频率分集阵列雷达自适应频扫探测应用

胡柏林

摘要：针对先进数字阵列相控雷达应用需求，该文结合数字阵列波形可自定义能力，提出了频率分集工程应用方法，通过发射通道间设置频率偏置，形成频率分集阵列雷达波形，实现目标空间距离频扫探测、杂波区“跃过”、空间分布干扰抑制。通过验证了FDAR可以有效利用距离频扫特性，实现空间波束距离一角度扫描，波束主瓣避开强杂波区;利用零陷自适应波束形成抗干扰技术，完成空间散布干扰抑制，同时满足工程化应用需求。

关键词：频率分集阵列雷达;频扫;自适应;抗干扰

中图分类号：TN973.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0087-04

0引言

现代雷达为应对四大威胁：综合电子干扰、隐身目标、低空/超低空突防和反辐射导弹等，雷达技术体制不断革新换代，逐步发展具备高灵敏、低截获、多功能及自适应的综合特点。如今数字相控阵雷达具有灵活的扫描波束方式、可观的雷达信号增益、先进的抗干扰能力、波束空间高分辨能力，以及波束自由度高兼具自适应性等优点。波束形成作为阵列信号处理技术中最重要的研究内容之—。由于雷达目标信号、干扰及噪声等在空间、时间的分布不同，波束形成技术在空域进行滤波，使得特定信号方向的信号功率得到增强，对干扰方向的信号功率及噪声进行抑制，从而提高了系统输出的信干噪比，并提升了目标的检测性能。波束形成一般可分为普通波束形成和自适应波束形成两种。自适应波束形成是将维纳滤波理论应用于空域滤波器中，其权向量依赖于信号环境，一直作为阵列信号处理技术的研究热点，自适应波束形成包含两个方面：其一是自适应地应对各种干扰、杂波等环境的变化;其二是自适应地调节阵列雷达自身变化，能够自动对阵列天线及通道问的幅相误差进行调节。

目前新体制雷达研制过程中，为了获得更多的可控系统自由度，同时尽量降低研制成本，频率分集阵列雷达（FDAR）方案逐渐成为了数字阵列雷达研制热点方向之一。相较普通阵列，天线方向图是关于空间角度、空域距离及时问的函数;具有更多优越性，波束扫描更加灵活，实现干扰和杂波抑制。FDAR可利用波束主瓣走动特性及距离依赖性，分离或抑制干扰，完成空间能量距离时分，实现抑制距离模糊杂波。

本论文主要以数字阵列相控阵雷达为背景，结合工程应用的需求，建立阵列雷达模型;探讨FDAR相关信号处理技术，重点研究了FDAR自适应波束形成处理技术;深入研究了FDAR距离频扫特陛，并对相位距离走动进行分析，提出了其在干扰和杂波环境下的雷达探测应用方法。通过仿真实验，验证了FDAR可以有效利用距离频扫特性，实现空间波束距离角度扫描，完成在主目标位置形成峰值增益;同时可利用这一特性，利用零陷自适应波束形成抗干扰技术，完成干扰抑制，实现常规雷达探测意义下副瓣干扰和主瓣干扰抑制;同时通过距离空间频扫，完成波束主瓣避开强杂波区，实现目标高可靠检测。

1FDAR频扫探测模型

1.1阵列模型

本文數学分析模型采用FDAR等距线阵，阵元数为N，阵元间距为d，远场来波方向为θ，参考阵元为第O个单元。FDAR：模型如图1所示。

2FDAR目标探测应用

2.1目标频扫跟踪

利用FDAR天线主瓣固有的距离频率偏置耦合性，通过控制发射通道之间频率偏置参数，实现天线主瓣频率距离扫描，从而实现目标连续稳定跟踪;在目标跟踪过程，由于雷达发射信号频率集较为复杂，使得干扰机难以实现雷达信号捕获和信号形式分析，进而难以对FDAR目标跟踪实施主瓣干扰和副瓣干扰，因此，FDAR具有固有抗干扰特性。

2.2杂波抑制

FDAR杂波抑制可以采用常规杂波抑制处理方式，如MTI、MTD等常规杂波抑制处理方式，另外，同样可以利用FDAR天线主瓣固有的距离频率偏置耦合性，通过控制发射通道之间频率偏置参数，实现天线主瓣“跃过”强杂波区，从而减少回波信号中杂波分量，降低杂波强度，改善信杂比，提高目标检测概率。

2.3干扰抑制

FDAR天线主瓣与目标角度、距离、发射通道频率偏置有关，相较传统相控阵雷达，其不仅具有空域、时域自由度，而且具有由于频率偏置带来更多的系统可控自由度，且其波束扫描方式更加灵活多变。

利用FDAR天线主瓣固有的距离频率偏置耦合性和自适应波束形成技术，在干扰信号源位置（角度、距离）形成波瓣零陷，而在目标位置形成主瓣，从而有效实现对空间分布的干扰信号进行干扰抑制。

3仿真实验

下面FDAR接收方向图的仿真参数，如表1所示。

3.1目标频扫探测

下面给出了FDAR频扫探测接收方向图。

图2展示的是FDAR的接收方向图，通过设置发射通道问频率偏置参数，实现不同距离目标探测跟踪，波束主瓣角度控制与普通阵列雷达波束形成方式类似，仿真结果表示分别在目标距离[160km，200km]处形成波束主瓣。另外，通过改变发射通道问频率偏置参数，使得天线主瓣有效避开近程强杂波区，从而降低回波信号中杂波分量，改善信杂比，提高系统目标检测概率。

3.2自适应波束形成干扰抑制

下面对FDAR自适应波束形成抑制空间分布干扰进行了仿真，仿真结果如图3所示。

图3展示的是FDAR自适应波束形成抗干扰效果仿真，在仿真中，设置五个空间散布点干扰源，其中干扰源和目标角度差为：15，0，0，-2，oldeg，距离距离差为[0，-10，20，30，61km。如图3（a）所示，在FDAR自适应波束形成抗干扰仿真中，在主目标和干扰源位置处波瓣增益分别为[0，-86.3799，-77.3317，-77.2558，-93.2842，77.7625ldB。如图3（b）所示，在FDAR自适应波束形成抗干扰仿真中，在主目标和干扰源位置处波瓣增益分别为[0，-83.4308，-83.3667，-80.2454，-81.2549，-87.1862]dB。

由上述仿真结果可知，FDAR通过自适应波束形成，可以抑制空间散布干扰，从而实现在距离角度两维空间干扰抑制，相较普通阵列雷达具备了主瓣（对普通阵列来说的主瓣角度空域）干扰抑制能力。

4结语

针对先进数字阵列相控雷达应用需求，本论文结合数字阵列波形可自定义能力，提出了频率分集工程应用方法，通过发射通道问设置频率偏置，形成频率分集阵列雷达波形，实现目标空间距离频扫探测、杂波区“跃过”、空间分布干扰抑制。本文通过理论分析和计算机仿真分析，探讨了FDAR波束形成目标探测和干扰抑制工程应用方案，验证了FDARN以有效利用距离频扫特性，实现空间波束距离角度扫描，在主目标位置形成主瓣峰值增益;同时通过距离空间频扫，完成波束主瓣避开强杂波区，实现目标高可靠检测;同时利用这一特性，利用零陷自适应波束形成抗干扰技术，完成干扰抑制，实现常规雷达探测意义下副瓣干扰和主瓣干扰抑制。同时兼顾工程化复杂度和高效性，保证雷达信号处理实时l生和鲁棒性，满足工程化应用需求。