雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰仿真研究.pdf

收稿日期:2 0 2 2 1 2 2 7雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰仿真研究张 鸿,姚 力(中国船舶集团有限公司第七二三研究所,江苏 扬州 2 2 5 1 0 1)摘要:自适应旁瓣对消(A S L C)技术是现代雷达抗干扰的有效方法,它通过辅助通道在干扰方向自适应形成零点以实现对干扰的抑制,在雷达上得到了广泛的应用。对雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰进行了仿真。首先从雷达自适应旁瓣对消的数学模型出发,推导建立了自适应旁瓣对消的最优权矢量,在此基础上建立了梳状谱干扰的理论模型,并对A S L C对抗梳状谱干扰的性能进行了数值仿真。该研究对于提高现代雷达抗干扰能力具有一定的参考意义。关键词:自适应旁瓣对消;抗梳状谱干扰;仿真研究 中图分类号:T N 9 7 4文献标识码:A文章编号:C N 3 2-1 4 1 3(2 0 2 3)0 4-0 0 4 5-0 4D O I:1 0.1 6 4 2 6/j.c n k i.j c d z d k.2 0 2 3.0 4.0 1 0S i m u l a t i o n S t u d y o f R a d a r A d a p t i v e S i d e l o b e C a n c e l l a t i o na g a i n s t C o m b S p e c t r u m J a mm i n g Z HANG H o n g,YAO L i(T h e 7 2 3 I n s t i t u t e o f C S S C,Y a n g z h o u 2 2 5 1 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:A d a p t i v e s i d e l o b e c a n c e l l a t i o n(A S L C)t e c h n o l o g y i s a n e f f e c t i v e a n t i-j a mm i n g m e t h o d f o r m o d e r n r a d a r s,a n d i t c a n s u p p r e s s j a mm i n g b y f o r m i n g z e r o a d a p t i v e l y i n t h e j a mm i n g d i r e c-t i o n b y u s i n g a u x i l i a r y c h a n n e l s,s o i s w i d e l y u s e d i n r a d a r s.I n t h i s p a p e r,t h e r a d a r A S L C a g a i n s t c o m b s p e c t r u m j a mm i n g i s s i m u l a t e d.F i r s t,t h e o p t i m a l w e i g h t v e c t o r o f a d a p t i v e s i d e l o b e c a n c e l-l a t i o n i s d e r i v e d a n d e s t a b l i s h e d f r o m t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l o f r a d a r A S L C.O n t h i s b a s i s,t h e t h e o r e t i c a l m o d e l o f c o m b s p e c t r u m j a mm i n g i s e s t a b l i s h e d,a n d t h e p e r f o r m a n c e o f A S L C a g a i n s t c o m b s p e c t r u m j a mm i n g i s n u m e r i c a l l y s i m u l a t e d.T h e r e s e a r c h h a s c e r t a i n r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r i m p r o v i n g t h e a n t i-j a mm i n g c a p a b i l i t y o f m o d e r n r a d a r.K e y w o r d s:a d a p t i v e s i d e l o b e c a n c e l l a t i o n;a n t i-c o m b s p e c t r u m j a mm i n g;s i m u l a t i o n s t u d y 0 引 言随着军事技术的不断发展,现代战场电磁环境1-2越来越复杂,如何提高复杂电磁环境下雷达的抗干扰性能一直是研究的热点3-4。自适应旁瓣对消(A S L C)作为一种有效的抗干扰方法5-6,其通过辅助接收通道在干扰方向自适应形成零点,实现对干扰信号的抑制,具有结构简单、易于实现等特点,已在雷达上得到了广泛的应用。针对A S L C的抗干扰研究,冯明月等人7仿真研究了开环旁瓣对消对灵巧噪声干扰的对消效果;祝飞等人8-9分析和研究了射频噪声、噪声调频和噪声调相等干扰样式下的雷达自适应旁瓣对消性能;李兴成1 0-1 1、杨 慧 等 人1 2研 究 了 宽 带 干 扰 下 的A S L C系统性能。这些研究对A S L C抗不同干扰的性能进行了研究,但目前尚未有A S L C对梳状谱干扰的对消研究。针对上述问题,本论文开展雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰性能仿真研究,从雷达自适应旁瓣对消的数学模型出发,推导建立了自适应旁瓣对消的最优权矢量,在此基础上进行数值仿真,对抗梳状谱干扰的性能进行分析研究。2 0 2 3年8月舰 船 电 子 对 抗A u g.2 0 2 3第4 6卷第4期S H I P B OA R D E L E C T R ON I C C OUN T E RME A S UR EV o l.4 6 N o.41 自适应旁瓣对消建模为了便于分析建模,先建立如图1所示的自适应旁瓣对消结构示意图1 3。系统由N个辅助天线和M个主天线构成。参考天线可以从主天线阵列中选取,也可以单独设置辅助天线。设主天线的接收信号为X,N个辅助天线的接收信号为Xs=X1,X2,XNT,自适应旁瓣对消处理后的信号为Y,则加权相消后输出为:Y(t)=X(t)-WHXs(t)(1)式中:W=w1,w2,wNT,其中wi,i=1,2,N为各辅助天线的加权值。最小均方误差准则要求加权对消后输出结果的均方误差最小,即:(W)=E|Y(t)|2=WHRxW+E|X(t)|2-2 R eWHrx d(2)式中:Rx=EXs(t)XHs(t),为输入矢量X(t)的自相关矩阵;rx d=EXs(t)X(t),为输入矢量;Xs(t)为与期望信号X(t)的互相关矢量。图1 自适应旁瓣对消结构示意图最佳处理问题可归结为无约束最优化问题,即m i nW(W),因此,可以估计误差取最小值时的最佳权为:Wo p t=R-1xrx d(3)式(3)能够保证自适应天线旁瓣对消系统输出信号不含有旁瓣干扰信号,使对消剩余功率最小。图2为自适应旁瓣对消形成的方向图,由图2可以看出,自适应旁瓣对消可在2个干扰的到达方向形成低副瓣,证明了自适应对消处理的有效性。图2 自适应旁瓣对消形成的方向图2 梳状谱干扰理论模型梳状谱干扰1 4是指由多个窄带干扰谱构成的干扰信号,梳状谱干扰采用固定或轮流的多频点窄带瞄准干扰,而不采用无缝隙的频谱覆盖,提高了功率利用率,避免了瞬时频谱间隙内的功率浪费。梳状谱干扰可以通过噪声调频或锯齿波调频来实现,下面以锯齿波调频对梳状谱干扰进行理论建模。锯齿波调频信号as(t)的数学表达式为:as(t)=Ac o s(w0t+t0Kfvs(t)dt+0)(4)式中:A为信号幅度;w0为基频频率;Kf为调频互导系数;0为初始相位。as(t)的功率谱函数为:Gs(w)=P0KfAsTs,w0ww0+KfAsTs(5)式中:P0为信号功率;KfAsTs为信号带宽。锯齿波调频梳状谱信号表达式为:Ss(t)=Jj=1Ajc o s(wjt+t0Kfvs(t)dt+0)(6)锯齿波调频梳状谱信号为不同频率的锯齿波调频信号频域上的叠加。谱线的带宽同样可通过对Kf、As和Ts 3个参数的调节而确定。功率控制可通过调节信号幅值的方法来实现。图3为梳状谱干扰的信号频谱,由图3可以看出,干扰信号可以形成多个窄带干扰谱。3 A S L C抗梳状谱干扰的数值仿真根据上述理论,对线阵模型的旁瓣对消系统进64舰 船 电 子 对 抗第4 6卷 图3 梳状谱干扰的信号频谱 行理论仿真。主天线阵元数目为1 6,辅助天线数目为2个,主波束指向为1 0,干扰源数为2,其干扰方向为-3 5 和+2 5,干信比为3 0 d B。该旁瓣对消系统中,信号频率为1 0 0MH z,信号带宽1 0MH z,信号脉宽为3 0 s,阵元间距为半波长。图4和图5分别为自适应旁瓣对消前后信号的时域和频域曲线。由图4、图5可以看出,自适应旁瓣对消前,信号被干扰淹没,干扰信号的频谱叠加在信号频谱之上,呈梳状分布,而通过自适应旁瓣对消后,干扰分量被滤除,留下目标信号。雷达为了兼顾距离分辨力和作用距离,一般通过采用脉冲压缩技术来解决这个矛盾,图6为自适 图4 自适应旁瓣对消前后信号的时域图5 自适应旁瓣对消前后信号的频域应旁瓣对消前后信号经过脉冲压缩输出的结果。由图6可以看出,在采取自适应旁瓣对消之前,经过脉冲压缩后目标被干扰覆盖,而经过自适应旁瓣对消处理的信号经过脉冲压缩,目标处形成尖峰。通常,为了衡量A S L C系统对消性能,一般采用对消比,其定义为:RC=1 0 l gJ/SJ/S(7)式中:J/S表示采用旁瓣对消前的干扰功率J和信号功率S之比;J/S 表示旁瓣对消后的干扰功率J 和信号功率S 之比;对消比RC相当于系统采用旁瓣对消抗干扰措施后,干噪比提高的倍数,自适应旁瓣对消后RC随输入干噪比的变化曲线如图7所示。由图7可以看出,对消比RC随着干噪比的增大而逐 渐 增 大,当 干 噪 比 为1 0 d B时,对 消 比 为0 d B;当对消比增大至4 0 d B时,对消比RC增大至5 0 d B。因此,可以表明A S L C系统可以对梳状谱74第4期张鸿,等:雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰仿真研究图6 自适应旁瓣对消前后信号经过脉冲压缩输出图7 自适应旁瓣对消后RC随输入信噪比的变化曲线噪声干扰信号具有很好的对消效果。4 结束语自适应旁瓣对消技术具有良好的抗干扰性能,广泛应用于现代雷达中。本文针对当前缺乏雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰的研究,首先建立了雷达自适应旁瓣对消的数学模型,然后对A S L C对抗梳状谱干扰的性能进行了数值仿真。仿真结果表明,A S L C系统可以对梳状谱噪声干扰信号具有很好的对消效果。当干噪比为1 0 d B时,对消比为0 d B;当对消比增大至4 0 d B时,对消比增大至5 0 d B。文章的研究对于提高现代雷达抗干扰能力的研究具有重要意义。参考文献1 孙国至,刘尚合,陈京平,等.战场电磁环境效应对信息化战争的影响J.军事运筹与系统工程,2 0 0 6,2 0(3):4 3 4 7.2 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