强干扰环境下频率步进信号处理算法研究

[摘 要]本文首先分析了频率步进信号对无源杂波的抑制特性及杂波中的目标检测算法，然后研究了频率步进信号对瞄频窄带噪声干扰、宽带噪声干扰、射频存储转发干扰三种典型有源干扰的抗干扰特性。

[关键词]强干扰；频率步进；信号处理

中图分类号：TN957.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0322-01

引言

复杂干扰背景下弱运动目标的检测和成像是频率步进雷达的一个重要课题。无论对于无源干扰，例如各种地杂波、海杂波等强杂波环境下，还是压制式干扰、欺骗式干扰等有源强干扰，微弱目标检测主要通过两个方面来实现，一是抑制强干扰，二是有效检测。

二、频率步进信号的杂波抑制算法

（一）频率步进信号的抗杂波特性

1、提高距离单元内的信杂比

在上式中，是目标RCS，是面杂波的RCS密度，又称为杂波系数，是脉冲宽度（如果用了脉冲压缩，就是压缩后的脉冲宽度），是掠射角，为波束宽度。

（式1）显示雷达分辨单元越小，与信号抗争的杂波回波就越少。因此窄脉冲能够减少目标回波信号抗争的杂波量，但是同时降低了回波信号的功率，实际上并不能改善目标的信杂比。对于频率步进信号瞬时窄带宽，合成大宽带宽，压缩后的脉冲宽度很小，可以有效提高距离单元内的信杂比，其合成脉压前后的距离分辨率分别为和，因此信杂比改善倍数为：

2、杂波去相关

在噪声环境下，通过脉冲积累提高信噪比可以改善雷达检测性能。但是当检测受到杂波限制时，脉冲积累的有效性比起噪声情况要差很多。这是因为接收机噪声是统计独立非相关的，脉冲积累后噪声功率起伏之和没有目标回波之和增加得快。因此随着积累脉冲数的增加，可以得到信噪比的增加和检测性能的提高。不同于接收机噪声，杂波回波在脉冲间是相关的，如果持续时间为的一个脉冲的RF频率改变大于1/，那么均匀分布的瑞利型杂波回波将去相关，并且当去相关的脉冲被积累后可以提高信杂比。

3、折叠杂波的抑制

对于常规的脉冲多普勒雷达，目标回波与杂波在时间和距离上是重叠的，接收机不仅会接收近距离的强杂波，而且也会接收远距离的折叠杂波，大量的杂波矢量叠加，使信杂比降低，不利于目标的检测。随着雷达重复频率的提高，杂波折叠的影响就越来越严重，这将使得雷达在杂波背景下的检测性能急剧下降。

（二）距离像中目标的检测

常规的脉冲多普勒雷达，主要是根据回波的多普勒频移将运动目标从大量固定杂波信号中分离开来。下面通过分析进入接收机内部的折叠杂波与运动目标回波在AFT细化结果中位置的不同，来研究步进频率雷达抑制距离像中的杂波的方法。

当设置中频接收机带宽为时，即，在n>1时，静止目标距离像范围为，只占整个细化结果的1/n，称为有效区，剩余部分为冗余区，对于静止目标和固定杂波（包括折叠杂波），距离像的位置会存在于有效区内，不会移到冗余区，因此有效区又称为杂波区，而冗余区又称为无杂波区。

速度导致的距离像的移动主要是因为一次相位干扰项，对应移动的高分辨距离单元为，因此运动目标若想移出杂波区的最小速度应该满足：

分别对和做AFT处理，分别得到、，从（式5）可以看出杂波在两帧信号中的一维距离像是完全相同的，而目标的距离像因为两帧中目标距离的不同而不同。

三、频率步进信号抗有源干扰研究

（一）频率步进信号抗典型有源干扰的研究

1、瞄频窄带噪声干扰

假设干扰信号的中心频率为，带宽为，雷达接收机的中心频率为，接收机带宽为。瞄频窄带噪声干扰需要干扰机先测量出雷达发射信号的频率，在把干扰机频率调到上，然后发射带宽的干扰信号，以较窄的干扰带宽覆盖整个接收机带宽。

对于普通窄带脉冲雷达，由于脉组内部各脉冲频率不变，在其工作频率被识别后，容易受到调制窄带噪声干扰，接收到较大噪声干扰功率，造成信噪比降低、检测性能恶化。对于HPRF频率步进雷达，由于频率是步进捷变的，如果干扰机针对每个脉冲采用相应的频率进行干扰，则频率步进雷达相对普通窄带脉冲雷达毫无优势可言，但这需要干扰机预先测得雷达的发射信号频率变化，并在相应时间产生相应频率的干扰，增加了干扰机的难度。如果干扰机不能随雷达频率变化，若干扰噪声的带宽，有M个脉冲重复周期受到干扰，根据接收机的带宽不同，进入的干扰噪声功率不同。因此，只有部分脉冲周期受到干扰，干扰效果大大降低。

2、宽带噪声干扰

频率步进雷达，由于工作在宽频带上，而干扰机很难做到与雷达同步工作，因此必须用宽带干扰。假设干扰功率为，干扰带宽与雷达总带宽相同，即，中频接收机带宽设为，则干扰信号进入单个脉冲的功率为，因此能够接收到的噪声干扰功率受接收机带宽有关，但也只是宽带噪声的很小一部分，受宽带噪声干扰影响小。

3、高频存储转发干扰

数字射频存储（Digital RF Memory）一直广泛应用于雷达和电子对抗等领域。它能够高保真地对截获的相参信号进行存储并复制其频率以及脉内调制特性，在干扰时对复制信号加上适当地延时、相应的调制，产生高逼真度的欺骗信号，对雷达实施假目标欺骗、距离波门拖引等干扰功能，以实现对敌方雷达的有效欺骗或干扰。

总结

本文首先研究了频率步进信号抗无源杂波的性能，分析了在特定的参数设计下对折叠杂波的抑制，对于没有被抑制掉的杂波，从杂波与目标距离在距离像中的位置研究了对于不同速度的目标抑制杂波的方法；然后研究了频率步进信号抗有源干扰的性能，主要包括瞄频窄带噪声干扰、宽带噪声干扰和高频存储转发干扰。

参考文献

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