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单脉冲雷达同频干扰的现象分析

单脉冲雷达同频干扰的现象分析 雷海科技
2021-01-14
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导读:同频干扰是一种在雷达使用中经常出现的干扰现象,本期文章从产生的原理、同步和异步的区别入手,使用模拟器仿真出了不同参数下的同频同步和同频异步干扰画面,探讨了同频干扰可能产生影响,给出了常用的几种抗同频干

在雷达实际使用过程中,会在同一环境出现多台同型号或工作频率相近的雷达,尤其是在航海雷达中,雷达同时开机工作时不可避免地受到同频干扰的影响。产生这样的干扰既不同于目前流行的干扰机对雷达的干扰,也不同于雷达受地面障碍物的杂波干扰,它是相等或相近中心频率的雷达由于在有效工作时间和作用空间内同时工作所产生的相互干扰,是一种己方对己方或己方对乙方的干扰。这些相互干扰严重影响和制约了雷达工作性能的发挥,而且这样的影响是双向的,即对双方雷达都可能造成威胁。本文就此种干扰的产生原理、特征等进行分析,同时也列出了一些有效解决措施。

一、同频干扰分类

雷达同频干扰分为两类,同频同步干扰和同频异步干扰,此处的“频”是指雷达的发射频率(也称载频),“步”与雷达发射的脉冲重复周期和脉冲宽度有关。

两部工作在相同发射频率信号形式也相同的脉冲雷达,脉冲重复周期相同或接近,或为整数倍关系时,则两者之间的同频干扰为同频同步干扰。

如果一部脉冲雷达发射的脉冲重复周期为T1(脉冲重复频率的倒数),脉冲宽度为W1,另一部雷达的脉冲重复周期为T2,脉冲宽度为W2,设t= |T1-T2|。

则当t≤ W1时,或者t为W1的整数倍时,其中第一部雷达对第二部雷达所产生的干扰就是同频同步干扰;当t> W1时且t不为W1的整数倍时,第一部雷达对第二部雷达产生的干扰就是同频异步干扰。

由于发生同频同步干扰现象时,雷达之间的各项参数都基本相同或有很强的相关性,因此,在雷达画面上会形成距离固定或缓慢运动的圆环,采用雷海公司“发鸠”雷达模拟器模拟多个雷达对一部雷达同频同步干扰如图1所示。同时开机雷达的数量越多,同心圆就越多。干扰的宽度因为受近距离杂波的影响,一般大于雷达的脉冲宽度对应的距离,而且同心圆会向外( 内) 缓慢移动。由于不同雷达重复周期间的微小差异,干扰半径会随时间变化,循环变大或变小。

图1 多部雷达对一部雷达同频同步干扰画面

采用雷海公司“发”雷达模拟器的同频异步干扰如图2所示。同频异步干扰画面呈扇叶状发散虚线,其散射扇叶状图形,随着干扰脉宽和工作重频的不同,画面的点画长短不一。

图2 同频异步干扰仿真
二、同频干扰对雷达性能的影响
1.对目标识别和检测的影响

当雷达受到同频干扰,特别是同频同步干扰,雷达显示画面产生大面积干扰回波,真实目标回波信号淹没在干扰信号中,无法及时发现识别目标。

2.对雷达目标跟踪的影响

雷达正处于目标跟踪状态,若此时干扰信号出现在跟踪波门内会导致天线抖动、影响测量精度。假若同频干扰信号功率较目标回波信号强,雷达将会自动跟踪上波门内的干扰信号,造成跟踪目标丢失。尤其是当该目标为打击目标时,将严重影响雷达对指控和武器系统的目标指示。

3.对雷达作用距离的影响

现在雷达多采用恒虚警门限检测,同频干扰信号进入接收机会抬高检测门限,使雷达灵敏度降低。同时高功率的同频干扰信号超过接收机动态范围,降低接收机增益,这都会大幅缩短雷达的作用距离。

4.对雷达硬件的影响

当干扰信号的强度超过了接收机高频前端电路的损伤阈值时,电路硬件就会被损坏,使雷达系统停止工作。该情况一般发生在两部同型号、高发射功率雷达的天线主波束对正的情况。

三、抗同频干扰的途径

由于发生同频同步干扰时, 雷达之间的参数几乎一致。因此, 消除同频同步干扰远比要消除同频异步干扰复杂。目前通行的做法是先将同频同步干扰转换为同频异步干扰, 再采取一定的措施消除同频异步干扰,达到抗同频干扰的目的。实际常使用抗同频干扰的方法有:

1.避免或降低进入雷达接收机的同频干扰能量

在频域、空域和时域上通过改变雷达的发射频率、采用低副瓣天线或副瓣对消、保持距离、错开同型雷达的工作时间等方法避免或降低雷达接收机的同频干扰能量,但上述方法有时与使用相矛盾。雷达分别使用不同的极化方式也是一种降低同频干扰能量的重要方法,但是此种方法在多部雷达同时工作时,抗同频干扰比较困难。
2.借助目标回波和同频干扰特性不同的特点来抑制同频干扰的接收

可以先增加雷达重复频率的点数,然后借由一定的方法将同频同步干扰转换为异步干扰,最后再利用相应的信号处理方法来降低同频干扰的影响。

3.对同频干扰进行时域滤波

常用的滤值方法有中值滤波、均值滤波、自适应滤波、基于形态学的几何滤波、基于小波变换的滤波等。

4.降低雷达的天线副瓣来降低干扰影响
由于雷达的发射波束主瓣一般都很窄, 故干扰信号绝大部分都是通过天线副瓣进入雷达对雷达形成干扰, 因此降低雷达的天线副瓣也可降低干扰的影响。目前普通雷达的天线副瓣在-22dB 左右, 先进的雷达天线副瓣可以达到-40dB 左右, 超低天线副瓣雷达的指标可以达到-60dB 左右。这样就可以将从副瓣进入干扰信号的影响降低几万倍, 大大降低同频干扰信号对雷达探测的影响。

四、结论

本文着重对同频干扰产生机理和对雷达影响进行分析,并仿真生成不同参数下的同频同步和同频异步干扰,给出了常用的几种抗同频干扰的方法,但是目前并没有一种对各种体制雷达都特别行之有效的抗同频干扰方法,一般都是综合考虑各项要求,采用多种方法相结合来达到抗同频干扰的目的。

参考文献

[1]雷达同频干扰现象分析研究,火控雷达技术,2007年6月;

[2]单脉冲雷达抗同频干扰措施分析,现代雷达,2012年11月;

[3]雷达同频干扰现象研究,海军航空兵学院,田杰荣 胡瑞卿;

[4]X波段雷达海杂波中噪声抑制的研究与实现,2012年6月;

[5]雷达同频干扰机理及抗干扰措施研究,现代电子技术,2015年4月1日;

[6]同频干扰产生机理及特征分析,计算机与数字工程,2015年第5期


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