某型雷达宽－限－窄电路噪声调频抗干扰措施研究

袁佳杰，谢乘峰

（1.解放军95316部队，广州 510900；2.解放军95037部队，武汉 430073）

0 引 言

压制性干扰是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号，阻止雷达检测目标信息。它的基本原理是：任何一部雷达都有外部噪声和内部噪声，雷达对目标的检测是在这些噪声中进行的，其检测又基于一定的概率准则。一般来说，如果目标信号能量S与噪声能量N相比（信噪比S／N），超过检测门限D，则可以保证在一定虚警概率P fa的条件下达到一定的检测概率P d，发现目标。压制性干扰就是使强干扰功率进入雷达接收机，尽可能降低信噪比S／N，造成雷达对目标检测的困难［1］。噪声调频干扰作为一种典型的压制性干扰手段，通过天线副瓣进入雷达接收机，给雷达检测造成了极大困难。

宽－限－窄电路是一种传统抗干扰措施，在抑制噪声干扰方面有很好的效果。本文通过建立相应数学模型和进行仿真研究，证明了某型PD雷达采用该抗干扰措施对抗噪声调频干扰的有效性，并得到了在该干扰环境中影响雷达工作性能的因素。

1 噪声调频干扰建模与仿真及分析

1.1 噪声调频干扰建模与仿真

噪声调频干扰的数学表达式为：

式中：调制噪声U（t′）为零均值、广义平稳的随机过程；φ为［0，2π］上均匀分布且与U（t′）独立的随机变量；U0为噪声调频信号的幅度；ωj为噪声调制信号的中心频率；K fm为调频斜率。

该干扰信号建模方法见图1［2］。

图1 噪声调频干扰实现框图

1.2 噪声调频干扰信号分析［3］

噪声调频干扰的频带很宽，常用作压制性干扰，使一般雷达即使采用跳频抗干扰效果也不明显，因此它是用得最多、威胁很大的一种干扰信号。其时域、频域波形如图2、图3所示。该干扰信号具有如下特点：

（1）噪声调频波的功率谱密度与调制噪声的振幅概率密度之间具有线性关系，均为正态分布。

（2）噪声调频波的总功率等于载波功率，而与调制噪声的功率（或幅度）无关。

（3）噪声调频波的半功率带宽，即干扰带宽为：

式中：f de为有效频偏。

图2 噪声调频干扰时域波形

图3 噪声调频干扰频域波形

2 宽－限－窄电路抗噪声干扰原理分析

利用足以覆盖目标多普勒频率范围的噪声信号对速度跟踪系统的干扰，可以使其速度选择支路在信号和干扰噪声的作用下，产生速度波门的随机漂移。当噪声很强时，会丢失目标。在实际中，为了最大限度地抑制噪声干扰，常采用宽－限－窄电路抗噪声干扰。其组成框图见图4［4］。

图4 宽－限－窄电路实现

影响宽－限－窄电路抗噪声调制脉冲干扰效果的主要参数有宽带中放的带宽、限幅电平和窄带中放带宽。

当噪声调频干扰信号通过宽带放大器后，输出呈现一系列离散随机中频脉冲信号。为了保证噪声信号通过宽带放大器后输出的干扰信号呈离散的随机脉冲序列状，则宽带中放的带宽B1应大于离散随机脉冲的平均间隔的倒数¯θ，即B1＞1／¯θ。本文干扰信号的调制噪声采用的是高斯白噪声，且干扰信号的瞬时频率也服从高斯分布。因为离散干扰脉冲宽度τ和间隔θ都是随机的，可以用统计平均的方法求出它们的均值。设调制噪声在0～Fn频率范围内的功率谱密度是均匀分布的，则随机频率在此频率范围内的功率谱密度也是均匀的，可得到如下关系式［3］：

上述求B1的公式是在稳态条件下进行的，当考虑暂态时，必须对B1进行修正，即实际带宽B1应加宽，加宽因子为α，则宽带中放的频带宽度为α·B1，其中

限幅器是减弱或抑制强脉冲式干扰最简单和最有效的方法。限幅电平V l应当等于输入信号电平u s，由于输入信号电平是变化的，要求限幅电平也应随之变化，通常采用自动增益控制（AGC）电路，自动控制宽带中放的传输增益，使其输出信号电平基本稳定。因为限幅器接在宽带中放和窄带中放之间，所以，限幅器必须具备双向限幅特性。同时，为了保证限幅器输出仍然保持离散随机脉冲序列，则限幅器的带宽Bl必然大于宽带中放频带宽度B1。

窄带中放的带宽B2与回波脉冲信号谱相匹配，经过窄带中放后，回波脉冲信号可以无损失或少损失地传输，而噪声干扰被进一步抑制，使最后输出的信干比得到更大改善。窄带中放带宽B2应当保证目标回波信号不损失，假定信号带宽为Bs，则B2应当为：B2＝Bs。

3 宽－限－窄电路抗噪声干扰仿真研究

在不考虑宽－限－窄电路引入热噪声、宽带放大器特性并不是理想矩形的情况下，设宽带放大器输入端的噪声干扰功率和信号功率分别为Pj和P s，那么干扰信号通过宽带中放输出的干扰信号的功率谱密度为，若限幅器的限幅电平等于信号电平，则限幅器输出的干扰信号功率谱密度近似为：而信号的功率谱密度为ps＝Ps／Bs，它们经过窄带滤波器后的输出功率分别为：

PD雷达采用宽－限－窄电路时，宽带中放的带宽为B1＝15 MHz，窄带中放的带宽约等于信号的带宽B2＝Bs＝2 MHz，噪声带宽Fn＝2 MHz，有效频偏f de，其中Bj＝2（ln2）1／2·f de≈ 2.355f de，则信干比改善与干扰带宽的关系曲线如图5所示。

对PD雷达采用阻塞式干扰方式时，设干扰带宽为Bj＝50 MHz，B1＝15 MHz＞1／¯θ≈6 MHz，宽带中放输出的干扰信号呈离散脉冲序列状，则（S／J）o≈13 d B。对于PD雷达的干扰可以采用效率更高的瞄准式干扰方式，设干扰带宽为Bj＝5 MHz，B1＝15 MHz＞1／¯θ≈2.2 MHz，宽带中放输出的干扰信号呈离散脉冲序列状，则（S／J）o≈45 d B。可见干扰样式对雷达信干比改善数值的影响很大。

图5 极限信干比与干扰带宽关系

某PD雷达工作在P波段，接收机灵敏度为A＝－12.8 dBm W，对σ＝2 m2的目标探测距离为R0＝205 km，那么该雷达接收距离为R处目标的回波功率为若采用阻塞式干扰方式，干扰功率为P j＝5 000 W，干扰机发射天线增益为Gj＝20 dB，雷达天线副瓣指向干扰机方向的增益G′＝－30 d B，干扰极化系数为V j＝0.7，雷达中频带宽为B＝1.2 MHz，干扰机与雷达的距离为Rj＝100 km，干扰损耗系数为L j＝9 d B，干扰带宽为Bj＝50 MHz，那么进入接收机的干扰功率为：

则采用抗干扰措施后信干比与距离的关系如图6所示；所采取的干扰样式对信干比和距离关系的影响如图7所示。

图6 抗干扰措施对距离与信干比的影响

进入雷达接收机的S／J与单脉冲的虚警概率P fa和检测概率P d的关系式为：

式中：V T为检测门限。

图7 干扰样式对距离与信干比的影响

那么在单脉冲满足虚警概率P fa＝10－3的条件下，分别面临阻塞式和瞄准式噪声干扰情况时，该型PD雷达的检测概率为（该雷达采用3／7检测准则）［5］：

干扰样式对距离与检测概率的影响见图8。

4 结束语

本文介绍了某型PD雷达采用宽－限－窄电路抗干扰的原理，进一步分析了该抗干扰措施对抗噪声调频干扰的效果，通过建模仿真证明了该方法的有效性，并得出干扰样式和干扰带宽是限制该措施发挥效果的关键因素。

图8 干扰样式对距离与检测概率的影响

［1］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.

［2］胡修林，熊小兰.典型压制性干扰的建模与仿真［J］.雷达与对抗，2006，4（1）：10－12.

［3］彭世蕤.雷达接收系统原理［M］.武汉：空军雷达学院出版社，1997.

［4］王欣.典型体制雷达干扰技术仿真研究［D］.南京：南京理工大学，2002.

［5］莫里斯G V.机载脉冲多普勒雷达［M］.季节，徐伟武译.北京：航空工业出版社，1990.