雷达抗干扰技术研究

1.引言

近年来，由于电子对抗技术的不断进步，干扰与抗干扰之间的斗争亦日趋激烈。面对日益复杂的电子干扰（ECM）环境，雷达必须提高其抗干扰能力，才能在现代战争中生存，然后才能发挥其正常效能，为战局带来积极影响。

雷达面临的复杂电子干扰可分为天然无线电干扰和人为无线电干扰两大类，分别包括有源和无源干扰。人为干扰详细分类如图1所示：

图1人为干扰

雷达抗干扰的主要目标是在与敌方电子干扰对抗中保证己方雷达任务的顺利完成。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。

2.雷达抗干扰技术

2.1与天线有关的抗干扰技术

雷达通过天线发射和接收目标信号，但同时可能接收到干扰信号，可以通过在天线上采取某些措施尽量减少干扰信号进入接收机。如提高天线增益，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；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；采用低旁瓣天线可以将干扰限制在主瓣区间，还可以测定干扰机的角度信息，并能利用多站交叉定位技术，测得干扰机的距离信息；为了消除从旁瓣进入的干扰，还可以采取旁瓣消隐和旁瓣对消技术；当采用阵列接收天线时，可通过调整各个阵列单元信号的幅度与相位，在多个干扰方向上构成天线波瓣的零点，从而减少接收干扰信号的强度。

从电波与天线理论可知：接收天线能很好地接收与其极化方式相同的电磁能量，若极化方式不同，则会引起很大衰减。因此在设计天线时，采用变极化技术，使极化形式和目标信号匹配而与干扰信号失配，就能减少对干扰信号的接收。另外还可采用旋转极化对消、视频极化对消技术[1]等。

2.2与发射机有关的抗干扰技术

对付噪声干扰的最直接办法是增大雷达发射机功率，结合高增益天线可以使雷达获得更大的探测距离，但该方法对箔条、诱饵、转发器和欺骗式应答干扰等无效。对此，更有效的方法是使用复杂的、变化的、不同的发射信号，让电子支援（ESM）和电子干扰承受最大的负担。根据方法的不同可分为跳频法、频率分集或宽瞬时带宽信号。

如果频率能在较宽的范围内随机跳变，使雷达不断跳到不受干扰的频率上工作，它的抗干扰能力就能得到增强。常用的方法有固定跳频和频率捷变，由于频率捷变信号的跳频速度很快（可达微秒数量级），因此它能使瞄准式杂波干扰机很难截获或跟踪雷达。对于阻塞式干扰机，由于很难以足够的功率覆盖整个雷达的跳频带宽，干扰效果有限。在雷达发射机平均功率相同的条件下，宽带频率捷变雷达是目前抗杂波干扰的较好体制。

另外，开辟新频段，让雷达工作于更低或更高的频段上，散布范围尽量大；还可以使雷达突然在敌干扰频段的空隙中工作，使敌方不易干扰。

2.3与接收机有关的抗干扰技术

当雷达遭遇强大干扰时，强干扰信号与目标回波信号一同进入雷达接收机，使其超出正常的动态范围，工作状态进入饱和状态，这称为过载现象。一旦接收机出现过载，雷达就处于盲视状态，失去监视目标的作用，所有的反干扰措施也都失去意义。因此，抗饱和过载是雷达抗干扰的一条重要措施。雷达常采用的抗饱和过载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[4，5]。

“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。

2.4与信号处理有关的抗干扰技术

2.4.1信号选择法

信号选择法，是基于信号的已知参数（脉冲宽度、脉冲重复频率、幅度、频率、相位等）区分干扰信号，可分为幅度选择、时间选择、频率选择、相位选择等。

幅度选择：根据雷达接收机输入端有用信号和干扰信号强度的不同，从干扰背景中分离出有用信号。当有用信号幅度大大超过干扰幅度时，可采用下限幅器，其输出仅在输入电压超过限幅电平时才出现。在脉冲雷达系统中，除了下限幅器外，还可以采用脉冲电平选择器，它可以除去振幅超过有用信号的干扰脉冲。

时间选择：在干扰背景下，脉冲信号的时间选择是以待选脉冲与干扰脉冲之间的时间位置（相位）、脉冲重复频率或脉冲宽度不同为基础的。在自动距离跟踪系统中，距离门选通电路就是根据脉冲位置的时间选择，它只允许预测距离门附近的信号通过，这不仅减小了信号处理量，而且消除了其他位置的噪声、干扰信号。脉冲重复频率鉴别电路是将接收机接收到的脉冲信号与基准脉冲比较，只有在时间上与基准脉冲信号重合的脉冲才能通过。脉宽选择电路，只让脉冲宽度处于事先确定范围内（大于、小于或等于给定值）的脉冲信号通过。脉冲重频鉴别电路与脉宽选择电路对抑制相干脉冲很有用[2]。

频率选择：频率选择是以有用信号和干扰信号的频谱不同为基础的。如多普勒滤波器组是覆盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器。当目标相对于雷达的径向速度不同，即多普勒频移不同时，它将落入不同的窄带滤波器。因此，窄带多普勒滤波器组起到了实现速度分辨和精确测量的作用。另外，窄带多普勒滤波器组滤除了多普勒频带外的干扰信号，它是PD雷达中不可缺少的组成部分。

相位选择：相位选择时，必须考虑所接收的有用信号和无线电干扰信号相位-频率特性的差别。这种选择是用相位自动频率微调系统来实现的，它可以完全抑制与基准信号相位正交的干扰，并且可以大大减小宽带噪声干扰在接收机输出端的功率。在相位选择时，宽带噪声干扰影响的削弱，是由于噪声干扰中包含有相位与基准信号相同和正交的分量[9]。

2.4.2抗欺骗性干扰

当雷达遭遇欺骗干扰时，雷达接收机应当采取特殊的抗干扰措施。对抗距离欺骗干扰时，常用记忆波门法、幅度鉴别、用速度代替距离变化率法、重频捷变以及脉冲前沿跟踪法；对抗速度欺骗干扰时，也有记忆波门法、用距离变化率代替速度法、变发射脉冲周期法；对抗角度欺骗干扰则可采用隐蔽锥扫体制、单脉冲测角体制[10]。

脉冲前沿跟踪是利用雷达目标回波脉冲信号的前沿信息，实现对目标的跟踪（通常指的是距离跟踪）。为了保护运动平台本身，如飞机，在运动平台上载有自卫用的回答式干扰机施放的自卫干扰脉冲与平台本身的雷达回波脉冲大部分重叠，而由于回答式干扰机在接收到雷达探测脉冲（此时已开始出现回波脉冲）到发射回答式干扰脉冲时不可避免的机内延迟（大约为50~200ns）的存在，不能完全掩盖回波脉冲形成的回波脉冲前沿暴露。所谓脉冲前沿跟踪，就是利用这一暴露于回答式干扰脉冲之前的回波脉冲前沿实现对目标距离跟踪，从而对抗距离回答式干扰的。

2.4.3常见信号处理方法在抗干扰方面的作用

积累：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。

相关：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[1]。

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[6]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。

动目标显示（MTI）：MTI是多普勒处理的一种类型，它可以在固定杂波中检测出动目标，其基本原理是利用目标和杂波的相对径向移动而产生的不同多普勒频率来滤除杂波。

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。

被动测距：常用的被动测距方法有角速度测距、一部雷达或同其他雷达配合的三角测距方法、根据接收的回波信号强度增加的速率随1R2（R为目标距离）变化测距[3]等。

除了上述的技术抗干扰措施，在实战中采用数字信号处理电路，能够灵活选择和改变参数，可以提高雷达的可靠性，减轻重量、缩小体积、降低成本。采用新体制雷达，如频率捷变雷达、噪声雷达、无源雷达、红外雷达、激光雷达等，也是抗干扰的有效措施。

3.雷达抗干扰的度量

3.1压制系数
压制系数K'_J是衡量雷达对某一种压制性干扰对抗能力的通用标准。它是指干扰对雷达实施有效压制时，所需最小功率P_Jmin和雷达发射功率P_av之比。如果忽略功率的传输损耗及极化损失，K'_J可表示为：

(1)

式中，σ目标的等效反射面积；R_J为干扰机距离；R为目标距离；K_J1为雷达检测单个信号所需最小信干比；B_J为干扰带宽；G_J为干扰机发射增益；T₀为雷达信号总的积累时间；G_t为雷达发射增益；g=A_r/A_rJ,其中Ar为雷达接收天线的有效接收面积，A_rj为雷达天线在干扰方向的有效接收面积；L_t雷达发射损耗因子；L_i为雷达非相参积累损失因子。

3.2抗干扰因子（EIF）

抗干扰因子F_J用来衡量各种抗压制性干扰措施的效果，它是指雷达采取抗干扰措施后信干比提高的倍数。如果雷达对某一种干扰有N种对抗措施，则总的抗干扰因子F_JΣ为：

(2)

3.3雷达的相对自卫距离

当信干比为K_J1时，雷达与目标之间的距离称为自卫距离R_J0。而雷达的相对自卫距离，指的是雷达自卫距离R_J0与雷达所要求的作用距离R_m0的比值R"_J0。它是能全面反映雷达抗压制性干扰的标准。设（P_av）_e=P_av/L_t为雷达的有效发射功率，T_0e=T₀/L_i为雷达的有效积累时间，雷达的有效发射能量为E_e，E_e=（P_av）eT_0e，则R"_J0可表示为：

(3)

式中P_J1为干扰功率密度。

3.4抗欺骗性干扰概率

雷达抗欺骗性干扰概率，是指雷达不被欺骗性干扰欺骗的概率，它是衡量雷达抗欺骗性干扰能力的标准。设侦察设备侦察出雷达信号的概率为p₁，干扰机模拟雷达信号的概率为p₂，雷达不能识别干扰信号的概率为p₃，则雷达不被欺骗性干扰所干扰的概率为

(4)

在多种欺骗性干扰同时作用时，雷达总的抗欺骗干扰的概率C_J为抗各种欺骗性干扰概率之积，可由下式表示：

(5)

4.结论

当前，电子技术的发展促使雷达干扰与抗干扰之间的对抗更加激烈。雷达的抗干扰需要对雷达各分系统采取合适的抗干扰措施才能提高雷达的整体抗干扰能力。同时，抗干扰技术需要与适当的战术相结合才能发挥更佳的效能。

作者：梁向如

参考文献
[1] 【美】莱罗艾B.范布朗特,六机部第723 研究所译.应用电子对抗（第二卷）,中国人民解放军总参谋部 第四部,1985 年7 月,P216、P76-79;
[2] 【美】Merrill I. Skolnik 主编,王军,林强,米兹中,许绍杰,俞志强,吴文等译.雷达手册,电子工业出版 社,2003 年7 月,P362-379;
[3] 【美】George W. Stimson 著,吴汉平等译.机载雷达导论（第二版）,电子工业出版社,2005 年,P893-900;
[4] 李侠主.国外雷达装备技术与发展,2002 年9 月,P66-68;
[5] 刘玉山,许创杰.雷达对抗及反对抗,1996 年1 月,P89-104;
[6] 王心福.雷达恒虚警处理对噪声干扰的影响,电子对抗技术,成都:电子对抗国防科技重点实验室, 2000 年 第15 卷第3 期;
[7] 赵国庆.雷达对抗原理,西安电子科技大学出版社,1999 年,P124-125、P158-159;
[8] 张锡熊,陈方林,雷达抗干扰原理,科学出版社,1979 年12 月,P237-246;
[9] M.B 马柯西莫夫著,梁百川,郑同良译.抗无线电干扰,中国电子学会电子对抗学会发行,中国人民解放军 空军地空导弹学院印,1984 年4 月,P72-74、P100-116、P186-193; [10] 倪汉昌.抗欺骗式干扰技术途径研究,航天电子对抗,航天总公司三院三部,1998.