雷达抗干扰技术综述

雷达抗干扰技术综述

1雷达干涉技术在雷达发展的历史上，干扰与干扰总是伴随着一个共同的冲突，相互依存和促进。随着干扰手段的不断增强,雷达抗干扰技术也一直在发展之中。现代雷达的新技术,也越来越集中地体现在雷达抗干扰的性能上。提高雷达的抗干扰能力是雷达面临的重要课题。2极化域干扰处理技术当前,国外抗干扰技术的研究主要在时域、频域、空域、极化域以及多域联合等范围展开。新的抗干扰技术不断出现,如基于空时自适应信号处理的各种改进算法,基于波形设计的多载波相位编码信号形式等技术。诸如分数低阶统计、时间序列分析、系统辨识等理论也正在应用于抗干扰技术的研究。在世界各国中,美国处于研究领域的前沿。典型的雷达如美国空军的E-3C预警机装备AN/APY-2雷达。该雷达工作于S波段,全方位覆盖,具有脉冲和脉冲多普勒两种体制和五种工作方式。同时还采用了高脉冲重复频率、低副瓣天线和先进的数字处理技术等,从而使该雷达具有良好的抗干扰能力、高可靠性。极化域抗干扰处理方面,在全极化域各种自适应变极化抗干扰算法的研究与应用取得了较快的发展。美国S波段RADAC的极化跟踪雷达采取多种虚拟极化处理,实现了极化抗干扰和极化特征测量功能。美国X波段脉冲内极化捷变雷达(IPAR),以左旋圆极化和右旋圆极化作为正交极化基,进行极化编码脉冲压缩,提高雷达的抗干扰和目标检测能力。近几年,国外正在加紧开发雷达高新技术来提高雷达的抗干扰能力。包括正在开发新型机载相控阵天线技术,如美国的横列定向型相控阵天线和“灵巧蒙皮”共形相控阵天线,以色列的“费尔康”共形相控阵天线和瑞典正在研制的“相似平衡术”双面相控阵天线等。此外,还正在开发双波段(s和UHF)技术和数字波束形成技术等,从空域上提高雷达抗干扰能力。又如性能更为先进的新一代对空情报雷达通过从体制、参数选择和附加措施三个方面来进一步提高电子防御能力。典型的有:美国的ARSR-4和ASTAR雷达系列,法国的TRS-2140(Flair)以及西班牙的“伦塞”三坐标监视雷达。这些雷达都综合采用了一系列新技术、新体制,如全相参、全固态、超低副瓣天线、数字波束形成、捷变频、脉压及大时宽-带宽等先进技术;兼有数种新技术体制的优点,如堆积波束、相控阵等;发射机将增加一系列输出功率管理系统,以便自适应于各种作战环境;参数选择有波形可变、脉宽可变、重频可变、极化可变以及自适应发射频率选择、瞬时寂静、反辐射诱饵等。通过运用上述措施,雷达搜索目标的有效性和生存能力大大提高。随着国内雷达技术的飞速发展,越来越多的新技术被成功应用,致使雷达的战术技术性能得到很大的提高。但是与国外相比还存在很大的差距。3雷达干扰技术随着雷达技术的飞速发展,越来越多的新技术被成功应用,致使雷达的战术技术性能得到很大的提高。同时雷达的干扰手段不断增强,雷达抗干扰技术也一直在发展之中。各种新技术、新方法不断应用于雷达抗干扰中。雷达抗干扰措施可分为两大类:1)技术抗干扰措施;2)战术抗干扰措施。技术抗干扰措施又可分为两类:一类是使干扰不进入或少进入雷达接收机中;另一类是当干扰进入接收机后,利用目标回波和干扰的各自特性,从干扰背景中提取目标信息。这些技术措施都用于雷达的主要分系统如天线、发射机、接收机、信号处理机中,下面将逐一介绍。3.1天线方面的干扰天线是雷达与辐射空间之间的转换器,它处于干扰的前沿。在天线方面的抗干扰技术很多,有底副瓣发射天线、低副瓣接收天线、窄波束天线、高增益天线、副瓣消隐、副瓣对消、单脉冲测角等。本文主要介绍一下几种天线采用的抗干扰技术。1副瓣电平超传统天线第一个具有超低副瓣的雷达天线是由原西屋电气公司在20世纪60年代中期为AWACS系统研制的,其副瓣电平较传统天线的副瓣电平低了近三个量级。低副瓣天线有助于对抗通过副瓣进入接收机的噪声干扰。它还有助于对抗雷达辐射寻的反辐射导弹以及增加敌方截取接收机的任务难度。低副瓣天线分为低副瓣发射天线和接收天线,前者主要是为了降低被发现概率,后者抗副瓣干扰、随队与支援干扰。2提高天线增益窄波束天线(NarrowBeamAntenna)是一种方向性增益高、旁瓣小、受干扰影响小的天线。采用窄波束天线不仅可以获得高的天线增益,还能增大雷达的自卫距离、提高能量密度,还可以减少地面反射的影响,减小多径的误差,提高跟踪精度。高增益天线(Highgainantenna)相对来说是辐射方向上更加狭窄,在某些方向上的辐射较为集中,故能量集中到某些方向上去了,体现为某些方向上的增益。提高天线增益,可提高雷达接收信号的信干比;控制天线波束的覆盖与扫描区域可以减少雷达照射干扰机。3空间对抗措施在设计天线低副瓣电平受限的情况下,为了获得比较理想的低副瓣,消除从副瓣进入的干扰,常常采用副瓣对消技术。副瓣对消不影响天线主波束探测性能,消除从副瓣进入的干扰,尤其是点状干扰,因此,它是一种比较有效的空间对抗措施。副瓣对消系统原理方框图如图1所示,它由一个主接收通道和一个辅助接收通道组成。主天线(即原雷达天线)接主接收通道,辅助天线接辅助接收通道。在理想情况下,经主天线副瓣进入的干扰信号和被辅助天线接收到的干扰信号,只要主、辅助接收通道传输增益平衡,经减法器即能完全副瓣对消,从副瓣进入的干扰将被有效抑制,而且也不会对雷达天线主波束的探测性能造成很大的影响。这种副瓣对消方法的缺点是,当雷达主天线主波束接收到弱小目标的回波信号小于辅助通道接收到的干扰信号时,弱小目标信号将被对消掉。4信号处理方式比是:信号自与副瓣对消技术类似,副瓣消隐技术的原理工作方框图如图2所示。它也由两个独立的通道组成,只是信号的处理方式不同。副瓣消隐是采用主、辅助通道回波信号进行比幅,然后用选通的原理来消除干扰的。这种方法的优点是结构简单,易于实现。其缺点是只对低工作比的脉冲干扰有效,对于杂波干扰和高工作比的脉冲干扰,因为主瓣大部分时间处于关闭状态,所以不适用。5回波信号中的号单脉冲测角是雷达中常用的一种测角方法,它利用多个天线同时接收回波信号,通过比较回波信号的幅度或相位来获得目标的角位置信息。单脉冲测角的技术特性可以抗角度欺骗干扰。目前,实际上应用最广的单脉冲测角方法主要有四种:振幅-振幅式,相位-相位式,振幅和-差式及相位和-差式。3.2电子干扰的方法在雷达电子对抗中,发射机采用的抗干扰措施主要用来对抗有源干扰,特别是主瓣干扰。其电子抗干扰的方法也很多,有跳频法、频率分集、宽瞬时带宽信号、脉冲压缩、频率捷变、波形捷变、频率分集等。典型的抗干扰技术有如下几种。1频率检验雷达的性能和应用频率捷变雷达是一种典型的脉冲雷达。它与普通脉冲雷达的不同之处在于:它能使每个发射脉冲的载频以随机方式或按预定的方式,在较宽的频带内作较大范围的捷变。当频率捷变雷达受到干扰时,能迅速调谐到新的工作频率上,因而它能有效地对抗窄带瞄准式干扰(一种很重要的干扰源)。但对宽带阻塞式干扰,频率捷变雷达不适用。频率捷变雷达除了具有很强的抗干扰能力外,相对固定频率雷达在反侦察、雷达测角和抑制海杂波的性能上都有很大的提高,所以很受欢迎。在一些国家,不但将原有的雷达改装为频率捷变雷达,而且在新设计的雷达中也广泛地采用频率捷变体制。2抗带宽阻塞式干扰的变积频率分集技术是为完成同一任务采用相差较大的多个频率,同时或近似同时工作的一种技术。频率分集技术能有效抗瞄准式有源干扰,只要分集的带宽大于瞄准干扰的带宽,除受干扰的通道外,其它通道仍能正常工作。在对抗宽带阻塞式干扰时,只要加大雷达频率分集频宽,就会迫使干扰机加大干扰频宽,干扰的功率谱密度就会降低,从而改善雷达的抗干扰性能。另外,与单频雷达信号相比较,频率分集雷达信号比较复杂,可以降低被侦察的概率和侦察的准确度,因此,雷达受干扰的概率也降低了。图3给出了一种典型的频率分集雷达简化框图。3回波“压缩”雷达的工作原理脉冲压缩技术是雷达信号处理的关键技术之一。主要是通过发射许多具有脉内调制的足够宽的脉冲,从而在峰值功率不太高的情况下也能给出所需的平均功率,然后,在接收时用解调办法将收到的回波“压缩”起来,解决了距离分辨率与作用距离之间的矛盾。脉冲压缩雷达的工作原理是,采用调制宽脉冲发射,以提高发射机的平均功率,保证雷达的最大作用距离以及测距精度和距离分辨率。接收时利用脉冲压缩技术,获得窄脉冲,从而提高测距精度和距离分辨率。图4是在雷达系统中进行脉冲压缩处理的方法。脉冲压缩技术能在雷达发射功率受限的情况下,提高目标的探测距离,并且保持很高的分辨力,是雷达反隐身、多目标分辨、抗干扰的重要手段,主要针对压制性(遮盖性)干扰,具有一定的反欺骗干扰能力,在目前的雷达信号系统中有着广泛的应用。4扩频技术的基本原理跳频通信是扩频通信技术的一种,是指利用与信号无关的伪随机序列控制用于信号调制的载波中心频率,使其在一组频率中随机跳动的通信技术。扩频技术是通过增加信号带宽,使系统能在较低信噪比条件下,用相同的信道容量,在较低的差错概率下来传输信息,增加系统的抗干扰能力。跳频通信具有较强的抗检测、抗干扰能力、它能在高速连续不规则跳变载波下实施通信,使敌方难以检测识别干扰。跳频通信通过不断改变载波频率来躲避干扰信号的影响,只有当干扰信号的频率与跳频信号某一时刻的频率完全相同时,才能对跳频系统产生干扰。跳频通信的原理框图如图5所示。3.3抗宽带噪声溶剂干扰电路雷达接收机方面的抗干扰技术的数量也是非常多的。这是因为,在接收机方面进行改装比起天线或者发射机来讲更容易、更便宜、更合理,而且抗干扰措施是被动的,不易被敌人发现。抗干扰技术有宽动态范围接收机(如对数接收机、线性-对数接收机)、瞬时自动增益控制电路、“宽-限-窄”电路、检波延迟控制电路、快速时间常数电路、近程增益控制电路、微波抗饱和电路等。这里只讨论一下几种典型的抗干扰电路:1)“宽-限-窄”电路“宽-限-窄”电路就是在宽带中放后再与限幅器和窄带中放(与信号脉宽匹配)级联形成电路,其组成框图如图6所示。“宽-限-窄”抗宽带噪声调频干扰系统包括:宽带放大器、限幅器和窄带放大器,综合利用了频域和时域抗干扰原理,多次“整削”宽带噪声调频干扰的能量,同时又充分保护目标回波信号能量不受损失,可极大地改善系统信干比,从而极大地降低雷达虚警概率、提高发现概率,因而是抗宽带噪声调频干扰的一种有效抗干扰技术。2)瞬时自动增益控制电路瞬时自动增益控制(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]电路是用于雷达接收机中频部分的抗过载电路,它能有效地防止由等幅波干扰、宽脉冲干扰和低频调幅干扰等强干扰信号所引起的接收机中频放大器过载。与常规自动增益控制电路的工作原理基本相同,也是利用了负反馈原理,根据接收干扰信号电平的变化,自动调整中频放大器的传输增益。不同的是瞬时自动增益控制电路响应更快,即要求该电路的惯性要小。它的原理方框图如图7所示。3.4相关检测技术现代信号处理技术能够使雷达接收机抗干扰性能得到较大改善,常见信号处理技术在抗干扰方法有:1)积累技术:用积累技术抗噪声干扰的原理,是充分利用信号和噪声之间在时间特性和相位特性上的区别,来完成在噪声背景中对信号的检测。相参积累同时利用了信号的幅度和相位信息,信噪比提高较多。理想的相参积累,信噪比可以提高N倍(N为积累的脉冲数),但技术上实现比较困难。非相参积累只利用了信号的幅度信息,而完全损失了相位信息,因此效果比相参积累差些。2)相关技术:相关是搜索、跟踪、制导或引信系统处在恶劣工作环境时采用的一种检测处理技术。它的依据是:收到的数据和它经过一定延迟以后的数据之间的联系或相关性(自相关),收到的数据与本机参考数据之间的联系或相关性(互相关),以及信号的其他任意组合之间的联系或相关性。其目的在于改善受干扰的雷达系统正常工作的能力,或开发利用自然干扰和敌方辐射信号的资源。3)恒虚警处理(CFAR):现代雷达广泛采用恒虚警处理,其主要功能就是对云雨、气象杂波、地(海)杂波进行归一化处理,以提高雷达在各种干扰情况下的检测能力。雷达采用恒虚警处理,特别是采用两道门限处理的方案,具有抗强噪声干扰、改善雷达显示背景和提高雷达信号处理的能力。4)动目标显示(MTI)和动目标检测(MTD):动目标显示、动目标检测及其与频率捷变的兼容。动目标显示是一种利用运动目标回波信号的多普勒频移来消除固定目标回波的干扰而使运动目标得以检测或显示的技术。动目标检测则是在动目标显示基础上发展起来的技术,它可在频域上分离开有用目标和杂波,降低背景杂波的干扰。这两种技术是对抗无源干扰的有效措施。5)干扰源寻的(HOJ):用于导弹制导接收机的抗干扰技术,它把由目标发出的干扰信号作为制导信号,也称为被动跟踪干扰源。采用干扰源寻的方式使敌方不敢轻易施放干扰,是一种最积极的抗干扰方式。4有一种有效的适合随着现代雷达的对抗技术的不断发展,各种干扰措施均有一定的针对性,没有也不可能有一种万能的抗干扰方法。随着干扰环境的日趋复杂,仅仅采取单一类型的抗干扰措施也是很难奏效的,抗干扰技术应向综合抗干扰的方向发展。1有一种有效的适合随着现代雷达的对抗技术的不断发展,各种干扰措施均有一定的针对性,没有也不可能有一种万能的抗干扰方法。随着干扰环境的日趋复杂,仅仅采取单一类型的抗干扰措施也是很难奏效的,抗干扰技术应向综合抗干扰的方向发展2基于网络技术的雷达组网多部雷达组网可根据敌情主动控制网内各雷达系统的工作状态,实现雷达群合作反干扰工作方式,如随机闪烁式开机、多机接收、假发射机引诱而低截获概率的真发射机在掩护下工作等。随着网络技术的不断成熟,雷达组网也成为一个热门话题。雷达组网一旦