雷达对抗侦察信号“增批”原因分析及对策研究

雷达对抗侦察信号“增批”原因分析及对策研究

郑淑慧

江苏金陵机械制造总厂 江苏省南京市211100

摘要：雷达侦察信号处理是一个系统，分选处理算法虽是核心，但需要以硬件前端的侦收数据为基础，也依赖于信号样式及其传播环境。本文从系统角度进行分析，对信号侦察增批问题的原因进行讨论，并针对性地给出应对措施。

关键词：雷达对抗；侦察信号

1 信号增批原因分析

1.1 侦察设备自身因素

侦察接收机对雷达信号的截获和参数测量是对雷达辐射源信号分析和识别的基础和前提。数字信道化接收机利用信道化技术在频域对信号进行选择处理，具备输入带宽大、频率分辨率高、全概率接收、动态范围大、多信号并行处理等性能，广泛应用于雷达对抗侦察装备，信道化处理过程中存在信道间重叠等问题，从而导致对信号幅度和频率的测量产生误差。

1.1.1 跨信道信号分裂

对于带宽较大的信号，若信号跨越多个子信道时该信号会出现在多个信道中，最终会被检波出多个脉冲信号，造成增批。增批现象为一个大带宽的目标信号被分选为多个频率脉宽均错误的信号。

1.1.2 兔耳效应

对于常规信号，在脉冲前后沿到来时会导致信号幅度和相位的突变，信道化使该信号的能量扩散至相邻信道，从而形成了暂态传输，此现象也叫作“兔耳效应”。增批现象是目标信号参数正确，但同时出现两个或多个较小脉宽的兔耳信号。

1.1.3 过渡带重复信号

过渡带重复信号是指由于信号处在两个相邻的信道交叠处，信道交叠造成该信号可能同时出现在两个信道中，被检波出两个相似信号。增批现象为出现两个和目标信号参数接近的信号。

1.2 侦察信号处理算法模型

接收机通过对侦收的多个脉冲信号参数测量进行预分选，得到相应的特征参数，通过比对辐射源参数数据库进行识别，最后编批上报。

在这个系统中，当同型雷达工作在同一模式时，参数非固定会导致大量增批。假设某机载多功能雷达工作在边测距边跟踪搜索（Rangle While Search,RWS）模式，RF设为多个固定频点捷变；而PRI则自动设为MPRI方式，也有多种PRI，每组脉冲重复周期（一个相参积累间隔CPI）期间发射数百个脉冲。

图1表示了机载雷达全脉冲数据PRI⁃TIME图，同一部雷达在一种工作模式下辐射的信号，会导致传统的信号分选规则如按照载频、重频、方位来编批，在预分选阶段就会产生大量的增批信号。另外，即便是不同的雷达，当其参数相近时也会导致分选的混批。

图1 机载雷达全脉冲数据PRI⁃TIME图

1.3 电磁波信号传播效应

舰载、陆基雷达对抗侦察设备在实际使用中，受空间环境限制，面临着雷达信号的多路径传输，导致接收的信号是多路径信号的叠加信号，它们在侦察天线处就会产生干涉现象，从而影响接收电压的幅度和相位。下面通过数学模型分析多路径效应对信号分选产生的影响。

假设侦察设备架设高度为hs，雷达架设高度为ht，直射波距离为Rd，反射波距离为Ri，路径差为：

直达波的信号可表示为：

反射波的信号可表示为：

则到达目标的总信号为：

式中：Ed,Ei分别为目标处入射波和反射波的场强，单位为mV/m；ρ，φ分别为地表粗糙度引起的信号幅度和相位偏移。

根据侦察方程，考虑到多路径反射信号的干涉效应，侦察天线接收的信号功率为：

式中：Pt为发射机功率；Gt为发射天线增益；Gr为接收天线增益；λ为波长。

图2仿真了侦察天线接收信号的功率随距离变化的情况。仿真条件为ht=hs=25m,Pt Gt=80 dBm,Gr=10 dB，λ=3cm,Rd取值范围为5～40 km。图中实线为反射系数为0.6时接收信号的幅度，虚线为反射系数为0时接收信号的幅度。可以看出，由于多路径效应，接收信号的幅度并不是完全随着距离的增加而变小，两者存在一定的波动，幅度接近20 dB。由此可以得出，波动的振幅和等效反射系数有关。

图2多路径效应引起接收信号功率起伏 

当反射体和侦察天线不在雷达的瞬时波束覆盖范围内，侦察天线接收到的信号波形。前一个包络为直射信号，后一个包络为反射信号，二者频率和脉冲宽度都相同，但方位和幅度不同，它们之间的时间间隔由雷达波束旋转的时间来决定。若图中的虚线是接收机灵敏度门限电平，由于直射信号较强，其主瓣、旁瓣的直射信号一般都在灵敏度门限电平之上，接收机能够侦收到主瓣和旁瓣，而反射信号一般比较弱，其旁瓣的反射信号可能不会被接收机侦收到。

1.4 复杂电磁环境影响

复杂电磁环境对雷达对抗侦察的影响在于脉冲密度较大，高达每秒上百万个脉冲，使得信号时域拥挤，频域重叠，雷达信号分选时“漏批”和“增批”现象严重，导致信号分选性能急剧下降。

2 信号增批的应对措施

2.1 提高接收机处理能力

雷达侦察系统面临的最大问题之一就是雷达信号密集、环境复杂，针对这一问题应依据噪声、干扰背景、系统的灵敏度、瞬时带宽、检测方法等具体的使用要求和环境情况进行自适应或人工控制，可采用参数全匹配或局部匹配方法。具体要求为：

1）具有很高的截获概率，包括频域、时域和空域截获概率。要求频域上全频域覆盖，时域上全时域覆盖，空域上瞬时视角范围大。

2）具有很好的信号适应能力，采用时域、频域和空域联合、并行处理的方法，实时检测所有信号，采用综合手段提取有用信号，剔除干扰，能够适应复杂体制雷达信号。

3）具有很高的参数测量能力，能够精确测量辐射源的技术参数，并对辐射源进行精确定位。

4）具有很高的分选和处理能力，能够适应复杂、密集的信号环境，在漏脉冲或多出虚假脉冲的情况下，保证分选的效果。

2.2 研究分选新算法

随着时代的发展，电子战飞速发展，雷达技术不断更新换代，雷达信号参数呈现多变快变的趋势。因此如何精准分选识别雷达信号显得尤为重要：一方面需要适应信号的新特征参数，给出相像系数、熵特征、复杂度特征、脉内调制等；另一方面需要研究新的分选算法，如合批新算法、聚类算法等。

2.3 增加人工辅助分析

对于复杂样式雷达信号以及密集信号环境造成的增批，如PRI参差、组参差、组变、滑变、抖动等信号，由于这种参差方式和常规的参差方式相差较大并且脉间特征比较复杂，依靠某一种分选算法很难去解决问题。针对感兴趣的目标对象，以及机器可能有误的分选结果实施人工辅助分析，有助于解决此类问题。

可将PDW中的各主要参数（RF、PA、PW、TOA、DOA、PM等）携带的信息以统计直方图、数据轨迹图、散点图等形式来展现，对指定时段[T,T+ΔT]范围内某参数进行统计之后即可绘制该图。情报分析人员从方位⁃时间、频率⁃时间、脉宽⁃时间、重周⁃时间、幅度⁃时间特性等多个维度进行分析，利用同一部雷达信号参数相关性、增批信号的偶发性以及多维参数不相关，可以直观区分真实信号和增批信号。

2.4 拓展脉冲参数

随着时代的发展，现代战场电磁环境愈加复杂多样，然而传统的参数识别和分选雷达信号很容易导致信号交叠，而且这些常规参数远不能满足情报需求，因此需要进一步获取信号的脉内特征和脉内调制参数。

3 结语

本文从系统角度分析了雷达对抗侦察装备作战使用中信号侦察增批问题，并针对性地给出复杂电磁环境下的改进建议，可以使雷达对抗装备乃至操作人员更好应对信号增批带来的不良影响。

参考文献

[1] 季华益，唐莽，王佩.雷达对抗电子侦察中的大数据应用探析[J].航天电子对抗，2018,34(3):1-4.

[2] 钱志亚，李鹏.基于多侦察接收机条件下的雷达信号分选方法[J].舰船电子对抗，2020,43(5):75-78.