dá)的主要分系統(tǒng)如天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)中,下面將逐一介紹。3.1天線方面的干擾天線是雷達(dá)與輻射空間之間的轉(zhuǎn)換器,它處于干擾的前沿。在天線方面的抗干擾技術(shù)很多,有底副瓣發(fā)射天線、低副瓣接收天線、窄波束天線、高增益天線、副瓣消隱、副瓣對(duì)消、單脈沖測(cè)角等。本文主要介紹一下幾種天線采用的抗干擾技術(shù)。1副瓣電平超傳統(tǒng)天線第一個(gè)具有超低副瓣的雷達(dá)天線是由原西屋電氣公司在20世紀(jì)60年代中期為AWACS系統(tǒng)研制的,其副瓣電平較傳統(tǒng)天線的副瓣電平低了近三個(gè)量級(jí)。低副瓣天線有助于對(duì)抗通過(guò)副瓣進(jìn)入接收機(jī)的噪聲干擾。它還有助于對(duì)抗雷達(dá)輻射尋的反輻射導(dǎo)彈以及增加敵方截取接收機(jī)的任務(wù)難度。低副瓣天線分為低副瓣發(fā)射天線和接收天線,前者主要是為了降低被發(fā)現(xiàn)概率,后者抗副瓣干擾、隨隊(duì)與支援干擾。2提高天線增益窄波束天線(NarrowBeamAntenna)是一種方向性增益高、旁瓣小、受干擾影響小的天線。采用窄波束天線不僅可以獲得高的天線增益,還能增大雷達(dá)的自衛(wèi)距離、提高能量密度,還可以減少地面反射的影響,減小多徑的誤差,提高跟蹤精度。高增益天線(Highgainantenna)相對(duì)來(lái)說(shuō)是輻射方向上更加狹窄,在某些方向上的輻射較為集中,故能量集中到某些方向上去了,體現(xiàn)為某些方向上的增益。提高天線增益,可提高雷達(dá)接收信號(hào)的信干比;控制天線波束的覆蓋與掃描區(qū)域可以減少雷達(dá)照射干擾機(jī)。3空間對(duì)抗措施在設(shè)計(jì)天線低副瓣電平受限的情況下,為了獲得比較理想的低副瓣,消除從副瓣進(jìn)入的干擾,常常采用副瓣對(duì)消技術(shù)。副瓣對(duì)消不影響天線主波束探測(cè)性能,消除從副瓣進(jìn)入的干擾,尤其是點(diǎn)狀干擾,因此,它是一種比較有效的空間對(duì)抗措施。副瓣對(duì)消系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示,它由一個(gè)主接收通道和一個(gè)輔助接收通道組成。主天線(即原雷達(dá)天線)接主接收通道,輔助天線接輔助接收通道。在理想情況下,經(jīng)主天線副瓣進(jìn)入的干擾信號(hào)和被輔助天線接收到的干擾信號(hào),只要主、輔助接收通道傳輸增益平衡,經(jīng)減法器即能完全副瓣對(duì)消,從副瓣進(jìn)入的干擾將被有效抑制,而且也不會(huì)對(duì)雷達(dá)天線主波束的探測(cè)性能造成很大的影響。這種副瓣對(duì)消方法的缺點(diǎn)是,當(dāng)雷達(dá)主天線主波束接收到弱小目標(biāo)的回波信號(hào)小于輔助通道接收到的干擾信號(hào)時(shí),弱小目標(biāo)信號(hào)將被對(duì)消掉。4信號(hào)處理方式比是:信號(hào)自與副瓣對(duì)消技術(shù)類(lèi)似,副瓣消隱技術(shù)的原理工作方框圖如圖2所示。它也由兩個(gè)獨(dú)立的通道組成,只是信號(hào)的處理方式不同。副瓣消隱是采用主、輔助通道回波信號(hào)進(jìn)行比幅,然后用選通的原理來(lái)消除干擾的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是只對(duì)低工作比的脈沖干擾有效,對(duì)于雜波干擾和高工作比的脈沖干擾,因?yàn)橹靼甏蟛糠謺r(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài),所以不適用。5回波信號(hào)中的號(hào)單脈沖測(cè)角是雷達(dá)中常用的一種測(cè)角方法,它利用多個(gè)天線同時(shí)接收回波信號(hào),通過(guò)比較回波信號(hào)的幅度或相位來(lái)獲得目標(biāo)的角位置信息。單脈沖測(cè)角的技術(shù)特性可以抗角度欺騙干擾。目前,實(shí)際上應(yīng)用最廣的單脈沖測(cè)角方法主要有四種:振幅-振幅式,相位-相位式,振幅和-差式及相位和-差式。3.2電子干擾的方法在雷達(dá)電子對(duì)抗中,發(fā)射機(jī)采用的抗干擾措施主要用來(lái)對(duì)抗有源干擾,特別是主瓣干擾。其電子抗干擾的方法也很多,有跳頻法、頻率分集、寬瞬時(shí)帶寬信號(hào)、脈沖壓縮、頻率捷變、波形捷變、頻率分集等。典型的抗干擾技術(shù)有如下幾種。1頻率檢驗(yàn)雷達(dá)的性能和應(yīng)用頻率捷變雷達(dá)是一種典型的脈沖雷達(dá)。它與普通脈沖雷達(dá)的不同之處在于:它能使每個(gè)發(fā)射脈沖的載頻以隨機(jī)方式或按預(yù)定的方式,在較寬的頻帶內(nèi)作較大范圍的捷變。當(dāng)頻率捷變雷達(dá)受到干擾時(shí),能迅速調(diào)諧到新的工作頻率上,因而它能有效地對(duì)抗窄帶瞄準(zhǔn)式干擾(一種很重要的干擾源)。但對(duì)寬帶阻塞式干擾,頻率捷變雷達(dá)不適用。頻率捷變雷達(dá)除了具有很強(qiáng)的抗干擾能力外,相對(duì)固定頻率雷達(dá)在反偵察、雷達(dá)測(cè)角和抑制海雜波的性能上都有很大的提高,所以很受歡迎。在一些國(guó)家,不但將原有的雷達(dá)改裝為頻率捷變雷達(dá),而且在新設(shè)計(jì)的雷達(dá)中也廣泛地采用頻率捷變體制。2抗帶寬阻塞式干擾的變積頻率分集技術(shù)是為完成同一任務(wù)采用相差較大的多個(gè)頻率,同時(shí)或近似同時(shí)工作的一種技術(shù)。頻率分集技術(shù)能有效抗瞄準(zhǔn)式有源干擾,只要分集的帶寬大于瞄準(zhǔn)干擾的帶寬,除受干擾的通道外,其它通道仍能正常工作。在對(duì)抗寬帶阻塞式干擾時(shí),只要加大雷達(dá)頻率分集頻寬,就會(huì)迫使干擾機(jī)加大干擾頻寬,干擾的功率譜密度就會(huì)降低,從而改善雷達(dá)的抗干擾性能。另外,與單頻雷達(dá)信號(hào)相比較,頻率分集雷達(dá)信號(hào)比較復(fù)雜,可以降低被偵察的概率和偵察的準(zhǔn)確度,因此,雷達(dá)受干擾的概率也降低了。圖3給出了一種典型的頻率分集雷達(dá)簡(jiǎn)化框圖。3回波“壓縮”雷達(dá)的工作原理脈沖壓縮技術(shù)是雷達(dá)信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。主要是通過(guò)發(fā)射許多具有脈內(nèi)調(diào)制的足夠?qū)挼拿}沖,從而在峰值功率不太高的情況下也能給出所需的平均功率,然后,在接收時(shí)用解調(diào)辦法將收到的回波“壓縮”起來(lái),解決了距離分辨率與作用距離之間的矛盾。脈沖壓縮雷達(dá)的工作原理是,采用調(diào)制寬脈沖發(fā)射,以提高發(fā)射機(jī)的平均功率,保證雷達(dá)的最大作用距離以及測(cè)距精度和距離分辨率。接收時(shí)利用脈沖壓縮技術(shù),獲得窄脈沖,從而提高測(cè)距精度和距離分辨率。圖4是在雷達(dá)系統(tǒng)中進(jìn)行脈沖壓縮處理的方法。脈沖壓縮技術(shù)能在雷達(dá)發(fā)射功率受限的情況下,提高目標(biāo)的探測(cè)距離,并且保持很高的分辨力,是雷達(dá)反隱身、多目標(biāo)分辨、抗干擾的重要手段,主要針對(duì)壓制性(遮蓋性)干擾,具有一定的反欺騙干擾能力,在目前的雷達(dá)信號(hào)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。4擴(kuò)頻技術(shù)的基本原理跳頻通信是擴(kuò)頻通信技術(shù)的一種,是指利用與信號(hào)無(wú)關(guān)的偽隨機(jī)序列控制用于信號(hào)調(diào)制的載波中心頻率,使其在一組頻率中隨機(jī)跳動(dòng)的通信技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)是通過(guò)增加信號(hào)帶寬,使系統(tǒng)能在較低信噪比條件下,用相同的信道容量,在較低的差錯(cuò)概率下來(lái)傳輸信息,增加系統(tǒng)的抗干擾能力。跳頻通信具有較強(qiáng)的抗檢測(cè)、抗干擾能力、它能在高速連續(xù)不規(guī)則跳變載波下實(shí)施通信,使敵方難以檢測(cè)識(shí)別干擾。跳頻通信通過(guò)不斷改變載波頻率來(lái)躲避干擾信號(hào)的影響,只有當(dāng)干擾信號(hào)的頻率與跳頻信號(hào)某一時(shí)刻的頻率完全相同時(shí),才能對(duì)跳頻系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。跳頻通信的原理框圖如圖5所示。3.3抗寬帶噪聲溶劑干擾電路雷達(dá)接收機(jī)方面的抗干擾技術(shù)的數(shù)量也是非常多的。這是因?yàn)?在接收機(jī)方面進(jìn)行改裝比起天線或者發(fā)射機(jī)來(lái)講更容易、更便宜、更合理,而且抗干擾措施是被動(dòng)的,不易被敵人發(fā)現(xiàn)?？垢蓴_技術(shù)有寬動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)(如對(duì)數(shù)接收機(jī)、線性-對(duì)數(shù)接收機(jī))、瞬時(shí)自動(dòng)增益控制電路、“寬-限-窄”電路、檢波延遲控制電路、快速時(shí)間常數(shù)電路、近程增益控制電路、微波抗飽和電路等。這里只討論一下幾種典型的抗干擾電路:1)“寬-限-窄”電路“寬-限-窄”電路就是在寬帶中放后再與限幅器和窄帶中放(與信號(hào)脈寬匹配)級(jí)聯(lián)形成電路,其組成框圖如圖6所示?！皩?限-窄”抗寬帶噪聲調(diào)頻干擾系統(tǒng)包括:寬帶放大器、限幅器和窄帶放大器,綜合利用了頻域和時(shí)域抗干擾原理,多次“整削”寬帶噪聲調(diào)頻干擾的能量,同時(shí)又充分保護(hù)目標(biāo)回波信號(hào)能量不受損失,可極大地改善系統(tǒng)信干比,從而極大地降低雷達(dá)虛警概率、提高發(fā)現(xiàn)概率,因而是抗寬帶噪聲調(diào)頻干擾的一種有效抗干擾技術(shù)。2)瞬時(shí)自動(dòng)增益控制電路瞬時(shí)自動(dòng)增益控制(IAGC)[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24]電路是用于雷達(dá)接收機(jī)中頻部分的抗過(guò)載電路,它能有效地防止由等幅波干擾、寬脈沖干擾和低頻調(diào)幅干擾等強(qiáng)干擾信號(hào)所引起的接收機(jī)中頻放大器過(guò)載。與常規(guī)自動(dòng)增益控制電路的工作原理基本相同,也是利用了負(fù)反饋原理,根據(jù)接收干擾信號(hào)電平的變化,自動(dòng)調(diào)整中頻放大器的傳輸增益。不同的是瞬時(shí)自動(dòng)增益控制電路響應(yīng)更快,即要求該電路的慣性要小。它的原理方框圖如圖7所示。3.4相關(guān)檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)能夠使雷達(dá)接收機(jī)抗干擾性能得到較大改善,常見(jiàn)信號(hào)處理技術(shù)在抗干擾方法有:1)積累技術(shù):用積累技術(shù)抗噪聲干擾的原理,是充分利用信號(hào)和噪聲之間在時(shí)間特性和相位特性上的區(qū)別,來(lái)完成在噪聲背景中對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。相參積累同時(shí)利用了信號(hào)的幅度和相位信息,信噪比提高較多。理想的相參積累,信噪比可以提高N倍(N為積累的脈沖數(shù)),但技術(shù)上實(shí)現(xiàn)比較困難。非相參積累只利用了信號(hào)的幅度信息,而完全損失了相位信息,因此效果比相參積累差些。2)相關(guān)技術(shù):相關(guān)是搜索、跟蹤、制導(dǎo)或引信系統(tǒng)處在惡劣工作環(huán)境時(shí)采用的一種檢測(cè)處理技術(shù)。它的依據(jù)是:收到的數(shù)據(jù)和它經(jīng)過(guò)一定延遲以后的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系或相關(guān)性(自相關(guān)),收到的數(shù)據(jù)與本機(jī)參考數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系或相關(guān)性(互相關(guān)),以及信號(hào)的其他任意組合之間的聯(lián)系或相關(guān)性。其目的在于改善受干擾的雷達(dá)系統(tǒng)正常工作的能力,或開(kāi)發(fā)利用自然干擾和敵方輻射信號(hào)的資源。3)恒虛警處理(CFAR):現(xiàn)代雷達(dá)廣泛采用恒虛警處理,其主要功能就是對(duì)云雨、氣象雜波、地(海)雜波進(jìn)行歸一化處理,以提高雷達(dá)在各種干擾情況下的檢測(cè)能力。雷達(dá)采用恒虛警處理,特別是采用兩道門(mén)限處理的方案,具有抗強(qiáng)噪聲干擾、改善雷達(dá)顯示背景和提高雷達(dá)信號(hào)處理的能力。4)動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD):動(dòng)目標(biāo)顯示、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及其與頻率捷變的兼容。動(dòng)目標(biāo)顯示是一種利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的多普勒頻移來(lái)消除固定目標(biāo)回波的干擾而使運(yùn)動(dòng)目標(biāo)得以檢測(cè)或顯示的技術(shù)。動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)則是在動(dòng)目標(biāo)顯示基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù),它可在頻域上分離開(kāi)有用目標(biāo)和雜波,降低背景雜波的干擾。這兩種技術(shù)是對(duì)抗無(wú)源干擾的有效措施。5)干擾源尋的(HOJ):用于導(dǎo)彈制導(dǎo)接收機(jī)的抗干擾技術(shù),它把由目標(biāo)發(fā)出的干擾信號(hào)作為制導(dǎo)信號(hào),也稱(chēng)為被動(dòng)跟蹤干擾源。采用干擾源尋的方式使敵方不敢輕易施放干擾,是一種最積極的抗干擾方式。4有一種有效的適合隨著現(xiàn)代雷達(dá)的對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展,各種干擾措施均有一定的針對(duì)性,沒(méi)有也不可能有一種萬(wàn)能的抗干擾方法。隨著干擾環(huán)境的日趨復(fù)雜,僅僅采取單一類(lèi)型的抗干擾措施也是很難奏效的,抗干擾技術(shù)應(yīng)向綜合抗干擾的方向發(fā)展。1有一種有效的適合隨著現(xiàn)代雷達(dá)的對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展,各種干擾措施均有一定的針對(duì)性,沒(méi)有也不可能有一種萬(wàn)能的抗干擾方法。隨著干擾環(huán)境的日趨復(fù)雜,僅僅采取單一類(lèi)型的抗干擾措施也是很難奏效的,抗干擾技術(shù)應(yīng)向綜合抗干擾的方向發(fā)展2基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的雷達(dá)組網(wǎng)多部雷達(dá)組網(wǎng)可根據(jù)敵情主動(dòng)控制網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)系統(tǒng)的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)雷達(dá)群合作反干擾工作方式,如隨機(jī)閃爍式開(kāi)機(jī)、多機(jī)接收、假發(fā)射機(jī)引誘而低截獲概率的真發(fā)射機(jī)在掩護(hù)下工作等。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟,雷達(dá)組網(wǎng)也成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。雷達(dá)組網(wǎng)一旦